第十一章-基因转录与加工

1、本章简介2、掌握内容讲述3、要点回顾4、本章习题第十一章基因转录与加工本章介绍了基因表达的转录过程及调节机制、转录产物的加工。重点掌握转录（生成RNA）的机制、乳糖操纵子结构及其活性调节、mRNA的转录后加工。第十一章基因转录与加工11.1基本概念11.2

原核生物基因转录11.3

真核生物基因转录11.4

真核生物基因转录调节第十一章基因转录与加工11.1基本概念一、分子遗传学的中心法则

基因表达、复制与转录的比较二、转录过程：起始（识别起始位点和开始）、延长、终止三、原核生物RNA聚合酶基因表达包括转录和翻译两个过程，转录的起始是基因表达的第一步，也是基因表达调节的主要控制点

转录的概念翻译：由RNA指导蛋白质的合成过程转录的概念和DNA的模板链和编码链

转录是在DNA的指导下的RNA聚合酶的催化下，按照碱基配对的原则，以四种NTP为原料合成一条与模板DNA互补的RNA的过程。RNA的转录从DNA模板的特定位点开始，并在一定的位点终止。此转录区域为一个转录单位。启动子

终止子模板链/无义链编码链/有义链/非模板链非信息区DNA5´5´3´3´DNA合成（复制）和RNA合成（转录）的比较

①.起始位点的识别：σ识别正确的启动位点(启动子——一段保守DNA序列位于基因上游，是RNA聚合酶结合并开始转录的位置，-35区、-10区、+1)并形成复合物,使局部DNA结构松散，打开17bp暴露出DNA模板链，有利于RNA聚合酶进入转录泡3’5’+1转录起始点AACTGTATATTATTGACATATAAT3’5’－35序列

Sextama框－10序列Pribnow框，核心酶结合位点-35-10pppG或pppA5‘5‘3‘3‘模板链E③.链的延长：以NTP为原料和能量,DNA模板链为模板，靠核心酶的催化，核苷酸间通过3´,5´-磷酸二酯键形成核糖核酸链(RNA)②.转录起始：转录起始不需要引物，加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，σ亚基就会被释放脱离核心酶。RNA链的延伸图解3´5´RNA-DNA杂交螺旋聚合酶的移动方向3′→5′新生RNA复链解链有义链/编码链模板链（无义链）延长部位④.转录终止：终止子和ρ因子

终止子：具有一段富含G-C的回文区域，转录生成的RNA链可形成发夹结构，影响RNA聚合酶的行进使转录终止

ρ因子：当RNA聚合酶移动至终止子部位时，ρ因子与其结合使RNA和DNA分离，转录终止R

N

A合成过程起始双链DNA局部解开磷酸二酯键形成终止阶段解链区到达基因终点延长阶段53RNA

启动子

终止子5RNA核心酶5353553离开大肠杆菌RNA聚合酶的结构示意图核心酶(α2ββ)起始因子β——和模板DNA结合β——与底物结合催化聚合反应α——与转录频率相关全酶(α2ββ)RNA聚合酶缺乏3′→5′外切酶活性因此无校对功能RNA聚合酶催化的反应ACGACGUU模板DNA5´3´5´3´新合成RNA合成方向3´

5´-磷酸二酯键11.2原核生物基因转录

转录单位一、E.coli乳糖操纵子

结构、活性调节二、转录产物的加工结构基因：可转录为RNA的一段DNA序列通常在几个结构基因上游有一个控制部位，调节着结构基因的转录速率控制部位和结构基因组成操纵子结构基因不止一个时称为多顺反子操纵子终止子：结构基因末端包含终止信号的DNA序列结构基因、控制部位、终止子共同组成转录单位操纵子——基因表达的协同单位乳糖操纵子结构基因（编码蛋白质，S）控制部位CAP蛋白结合位点（CRP）启动子（premotor,P）原核生物酶合成的诱导调节

的遗传机制

操纵子学说调节基因（调节/阻遏蛋白，I）操纵基因（operator,O）乳

糖

操

纵

子

的

负

调

控调节基因操纵基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA

阻遏/调节蛋白（有活性）基因关闭启动子OIPLacZLacYLaca调节基因操纵基因乳糖结构基因启动子OImRNAZmRNAYmRNAa

阻遏/调节蛋白+乳糖（无活性）

基因表达mRNAA、乳糖操纵子的结构

B、乳糖酶的诱导

乳糖

阻遏/调节蛋白（有活性）CAP结合部位乳糖操纵子的正调控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表达CAP基因结构基因TCAPOCAP结合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代谢产物腺苷酸环化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物与cAMP的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白降低cAMP浓度使CAP呈失活状态

基因关闭转录后加工（成熟过程）细胞内由RNA聚合酶合成的初级转录产物，往往需要一系列的变化才转变为成熟的RNA分子。此过程总称为RNA的成熟或称为RNA的转录后加工。

原核生物的mRNA转录后一般不需要加工，转录的同时即进行翻译（半寿期短）。

rRNA前体的转录后加工tRNA前体的加工原核生物中rRNA前体的加工甲基化作用专一核酸内切酶30S前体17StRNA25S专一核酸外切酶16SrRNAtRNA23SrRNA5S

rRNA专一核酸外切酶tRNA前体的加工在tRNA剪切酶的作用下，切成一定大小的tRNA分子3’末端加上CCA-OH碱基的修饰11.3真核生物基因转录真核生物的RNA聚合酶真核生物的转录：起始、延长、终止转录产物的加工真核生物的三种RNA聚合酶的特点RNAPol位置产物相对活性对α-鹅膏蕈敏感性PolⅠ核仁28s,18s,5.8srRNAs50～70%不敏感PolⅡ核质hnRNA,mRNA,某些SnRNAs20～40%高度敏感PolⅢ核质tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs～10%片段特异，中等敏感真核生物和原核生物转录的差别

DNA核核糖体新生蛋白质真核生物原核生物mRNA前体转运加工mRNAmRNA

RNA聚合酶不相同启动子不同转录后RNA加工修饰不同真核生物中rRNA前体的加工45S真核细胞mRNA的加工5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子(cistron)

m7G-5´ppp-mN-3´pAAAAAAA-OH

5′端接上“帽子”(CAP)结构，细胞核内，RNA开始合成时被加入

3′端添加PolyA“尾巴”,细胞核内与转录终止同时进行，由PolyA聚合酶催化剪接：剪去内含子(intron)，拼接外显子(extron)化学修饰、RNA编辑真核细胞mRNA的加工真核细胞mRNA的加工真核细胞mRNA的加工11.4真核生物基因转录调节

启动子

转录因子转录因子的作用方式(自学）染色质结构对转录的调控(自学）真核生物启动子可分为核心启动子和上游启动子元件真核生物3类RNA聚合酶识别不同启动子，转录不同基因p162图11-16RNA聚合酶和一般转录因子在核心启动子上结合。只能低水平开始转录；上游启动子元件和增强子能很大程度提高转录水平转录因子：激活转录的调节蛋白，一般有两种活性结构部位，