RNA的转录合成学习教案

1、会计学1RNA的转录的转录(zhun l)合成合成第一页，共56页。2v转录的基本原则转录的基本原则 Basic Principles of Transcription Basic Principles of Transcription v大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶聚合酶 Escherichia Coli RNA Escherichia Coli RNAv Polymerase Polymerase v大肠杆菌大肠杆菌7070启动子启动子 The 70 promoter The 70 promoter v转录的起始转录的起始, , 延伸延伸(ynshn)(ynshn)与终止与终止 Tr

2、anscription, Transcription, initiation,initiation,v elongation and termination elongation and termination 第1页/共55页第二页，共56页。3转录转录(zhun l):以以DNA为模板为模板,在依赖于在依赖于DNA的的RNA聚合酶催化之下的一系列聚合酶催化之下的一系列RNA酶促合成过程叫做转录酶促合成过程叫做转录(zhun l),包括包括RNA链的起始、延伸、终止等步骤。链的起始、延伸、终止等步骤。 v转录的基本转录的基本(jbn)(jbn)原则原则 Basic Principles of

3、 Basic Principles of TranscriptionTranscription第2页/共55页第三页，共56页。4Antisense strandSense strandAntisense strandSense strand第3页/共55页第四页，共56页。5155kDa36.5kDa151kDa11kDa36.5kDa70kDaHoloenzyme 全酶核心酶第4页/共55页第五页，共56页。61 亚基亚基: 核心核心RNA聚合酶有聚合酶有2个个亚基亚基,由由rpoA基因编码基因编码(bin m).功能：功能：1）参与）参与RNA核心酶的组装核心酶的组装,尚未发现有明确的转

4、录功能。尚未发现有明确的转录功能。2）参与全酶和启动子的牢固结合。）参与全酶和启动子的牢固结合。3）当）当RNA聚合酶核心酶沿着模板移动进行聚合酶核心酶沿着模板移动进行RNA链的延伸时链的延伸时,保保证证DNA双螺旋的不断地在前面解开双螺旋的不断地在前面解开,在后面恢复双螺旋。在后面恢复双螺旋。第5页/共55页第六页，共56页。72 亚基亚基: 是是RNA聚合酶的催化中心聚合酶的催化中心, 由由rpoB 基因编码基因编码.可能含有可能含有两个结构域两个结构域, 分别负责转录的起始和延伸分别负责转录的起始和延伸.具体具体(jt)是是 ：结合核苷：结合核苷酸酸 底物并催化磷酸二酯键形成底物并催化磷

5、酸二酯键形成证据证据:(1)抗生素利福平抗生素利福平:与与亚基结合亚基结合,阻止阻止RNA聚合酶聚合酶 转录的开始转录的开始; (2)利迪链菌素也与利迪链菌素也与亚基结合亚基结合,抑制转录延伸抑制转录延伸.第6页/共55页第七页，共56页。83 亚基亚基:是是RNA聚合酶的催化中心，由聚合酶的催化中心，由rpoC 基因编码基因编码(bin m), 负责核心酶与模板负责核心酶与模板DNA的结合。的结合。 第7页/共55页第八页，共56页。94 因子因子: 大肠杆菌中最常见大肠杆菌中最常见(chn jin)的的因子是因子是70. 特性特性:（1）与核心酶结合形成了全酶）与核心酶结合形成了全酶,在启

6、动子识别中在启动子识别中 起关键起关键性的作用；性的作用；（2）原核生物含有多种）原核生物含有多种因子，以能识别各种类型的启因子，以能识别各种类型的启动子；动子；（3）RNA链延伸至链延伸至8-9nt时，时， 因子就离开核心酶；因子就离开核心酶；（4） 因子数量只有核心酶的因子数量只有核心酶的30%，因此在任何时刻只，因此在任何时刻只有有1/3的聚的聚 合酶是全酶。合酶是全酶。第8页/共55页第九页，共56页。105 亚基：亚基：亚基的功能尚不清楚亚基的功能尚不清楚,也有人认为也有人认为亚基对于亚基对于RNA聚聚合酶的结构合酶的结构(jigu)和功能没有太大的影响。和功能没有太大的影响。第9页

7、/共55页第十页，共56页。111. 70在基因在基因(jyn)中的位置及序列中的位置及序列为了为了(wi le)(wi le)方便方便, ,人们将人们将mRNAmRNA开始转录的一个碱基开始转录的一个碱基( (转录起始点转录起始点) )定为定为+1,+1,沿转录方向顺流而下均用正值表示沿转录方向顺流而下均用正值表示; ;溯流而上的启动子溯流而上的启动子部分部分, ,均用负值表示。均用负值表示。第10页/共55页第十一页，共56页。122. 70的特征的特征大小大小40-60bp; -10序列序列, 也叫也叫pribnow框框,含有保守序列含有保守序列 TATAAT, 其中带底线其中带底线的称

8、为保守的称为保守T,它存在于目前已知的几乎它存在于目前已知的几乎(jh)所有启动子中所有启动子中,一一般位于般位于6(5)到到9(8).该序列是聚合酶启动该序列是聚合酶启动DNA解旋的序列解旋的序列.第11页/共55页第十二页，共56页。132. 70的特征的特征(续上续上) -35序列序列, 也叫也叫Sextama框框,也是也是RNA聚合酶覆盖的部分。聚合酶覆盖的部分。 RNA聚合酶聚合酶依靠其依靠其亚基识别该位点亚基识别该位点,因此因此(ync)又称为又称为RNA聚合酶识别位点。其聚合酶识别位点。其保守序列为保守序列为TTGACA。第12页/共55页第十三页，共56页。142. 70的特征

9、的特征(续上续上)启动子区域的共同功能启动子区域的共同功能: (1) -35序列组成增强与聚合酶序列组成增强与聚合酶因子相识别因子相识别(shbi)和相互作用的识别和相互作用的识别(shbi)区；区； (2) -10序列直接影响序列直接影响DNA的解旋速度；的解旋速度；TTGACA.16-18bp.TATAAT5-8bp.CG/AT-35sequence -10sequence +1第13页/共55页第十四页，共56页。15启动子效率启动子效率-10序列和序列和-35序列之间距离的改变影响启动子的活性序列之间距离的改变影响启动子的活性。间隔。间隔17bp活性最强（活性最强（16-18，15-2

10、0bp）弱启动子没有弱启动子没有-35序列。如：序列。如：lac启动子，启动子，lac基因的表基因的表达需要一个辅助激活因子达需要一个辅助激活因子(ynz)受体蛋白受体蛋白CAP(cyclic AMP receptor proteizod) 与靠近启动子上的与靠近启动子上的CRP位位点结合，以增强启动子与点结合，以增强启动子与RNA聚合酶的结合从而进行聚合酶的结合从而进行转录起始。转录起始。第14页/共55页第十五页，共56页。16v 转录的起始、延伸转录的起始、延伸(ynshn)与终止与终止v Transcription, Initiation , Elongation and Termin

11、ation1 启动子结合启动子结合 Promoter binding2 DNA解旋解旋 DNA unwinding3 RNA链起始链起始 RNA chain initiation4 RNA链延伸链延伸 RNA chain elongation5 RNA链终止链终止 RNA CHAIN TERMINATION6 依赖依赖(yli)的的转录终止转录终止 Rho-dependent termination第15页/共55页第十六页，共56页。171.Promoter binding2. DNA Unwinding and initiation三聚复合物闭合复合物开放复合物3. ElongationD

12、NA解旋区(转录(zhun l)泡)第16页/共55页第十七页，共56页。1812bp17bp3. Elongation第17页/共55页第十八页，共56页。19Termination (1)不依赖不依赖因子的转录因子的转录(zhun l)终止终止(Rho-indepent termination)发夹结构发夹结构特点特点:回文回文(hu wn)序列中富序列中富含碱基对含碱基对,在回文在回文(hu wn)序列的下序列的下游方向又游方向又常有常有6个个8个个AT碱基对；碱基对；第18页/共55页第十九页，共56页。20第19页/共55页第二十页，共56页。21(2) 依赖依赖(yli)因子的转录

13、终止因子的转录终止 (Rho-depent termination)结合RNA上72个核甘酸发夹结构特发夹结构特点点:依赖依赖因因子的终止子子的终止子中回文序列中回文序列的的G-C对含对含量较少。在量较少。在回文序列下回文序列下游方向的序游方向的序列没有列没有(mi yu)固定特固定特征征,其其A-T对对含量比前一含量比前一种终止子低种终止子低。 第20页/共55页第二十一页，共56页。22因子是因子是RNA聚合酶的一聚合酶的一种重要种重要(zhngyo)的蛋白的蛋白质辅助因子。催化解开质辅助因子。催化解开DNA-DNA和和RNA-DNA双双螺旋结构。螺旋结构。第21页/共55页第二十二页，共

14、56页。23q真核生物真核生物(shngw)RNA的转录的转录qTranscription in Eukaryotesv真核生物真核生物(shngw)的的RNA聚合酶聚合酶v Eukaryotic RNA Polymerases v真核生物真核生物(shngw)的启动子的启动子 Eukaryotic Promoter第22页/共55页第二十三页，共56页。24v真核生物真核生物(shngw)RNA聚合酶聚合酶vEukaryotic RNA Polymerases 真核细胞中有三种真核细胞中有三种(sn zhn)RNA聚合酶：聚合酶：RNA聚合酶聚合酶I、RNA聚合酶聚合酶、RNA聚合酶聚合酶。

15、除了这。除了这3种聚合酶以外种聚合酶以外,真核生物细胞中的线粒体和叶绿体还含有真核生物细胞中的线粒体和叶绿体还含有其他的其他的RNA聚合酶聚合酶第23页/共55页第二十四页，共56页。253种种RNA聚合酶的性质聚合酶的性质(xngzh)和功和功能能TypeLocationFunctionTo -amanitinRNA Pol INucleoli核核仁仁Transcribes Most rRNAs geneInsensitiveRNA PolNucleo-plasm核质核质Transcribes all protein-coding genes and some snRNA genesVery

16、 sensitiveRNA Pol Nucleo-plasmtRNAs, 5S rRNA,U6 snRNA and other small RNAs genesModerately sensitive中度敏感中度敏感第24页/共55页第二十五页，共56页。26RNA聚合酶亚基聚合酶亚基 RNA polymerase subunits三种聚合酶均含有三种聚合酶均含有12个以上的亚基个以上的亚基,其中编码每一个其中编码每一个RNA聚合酶两个大聚合酶两个大亚基的亚基的DNA序列具有同源序列具有同源.三种聚合酶均含有与三种聚合酶均含有与E. coli RNA Pol 核心核心 (2)亚基相同亚基相同

17、源源的亚基的亚基. 其中最大亚基与其中最大亚基与E. coli RNA Pol 中的中的亚基相似亚基相似,第二大亚第二大亚基与基与E. coli RNA Pol 的含有活性位点的的含有活性位点的亚基相似亚基相似.RNA Pol I 和和III,共存两个亚基共存两个亚基,Pol II 专有亚基与专有亚基与E. coli RNA Pol 的的亚基具有同源性亚基具有同源性.至少还有至少还有5种小亚基普遍存在于这种小亚基普遍存在于这3种聚合酶中种聚合酶中,此外此外(cwi)仅存在于某仅存在于某一特定聚合酶中的亚基还有一特定聚合酶中的亚基还有4-7个个.第25页/共55页第二十六页，共56页。27 真核

18、生物真核生物(shngw)RNA聚合酶的活性聚合酶的活性Eukaryotic RNA polymerase activity 真核生物的真核生物的RNA聚合酶与原核生物的共同点：聚合酶与原核生物的共同点：（1）转录方向为）转录方向为53,合成与反义模板链互补合成与反义模板链互补(h b)的的RNA（2）转录起始时不需要引物）转录起始时不需要引物,只需要前体核苷酸只需要前体核苷酸ATP, GTP, CTP,UTP第26页/共55页第二十七页，共56页。28真核生物的真核生物的RNA聚合酶与原核生物的不同点：聚合酶与原核生物的不同点：（1）有三个聚合酶。）有三个聚合酶。（2）真核生物）真核生物RN

19、A聚合酶在与启动子结合、起始转录之前需要一聚合酶在与启动子结合、起始转录之前需要一些额外的起始蛋白（转录因子）的参与。些额外的起始蛋白（转录因子）的参与。（3） RNA 聚合酶聚合酶II的羧基端含有一段的羧基端含有一段7个氨基酸的重复序列，称个氨基酸的重复序列，称作羧基末端结构域，即作羧基末端结构域，即CTD (carboxyl terminal domain )；这；这7个氨基酸的重复序列是个氨基酸的重复序列是Tyr（酪）（酪）-Ser（丝）（丝）-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser。在老鼠中重复。在老鼠中重复52次，在酵母次，在酵母(jiom)中重复中重复26次。这次。这种结构对酶的活

20、性是必要的。种结构对酶的活性是必要的。第27页/共55页第二十八页，共56页。29真核生物的转录真核生物的转录(zhun l)因子因子（1）基本）基本(jbn)转录因子（转录因子（basal factor）（2）上游因子（）上游因子（upstream factor）（3）诱导因子（）诱导因子（inducible factor）第28页/共55页第二十九页，共56页。30v真核生物真核生物(shngw)的启动子的启动子 Eukaryotic Promoter启动子：启动子是指位于基因启动子：启动子是指位于基因5 端上游，能够端上游，能够(nnggu)被被RNA 聚合酶和其他转录因子识别并与之结合

21、，从而起始基因转录聚合酶和其他转录因子识别并与之结合，从而起始基因转录的一段的一段DNA 序列，是基因表达调控中非常重要的顺式作用元件。序列，是基因表达调控中非常重要的顺式作用元件。 调控元件：顺式作用元件调控元件：顺式作用元件(启动子，增强子，沉默子），反式作启动子，增强子，沉默子），反式作用因子用因子启动子类型：启动子类型：I型启动子、型启动子、II型启动子、型启动子、III型启动子型启动子第29页/共55页第三十页，共56页。31rRNA 基因(rDNA)人类rDNA编码产生一个45S的rRNA转录物 (13000nt)，这一转录物随后(suhu)被切成18S (2000nt), 5.8

22、S (160nt) 和 28S (5000 nt)各1个的 rRNA. 人类细胞在不同的染色体上分布有5簇rDNA重复基因（串联基因簇），每簇有40个拷贝，拷贝之间被非转录的间隔序列分开（图）这种RNA多基因拷贝的连续转录是产生足够且加工的rRNA。rRNA和蛋白质结合形成了核糖体(1) I型启动子（型启动子（ RNA聚合酶聚合酶I启动子）启动子）第30页/共55页第三十一页，共56页。3245S rRNAprocessed intorDNA第31页/共55页第三十二页，共56页。33每一个每一个rRNA簇被称为一个核组织簇被称为一个核组织(zzh)区域（区域（nucleolar organi

23、zer regions）. 在在rRNA合成活跃阶段，前合成活跃阶段，前rRNA转录物与转录物与rDNA捆扎在一起可在显微镜下看到捆扎在一起可在显微镜下看到“圣诞树圣诞树” （Christmas tree structures）样的结构）样的结构.（图）（图） 第32页/共55页第三十三页，共56页。342. I 型启动子的特征型启动子的特征I型启动子由两部分的转录控制区域构成型启动子由两部分的转录控制区域构成:核心元件核心元件(yunjin)(Core element，CE) 和上游控制元件和上游控制元件(yunjin)(Upstream control element, UCE)前 rDN

24、A RNA Pol I promoters in human cells第33页/共55页第三十四页，共56页。35上游结合因子上游结合因子(Upstream binding factor1, UBF1)：一种特异：一种特异DNA结合蛋白结合蛋白, 与与UCE和核心元件上游的一段序列和核心元件上游的一段序列(xli)结合结合,UBF1可使转录速率大大增强可使转录速率大大增强.UBF1的两个结合位点序列的两个结合位点序列(xli)之间没有明显的相似性之间没有明显的相似性, UBF1的的分子先结合一个序列分子先结合一个序列(xli)元件元件,随后通过蛋白随后通过蛋白-蛋白之间的互作结合蛋白之间的互

25、作结合,导致在两个位点间的导致在两个位点间的DNA形成一个环状结构形成一个环状结构.3. RNA聚合酶与转录聚合酶与转录(zhun l)因子因子第34页/共55页第三十五页，共56页。36选择因子选择因子1(Selectivity factor1, SL1)：聚合酶：聚合酶I 转录转录(zhun l)所必所必需需.SL1结合并稳定结合并稳定UBF-DNA复合物复合物,且与核心元件游离的下游部分且与核心元件游离的下游部分相互作用相互作用.SL1本身没有与启动子特异结合的特性本身没有与启动子特异结合的特性,它促使它促使Pol I与与UBF-DNA复合物的结合并起始转录复合物的结合并起始转录(zhu

26、n l).UBF1UBF1第35页/共55页第三十六页，共56页。37第36页/共55页第三十七页，共56页。38RNA Pol II (RNA聚合酶聚合酶II)1）RNA Pol II 存在于核质中存在于核质中2）负责）负责(fz)所有编码基因和一些所有编码基因和一些snRNA基因的转录基因的转录3）合成的前）合成的前mRNA需经过一系列的加工需经过一系列的加工,如如RNA 5端生端生成帽子结构、成帽子结构、RNA 3端加上端加上poly A 尾巴以及内含子剪尾巴以及内含子剪接接第37页/共55页第三十八页，共56页。39Typical RNA Pol II genes 第38页/共55页第

27、三十九页，共56页。40特征：特征： （1）TATA box：在上游约：在上游约-25-35bp位置，有位置，有7对共有碱基序列对共有碱基序列5-TATA（A/T）A（A/T）-3。决定。决定RNA Pol II 的位置或正确的起始转录。的位置或正确的起始转录。（2）帽子位点（）帽子位点（Cap site):即转录的起始位点，大都为即转录的起始位点，大都为A碱基。碱基。（3）CAAT box：即上游调控元件（：即上游调控元件（UREs）。保守序列为）。保守序列为GG（C/T）CAATCT，一般位，一般位 于于-75bp附近附近(fjn)。该序列确保启动子的有效转录。该序列确保启动子的有效转录。

28、A第39页/共55页第四十页，共56页。41其他真核生物的启动子：其他真核生物的启动子：（ 1）缺乏）缺乏(quf)TATA框，只含起始元件，如老鼠的末框，只含起始元件，如老鼠的末端脱氧核苷酸转移酶基因，其起始元件位于转录起始点端脱氧核苷酸转移酶基因，其起始元件位于转录起始点附近，从附近，从-6至至+11，序列为，序列为GCCCTCATTCTGGAGAC。（2）没有）没有TATA框，也不含起始元件，只有框，也不含起始元件，只有20-50bp的的GC区。区。 这些启动子的转录效率很低。这些启动子的转录效率很低。第40页/共55页第四十一页，共56页。42食用菌食用菌gpd启动子：启动子：1 AT

29、TCAAGCAGTCAATGGATTGGAGTGTATTTAGAATCGAAGGTTGTGGAA51 CAAGGAAAAGATGCGGACGAAAAACACAACTGATCCTTTTATAGATAATC101 GCGCTTCAGTCAAATCTTGATTGCGTGATGTTGTGACTTCGACAATAGCC151 CTAAAGTCTAGACCTTAGAACACTTTAGTACCTCGGACCTGCGATTGGGT201 AGGATTTACTGGCCGAGTCCTTTGGGATGGACTGCCAATCAGCAAACGTT251 CTTCAGTTCTATCGCCCCATGACTAAGGTTGCC

30、TGGAACCGTGCTCGAGC301 TTTGGATGGAAGTGCCTTTGAAAAGCCCTGCAAAGTCTTGCAAATGCTAC351 AGCTTCCTCCCTGGCCTGGGTTTGTTGTTCTAGAACTACTCTCATTCTTA401 TCTTCTGCATACAACCATTTCATGCTATCCCAGGATACACCGGTTTCACC451 GTAGTAGCCTTATGGATGCAACTTTGACGCACTGACAATCTGACTGATAT501 CGACCAATAAGAATAGATAAAACTCCCTGTCCGAGTCCTTTCCGTGATAC551 ATGTGGCTC

31、TCCGACTGCACTCTAACGCCGATAGGATACGGGCCCGCTCA601 GATAACCAGCA第41页/共55页第四十二页，共56页。43ck- pLg-gfp转化(zhunhu)子Lg2 pGg-gfp转化(zhunhu)子Gg1 普通普通(ptng)光源光源蓝光激发蓝光激发ck- pLg-gfp转化子Lg2 pGg-gfp转化子Gg1 l荧光显微镜下的菌丝荧光图荧光显微镜下的菌丝荧光图第42页/共55页第四十三页，共56页。44ck- pLg-gfp转化(zhunhu)子Lg2 pGg-gfp转化(zhunhu)子Gg1 pLr-gfp转化(zhunhu)子 Lr1l共聚

32、焦显微镜下菌丝荧光共聚焦显微镜下菌丝荧光(ynggung)图片图片第43页/共55页第四十四页，共56页。45Fluorescence microscope第44页/共55页第四十五页，共56页。46u增强子增强子Enhancer ：在远离转录起始点（上游或下游）的一段可增强：在远离转录起始点（上游或下游）的一段可增强启动子活性的调控元件启动子活性的调控元件(yunjin)，大小为，大小为100-200bp。最初在。最初在DNA病病毒毒SV40的基因组中发现。的基因组中发现。u特性：特性：u（1）加强相连基因从正确起始位点的转录活性；）加强相连基因从正确起始位点的转录活性；u（2）增强子无论是

33、在下游或在上游均可激活转录；）增强子无论是在下游或在上游均可激活转录；u（3）无论是在下游或在上游，可在远离起始位点）无论是在下游或在上游，可在远离起始位点1Kb以上发挥作用以上发挥作用；u（4）两个启动子串联在一起时，增强子优先激活距离最近的那一个）两个启动子串联在一起时，增强子优先激活距离最近的那一个。u沉默子沉默子Silencer:第45页/共55页第四十六页，共56页。47IIII型基因转录的转录因子型基因转录的转录因子(ynz)(ynz)和转录起始复合和转录起始复合物物转录因子：真核生物转录因子：真核生物RNARNA聚合酶转录需要的各种蛋白质聚合酶转录需要的各种蛋白质辅助因子称之。以

34、辅助因子称之。以TFIIXTFIIX表示，以发现顺序表示，以发现顺序(shnx)(shnx)命命名，如：名，如：TFIIATFIIA、TFIIBTFIIB等。等。转录起始复合物的组装过程：转录起始复合物的组装过程：p268-269p268-269第46页/共55页第四十七页，共56页。48（3）III型启动子：型启动子：RNA聚合酶聚合酶III识别识别(shbi)RNA聚合酶聚合酶III:1）Contains at least 16 different subunits2）Located in nucleoplasm(核质核质)3）Synthesizes the precursor of 5S

35、 rRNA, the tRNAs and other snRNAs and small cytosolic(胞质胞质) RNAs III型启动子的类型（下图）：型启动子的类型（下图）：基因基因(jyn)内启动子内启动子转录起点上游启动子转录起点上游启动子第47页/共55页第四十八页，共56页。49May consist of bipartite(双向的双向的) sequences downstream of the startpoint, with boxA separated from either boxC or boxB. Or they may consist of separated

36、 sequences upstream of the startpoint (Oct, PSE, TATA box).5SrRNA基因(jyn)U6等基因(jyn)tRNA基因(jyn)第48页/共55页第四十九页，共56页。50tRNA 的基因的基因(jyn)内启动子内启动子(1) Transcription control regions (promoters) of tRNA lies after the start site.(2) Two highly conserved sequences within the tRNA coding region, called A box (5-TGGCNNAGTGG) and B box (5-GGTTCGANNCC). These sequences also encode important sequences in the tRNA itself, the D-loop and TC-loop (tRNA二级结构二级结构(jigu)形式形式).Highly conserved sequence in tRNAs are al