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1、第五章 分子水平上的基因功能,5.1关于 遗传物质本质研究的历史回顾,遗传物质是DNA 1. DNA含量的恒定性（每个物种不同组织的细胞不论其大小和功能如何，它们的DNA含量是恒定）； 2. DNA代谢的稳定性（DNA在代谢上是比较稳定的）； 3. DNA是所有生物染色体所共有的； 4. 基因突变与紫外线诱变波长的关系； 用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长为2600埃，这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的，证明基因突变与DNA分子的变异密切相关。,5.1.1 肺炎球菌的转化实验,5.1.2 Hershey和Chase的实验,结果与结论,试验结果表明： 主要是由于DNA进入细胞

2、内才产生完整的噬菌体； 结论：DNA才是(噬菌体的)遗传物质。 题外话： 与Avery等人研究比较，本试验的精度低得多。但是由于放射性标记法(也称为示踪原子法)，当时为人们普遍采用； 同时由于核酸研究及其它相关的成果，本试验结果很快得到人们的广泛认同。,5.1.3 烟草花叶病毒拆合试验,烟草花叶病毒(TMV)是由RNA与蛋白质构成的管状微粒（如图）： 中心是单链螺旋RNA、外部是蛋白质外壳。 1. 拆分感染试验： 将TMV的RNA与蛋白质分离、提纯； 分别接种烟叶，发现RNA能使烟叶致病，而蛋白质不能； 用RNA酶处理RNA后接种烟叶也不能致病，表明RNA可能就是TMV的遗传物质。,重组合试验

3、,Frankel-Conrat, Singer (1956)进行了图示试验： 综上所述：到上世纪中期，多方面证据都直接或间接地表明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒中RNA就是遗传物质。,5.2DNA的基本性质,5.2.1DNA的双螺旋结构 DNA分子是脱氧核苷酸的多聚体，含有4种脱氧核苷酸：脱氧腺嘌呤核苷酸(dATP)、脱氧胸腺嘧啶核苷酸 (dTTP)、脱氧鸟嘌呤核苷酸 (dGTP)、脱氧胞嘧啶核苷酸 (dCTP)。,1953年，瓦特森(Watson, J. D.)和克里克(Crick, F.)根据碱基互补配对的规律以及对DNA分子的X射线衍射研究的成果，提出了著名的DNA双螺

4、旋结构模型(图37)。 这个模型最主要特点有： (1)由两条互补的多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同一轴上，很象一个扭曲起来的梯子。,(2)两条多核苷酸链走向为反向平行。即一条链磷酸二脂键为53方向，而另一条为35方向，二者刚好相反。 (3)每条长链的内侧是扁平的盘状碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面通过氢键与它互补的碱基相联系，相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互补碱基对A与T之间形成两对氢键，而C与G之间形成三对氢键(图38)。上下碱基对之间的距离为3.4nm。,(4)每个螺旋为3.4nm长，刚好含有10个碱基对，其直径约为2nm。 (5)在双螺旋分子的

5、表面大沟和小沟交替出现。 由此可知，DNA的分子结构是由A-T和C-G两种核苷酸对从头到尾连接起来的，每个DNA分子一般有上万个这两种核苷酸对，但是它们在分子链内排列的位置和方向只有以下四种形式: 对一特定物种的DNA分子来说，其碱基顺序是一定的，并且通常保持不变，这样才能保持该物种遗传特性的稳定。只有在特殊的条件下，改变其碱基顺序或位置或以碱基类似物代替某一碱基时，才出现遗传的变异(突变)。,5.2.2 DNA的复制,(一)半保留复制,半保留复制(semiconservative replication)-复制时DNA双链解开并以每一单链为模板来形成另一对应的新链。,5.2.2.1DNA自身

6、的复制方式-半保留复制,5.2.2.2复制起点和复制方向,多数细菌及病毒，只有一个复制起点，控制整个染色体的复制。所以整个染色体也就是一个复制子。,复制子(replicon)。是指在同一个复制起点控制下合成的一段DNA序列。,在真核生物中，每条染色体的DNA复制则是多起点的，多个复制起点共同控制一条染色体的复制，即每条染色体有多个复制子。,真核生物的研究发现，其复制也是双向的。但近来发现，并不是所有的生物DNA的复制都是双向的，如：噬菌体T2，其DNA的复制就是沿一个方向进行的。5/ 3/,大肠杆菌和其它许多原核生物的环状DNA复制是双向的。即DNA的复制从复制起点开始，向二个方向同时进行，最

7、后相遇，完成复制。,复制方向？从起点开始是沿着一个方向进行的呢？还是双向的？,二、原核生物DNA合成,(一)有关DNA合成的酶,1957年科恩伯格(Kornberg, A.)及其同事，从大肠杆菌中分离DNA聚合酶(polymerase )。,聚合酶在有DNA、4种脱氧核苷酸及Mg+的情况下，在离体条件下可以合成DNA。,后来发现，DNA聚合酶只有在引物DNA提供3端自由羟基的情况下，才使DNA链从5向3方向延伸。,实际上在此实验体系中的DNA起着模板和引物的双重作用。,DNA聚合酶由一条多肽链组成，含有928个氨基酸，分子量约为109,000道尔顿，编码此酶的基因为pol A。,后来，从pol

8、 A基因突变株中又分离出二种DNA聚合酶，分别命名为DNA聚合酶I和DNA聚合酶。,三种DNA聚合酶有一些共同的特性，从而决定DNA合成的特点：,1、三种酶都只有53聚合酶的功能，而没有35聚合酶功能，说明DNA链的延伸只能从5向3端进行。,2、它们都没有直接起始合成DNA的能力，只能在引物存在下进行链的延伸，因此，DNA的合成必须有引物引导才能进行。,3、三种酶还都有核酸外切酶的功能，可对合成过程中发生的错识进行校正，从而保证DNA复制的高度准确性。,(二)DNA复制的过程,DNA的合成是半保留复制（ 分别以两条链互为模板，而合成两条互补新链），复制是双向的，DNA的合成必须有引物的引导，并

9、且复制时链的延伸总是从5向3方向进行。,DNA的合成过程：,1、DNA双螺旋的解链,ATP提供能量，DNA双链由解旋酶解开后，单链DNA结合蛋白（SSB）马上结合在分开的单链上，从而保持其伸展状态。,在大肠杆菌中，DNA的合成速度每分钟约为30,000bp，即双螺旋每分钟必须旋转3000次才能完全解旋。,如果没有SSB的作用，分开的双链互补碱基对间又可重新配对。或者，在同一条链的互补碱基对间配对而形成发夹状结构，这种结构会阻止DNA聚合酶的作用。,随着解链的进行，在DNA复制叉前面就会形成一种张力，而导致超螺旋的产生。,DNA拓扑异构酶将DNA双链切开一个口子，使一条链旋转一圈，然后再将其共价

10、相连，从而消除其张力。,现在发现主要有二类DNA拓扑异构酶：,DNA拓扑异构酶I，只对双链DNA中的一条链进行切割，产生切口(nick)，每次切割只能去除一个超螺旋，此过程不需要外加能量。,DNA拓扑异构酶II，可以对双链DNA的二条链同时进行切割。每次切割可以去除二个超螺旋，此过程需要ATP提供能量。,2、DNA合成的开始,由于三种DNA聚合酶均需要DNA模板和3端的自由OH，才能进行DNA的合成，使DNA延伸。,人们很早就发现RNA聚合酶(RNA ploymerase)利用DNA模板，不需要特殊的引物可以直接合成RNA。,DNA合成前，以DNA为模板，根据碱基配对的原则，在一种特殊的RNA

11、聚合酶DNA引物酶(DNA primase)的催化下，先合成一段长度为560个核苷酸的RNA引物，提供3端自由OH。,然后，在DNA聚合酶III的作用下进行DNA的合成。,3、一条DNA链连续合成，一条链不连续,从电子显微镜和放射自显影的结果可知，DNA两条新链的合成是从一个复制叉(replicating fork)向着同一个方向延伸的。,而组成DNA双螺旋的互补双链具有相反的方向，一条从53，而另地条35，为反向平行。,二条DNA新链，只有一条DNA链的合成是连续的，而另一条则是不连续的。,所以从整个DNA分子水平来看，DNA二条新链的合成方向是相反的，但是都是从5向3方向延伸。,把一直从5

12、向3方向延伸的链称作前导链(leading strand)，它是连续合成的。,另一条先沿53方向合成一些片段，然后再由连接酶将其连起来的链，称为后随链(lagging strand)，其合成是不连续的(图319)。,在前导链上，DNA引物酶只在起始点合成一次引物RNA，DNA聚合酶III就可开始进行DNA的合成。,每个“冈崎片段”的合成都需要先合成一段引物RNA，然后DNA聚合酶III才能进行DNA的合成。,随后，引物RNA被切除，并为新合成的DNA片段所替代。,在大肠杆菌中，引物RNA被切除过程是在DNA聚合酶的催化下完成的。,后随链上合成的DNA不连续单链小片段称为冈崎片段,后随链DNA的

13、合成：,因为DNA聚合酶I有53端核酸外切酶的功能，它可以将RNA引物切除，,同时利用其53聚合酶功能，以临近“冈崎片段”的3端自由OH进行DNA的合成，从而将RNA引物替换为DNA链。,最后由DNA连接酶(DNA ligase)将“冈崎片段”连接起来，形成一条完整的新链。,最后，简要说明一下RNA病毒中RNA的自我复制。大多数RNA病毒是单链的。,这种RNA的复制一般是先以自己为模板合成一条互补的单链，通常称病毒原有的，起模板作用的链称为“”链，而新复制的RNA链称为“”链，这样就形成了双螺旋的复制类型。,然后这个“”链又从“”链模板释放出来，它也以自己为模板复制出一条与自己互补的“”链，于

14、是形成了一条新生的病毒RNA。,三、真核生物DNA合成,现在已有很多证据表明，真核生物DNA的复制基本上与原核生物相同，但比原核生物更为复杂。,真核生物DNA的复制与原核生物主要不同点：,1、DNA合成只是发生在细胞周期的某个时期：,真核细胞DNA的合成只是在细胞周期的S期进行。 而原核生物则在整个细胞生长过程中都可进行DNA合成。,2、原核生物DNA的复制是单起点的，而真核生物染色体的复制则为多起点的。,3、真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成的“冈崎片段”的长度比原核生物要短,4、有二种不同的DNA聚合酶分别控制前导链和后随链的合成(图321)。,在原核生物中有DNA聚合酶I、

15、II和III等三种聚合酶，并由聚合酶III同时控制二条链的合成。,而在真核生物中共有、和等五种DNA聚合酶。,聚合酶和是DNA合成的主要酶，由聚合酶控制不连续的后随链的合成，而聚合酶则控制前导链的合成，所以其二条链的合成是在二种不同的DNA聚合酶的控制下完成。,5、染色体端体的复制,原核生物的染色体大多数为环状，而真核生染色体为线状。,端体：染色体其末端有特殊DNA序列组成的结构称为。,根据DNA合成的过程，新链5末端DNA是无法自动合成的，因为当末端的RNA引物被切除后，就没有3端的自由羟基为DNA的合成作引物。,在DNA的末端存在特殊的结构，并在含有RNA的端体酶(telomerase)的

16、催化下完成末端的合成。,主要不同点：,5.3基因的分子结构,5.3.1外显子和内含子 随着基因结构和功能的深入研究，进一步发现了几种特殊的基因 。 生物遗传和早期分子遗传认为基因是一个连续的、完整的结构。1977年Doel研究表明： 卵清蛋白基因中间存在不表达的碱基序列，表明基因的DNA序列可能是不连续的。 外显子：参加蛋白质编码的DNA片段； 内含子：不参加蛋白质编码的DNA片段。 真核生物基因可能是不同外显子的组合断裂基因。,断裂基因或隔裂基因,断裂基因或隔裂基因,断裂基因或隔裂基因,、经典遗传关于基因的概念：,一、基因的概念及其发展：,基因的共性（按照经典遗传学对基因的概念）：, 染色体

17、特性：自我复制能力和相对稳定性，在分裂时 有规律地进行分配。,交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。,突变单位：一个基因能突变为另一个基因。,功能单位：控制有机体的性状。,经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割； 既是结构单位，又是功能单位。,、分子遗传学关于基因的概念：,揭示遗传密码的秘密：基因 具体物质。,基因不是最小遗传单位 更复杂的遗传和变异单位：,具体内容：,或对其它基因的活动起调控作用( 如调节基因、启动基因、操纵基因)。,例如：在一个基因区域内，仍可以划分出若干起作用的小单位。,. 现代遗传学上认为：,重组子：在性状重组时，可交换的最小单位称为重组子。一个交换子

18、只包含一个碱基对。,顺反子：表示一个作用的单位，基本上符合通常所述基因的大小或略小。所包括的一段DNA与一个多肽链的合成相对应；平均大小为5001500个碱基对。,基因概念：,基因：相当于一个顺反子， 包含许多突变子和 重组子。,紫外灯下的DNA,分子遗传学保留了功能单位的解释，而抛弃了最小结构单位说法。,、分子遗传学对基因概念的新发展,将基因分为不同类型：,调控基因(regulator gene)：,指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。,5.3.2侧翼序列与调控序列,侧翼序列：是指结构基因第一和最后一个外显子外侧的非编码序列，常对基因的表达起调控作用。,5.3.2.1启动子：是位于结构基

19、因5，端上游的一段DNA序列，能够指导全酶(holoenzyme)同模板正确结合，活化RNA聚合酶，启动基因转录。 各种原核基因有一个由5个核苷酸(TATAA)组成的共同序列，以其发现者的名字命名为Pribnow框(Pribnowbox)，这个框的中央位于起点上游10bp处，所以又称10序列(10 sequence)，后来在35 bp处又找到另一个共同序列(TTGACA)。,Hogness等在真核基因中又发现了类似Pribnow框的共同序列，即位于2530 bp处的TATAAAAG，也称TATA框(TATAbox)。TATA框上游的保守序列称为上游启动子元件(UPE)或上游激活序列(UAS)。

20、另外在7078 bp处还有一段共同序列CCAAT，称为CAAT框(CAAT box)。 在真核基因中，有少数基因没有TATA框。没有TATA框的真核基因启动子序列中，有的富集GC，即有GC框；有的则没有GC框。GC框位于80110bp处的GCCACACCC或GGGCGGG序列。,5.3.2.2增强子,增强子（enhomcer）较常见的是远端调控区。至少在有时候增强子的存在可以增强启动子的转录活性。它是在1981年由Benerji,Rusconi小组和Chambom等发现的，又称远上游序列（far upstream seguence）。其特点是： 具有远距离效应。常在上游-200bp处，但可增强

21、远处启动子的转录，即使相距十几Kb也能发挥其作用； 无方向性。无论在靶基因的上游，下游或内部都可发挥增强转录的作用； 顺式调节。只调节位于同一染色体体上的靶基因，而对其它染色体上的基因无作用； 无物种和基因的特异性，可以接到异源基因上发挥作用，如将SV40的增强子接到兔-珠蛋白基因前，引入Lela细胞，此珠蛋白基因转录增强200倍。 具有组织的特异性。 SV40的增强子在3T3细胞中比多瘤病毒的增强子要弱，但在Hela细胞中SV40的增强子比多瘤病毒的要强5倍，抗体基因的增强子只有在B淋巴细胞中才起作用。增强子的效应需特定的蛋白质因子参与。 有相位性。其作用和DNA的构象有关。 有的增强子可以

22、对外部信号产生反应。如热体克基因在高温下才表达。编码重金属蛋白的金属硫蛋白基因在镉和锌存在下才表达。某些增强子可以被固醇类激素所激活。,5.3.2.3终止子,原核生物转录的终止处有特殊结构的存在，称为终止子（terminator,t）RNA Pol能识别t位点在此处停止，然后释放RNA，最终RNA聚合酶也脱离模板，终止了转录。 在原核细胞中有两种不同的终止子，一种是强终止子，另一种是弱终止子。强终止子在体外实验中，无需其他任何因子的帮助就可以终止核心酶，这种终止子被称为内部终止子（intrinsic terminators）。弱终止子需要在一种蛋白质因子（rho factor）的帮助一才能终止

23、，所以又称为依赖性终止子（Rho-dependent terminator）。,图10-11弱终止子的结构,5.3.2.4绝缘子,绝缘子(insulator)长约几百个核苷酸对，是通常位于启动子同正调控元件(增强子)或负调控因子(为异染色质)之间的一种调控序列。绝缘子本身对基因的表达既没有正效应，也没有负效应，其作用只是不让其他调控元件对基因的活化效应或失活效应发生作用。 由于有些增强子位于启动子上游，有些位于下游，所以绝缘子的效应并不取决于绝缘子同启动子的相对位置。因此，对绝缘子效应的方向性的原因还没有真正弄清楚。,5.3.3 重叠基因(overlapping gene),指在同一段DNA顺

24、序上，由于阅读框架不同或终止 早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。,A,B,C,D,F,5.4 DNA与蛋白质,5.4.1蛋白质是氨基酸的线性多聚体,蛋白质是具有特定构象的大分子，为研究方便，将蛋白质结构分为四个结构水平，包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一般将二级结构、三级结构和四级结构称为三维构象或高级结构。 一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接方式，即由一个氨基酸的-氨基和另一个氨基酸的-羧基之间脱去一分子水相互连接。肽键具有部分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，而另一端

25、含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。,5.4.2通过转录将DNA的遗传信息传给RNA,一. RNA合成的基本特点 1960年Weiss,S,B等发现RNA聚合酶（RNA Pol）。 其特点是： （1）以核糖核苷三磷酸（rNTR）为底物； （2）以DNA为模板； （3）按5-3方向合成； （4）无需引物的存在能单独起始链的合成； （5）第一个引入的rNTP是以三磷酸形式存在； （6）在体内DNA双链中仅一条链作为模板； （7）RNA的序列和模板是互补的。,二、转录作用及其特点 转录作用是DNA指导的RNA合成作用。反应是以DNA为模板，在RNA聚合酶催化下，以四种三磷酸核苷（NTP）即

26、ATP、GTP、CTP及UTP为原料，各种核苷酸之间的3、5磷酸二酯键相连进行的聚合反应。合成反应的方向为53。反应体系中还有Mg2+、Mn2+等参与，反应中不需要引物参与。碱基互补原则为A-U、G-C，在RNA中U替代T与A配对。,确定有义链,现在将作为转录模板的DNA单链称为模板链或反义链（antisen strand）， 非模板链称为有义链（sense strand）或编码链。 在体外DNA的两条链都可作为RNA合成的模板。,怎样用实验证实mRNA的合成总是延着5-3方向进行的？ E.coli在 0C时需13秒钟才能加上一个核苷酸，但在37C每秒就可加上40个核苷酸; 利用这个差别以14

27、C来标记U,在0C培养E.coli，。 提取这种正在伸长的mRNA分子 发现14C标记首先出现在伸长的3端，因此可以证明合成是延着5-3方向进行的。,RNA合成和DNA复制的区别,（1）转录时只有一条DNA链为模板，而复制 时两条链都可作为模板； （2）DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA合成后释放，而DNA复制叉形成后一直打开，新链和链母成子链； （3）RNA合成不需引物，而DNA复制需引物； （4) 转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP； （5）聚合酶系不同。,原核生物的基因转录,一细菌的RNA聚合酶 RNA pol和DNA pol也有2点不同： （1）RNA pol没有任何校对功能

28、； （2）能起始新的RNA链。,原核生物转录的起始延伸,(一) 启动子（promoter）的结构和转录起始 (1)结构典型,都含识别（R),结合（B)和起始 （I）位点; (2)序列保守; (3)位置和距离都比较恒定； (4)直接和多聚酶相结合； (5)常和操纵子相邻； (6)位于基因的5端； (7)决定转录的启动和方向。 (8)特殊的操纵子的R,B序列不同。,E.coli中不同的因子 可识别不同的启动子,典型启动子的结构,-35 -10 转录起点 TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp,-10序列对转录的效率影响,TATAATAATAAT，转录效率下降,称为下降突变（down

29、 mutation）。 TATGTTTATATT，转录效率上升，为上升突变（up mutation）。 以上突变为何会影响转录效率？ 前者可能由于T-A的堆集能要小于A-T的堆积能，后者可能是由于堆集能降低和氢键的减少，,2. -35序列,-35序列又称为Sextama盒（Sextama box）， 其保守序列为（T82T84G78A65C54A45） 其功能是: (1) 为RNA pol的识别位点。 亚基识别-35序列，为转录选择模板 (2)-35和-10序列的距离是稳定的，此与RNA pol的结构有关。,3. 转录起始位点（I）。,转录开始时模板上的第一个碱基 在原核中常为A或G 而且位置

30、固定,转录的起始,1.全酶与模板的DNA接触，生成非专 一的,不稳定的复合物在模板上移动； 2. 起始识别：全酶与35序列结合， 产生封闭的酶-启动子二元复合物 （closed binary complex）； 3.全酶紧密地结合在-10序列处，模板 DNA局部变性，形成开放的启动子二 元复合体； 4. 酶移动到I，第一个rNTP转录开始, 因子释放,形成酶-启动子-rNTP三元复 合体（ternary complex）。,RNA核心酶和全酶在DNA上的分布:,(1) 和1/3的RNA pol结合成全酶，或在非特异位点的松散复合体中，或在启动子中的二元复合体中； (2) 其中半数的核心酶从事转

31、录； (3) 余下的核心酶大量存在于闭合松散复合体中； (4)估计数量很少的全酶是游离的。,三 原核生物转录的终止,终止子（terminator,t） 强终止子内部终止子（intrinsic terminators）。 弱终止子 需要因子（rho factor） 又称为依赖性终止子 （Rho-dependent terminator）,强终止子的结构,NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNN NNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNN DNA NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNN RNA,N N N N N G C C G C G G C

32、 C G G C C U NNNNC U UUUU-OH 3 强终止子结构的模式图,强终止子的结构特点,(1) 有回文结构存在； （2）茎的区域富内含G-C； (3) 强终止子3端上有6个U； 以上结构特点在终止中起何作用？,RNA Pol转录DNA 因子附着到RNA 识别位点上 因子跟在RNAPol 后沿RNA移动 RNA Pol在终止位 点停下，并被因 子追上 在转录泡中因子 使DNA-RNA杂种双 链解开 转录终止,释放出 RNA Pol,子 和 RNA,野生型 突变型 核糖体结合到mRNA上 核糖体阻碍 核糖体在突 了因子的 变位点解离 附着和移动 因子附着 因子和核 核糖体阻碍 核糖

33、体接触 因子移动 转录继续 转录提前 终止,真核生物的转录,真核生物的转录和原核转录的不同点： (1) 原核只有一种RNA聚合酶，而真核细 胞有三种聚合酶； (2) 启动子的结构特点不同，真核有三种 不同的启动子和有关的元件； (3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。,真核的RNA聚合酶,表12-2 真核生物的三种RNA聚合酶的特点 RNA Pol位置 产物 相对活性 对-鹅膏蕈的敏 Pol 核仁28s,18s,5.8s rRNAs 5070% 不敏感 Pol 核质hnRNA,mRNA,某些SnRNA 2040% 高度敏感 Pol 核质tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs 10% 片段特

34、异，中等敏感 表12-3 转录的抑制剂 抑制剂 靶酶 抑制作用 利福霉素细菌全酶和亚基结合，抑制起始 链霉溶菌素细菌核心酶和亚基结合，抑制起始 放射线素D真核Pol和DNA结合，阻止延伸 -鹅膏蕈真核Pol和RNA Pol结合,B220240Kda与模板结合，与链的起始，延伸有关，相 当于原核 RNA Pol的亚基C端含有羧基末端功能区 大亚基 B140150Kda与DNA、底物和新生的RNA结合，相当于原核RNA Pol B44.5酶的连接，相当于原核RNA的亚基 RNA Pol ABC 27KDa 磷酸化蛋白， 1类三种RNA Pol共有，如 ABC 25.5KDa 与DNA结合有关 AB

35、C 23KDa B 12.6 小亚基 2类Pol 特有 B 23 B 14.5 B 10 3类在某些条件下可除去的亚基 B 23参与酶的基本结构 B 16.5 细胞器的RNA Pol和噬菌体的RNA相似，因有单一固定的功能，分子量较小 表12-3 真核生物聚合酶的成分及功能,二真核生物的启动子,启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同： （1）有多种元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等； （2）结构不恒定； （3）它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同； （4）有的有远距离的调控元件存在，如增强子； （5）这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作 （6）不直接和RNA po

36、l结合； (7) 需多种转录因子介入。,真核启动子含有不同的组件,SV40 早期启动子 胸苷激酶 组蛋白H2B -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 Oct CAAT GC TATA,(一)类基因的启动子和调控区,TATA框 核心元件 启始子（initiator，Inr）:一般由PY2CAPY5构成， 位于-3+5 ，可能提供RNA pol 识别。 CAAT box、 类启动子 上游元件组成 GC box Oct 增强子（enhomcer） 远端调控区 减弱子（dehancer） 静息子（sisencer） 上游激活序列（upstream activating s

37、eguences UASs）,起始子,起始点一般没有同源序列 mRNA的第一个碱基倾向A，另一侧翼由Py组成称为起始子（initiator,Inr).（在原核CAT起始序列也有这种情况）。 一般由PY2CAPY5构成 位于-3+5 提供RNA pol 识别。 无论TATA是否存在，Inr对启动子的强度和起始位点的选择都是重要的 。 现已纯化了Inr 结合蛋白。,核心元件,TATA框合又称Hogness框，Goldberg-Hogness 框，俚语 称为金砖（Goldbrick） 其一致序列是：T85A97T93A85A63A83A50 常在-25左右，相当于原核的-10序列。 其作用是： (1

38、) 选择正确的转录起始位点，保证精确起始， 故也称为选择子（selector）。 (2) 影响转录的速率。,.上游启动子元件（UPE）,表12-4 哺乳动物RNA Pol 上游转录因子结合的元 元件保守序列结合DNA的长度 蛋白质因子 TATAboxTATAAAA 10bp TBP CAAT boxGGCCAATCT 22bp CTF/NF1 GC boxGGGCGG 20bp SP1 OctamerATTTGCAT 20bp Oct-1 OctamerATTTGCAT 23bp Oct-2 KB GGGACTTTCC 10bp NFKB ATF GTGACGT 20bp ATF B. Lew

39、in:GENES.1997,Table 28.2,增强子,它是在1981年由Benerji,Rusconi小组和Chambom等发现的，又称远上游序列 （far upstream seguence）。 其特点是： 具有远距离效应。 无方向性。 顺式调节。 无物种和基因的特异性。 具有组织的特异性。 有相位性。其作用和DNA的构象有关。 有的增强子可以对外部信号产生反应。,增强子为什么具有远距离作用呢？ （1）拓朴效应；拓朴效应说认为增强子的 作用是诱导染色质结构变化，使核小 体产生DNaseI敏感区。 （2）滑动模型； （3）成环模型。 Enhancer Promotor,(三) RNA po

40、l启动子,核心启动子（core promoter）或核心元件（core element），位于-45到+20，负责转录的起始。 上游控制元件（upstream,control element UCE），从-180延伸到-107， 可增加核心元件的转录起始的效率。,1701601501401301201106050403020 10 1 1020 上游控制区 核心启动子 UBF1 UBF1结合于GC 丰富区 SL1 SL1与UBF1协同结合 TFB Pol 1 ?,1 型内部启动子 2 型内部启动子 转录起始点 转录起始点 boxA boxC boxA boxB TFIIIA TFIII C T

41、FIII C TFIII B TBP A B TFIII C TFIII B Plo III Pol III,TBP Pol III 启 动 子 TFIIIB TFIIIC TBP RNA Pol III Pol I 启 动 子 SL1 RNA Pol I TBP UBF1 Pol II 启 动 子 TFIID TATA 转录起始点 RNA Pol II,转录起始点 OSE PSE TATA OCT-1 PBP TFD OSE (OCT sequuence element) TFB PSE(prixima sequuence element) RNA pol ,转录后加工,转录后的加工（pos

42、ttranscriptional modification） （1）减少部分片段：如切除5端前导序列， 3端拖尾序列和中部的内含子； （2）增加部分片段：5加帽，3加poly(A), 归巢和通过编辑加入一些碱基；（戴帽子，加尾巴） （3）修饰：对某些碱基进行甲基化等。,tRNA和rRNA的加工,一. 原核的 tRNA和 rRNA的加工 参与蛋白质合成的tRNA和rRNA都不是最初的转录产物 (1) 它们的5端都是单磷酸，而原始的转 录产物5应是三磷酸； (2) 分子比初始转录物小； (3) tRNA含有特殊的碱基，这些碱基只有通过一些化学修饰才可以得到。,tRNA的加工,tRNA的加工分成3个

43、阶段 (1) “斩头”，形成5末端； (2) 去尾，形成3-OH末端。缺-CCA的 tRNA要用tRNA核酸转移酶加-CCA。 (3)修饰：通过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等进行修饰，如氨基酸臂的4-硫尿苷（4tu），D臂的2甲基鸟苷（2mG），TC臂的假尿苷（）和反密码子环上的2异戊腺苷（2ipA),真核tRNA内含子的特点：,位置相同，都在反密码子环的下游； 不同tRNA的内含子长度和序列各异； 外显子和内含子交界处无保守序列； 内含子的剪切是依靠RNase异体催化； 内含子和反密码子配对形成茎环。 有何意义？,二 真核的tRNA和rRNA的加工,真核tRNA的基因和原核不同： (1

44、)真核的前体分子tRNA是单顺反子，但成 簇排列，基因间有间隔区； (2)真核tRNA基因一般都比原核tRNA基因多 得多，如酵母约有400个tRNA基因； (3) 5端单磷酸核苷酸，表明已被加工过； (4) tRNA的前体分子中含有内含子。,真核tRNA内含子切除的特点：,(1)没有交界序列，也没有内部引导序列； (2)剪切反应的信号是二级结构，而不是 一 级结构； (3)是依赖于蛋白质性的RNase，而不是核 糖拟酶或snRNP； (4)反应的本质不是转酯反应。,真核tRNA的加工和原核的区别,(1)真核tRNA前体中无二聚体和多聚体； (2)增加了剪接内含子的过程； (3)都要加CCA。,真核细胞中rRNA的加工途径,(1) 切除5端的前导序列； (2) 从41S的中间产物中先切下18S的片段。 Hela细胞的切点在18S和5.8S之间的ITS（内部转录间隔序列）； L细胞的切点在