第三章生物信息的传递(上)从DNA到RNA

1、第三章第三章 生物信息的传递（上）生物信息的传递（上） 从从DNA到到RNA RNARNA的转录的转录 启动子与转录起始启动子与转录起始 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNAmRNA 的特征比较的特征比较 终止和抗终止终止和抗终止 RNARNA加工加工第一节第一节 RNA的转录的转录一、概述一、概述二、转录机器的主要成分二、转录机器的主要成分三、转录的基本过程三、转录的基本过程基基 因因蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译 生物性状生物性状RNARNA一、概述一、概述转录：转录：在细胞核内，以在细胞核内，以DNADNA的的一条链为一条链为模板模板，按照碱基互补配对原则合，按照碱基互补配对原则合

2、成一条与成一条与DNADNA链互补的链互补的RNARNA单链单链的过程。的过程。TCATG A TT AAG T AC T A A T DNADNA的平面结构图的平面结构图细胞核中细胞核中AG T AC T A A T DNADNA的的一条链一条链AGCUGACGGUUU游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸 (原料）原料）DNADNA解旋，以一条链为模板合成解旋，以一条链为模板合成RNARNA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T AGCUGACGGUUU DNADNA与与RNARNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：AUAU； TA TA； CG CG； GC GCRNA RNA 聚合酶聚

3、合酶细胞核中细胞核中AG T AC T A A T AGCGACGGUUU U 组成组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来的核糖核苷酸一个个连接起来细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGGUUU UA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGUUGU UA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGUGU UAA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA U细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA UA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GCGCGGU UAA U

4、A U细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U C细胞核中细胞核中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U CDNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上mmRNARNADNADNA细胞核中细胞核中AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质UCAUG A UUA

5、mRNAlmRNA：(messenger)编码了一个或多编码了一个或多个蛋白质序列；个蛋白质序列；ltRNA：(transfer)把把mRNA上的遗传信上的遗传信息变为多肽中的氨基酸信息；息变为多肽中的氨基酸信息；lrRNA：(ribosomal)是合成蛋白质的工是合成蛋白质的工厂核糖体中的主要成分。厂核糖体中的主要成分。 lhnRNA：(heterogeneous nuclear)由由DNA转录生成的原始转录产物，即前转录生成的原始转录产物，即前体体mRNA。l snRNA：(small nuclear)在前体在前体mRNA加工中，参与去除内含子。加工中，参与去除内含子。 l snoRNA：

6、(small nucleolar)核仁小核仁小RNA，主要参与，主要参与rRNA及其它及其它RNA 的修的修饰、加工、成熟等过程。饰、加工、成熟等过程。l scRNA：细胞质小：细胞质小RNA(small cytoplasmic )主要在蛋白质合成过程起作用。主要在蛋白质合成过程起作用。l其他非编码其他非编码RNA：按大小分：按大小分：(1) 2125 个核苷酸的个核苷酸的RNA, 包括微小包括微小RNA 即即microRNA(miRNA) 和小干扰和小干扰RNA ( small interfering RNA（siRNA）。）。(2) 100200个核苷酸的个核苷酸的small RNA (s

7、RNA) ,往往在细菌细胞起翻译调节子功能。往往在细菌细胞起翻译调节子功能。(3) 大于大于 10000个核苷酸的非编码个核苷酸的非编码RNA，参与，参与更高级真核生物的基因沉默。更高级真核生物的基因沉默。微小微小RNA(miRNA)小干扰小干扰RNA (siRNA)相同点相同点: (1)二者的长度都约二者的长度都约22 nt左右左右; (2)二者同是二者同是Dicer（一种具有（一种具有RNAase活活性的核酸酶）产物性的核酸酶）产物; (3)二者同是二者同是RISC(RNAinduced silencing complex)的组分，因此在的组分，因此在siRNA 和和miRNA 介导的介导

8、的沉默机制上有重叠。沉默机制上有重叠。不同点：不同点： (1) 二者的来源不同，二者的来源不同，miRNA 来来源于内源转录本，即单链源于内源转录本，即单链RNA；siRNA 来来源于内源或外源的同源双链源于内源或外源的同源双链RNA； (2) miRNA 参与动植物正常的生长发育基因参与动植物正常的生长发育基因调控，而现在一般认为调控，而现在一般认为siRNA 不参与正常不参与正常的基因调控，只在病毒或其他的基因调控，只在病毒或其他dsRNA 诱诱导的情况下才产生导的情况下才产生; (3) miRNA 主要在翻主要在翻译水平起作用，而译水平起作用，而siRNA 为转录后水平调为转录后水平调控

9、。控。端体酶端体酶RNA(telomerase RNA):RNA(telomerase RNA):与染色体与染色体末端的复制有关；末端的复制有关；反义反义RNA(antisense RNA): RNA(antisense RNA): 是指与是指与mRNAmRNA互补的互补的RNARNA分子分子, , 也包括与其它也包括与其它RNARNA互补互补的的RNARNA分子。它参与基因表达的调控。分子。它参与基因表达的调控。 转录与转录与DNA复制的异同复制的异同 相同点：相同点： 合成反应的化学本质合成反应的化学本质 模板的使用模板的使用 合成的方向合成的方向 发生的部位发生的部位 不同点：不同点：

10、（1 1）转录：一条）转录：一条DNA链为模板链为模板 复制：两条链都可作模板；复制：两条链都可作模板；（2）DNA-RNA杂合双链不稳定，杂合双链不稳定，RNA合合成后释放，而成后释放，而DNA复制结束后，新链和母复制结束后，新链和母链形成双链；链形成双链；（3）RNA合成不需引物，而合成不需引物，而DNA复制需引复制需引物；物；（4) 转录的底物是转录的底物是rNTP，复制的底物是复制的底物是dNTP；碱基由复制时的碱基由复制时的T替换为转录时的替换为转录时的U。（5）聚合酶系统不同。聚合酶系统不同。有义链的确定：有义链的确定： 把与把与mRNA序列相同的那条序列相同的那条DNA链称链称为

11、为编码链编码链（coding strand）或称或称有意有意义链义链（sense strand）（）（+）；）； 把另一条根据碱基互补原则指导把另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的合成的DNA链称为链称为模板链模板链（template strand）或称或称反义链反义链（antisense strand）（）（-）。）。 在体外在体外DNA的两条链都可作为的两条链都可作为RNA合成的模板合成的模板。转录的基本特点：转录的基本特点：（1）以核糖核苷三磷酸（）以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物，以为底物，以Mg2+/Mn2+为辅助因子；为辅助因子；（2）仅以一条）仅以一条DNA链为模板；链为模

12、板；（3）按）按5 3方向合成；方向合成；（4）无需引物的存在能单独起始链的合成）无需引物的存在能单独起始链的合成；（5）第一个引入的）第一个引入的rNTP是以三磷酸形式存在；是以三磷酸形式存在；（6）RNA的序列和模板是互补的。的序列和模板是互补的。（7）需要）需要RNA聚合酶和多种辅助因子参与。聚合酶和多种辅助因子参与。DNA启动子区启动子区编码区编码区终止区终止区转录起始转录起始+1-10-35RNA转录单元的模式图转录单元的模式图原核大约原核大约20-200 bp，真核不同基真核不同基因差别比较大，一般小于因差别比较大，一般小于2 kb53启动子：基因转录起始所必需的一段启动子：基因转

13、录起始所必需的一段DNA序列序列二、转录机器的主要成分二、转录机器的主要成分RNA聚合酶：依赖聚合酶：依赖DNA合成合成RNA1. 原核生物（大肠杆菌）的原核生物（大肠杆菌）的RNA聚合聚合酶（酶（RNApol）RNA pol和和DNA pol有有2点不同：点不同：（1）RNA pol没有任何校对功能；没有任何校对功能；（2）能起始新的）能起始新的RNA链。链。核心酶核心酶全酶全酶亚基亚基 基因基因相对分子量相对分子量 亚亚基基数数组分组分功能功能 rpoArpoBrpoC?rpoD3.65104 1.51105 1.55105 11104 7.0104 21111核心酶核心酶核心酶核心酶核心

14、酶核心酶核心酶核心酶 因子因子核心酶组装，启动子识别核心酶组装，启动子识别和和共同共同 形成形成RNA合成合成的活性中心的活性中心未知未知模板链的识别，转录起始，模板链的识别，转录起始，存在多种存在多种 因子，用于识别因子，用于识别不同的启动子不同的启动子: 形成二聚体，核心酶组装，启动子识形成二聚体，核心酶组装，启动子识别，参与别，参与RNA聚合酶和部分调节因子的聚合酶和部分调节因子的相互作用。相互作用。: 能与模板能与模板DNA、新生新生RNA链及核苷酸链及核苷酸底物相结合。催化磷酸二酯键的形成。底物相结合。催化磷酸二酯键的形成。和和共同共同 形成聚合酶的催化中心形成聚合酶的催化中心：负责

15、模板链的选择和转录的起始，是负责模板链的选择和转录的起始，是酶的别构效应物，使酶和专一性酶的别构效应物，使酶和专一性识别识别模板模板上的上的启动子启动子，起始转录。，起始转录。 某些细菌含有能识别不同启动某些细菌含有能识别不同启动子的子的因子，调控不同基因转录的因子，调控不同基因转录的起始，起始，如枯草杆菌有如枯草杆菌有6种不同的种不同的因子：因子：55、 29等。等。E.coli中不同的因子可识别不同的启动子RNApolpol执行多种功能执行多种功能(1) 识别识别DNA双链上的启动子；双链上的启动子；(2) 使使DNA变性，在启动子处解旋成单链；变性，在启动子处解旋成单链；(3)通过阅读启

16、动子序列，通过阅读启动子序列，RNApol确定它自确定它自己的转录方向和模板链。己的转录方向和模板链。(4) 起始，延伸起始，延伸RNA链，最后当它达到终止链，最后当它达到终止子时，通过识别终止序列停止转录。子时，通过识别终止序列停止转录。真核生物三种真核生物三种RNARNA聚合酶的特点聚合酶的特点RNA PolRNA Pol 位置位置 产物产物 相对活性相对活性 对对-鹅膏蕈碱的敏感性鹅膏蕈碱的敏感性Pol Pol 核仁核仁2828S,18S,5.8S rRNAs 50S,18S,5.8S rRNAs 5070% 70% 不敏感不敏感Pol Pol 核质核质hnRNA,mRNA,hnRNA,

17、mRNA,某些某些SnRNA 20SnRNA 2040%40% 高度敏感高度敏感Pol Pol 核质核质tRNA,5S rRNA,tRNA,5S rRNA,某些某些SnRNAs SnRNAs 10% 10% 存在特异性，中等敏感存在特异性，中等敏感 一般由一般由8-16个亚基组成，相对分子量超过个亚基组成，相对分子量超过5105 。共同点共同点:(1)聚合酶中有两个相对分子质量超过聚合酶中有两个相对分子质量超过1105 的大亚基的大亚基;(2)同种生物三类聚合酶有同种生物三类聚合酶有“共享共享”小亚基的倾向，几个小亚基是其中小亚基的倾向，几个小亚基是其中3类或类或2类聚合类聚合酶所共有的。酶所

18、共有的。2. 真核的真核的RNA聚合酶聚合酶除了细胞核除了细胞核RNA聚合酶外，真核生物线聚合酶外，真核生物线粒体和叶绿体中存在不同的粒体和叶绿体中存在不同的RNA聚合酶。聚合酶。线粒体线粒体RNA聚合酶：一条多肽链，小，聚合酶：一条多肽链，小，小于小于7104，不受，不受-鹅膏蕈碱抑制鹅膏蕈碱抑制；叶绿体叶绿体RNA聚合酶：多亚基，部分亚基聚合酶：多亚基，部分亚基由叶绿体基因编码，较大，不受由叶绿体基因编码，较大，不受-鹅膏鹅膏蕈碱抑制蕈碱抑制。三、转录的基本过程三、转录的基本过程模板识别模板识别转录起始转录起始通过启动子通过启动子转录延伸转录延伸转录终止转录终止 全酶识别启动子，全酶识别启

19、动子，与其可逆性结合形与其可逆性结合形成封闭复合物成封闭复合物DNA为双链。为双链。 DNA构象变化，开构象变化，开放复合物形成，全放复合物形成，全酶结合的一小段双酶结合的一小段双链解开链解开 。 开放复合物与最初开放复合物与最初2个个NTP结合，短结合，短RNA链形成。链形成。模板识别模板识别和转录起始和转录起始转录起始：第一个核苷酸键形成转录起始：第一个核苷酸键形成通过启动子：通过启动子：2-9核苷酸短链形成核苷酸短链形成启动子的强弱：通过启动子的时间，时间越短，启动子的强弱：通过启动子的时间，时间越短，起始频率越高。起始频率越高。真正的起始真正的起始释放释放 因子，转录起始复合物通因子，

20、转录起始复合物通过启动子区，并生成由核心酶、过启动子区，并生成由核心酶、DNA和新生和新生RNA所组成的转录延伸复合物。所组成的转录延伸复合物。 因子决定转录的起始，不参与延伸。因子决定转录的起始，不参与延伸。真核生物还需要至少真核生物还需要至少7种辅助因种辅助因子子转录因子参与，形成复转录因子参与，形成复杂的前起始复合物杂的前起始复合物。 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的转录起始 人类人类型启动子的转录因子型启动子的转录因子因子因子 分子量分子量 功能功能RNAPol 10KRNAPol 10K 依赖模板合成依赖模

21、板合成RNARNATFATFA12,19,35K 12,19,35K 稳定稳定TFDTFD和和DNADNA的结合，激活的结合，激活TBPTBP亚基亚基TFBTFB33K33K 结合模板链（结合模板链（-10-10+10+10），起始），起始PolPol结合，和结合，和TFE/FTFE/F 相互作用相互作用TFDTFD(TBP,30K) TBP(TBP,30K) TBP亚基识别亚基识别TATATATA，将聚合酶组入复合体中，将聚合酶组入复合体中，TAFsTAFs识别识别 特殊启动子特殊启动子TFETFE34K() 34K() 结合在结合在PolPol的前部，使复合体的保护区延伸到下游的前部，使复

22、合体的保护区延伸到下游 57 57K()K()TFFTFF38, 74K38, 74K 大亚基具解旋酶活性（大亚基具解旋酶活性（RAP74RAP74）, ,小亚基和小亚基和PolPol结合，结合， 介导其加入复合体介导其加入复合体TFHTFH 具激酶活性，可以磷酸化具激酶活性，可以磷酸化PolCPolC端的端的CTDCTD，使使PolPol逸出，延伸逸出，延伸TFITFI120K120K 识别识别InrInr，起始起始TFF/DTFF/D结合结合TFJTFJ 在在TFFTFF后加入复合体，不改变后加入复合体，不改变DNADNA的结合方式的结合方式TFSTFS RNA RNA合成延伸合成延伸聚合

23、酶横跨约35 bp，解旋的DNA约17 bp。转录的转录的延伸：延伸：RNA链不断链不断伸长，速度不伸长，速度不均一。均一。大肠杆菌：大肠杆菌：50-90个核苷个核苷酸酸/秒。秒。解链区：解链区：RNA-DNA杂杂合链解开，合链解开，DNA双链重双链重新形成。新形成。转录的终止：转录到终止位点，不再形成磷转录的终止：转录到终止位点，不再形成磷酸二酯键，酸二酯键，RNA-DNA杂合链分开，杂合链分开，DNA双链双链形成，聚合酶及形成，聚合酶及RNA单链释放。单链释放。第二节第二节 启动子与转录起始启动子与转录起始启动子启动子是一段位于结构基因是一段位于结构基因5端上端上游区的游区的DNADNA序

24、列，能与序列，能与RNARNA聚合酶结合，聚合酶结合，起始基因的转录。起始基因的转录。启动子的结构影响其与启动子的结构影响其与RNARNA聚合酶的聚合酶的结合，从而影响基因表达的水平。结合，从而影响基因表达的水平。 启动子的结构启动子的结构 (1) (1)结构典型结构典型, ,都含识别（都含识别（R),R),结合结合（B)B)和起始（和起始（I I）位点位点; ; (2) (2)存在保守序列存在保守序列; ; (3) (3)保守序列的位置和距离都比较恒定；保守序列的位置和距离都比较恒定； (4) (4)与多聚酶相结合；与多聚酶相结合； ( (5)5)位于基因的位于基因的55端；端； ( (6)

25、6)决定转录的起始和方向。决定转录的起始和方向。 1. -10序列：序列：-10序列是由序列是由Pribnow和和Schaller（1975）发 现 ， 故 也 称 为发 现 ， 故 也 称 为 P r i b n o w 框 盒框 盒（Pribnow box）。）。保守序列为保守序列为T80A95T45A60A50T96位于位于-10bp左右，左右，A T较丰富，易于解链。较丰富，易于解链。其功能是其功能是: (1) RNA pol紧密结合紧密结合; (2) 形成开放起始复合物；形成开放起始复合物； (3) 使使RNA pol定向转录。定向转录。一、原核生物启动子的基本结构一、原核生物启动子

26、的基本结构2. -352. -35序列序列 -35序列又称为序列又称为Sextama盒（盒（Sextama box），）， 其保守序列为（其保守序列为（T82T84G78A65C54A45） 其功能是其功能是:(1) 为为RNA pol的识别位点。的识别位点。 亚基识别亚基识别-35序列，为转录选择模板序列，为转录选择模板(2)-35和和-10序列的距离是稳定的，此与序列的距离是稳定的，此与RNA pol的结合有关。的结合有关。4. 转录起始位点（转录起始位点（I） 转录开始时模板上的第一个碱基转录开始时模板上的第一个碱基 在原核中常为在原核中常为A或或G 而且位置固定而且位置固定 10区和区

27、和35区的最佳间距区的最佳间距 1619 bp典型启动子的结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp聚合酶通过氢键互补识别启动子。聚合酶通过氢键互补识别启动子。二、启动子区的识别二、启动子区的识别三、酶与启动子区的结合三、酶与启动子区的结合1. 全酶与模板的全酶与模板的DNA接触，生接触，生成非专一的成非专一的,不稳定的复合不稳定的复合物；物；2. 起始识别：全酶与起始识别：全酶与35序列序列结合，产生封闭的酶结合，产生封闭的酶-启动启动子二元复合物子二元复合物；3. 全酶紧密地结合在全酶紧密地结合在-10序列处，序列处，模板模板DNA局部变性，形成局

28、部变性，形成开放的启动子二元复合体；开放的启动子二元复合体；解链区：解链区：913四、增强子四、增强子 增强子与转录起始相关增强子与转录起始相关 它是在它是在1981年由年由Benerji, Rusconi和和Chambom等发现的，其特点是：等发现的，其特点是： 具有远距离效应。具有远距离效应。 无方向性。无方向性。 顺式调节。顺式调节。 无物种和基因的特异性。无物种和基因的特异性。 具有组织的特异性。具有组织的特异性。 其作用和其作用和DNA的构象有关。的构象有关。 有的增强子可以对外部信号产生反应。有的增强子可以对外部信号产生反应。 机理：机理： 增强子可能通过影响染色质增强子可能通过影

29、响染色质DNA-DNA-蛋白蛋白质结构或改变超螺旋的密度而改变模质结构或改变超螺旋的密度而改变模板的整体结构，从而使得板的整体结构，从而使得RNARNA聚合酶更聚合酶更容易与模板容易与模板DNADNA相结合，起始基因转录相结合，起始基因转录。 除除SV40外，还有许多基因的启动区外，还有许多基因的启动区中发现有增强子存在。中发现有增强子存在。五、真核生物的启动子和转录起始五、真核生物的启动子和转录起始 （一）（一） 型启动子和转录起始型启动子和转录起始 负责蛋白质基因和部分负责蛋白质基因和部分snRNA，结结构最为复杂，由核心元件和上游元构最为复杂，由核心元件和上游元件组成。件组成。 1. 核

30、心元件：核心元件：（1 1）转录起始位点或起始子）转录起始位点或起始子 起始点起始点mRNA的第一个碱基倾向的第一个碱基倾向A，两侧两侧各有若干个嘧啶核苷酸各有若干个嘧啶核苷酸. 提供提供RNA pol 识别。识别。 无论无论TATA是否存在，起始子对启动子的是否存在，起始子对启动子的强度和起始位点的选择都是重要的强度和起始位点的选择都是重要的 。 现已纯化了起始子结合蛋白。现已纯化了起始子结合蛋白。（2）保守序列）保守序列TATA框：又称框：又称Hogness 或或Goldberg-Hogness框框， -25-35 ，其一致，其一致序列为：序列为： A63 A50 T82A97T93A85

31、 A83 T37 T37基本由基本由A A和和T T组成，框两侧富含组成，框两侧富含GCGC碱基。结碱基。结构和功能类似原核的构和功能类似原核的PribnowPribnow框。框。功能：决定了大多数真核基因转录起始点功能：决定了大多数真核基因转录起始点的选择，使转录精确起始。的选择，使转录精确起始。2.2.上游元件：上游元件：（1 1）CAATCAAT框：一致序列为框：一致序列为GGC(T)CAATCT, GGC(T)CAATCT, 一般位于一般位于-70-70-80-80。 功能：控制着转录起始的频率。功能：控制着转录起始的频率。（2 2）GCGC框：保守序列为框：保守序列为C C（T T）

32、GGGCGGGGGGCGGG（A A）G G（A A）G G（T T） ，常以多拷贝形式常以多拷贝形式存在于存在于-80-80-110-110。 功能：控制转录起始频率。功能：控制转录起始频率。（3 3）还有一些其它保守序列，如八聚体）还有一些其它保守序列，如八聚体（octameroctamer）和和B B等。等。上游启动子元件（上游启动子元件（UPEUPE） 表表12-4 12-4 哺乳动物哺乳动物RNA Pol RNA Pol 上游转录因子结合的元件上游转录因子结合的元件 元件元件保守序列保守序列结合结合DNADNA的长度的长度 蛋白质因子蛋白质因子TATAboxTATAboxTATAAA

33、ATATAAAA 10bp10bp TBP TBPCAAT boxCAAT boxGGCCAATCTGGCCAATCT 22bp22bp CTF/NF1 CTF/NF1GC boxGC boxGGGCGGGGGCGG 20bp20bp SP1 SP1OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT 20bp20bp Oct-1 Oct-1OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT 23bp 23bp Oct-2 Oct-2B B GGGACTTTCCGGGACTTTCC 10bp10bp NFKB NFKBATFATF GTGACGT GTGACGT 20bp20

34、bp ATF ATF B. Lewin: B. Lewin:GENESGENES.1997,Table 28.2.1997,Table 28.2型型启动子含有的不同组件启动子含有的不同组件SV40 早期启动子早期启动子胸苷激酶胸苷激酶组蛋白组蛋白H2B140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 Oct CAAT GC TATA3.3.远端调控区远端调控区（1 1）增强子：许多基因具有不止一个增）增强子：许多基因具有不止一个增强子强子（2 2）减弱子：在某些基因的上游远端或）减弱子：在某些基因的上游远端或下游远端具有负调节序列，其作用不受距下游远端具有负调节序列，其作用不受

35、距离和方向的影响。离和方向的影响。（3 3）静息子：在酵母中发现，与阻遏蛋）静息子：在酵母中发现，与阻遏蛋白结合，抑制基因表达。白结合，抑制基因表达。（4 4）上游激活序列（）上游激活序列（UASsUASs）：）：在酵母中在酵母中发现，仅影响转录强度，类似增强子，但发现，仅影响转录强度，类似增强子，但有方向性。有方向性。型基因的启动子和调控区小结 TATATATA框框 核心元件核心元件 起始子（起始子（initiatorinitiator，InrInr）: :一般由一般由P PY2Y2CAPCAPY5Y5构成，构成， 位于位于-3-3+5 +5 ，可能提供，可能提供RNA pol RNA po

36、l 识别。识别。 CAAT box CAAT box、类启动子类启动子 上游元件组成上游元件组成 GC boxGC box Oct Oct 增强子（增强子（enhencerenhencer） 远端调控区远端调控区 减弱子（减弱子（dehancerdehancer） 静息子（静息子（sisencersisencer） 上游激活序列（上游激活序列（upstream activatingupstream activating sequences UASs sequences UASs） 转录特点：转录特点：（1 1）RNARNA聚合酶不直接和启动子结合；聚合酶不直接和启动子结合；（2 2）结合需多种

37、转录因子介入。与不）结合需多种转录因子介入。与不同保守序列结合的转录因子数目及种类同保守序列结合的转录因子数目及种类不尽相同。不尽相同。（1 1）直接与）直接与DNADNA结合结合A A、与启动子结合：基本转录因子与启动子结合：基本转录因子B B、与增强子结合：转录调控因子与增强子结合：转录调控因子（2 2）非直接结合）非直接结合DNA的的蛋白质蛋白质 与其他转录因子结合，通过蛋白质与其他转录因子结合，通过蛋白质之间的相互作用，改变其他蛋白质结合之间的相互作用，改变其他蛋白质结合DNADNA的专一性和亲和性。的专一性和亲和性。转录因子的种类转录因子的种类转录的起始机制：转录的起始机制：具体机制

38、不清楚，有证据显示，具体机制不清楚，有证据显示，RNARNA聚聚合酶合酶除了需要除了需要TATATATA框及其蛋白质结合框及其蛋白质结合因子因子TFDTFD外，至少还需要两种启动子外，至少还需要两种启动子及其蛋白质结合因子及其蛋白质结合因子( (二二) )型启动子和转录起始型启动子和转录起始转录转录rRNArRNA基因基因 核心启动子核心启动子(近启动子近启动子)：位于：位于-40到到+5，决定转，决定转录起始的精确位置。录起始的精确位置。 上游控制区上游控制区(远启动子远启动子)：（：（upstream, control element, UCE），），从从 -165延伸到延伸到-40，影响

39、转，影响转录的频率。录的频率。这两个区富含这两个区富含GC（达达85%）两个元件之间的距离非常重要。两个元件之间的距离非常重要。RNA聚合酶聚合酶具有明显的种族特异性。具有明显的种族特异性。 （三）三） 启动子的结构和起始启动子的结构和起始基因内基因内启动子启动子：5 S RNA和 tRNA, 基因外基因外启动子启动子：snRNAA 区区 保守区为：保守区为：5 - TGGN/NAGTGG-3 位位于于tRNA的的D臂上臂上;B区保守区为：区保守区为：5 - GGTTCGAN/NCC-3 位于位于 tRNA 的的T C环上环上. 非洲爪蟾非洲爪蟾5S rRNA启动子：启动子： +50 以后以后

40、A区区：5-TGGCNNAGT-GC-3B区：序列不太一致区：序列不太一致C区：区：5-CGGTCGANNCC-3 转录起始点 转录起始点 boxA boxC boxA boxB TFIIIA TFIII A TFIII A TFIII C TFIII B TFIII B Pol III Pol III 1 型内部启动子 2 型内部启动子 转录起始点 OSE PSE TATA OCT-1 PBP TFDOSE (OCT sequence element) TFBPSE(proximal sequuence element) RNA pol snRNA表表12-6 12-6 RNA pol RN

41、A pol 启动子的转录因子的结构和功能启动子的转录因子的结构和功能因子因子 结构结构 功能功能TFA 38Kda,TFA 38Kda,有有9 9个锌指个锌指 结合于结合于1 1型内部启动子型内部启动子(5(5sRNAsRNA基因基因) )的的C C框，框， 使使C C结合在结合在C C框下游，辅助框下游，辅助 B B定位结合定位结合TFB TFB 含含TBPTBP和另外二种蛋白和另外二种蛋白定位因子，使定位因子，使PolPol结合在起始位点上结合在起始位点上TFC TFC 含含AA和和B,B,有有5 5个亚基个亚基 BB结合结合型内部启动子型内部启动子( (tRNAtRNA基因基因) )的的

42、B B框，框， 起增强子的作用。起增强子的作用。 AA结合结合A A框，起启动框，起启动子子 的作用；辅助的作用；辅助 B B定位结合定位结合TBPTBP是是B,D,SL1B,D,SL1的亚基的亚基和特异和特异DNADNA序列及序列及RNA PolRNA Pol结合，使结合，使PolPol结合结合 在正确的位点上在正确的位点上TFDTFD含含TBPTBP亚基亚基 结合结合TATATATA框，确定选择框，确定选择Pol Pol PBPPBP次近端结合蛋白次近端结合蛋白 可能和可能和D D一道辅助一道辅助 B B定位结合的另一途定位结合的另一途 径径第三节 原核生物与真核生物mRNA的特征比较1、

43、原核生物mRNA的特征 半衰期短 多以多顺反子的形式存在 多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。单顺反子mRNA：只编码一个蛋白质的mRNA。SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。 5 端无“帽子”结构， 3 端没有或只有较短的poly（A ）结构。2、真核生物mRNA的特征 5 端存在“帽子”结构多数mRNA 3 端具有poly（A ）尾巴（组蛋白除外）以单顺反子的形式存在“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA结构的比较结构的比较第四节 终止与抗终止 1终止序列和释放因子（1）终止子：提供终止

44、信号的序列，分为两类：不依赖于蛋白质辅助因子而实现终止作用；A. 依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用。 这种蛋白质因子称这因子 （2）终止子的特征：共同点共同点：都在转录终止点之前有一段迴文序列，迴文序列的两个重复部分之间由几个碱基对的不重复节段隔开。不同点不同点：不依赖因子的终止子的回文序列中富含GC碱基对，在回文序列的下游方向又常有6-8个AT碱基对。 （3）终止作用 A第一类（不依赖因子）：回文序列形成柄噜噗结构（发夹结构）；转录作用出现延宕；富含A/U序列导致DNA与RNA杂交部分分开；1) 三元复合物解体。 B第二类（依赖于因子）：因子：55KDa蛋白质，其活性形式为六聚体。两种活性：

45、促进转录终止活性；NTPase活性, 需要RNA链。一个依靠rho终止子有一个富含C但含G很少的序列，它处在最终终止的位点之前。Rho-依赖型终止需要在终止子的上游有一个长度为50-90个碱基的序列。它们共同的特点是含有较多的C和较少的G单体。因子是如何起作用的？因子是如何起作用的？作用方式：首先， 因子结合于在合成中的RNA链的5端；第二步，水解NTP放出的能量，使之从5向3方向移动，RNA聚合酶终止子的延拓给予因子以追赶的机会； 最后， 因子与RNA聚合酶相互作用造成转录终止，RNA聚合酶和因子都从核酸分子上游离出来。 因子是否能与终止子作用，还需要看它是否有机会进入RNA链的5末端并沿着

46、RNA链向3端移动。这可能解释为什么同一个转录元里近基因的一个无义突变能够阻止远基因的表达这一极性现极性现象象。 由于抗终止蛋白的作用，RNA聚合酶的转录有可能越过特定的终止子。2终止与抗终止及抗终止因子终止与抗终止及抗终止因子抗终止作用在病毒调控周期和细菌操纵子中都是一种调控机制。右图显示了抗终止作用控制酶越过终止子阅读后面基因的能力。病毒基因中极少量能被宿主酶转录。尽管如此，在这些基因中仍有能表达下一组病毒基因的调控子基因。这样一种调控子蛋白质的作用有两种基本类型，启动病毒新的启动子或使RNA聚合酶越过终止子。E.coli噬菌体采用依赖因子的终止作用以及通过抗终止因子的抗终止作用来控制不同

47、阶段的基因的表达。作用方式：早期转录的基因产物中产生一个抗终止因子（蛋白质）能阻碍一些终止子的终止作用，从而使迟期及晚期基因得以表达。Figure 9.33 Ancillary factors bind to RNA polymerase as it passes certain sites. The nut site consists of two sequences. NusB-S10 join core enzyme as it passes boxA. Then NusA and pN protein bind as polymerase passes boxB. The presen

48、ce of pN allows the enzyme to read through the terminator, producing a joint mRNA that contains immediate early sequences joined to delayed early sequences.第五节 内含子的剪接及RNA编辑Primary transcriptThe consensus sequences for humann5splice site (5剪接位点剪接位点): the exon-intron boundary at the 5 end of the intro

49、nn3 splice site (3剪接位点剪接位点): the exon-intron boundary at the 3 end of the intronnBranch point site (分枝位点分枝位点): an A close to the 3 end of the intron, which is followed by a polypyrimidine tract (Py tract).AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFI

50、IPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAAAOHPAP鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNA1. 内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为内含子分为4 4类：类： I I ：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因；基因；II II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA； IIIIII：是常见