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第三章第三章 生物信息传递（上）生物信息传递（上）从从DNA到到RNA第1页以基因形式荷载遗传信息，是生命遗传物质基以基因形式荷载遗传信息，是生命遗传物质基础。础。DNA序列是遗传信息贮存者，它经过自主复制得到永存（DNA 复制）。作为基因复制和转录模板，是个体生命活动信作为基因复制和转录模板，是个体生命活动信息基础。息基础。DNA生物学功效是以蛋白质形式表示出来。经过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白质过程来控制生物个体性状（基因表示）。DNA基本功效：基本功效：第2页 基因表示基因表示(gene expression)：是指细胞在生命过程：是指细胞在生命过程中中,把储存在把储存在DNA次序中遗传信息经过次序中遗传信息经过转录转录和和翻译翻译,转变成含有生物活性蛋白质分子。转变成含有生物活性蛋白质分子。第3页一、基本概念生物体以DNA为模板合成RNA过程。转转录录RNADNA 转录(transcription)：转录是生物界RNA合成主要方式，是遗传信息从DNA向RNA传递过程，也是基因表示开始。第一节第一节 转录基本原理转录基本原理第4页参加转录物质模板:DNA酶:RNA聚合酶原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)其它蛋白质因子 RNA合成方向合成方向：5 3第5页TCATG A TT AAG T AC T A A T DNADNA平面结构图平面结构图细胞核中细胞核中第6页AG T AC T A A T DNA一一条链条链AGCUGACGGUUU游离核糖核苷酸游离核糖核苷酸 (原料）原料）DNA DNA 解旋，以一条链为模板合成解旋，以一条链为模板合成RNARNA细胞核中细胞核中第7页AG T AC T A A T AGCUGACGGUUU DNA与与RNA碱基互补配对：碱基互补配对：AU；TA；CG；GCRNA RNA 聚合酶聚合酶细胞核中细胞核中第8页AG T AC T A A T AGCGACGGUUU U 组成组成 RNA 核糖核苷酸一个个连接起来核糖核苷酸一个个连接起来细胞核中细胞核中第9页AG T AC T A A T GCGACGGUUU UA细胞核中细胞核中第10页AG T AC T A A T GCGACGUUGU UA细胞核中细胞核中第11页AG T AC T A A T GCGACGUGU UAA细胞核中细胞核中第12页AG T AC T A A T GCGACGGU UAA U细胞核中细胞核中第13页AG T AC T A A T GCGACGGU UAA UA细胞核中细胞核中第14页AG T AC T A A T GCGCGGU UAA UA U细胞核中细胞核中第15页AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U C细胞核中细胞核中第16页AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U CDNADNA上遗传信息就传递到上遗传信息就传递到mRNAmRNA上上mRNADNA细胞核中细胞核中第17页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第18页AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA经过核孔进入细胞质经过核孔进入细胞质UCAUG A UUAmRNA第19页mRNA：(messenger)编码了一个或多个编码了一个或多个蛋白质序列；蛋白质序列；tRNA：(transfer)把把mRNA上遗传信息上遗传信息变为多肽中氨基酸信息；变为多肽中氨基酸信息；rRNA：(ribosomal)是合成蛋白质工厂是合成蛋白质工厂核糖体中主要成份。核糖体中主要成份。hnRNA：(heterogeneous nuclear)由由DNA转录生成原始转录产物，即前体转录生成原始转录产物，即前体mRNA。第20页l snRNA：(small nuclear)在前体在前体mRNA加工中，参加去除内含子。加工中，参加去除内含子。l snoRNA：(small nucleolar)核仁小核仁小RNA，主要参加，主要参加rRNA及其它及其它RNA 修饰、加修饰、加工、成熟等过程。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。第21页l其它非编码其它非编码RNA：按大小分：按大小分：(1)2125 个核苷酸个核苷酸RNA,包含包含microRNA(miRNA)和小干扰和小干扰RNA(small interferin RNA（siRNA）。）。(2)100200个核苷酸个核苷酸small RNA(sRNA),往往往在细菌细胞起翻译调整子功效。往在细菌细胞起翻译调整子功效。(3)大于大于 10000个核苷酸非编码个核苷酸非编码RNA，参加更，参加更高级真核生物基因缄默。高级真核生物基因缄默。第22页微小微小RNA(microRNA,miRNA)小干扰小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)相同点相同点:(1)二者长度都约二者长度都约22 nt左右左右;(2)二二者同是者同是Dicer（一个含有（一个含有RNAase活性活性核酸酶）产物核酸酶）产物;(3)二者同是二者同是RISC(RNAinduced silencing complex)组分，所以在组分，所以在siRNA 和和miRNA 介导缄默机制上有重合。介导缄默机制上有重合。第23页不一样点：不一样点：(1)二者起源不一样，二者起源不一样，miRNA 起源于内源转录本，即单链起源于内源转录本，即单链RNA；siRNA 起源于内源或外源同源双链起源于内源或外源同源双链RNA；(2)miRNA 参加动植物正常生长发育基因调参加动植物正常生长发育基因调控，而现在普通认为控，而现在普通认为siRNA 不参加正常基不参加正常基因调控，只在病毒或其它因调控，只在病毒或其它dsRNA 诱导情诱导情况下才产生况下才产生;(3)miRNA 主要在翻译水平主要在翻译水平起作用，而起作用，而siRNA 为转录后水平调控。为转录后水平调控。第24页端体酶端体酶RNA(telomerase RNA):RNA(telomerase RNA):与染色体与染色体末端复制相关；末端复制相关；反义反义RNA(antisense RNA):RNA(antisense RNA):是指与是指与mRNAmRNA互补互补RNARNA分子分子,也包含与其它也包含与其它RNARNA互补互补RNARNA分子。它参加基因表示调控。分子。它参加基因表示调控。第25页 转录模板 DNA分子上转录出分子上转录出RNA区段，称为区段，称为结构基因。结构基因。一一段段从从开开启启子子开开始始至至终终止止子子结结束束DNA序序列列为为一一个个转录单元转录单元。DNA双双链链按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指导导转转录录生生成成RNA一一股股单单链链，称称为为模模板板链链(template strand)，也也称称作作反反意义链意义链或或Waston链链。相相正正确确另另一一股股单单链链是是编编码码链链(coding strand)，也也称称为为有意义链有意义链或或Crick链链。第26页5G C A G T A C A T G T C33 c g t c a t g t a c a g55G C A G U A C A U G U C3N Ala Val His Val C DNA转录转录mRNA翻译翻译肽肽DNA模板、转录产物模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间关系和氨基酸序列之间关系编码链编码链模板链模板链第27页不对称转录(asymmetric transcription)在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作模板分子双链上某一区段，一股链用作模板指导转录，另一股链不转录指导转录，另一股链不转录；模板链并非永远在同一条单链上。模板链并非永远在同一条单链上。转录方向转录方向5 5 3 3 3 3 5 5 模板链模板链编码链编码链编码链编码链模板链模板链转录方向转录方向第28页u 转录与复制相同之处：转录与复制相同之处：都是酶促核苷酸聚合过程；都是酶促核苷酸聚合过程；都以都以DNA为模板；为模板；都需依赖都需依赖DNA聚合酶；聚合酶；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键；都从都从5至至3 方向延伸成新链多聚核苷酸；方向延伸成新链多聚核苷酸；都遵从碱基配对规律都遵从碱基配对规律 但转录忠实性要低于但转录忠实性要低于DNA复制复制。转录与复制都受到严格调控转录与复制都受到严格调控 二、转录与复制异同 第29页u 转录和复制区分转录和复制区分 引物引物 有有 无无高度进行性高度进行性 中途不停顿中途不停顿 可一段一段复制可一段一段复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制A-U，T-A，G-CA-T，G-C配对配对mRNA，tRNA，rRNA子代双链子代双链DNA（半保留复制）半保留复制）产物产物RNA聚合酶（聚合酶（RNA-pol）DNA聚合酶聚合酶酶酶NTPdNTP原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）两股链均复制两股链均复制模板模板转录转录复制复制第30页（一）（一）原核生物原核生物RNA 聚合酶聚合酶RNA聚合酶（大肠杆菌为例）全酶=关键酶+因子第二节第二节 DNA指导下指导下RNA聚合酶聚合酶 关键酶关键酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)第31页大肠杆菌RNA聚合酶组成份析亚基基因相对分子量亚基数组分功效rpoA365002关键酶关键酶组装，开启子识别rpoB1510001关键酶和共同形成RNA合成活性中心,亚基含有核苷三磷酸结合位点；与转录全过程相关（催化）rpoC1550001关键酶亚基含有与DNA模板结合位点；结合DNA模板（开链）rpoD700001因子存在各种因子，用于识别不一样开启子第32页RNA聚合酶全酶在转录起始区结合聚合酶全酶在转录起始区结合 RNARNA聚合酶聚合酶第33页:二聚体存在，关键酶组装，开启子识别，二聚体存在，关键酶组装，开启子识别，参加参加RNA聚合酶和部分调整因子相互作聚合酶和部分调整因子相互作用。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。催化磷酸二酯键形成。底物相结合。催化磷酸二酯键形成。和和共同共同 形成聚合酶催化中心形成聚合酶催化中心：负责模板链选择和转录起始，是酶别负责模板链选择和转录起始，是酶别构效应物，使酶和专一性构效应物，使酶和专一性识别识别模板上模板上开启开启子子，起始转录。，起始转录。第34页 一些细菌含有能识别不一样开一些细菌含有能识别不一样开启子启子因子，因子，调调控不一控不一样样基因基因转录转录起始，起始，如枯草杆菌有如枯草杆菌有6种不一种不一样样因子：因子：55、29等。等。第35页 E.coli中不一样因子 可识别不一样开启子第36页(二）二）真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶 真核生物RNA聚合酶定定 位位 核核 仁仁 核核 质质 核核 质质转录产物转录产物 45s-rRNA hnRNA 5s-rRNA,tRNA,U1-13snRNA U6snRNA，（U6除外）除外）非非UsnRNA 对鹅膏蕈碱反应对鹅膏蕈碱反应 耐受耐受 极敏感极敏感 中度敏感中度敏感种类种类 第37页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一样粒体和叶绿体中存在不一样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。第38页罗杰大卫科恩伯格（Roger David Kornberg，1947年?），年获诺贝尔化学奖得主，美国生物学家，斯坦福大学结构生物学教授。因其对“真核转录分子基础所作研究”而荣获年诺贝尔化学奖。他父亲阿瑟科恩伯格也是斯坦福大学教授，而且是1959年诺贝尔生理学或医学奖取得者。第39页RNA聚合酶与DNA聚合酶区分RNA聚合酶DNA聚合酶大小(M)大，4.8105dol小，1.09105dol引物无有产物较短，游离较长，与模板以氢键相连作用方式一条链某一段两条链同时进行外切酶活性无5 3，3 5校对合成能力 无有修复能力无有第40页三、转录基本过程三、转录基本过程模板识别模板识别转录起始转录起始经过开启子经过开启子转录延伸转录延伸转录终止转录终止第41页全酶识别开启子，全酶识别开启子，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构象改变，开构象改变，开放复合物形成，全放复合物形成，全酶结合一小段双链酶结合一小段双链解开解开。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第42页转录起始：第一个核苷酸键形成转录起始：第一个核苷酸键形成经过开启子：经过开启子：2-9核苷酸短链形成核苷酸短链形成开启子强弱：经过开启子时间，时间越短，起始开启子强弱：经过开启子时间，时间越短，起始频率越高。频率越高。真正起始真正起始释放释放 因子，转录起始复合物经过因子，转录起始复合物经过开启子区，并生成由关键酶、开启子区，并生成由关键酶、DNA和新生和新生RNA所组成转录延伸复合物。所组成转录延伸复合物。因子决定转录起始，不参加延伸。因子决定转录起始，不参加延伸。第43页真核生物还需要最少真核生物还需要最少7种辅助因种辅助因子子转录因子参加，形成复转录因子参加，形成复杂前起始复合物杂前起始复合物。第44页 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 转录起始第45页 表表12-5 12-5 人类人类型开启子转录因子型开启子转录因子因子因子 分子量分子量 功效功效RNAPol 10KRNAPol 10K 依赖模板合成依赖模板合成RNARNATFATFA12,19,35K 12,19,35K 稳定稳定TFDTFD和和DNADNA结合，激活结合，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 特殊开启子特殊开启子TFETFE34K()34K()结合在结合在PolPol前部，使复合体保护区延伸到下游前部，使复合体保护区延伸到下游 57K()57K()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，能够磷酸化具激酶活性，能够磷酸化PolCPolC端端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结合方式结合方式TFSTFS RNA RNA合成延伸合成延伸第46页聚合酶横跨约40 bp，解旋DNA约17 bp。第47页转录延转录延伸：伸：RNA链不停链不停伸长，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。第48页转录终止：转录到终止位点，不再形成转录终止：转录到终止位点，不再形成磷酸二酯键，磷酸二酯键，RNA-DNA杂合链分开，杂合链分开，DNA双链形成，聚合酶及双链形成，聚合酶及RNA单链释放。单链释放。第49页第50页第51页 与转录起始和终止相关与转录起始和终止相关DNA结构结构一、原核生物开启子和终止子一、原核生物开启子和终止子开启子定义：指能被RNA聚合酶识别、结合并开启基因转录一段DNA序列。第52页5 3 3 5 结构基因结构基因调控序列调控序列RNA-pol原核生物一个转录区段可视为一个转录单位，称为操纵子(operon)，包含若干个结构基因及其上游(upstream)调控序列。（一）开启子结构（一）开启子结构 转录单元转录单元第53页 RNA聚合酶保护法分析开启子结构Pribnow41-44bp第54页开始转录开始转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)酶紧密结合位点（富含AT碱基，利于双链打开）T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 原核生物开启子保守序列原核生物开启子保守序列(Sextama box)提供了RNA聚合酶全酶识别信号5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 第55页大肠杆菌RNA聚合酶全酶所识别开启子区序列分析T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100Pribnow 框框Sextama 框框第56页1、Pribnow 框：框：10区，保守序列为区，保守序列为 TATAAT。Pribnow 框框是是RNA聚合酶牢靠结合位点，聚合酶牢靠结合位点，u 细菌中常见两种开启子突变：细菌中常见两种开启子突变：开启子上升突变，提升转录活性；开启子上升突变，提升转录活性；开启子下降突变，降低转录水平。开启子下降突变，降低转录水平。存在确保原核生物存在确保原核生物RNA聚合聚合酶只能与启只能与启 动子区而不是其它区域形成子区而不是其它区域形成稳定二元复合物。定二元复合物。第57页2、Sextama 框：框：35区，保守序列为区，保守序列为TTGACA。Sextama 框框是是RNA聚合酶中聚合酶中 识别位点，识别位点，也是也是RNA聚合酶初始结合位点。聚合酶初始结合位点。l Pribnow 框与框与Sextama 框之间碱基序列并不主要，但框之间碱基序列并不主要，但两两个序列之间距离十分主要；个序列之间距离十分主要；l 天然开启子这段距离多为天然开启子这段距离多为1520bp，距离大小可能是决，距离大小可能是决定开启子强度原因之一。定开启子强度原因之一。l 试验表明：两个序列之间距离为试验表明：两个序列之间距离为17bp时，转录效率最高。时，转录效率最高。第58页3、CAP位点位点：（乳糖：（乳糖操纵子开启子序列）操纵子开启子序列）v CAP即即分解代谢物基因激活蛋白分解代谢物基因激活蛋白 (catabolite gene activation Protein)也称环腺苷酸受体蛋白（也称环腺苷酸受体蛋白（CRP）。）。u CAP分子内有两个结构域：分子内有两个结构域：羧基末端结构域是羧基末端结构域是DNA结合区；结合区；氨基末端结构域是氨基末端结构域是cAMP结合位点。结合位点。u CAP与与cAMP结合能提升结合能提升CAP对双链对双链DNA亲和力；亲和力；u CAP与开启子（与开启子（CAP位点）结合是激活乳糖操纵子转录必位点）结合是激活乳糖操纵子转录必要条件。要条件。第59页l 乳糖开启子中有两个乳糖开启子中有两个CAP结合位点：结合位点：一个在一个在 70 50位点，称位点位点，称位点；一个在一个在 50 40位点，称位点位点，称位点。l 位点位点包含一个反向重复序列，是强结合位点；包含一个反向重复序列，是强结合位点；位点位点是弱结合位点。是弱结合位点。AATGTGAGTT AGCTCACTCATTACACTCAA TCGAGTGAGT位点位点反向重复序列反向重复序列第60页经典开启子结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp第61页 真核生物开启子真核有三种不一样开启子和相关元件开启子最为复杂，它和原核开启子有很多不一样第62页真核生物开启子结构关键开启子（core promoter）上游开启子元件（upstream promoter element，UPE）第63页1、关键开启子 定义：指确保RNA聚合酶转录正常起始所必需、最少DNA序列，包含转录起始位点及转录起始位点上游TATA区作用：选择正确转录起始位点，确保准确起始TATA 常在-25bp左右，相当于原核-10序列T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A5050第64页第65页2、上游开启子元件包含CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等作用：控制转录起始频率。CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80-110bp第66页SV40 早期开启子组蛋白H2B TATACAATGC返回第67页（三）转录起始复合物 原核生物转录起始复合物第68页三、转录基本过程1、起始位点识别：RNA聚合酶与开启子DNA双链相互作用并与之相结合过程。2、转录起始RNA链上第一个核苷酸键产生第69页3、RNA链延伸 亚基脱落，RNApol聚合酶关键酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；在关键酶作用下，NTP不停聚合，RNA链不停延长。关键酶关键酶 DNA RNA第70页（二）终止子结构（二）终止子结构 提供转录终止信号序列称为终止子提供转录终止信号序列称为终止子（terminator）;终止信号存终止信号存在于在于RNA聚合酶已经转录过序列之中。聚合酶已经转录过序列之中。u 原核生物终止子分为两类：原核生物终止子分为两类：一类是不依赖于一类是不依赖于因子转录终止；因子转录终止；一类是一类是依赖依赖因子转录终止；因子转录终止；u 两类终止子有共同序列特征：两类终止子有共同序列特征：在转录终止点之前有一段间断回文结构。在转录终止点之前有一段间断回文结构。u 两类终止子碱基组成不一样点：两类终止子碱基组成不一样点：不依赖不依赖因子因子 回文结构富含回文结构富含G-C G-C 下游富含下游富含A-TA-T 依赖依赖因子因子 G-CG-C含量较少含量较少 下游无特征下游无特征第71页转录方向转录方向335TCGGGCGAGCCCGCCGCCCGAGCGGGCTAAAAAATTT TTT3355DNA模板链模板链编码链编码链AAAAAAUUUUUU5CGCCCGAGCGGGCU5TTTTTTDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3u 不依赖不依赖因子因子 终止子终止子 第72页转录方向转录方向335TAAGTAGATTCATCCTACTTAGATGAATAGCTACTCGATG3355DNA模板链模板链编码链编码链AGCTACUCGAUG5CUACUUAGAUGAAU5TCGATGDNA模板链模板链编码链编码链转录产物转录产物3u 依赖依赖因子因子 终止子终止子 第73页u 类开启子分两部分：类开启子分两部分：40 5 称为近开启子，决定转录起始位点；称为近开启子，决定转录起始位点；16540 称为远开启子，影响转录频率。称为远开启子，影响转录频率。（一）（一）RNA聚合酶聚合酶开启子开启子 即即 rRNA 基因开启子，称基因开启子，称类开启子。类开启子。二、真核生物开启子和终止子二、真核生物开启子和终止子真核有三种不一样开启子和相关元件开启子最为复杂，它和原核开启子有很多不一样第74页（二）（二）RNA聚合酶聚合酶开启子开启子 1、帽子位点（、帽子位点（cap site）：）：即转录起始位点，其碱基大多为即转录起始位点，其碱基大多为 A。2、TATA 框：框：又称又称Hogness 框，位于框，位于25 附近，由含有附近，由含有TATA 67个核个核苷酸组成，保守序列为苷酸组成，保守序列为 TATA（A/T）A（A/T）。但但TATA框两侧富含框两侧富含G-C碱基对。碱基对。即即 mRNA基因开启子，称基因开启子，称类开启子类开启子 l 关键开启子元件关键开启子元件 作用：选择正确转录起始位点，确保准确起始。其序列完整与准确对维持开启子作用：选择正确转录起始位点，确保准确起始。其序列完整与准确对维持开启子功效是必需。功效是必需。第75页3、CAAT 框：框：位于位于 75 附近，保守序列为附近，保守序列为 GGNCAATCT。头两个。头两个 G 非常主要，一但突变，转录效率大大下降。非常主要，一但突变，转录效率大大下降。4、GC 框：框：位于位于110附近，以附近，以5 CCGCC 3序列为特征。序列为特征。l上游开启子元件上游开启子元件 作用：作用：控制着转录起始频率。控制着转录起始频率。第76页第77页5、增强子（、增强子（enhancer）：）：l 能结合反式作用因子，决定基因时间和空间特异性表示，能结合反式作用因子，决定基因时间和空间特异性表示，增强开启子转录活性增强开启子转录活性DNA序列。序列。l 增强子作用特点增强子作用特点：增强效应十分显著：使转录频率增加百倍或千倍。增强效应十分显著：使转录频率增加百倍或千倍。增强效应增强效应与其所处位置和取向无关：与其所处位置和取向无关：增强子以增强子以5353或或 3535排列对开启子都有作用。排列对开启子都有作用。大多为重复序列：长约大多为重复序列：长约50bp50bp，适合与反式因子结合，内部常有，适合与反式因子结合，内部常有一个关键序列，为增强效应所必需。一个关键序列，为增强效应所必需。增强效应含有严密组织和细胞特异性。增强效应含有严密组织和细胞特异性。没有基因专一性。没有基因专一性。许多增强子受外部信号调控。许多增强子受外部信号调控。第78页增强子能从上游或下游位置激活开启子增强子能从上游或下游位置激活开启子,而且与开启而且与开启子相比子相比,增强子序列颠倒后仍能起作用增强子序列颠倒后仍能起作用.第79页（三）（三）RNA聚合酶聚合酶 开启子开启子 即即 tRNA基因开启子，称基因开启子，称类开启子。类开启子。l 类开启子位于转录起始点下游，称下游开启类开启子位于转录起始点下游，称下游开启子或内部开启子。子或内部开启子。l 类开启子包含：类开启子包含：A盒、盒、B盒盒 A盒靠近盒靠近5方向；方向；B盒盒 靠近靠近3 方向方向。l 类开启子需要转录因子包含：类开启子需要转录因子包含：TF C、TF B、TF A，前二者是共同，前二者是共同，后者为，后者为5S rRNA基因转录所需。基因转录所需。第80页第81页三、原核生物和真核生物转录起始位点结构差异三、原核生物和真核生物转录起始位点结构差异 原核生物原核生物 真核生物真核生物帽子结构帽子结构 没有没有 有有 起始核苷酸起始核苷酸 嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶 嘌呤（嘌呤（A为主）为主）开启区范围开启区范围 较小较小(170)较大较大(1110)上游序列上游序列 TTGACA CAAT、GC、增强子、增强子第82页图图5-4 P155页页原核生物与真核生物开启子比较原核生物与真核生物开启子比较第83页原核生物和真核生物转录及抑制剂原核生物和真核生物转录及抑制剂 第第 四四 节节 l 原核生物转录起始原核生物转录起始l 原核生物转录延长原核生物转录延长l 原核生物转录终止与新合成原核生物转录终止与新合成RNA链释放链释放 l 真核生物转录真核生物转录l RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂 第84页转录起始需处理两个问题：转录起始需处理两个问题：1.DNA双链解开，使其中一条链作为转双链解开，使其中一条链作为转录模板。录模板。2.RNA聚合酶必须准确地结合在转录模聚合酶必须准确地结合在转录模板起始区域。板起始区域。一、原核生物转录起始一、原核生物转录起始第85页4.当三元复合物中当三元复合物中RNA长长69个核苷个核苷酸时，酸时，因子从全酶解离下来，进入延因子从全酶解离下来，进入延长阶段。长阶段。2.RNA聚合酶向聚合酶向10区转移，并区转移，并与之牢靠结合。与之牢靠结合。10区区DNA双链双链解开解开1217bp，形成开放二，形成开放二 元元开开启子复合物（模板酶）。启子复合物（模板酶）。u 转录起始过程转录起始过程1.因子识别转录起始点（因子识别转录起始点（-35区区TTGACA序列）序列），RNA聚合酶全酶聚合酶全酶(2)与模板与模板35序列结合，形成序列结合，形成闭合二元闭合开启子复合物。闭合二元闭合开启子复合物。3.在在RNA聚合酶聚合酶亚基催化下形成第亚基催化下形成第一个磷酸二酯键，形成三元复合物一个磷酸二酯键，形成三元复合物（模板酶（模板酶RNA）。转录复合物：）。转录复合物：RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH 3 第86页二、原核生物转录延长二、原核生物转录延长1.1.亚基脱落，亚基脱落，RNApolRNApol聚合酶关键酶变构，与模板结聚合酶关键酶变构，与模板结合松弛，沿着合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移；2.2.在关键酶作用下，以模板链作指导，按照碱基配对在关键酶作用下，以模板链作指导，按照碱基配对标准：标准：A-UA-U，T-AT-A，G-CG-C；NTPNTP不停聚合，不停聚合，RNARNA链不停延长。链不停延长。(NMP)n +NTP (NMP)n+1 +PPi延长中转录复合物也叫转录空泡。延长中转录复合物也叫转录空泡。伴随伴随RNARNA聚合酶前移，转录聚合酶前移，转录产物产物RNARNA不停移出转录空泡，已转录完成不停移出转录空泡，已转录完成DNADNA双链又重新复合而双链又重新复合而不再打开。不再打开。原核生物转录和翻译偶联进行原核生物转录和翻译偶联进行。第87页转录空泡转录空泡(transcription bubble)：RNA-pol（关键酶）（关键酶）DNA RNA第88页5 3 DNA原核生物转录过程中羽毛状现象原核生物转录过程中羽毛状现象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶第89页三、原核生物转录终止和新生三、原核生物转录终止和新生RNARNA链释放链释放指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。分类：分类：不依赖Rho()因子转录终止依赖Rho()因子转录终止第90页（一）（一）依赖依赖 因子转录终止因子转录终止l 1969年，年，Roberts发觉了能控制转录终止蛋白发觉了能控制转录终止蛋白质，即质，即因子。由相同因子。由相同6个亚基组成六聚体，分子个亚基组成六聚体，分子量量200kD。l 因子含有因子含有NTP酶活性和解螺旋酶活性，是促使转录三元酶活性和解螺旋酶活性，是促使转录三元复合物解离根本原因。复合物解离根本原因。因子因子NTP酶活性依赖于单链酶活性依赖于单链RNA结构。结构。l 因子依赖性终止子含有一个反向重复序列，使因子依赖性终止子含有一个反向重复序列，使 RNA末端末端形成一个发夹结构，造成转录延宕，形成一个发夹结构，造成转录延宕，因子得以发挥作用，终因子得以发挥作用，终止转录。止转录。第91页水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录。第92页（二）（二）非依赖非依赖 因子转录终止因子转录终止l DNA模板靠近转录终止区域内，有较密集模板靠近转录终止区域内，有较密集 A-T配对区或配对区或G-C配对区，且配对区，且G-C配对为回配对为回 文结构。文结构。l 转录产物转录产物RNA3-末端有若干个连续末端有若干个连续U。l 连续连续U区区5-端前方碱基形成端前方碱基形成茎环结构茎环结构或或发发 夹结构夹结构。这种二级结构是阻止转录继续向下。这种二级结构是阻止转录继续向下 游推进关键。游推进关键。第93页茎环结构使转录终止茎环结构使转录终止机理机理 使使RNA聚合酶变构，转录停聚合酶变构，转录停顿；顿；密集密集A-U 配对使转录复合物配对使转录复合物趋于解离，趋于解离，释放释放RNA。终止效率与二重对称序列和终止效率与二重对称序列和寡聚寡聚U长短相关。长短相关。第94页四、真核生物转录四、真核生物转录（一）转录起始（一）转录起始真核生物转录起始上游区段比原核生物多样化。转录起始时，RNA-pol不直接结合模板，而需依靠众多转录因子，与模板结合形成转录起始前复合物，其起始过程比原核生物复杂得多。第95页真核生物RNA聚合酶II所形成转录起始复合物第96页 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE、真核生物转录起始复合物PIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化第97页（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大真核生物转录延长过程与原核生物大致相同，但因有核膜相隔，没有转录与翻致相同，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同时现象。译同时现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中能够观察到核小体移转录延长过程中能够观察到核小体移位和解聚现象。位和解聚现象。第98页RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延长长中中核核小小体体移移位位转录方向转录方向第99页（三）转录终止（三）转录终止1、RNA聚合酶聚合酶转录出转录出rRNA前体前体3末端后，末端后，继续继续向下游向下游转录转录超出超出1000个个bp时时，存在一个，存在一个 18bp终终止序列。止序列。2、RNA聚合酶聚合酶 转录模板下游存在一个转录模板下游存在一个 终止子，是位于终止子，是位于GC丰富序列之中丰富序列之中TTTT。RNA聚合酶聚合酶有内原性转录终止功效。有内原性转录终止功效。3、RNA聚合酶聚合酶转录没有明确终止信号转录没有明确终止信号。第100页五、五、RNA生物合成抑制剂生物合成抑制剂 概念：能阻断、抑制或者干扰核酸代谢 过程，最终抑制转录一类化合物，称RNA生物合成抑制剂。l 分三类：分三类：1、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体合成；、嘌呤和嘧啶类似物，抑制核酸前体合成；2、经过与、经过与DNA结合而改变模板功效；结合而改变模板功效；3、与、与RNA聚合酶结合而影响其活力。聚合酶结合而影响其活力。第101页（一）利福霉素及利福平（一）利福霉素及利福平 作用作用：抗结核药品，特异地抑制细菌：抗结核药品，特异地抑制细菌RNA聚合酶聚合酶 活性，因而抑制细菌活性，因而抑制细菌RNA合成。合成。机制机制：利福霉素可与利福霉素可与RNA聚合酶聚合酶亚基基结合，合，并阻止起始位点填充，并阻止起始位点填充，抑制二核苷酸抑制二核苷酸 RNA形成；形成；利福平利福平则阻止阻止RNA聚合聚合酶移移动，抑制，抑制 头三个核苷酸形成。三个核苷酸形成。所以，所以，利福霉素和利福平都是利福霉素和利福平都是RNA链合成合成 起始起始过程抑制程抑制剂。第102页（二）利迪链菌素（二）利迪链菌素 作用：作用：与细菌与细菌RNA聚合酶聚合酶亚基基结合，抑制合，抑制 转录过程中程中RNA链延延长反反应。（三）（三）-鹅膏蕈碱膏蕈碱 作用作用：抑制真核生物：抑制真核生物RNA聚合酶，且聚合酶，且RNApol 极为敏感。对细菌极为敏感。对细菌RNA聚合酶作用极弱。聚合酶作用极弱。第103页 转录后加工过程及其机制转录后加工过程及其机制第五节第五节l mRNA前体加工前体加工l rRNA前体加工前体加工l tRNA前体加工前体加工第104页 真核细胞每种转录产物都是各种真核细胞每种转录产物都是各种RNA前身，前身，即无活性，亦无功效。即无活性，亦无
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