转录和基因表达调控课件

转录和基因表达调控

(一)转录的概念转录(transcription)就是以DNA为模板合成RNA。第一节转录基因的转录是DNA中含有的遗传信息向外传递(表达)的第1步*。转录翻译RNA的转录开始于DNA上的某个地方，终止于另一个地方，中间转录的区域叫做转录单位。一个转录单位中可以包含1个基因，也可以是几个基因。模板链及反意义链：指导RNA合成的DNA链为模板链，又称反意义链。编码链及有意义链：不作为转录的另一条DNA链为编码链，又称有意义链。某条DNA单链对某个基因来说是模板链，而对另一个基因则是编码链。DNA作为模板转录时，双链中只有一条链作为转录的模板，这种转录方式称作不对称转录。不对称转录(二)DNA指导的RNA聚合酶√以4种NTP为原料合成RNA√需要DNA模板√需要Mg2+√合成链的方向是5’到3’√不需要引物催化RNA转录的酶是RNA聚合酶，这种酶的特点是原料四种磷酸核苷NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U合成过程

产生的RNA的方向：5'→3'转录发生的部位：细胞核内大肠杆菌有1种RNA聚合酶真核生物有3种RNA聚合酶酶的种类功能对抑制剂的敏感程度RNA聚合酶I转录rRNA基因，形成一个45S前体，再加工对α-鹅膏蕈碱不敏感RNA聚合酶II转录mRNA和大多数小RNA对α-鹅膏蕈碱敏感RNA聚合酶III转录小RNA，包括tRNA、5SRNAU6RNA和scRNA等对α-鹅膏蕈碱敏感中等真核的RNA聚合酶一般有8-14个亚基，比原核的RNA聚合酶复杂的多。鹅膏蕈Amanitaphalloides

α-鹅膏蕈碱(三)转录过程RNA转录可以分为3个阶段：a模板的识别和转录的起始b转录的延伸c转录的终止1原核生物中基因的转录延伸

RNA聚合酶用模板链为模板,合成互补的RNA,序列与正义链的序列一致(以U代替T)。起始

RNA聚合酶识别转录区上游的启动子序列,结合并解开DNA双链。终止

RNA聚合酶遇到终止信号,停止转录,RNA链释被放出来。模板的识别和转录的起始RNA聚合酶沿着模板滑动，寻找转录起始点，直到遇上启动子序列，酶和DNA牢固结合，DNA双链局部解开。酶与DNA的启动子的结合要依赖于聚合酶的σ亚基。基因的转录只发生在染色体的局部区域DNA双链的解开只发生在转录的局部区域！启动子(promotor)基因前面都有启动子序列以用来开启基因的转录，但不同基因前面的启动子的序列不完全相同。指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。转录开始处标记为+1，上游用-N表示，下游用+N表示。大肠杆菌的RNA聚合酶结合在启动子上后，DNA的双链就会被打开，聚合酶就位，准备开始转录。大肠杆菌RNA聚合酶识别的启动子在-10和-35处有2个保守区。-10保守区,TATAAT,长度6bp,有助于DNA双链的解开。-35保守区，TTGACA，叫识别区，是聚合酶σ亚基识别DNA序列的位置大肠杆菌的σ亚基直接和-10和-35两个保守区作用,促进转录的起始。-10保守区，TATAAT,DNA的双链在这儿打开。RNA聚合酶σ亚基对模板的识别转录的起始转录起始之后,σ亚基离开聚合酶,余下的核心酶催化RNA链的延伸。转录的延伸产生的RNA分子沿着5’到3’的方向延伸。转录的终止转录到达终止序列时会停止，转录终止的方法有2种：一是不依赖ρ的终止(依靠序列结构特征的终止)这种终止是由于一种序列造成的，这种终止序列有一个GC含量高的区域，和一段连续的至少4个以上的U。这样特征的序列会形成发卡(hairpin)结构和一连串的Ｕ.发卡(hairpin)结构和一连串的Ｕ形成一个典型的转录终止信号不依赖ρ的终止二是没有上述的这种特征结构，转录的终止依赖一种叫做ρ的蛋白因子来识别终止位点而停止转录。故叫做依赖ρ的终止作用。依赖于ρ因子的终止动画:细菌基因的转录*2真核生物中基因的转录真核生物中有3种不同的RNA聚合酶分别负责转录不同的基因，3种聚合酶所识别的启动子不同。酶的种类功能对抑制剂的敏感程度RNA聚合酶I转录rRNA基因，形成一个45S前体，再加工对α-鹅膏蕈碱不敏感RNA聚合酶II转录mRNA和大多数小RNA对α-鹅膏蕈碱敏感RNA聚合酶III转录小RNA，包括tRNA、5SRNAU6RNA和scRNA等对α-鹅膏蕈碱敏感中等真核生物中有3种不同的RNA聚合酶真核生物中RNA的合成过程与原核中的基本类似。只不过更加复杂，需要更多的蛋白质因子参与。真核RNA聚合酶II转录需要的蛋白质因子真核生物的启动子不是由聚合酶的亚基来识别，而是由单独的蛋白质转录因子识别。多种转录因子与聚合酶在转录起始点上形成前起始复合物。转录因子就是在RNA的转录中需要的蛋白质中，除了RNA聚合酶外的其他蛋白质。大多数情况下，原核编码的的基因是连续的，而真核基因不是连续的，编码区(外显子)被非编码区(内含子)所隔开。

Roberts(UK)和Sharp(USA)由于发现内含子以及其后有关RNA拼接研究中的贡献而获1993年诺贝尔生理学和医学奖。真核生物RNA聚合酶II的大多数启动子中包含有一个保守序列，即-25序列,TATA-box。功能和原核中的-10保守序列类似。TATA-box周围的序列也很重要，可以影响到基因的转录起始的效率。上游还有一些DNA序列也可以调节基因的转录。总之真核基因转录的控制区比原核的要长且多。真核生物RNA聚合酶II的启动子转录起始点TATA-box上游可调节转录的序列真核生物的RNA聚合酶本身单独不能开启转录，需要与许多蛋白质结合形成转录起始复合物，这些蛋白质叫做基本转录因子。RNA聚合酶与基本转录因子在基因的启动子附近组装成一个复杂的起始复合物，才具备了转录的最基本的要求。这些基本转录因子按照严格的一定次序结合在启动子TATA-box上面。转录起始复合物但是转录起始复合物的起始效率还是非常低，为了更高效的转录基因，还必须有其他的转录因子和其他的序列与这个复合物作用才行。

在每一个基因上，都有几个这样的控制元件来作用于启动子上面，从而调节基因的转录。

转录的延伸和终止

转录的产物叫做初级转录物，必须经过加工才能用于蛋白质的翻译。RNA聚合酶不断延伸，直到转录停止。动画:基因的转录*(四)转录后的加工mRNA、tRNA和rRNA基因转录完成之后，一般均需要加工才能成为有生物活性的基因。各种基因的结构特点不同，加工的方式也不同，mRNA比较复杂，tRNA和rRNA比较简单。原核mRNA转录后的加工原核mRNA基本上不加工，转录还没有完成，就开始翻译.mRNA的转录后成熟前的中间产物叫做核内不均一RNA，经过加工才能成为成熟的mRNA。其中的加工过程十分复杂，主要包括：真核mRNA转录后的加工5’端形成特殊的帽子结构3’端被切开，加上多聚腺苷酸(polyA)尾巴通过拼接除去内含子转录来的序列链内部碱基的甲基化5’端的加帽(capping)5’-5’磷酸二酯键甲基化位点甲基化位点RNAtranscription

PolyadenylationofaPrimaryTranscript.mRNA转录后的加工*选择性拼接动画：真核细胞mRNA的一生*(五)RNA指导下的RNA的合成RNA的复制----

以RNA为模板合成RNARNA的复制发生在以RNA为遗传物质的病毒或噬菌体内。如脊髓灰质炎病毒是单链RNA病毒，这种RNA既可以当作基因组，又可以当作模板合成mRNA。如病毒Qβ使用复制酶来复制自己的RNA基因组。这种酶的特异性非常高，只能复制自己的基因组RNA。第二节反转录反转录(reversetranscription),又称为逆转录。逆转录的发现是对中心法则的重要补充和完善以DNA为模板合成RNA叫“转录”。以RNA为模板合成DNA