药学分子生物学：第三章 转录及其调控.ppt

第三章第三章 转录及其调控转录及其调控中心法则中心法则The Central Dogma逆转录逆转录逆转录逆转录复复复复 制制制制转转转转 录录录录翻翻翻翻 译译译译转转录录RNADNA 在有些病毒中，在有些病毒中，RNA也可以指导合成也可以指导合成RNA转录转录 (transcription) 是生物体以是生物体以DNA为模板合成为模板合成RNA的过程的过程 1 1、基本概念、基本概念2 2、、参与转录的物质参与转录的物质原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: DNA酶酶: 依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase)其他蛋白质因子其他蛋白质因子5 5   3 3   3 3   5 5   模板链模板链模板链模板链编码链编码链编码链编码链编码链编码链编码链编码链模板链模板链模板链模板链结构基因结构基因结构基因结构基因转录方向转录方向转录方向转录方向转录方向转录方向转录方向转录方向3、转录的规律、转录的规律不对称不对称转录转录(asymmetric transcription)• 有义链有义链 (sense strand) [又称编码链又称编码链 coding strand]: 指不作模板的指不作模板的DNA单链单链• 反义链反义链 (antisense strand) [又称模板链又称模板链 template srand] : 指作为模板进行指作为模板进行RNA转录的链转录的链 t 在依赖在依赖DNA的的RNA聚合酶作用下进行转录聚合酶作用下进行转录t A＝＝U、、C≡≡G 合成合成RNA分子分子t 转录合成转录合成RNA链的方向为链的方向为5’→3’，，模板单链模板单链DNA的极性的极性 方向为方向为3’→5’，， 而非模板单链的极性方向与而非模板单链的极性方向与RNA链相链相 同，均为同，均为5’→3’。

书写）书写） t 基因转录方式为不对称转录基因转录方式为不对称转录(一条单链一条单链DNA 为模板为模板,RNA 聚合酶的结合聚合酶的结合) ，，有两方面含义：在有两方面含义：在DNA分子双链上，分子双链上，一一 股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链股链用作模板指引转录，另一股链不转录；其二是模板链 并非总是在同一单链上并非总是在同一单链上 t RNA 的转录包括的转录包括 promotion. elongation. termination 三过程三过程 t 从启动子从启动子 (promoter)到终止子到终止子(terminator)称为转录单称为转录单 位位 (transcription unit) (转录起始点转录起始点)t 原核生物的转录单位多为原核生物的转录单位多为 polycistron in operon,真真 核生物中的核生物中的 转录单位多为转录单位多为monocistron, No operon t 转录起点即转录原点记为＋转录起点即转录原点记为＋1，其上游记为负值，下游，其上游记为负值，下游 记为正值记为正值 upstream start point downstream－－10＋＋1＋＋10 1.均以均以DNA为为模板模板2.均需要依赖均需要依赖DNA的的聚合酶聚合酶3.均以含三个磷酸的核苷酸为均以含三个磷酸的核苷酸为原料原料4.均是核苷酸聚合过程，多核苷酸为均是核苷酸聚合过程，多核苷酸为产物产物5.均遵从均遵从碱基配对规律碱基配对规律A-UA-U；；G-CG-CDNADNA 3’-ATGCATGC-5’3’-ATGCATGC-5’5’-UACGUACG-3’5’-UACGUACG-3’RNARNA（（1 1）复制和转录的相同点）复制和转录的相同点 （（2）复制和转录的不同点）复制和转录的不同点 A A- -U U，，，，T T- -A A，，，，GG- -C CA A- -T T，，，，GG- -C C配对配对配对配对mRNAmRNA，，，，tRNAtRNA，，，，rRNArRNA子代双链子代双链子代双链子代双链DNADNA（（（（半保留复制）半保留复制）半保留复制）半保留复制）产物产物产物产物RNARNA聚合酶（聚合酶（聚合酶（聚合酶（RNARNA- - polpol））））DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶酶酶酶酶NTPNTPdNTPdNTP原料原料原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）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两股链均复制两股链均复制模板模板模板模板A A- -U U，，，，T T- -A A，，，，GG- -C CA A- -T T，，，，GG- -C C配对配对配对配对mRNAmRNA，，，，tRNAtRNA，，，，rRNArRNA子代双链子代双链子代双链子代双链DNADNA（（（（半保留复制）半保留复制）半保留复制）半保留复制）产物产物产物产物RNARNA聚合酶（聚合酶（聚合酶（聚合酶（RNARNA- - polpol））））DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶酶酶酶酶NTPNTPdNTPdNTP原料原料原料原料模板链转录（不对称转录）模板链转录（不对称转录）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两股链均复制两股链均复制模板模板模板模板转录转录复制复制第一节第一节 原核生物转录原核生物转录n nRNARNA聚合酶直接与模板聚合酶直接与模板聚合酶直接与模板聚合酶直接与模板DNADNA启动序列结合启动启动序列结合启动启动序列结合启动启动序列结合启动转录。

转录n n转录过程分为起始、延长和终止三个阶段转录过程分为起始、延长和终止三个阶段转录过程分为起始、延长和终止三个阶段转录过程分为起始、延长和终止三个阶段n n起始需要起始需要起始需要起始需要RNARNA聚合酶全酶，延长仅需核心酶聚合酶全酶，延长仅需核心酶聚合酶全酶，延长仅需核心酶聚合酶全酶，延长仅需核心酶n n终止分为依赖终止分为依赖终止分为依赖终止分为依赖ρ ρ因子和不依赖因子和不依赖因子和不依赖因子和不依赖ρ ρ因子两种机制因子两种机制因子两种机制因子两种机制原核生物转录酶及相关因子原核生物转录酶及相关因子原核生物原核生物原核生物原核生物RNARNA聚合酶：聚合酶：聚合酶：聚合酶：全酶全酶全酶全酶 = = 核心酶核心酶核心酶核心酶(α(α2 2ββ’ββ’ω ω) + σ) + σ因因因因子子子子•α α亚基决定转录的基因亚基决定转录的基因亚基决定转录的基因亚基决定转录的基因•β β亚基在亚基在亚基在亚基在5’ →3’5’ →3’方向上延长多核苷酸链，可被利福方向上延长多核苷酸链，可被利福方向上延长多核苷酸链，可被利福方向上延长多核苷酸链，可被利福平抑制平抑制平抑制平抑制•β’β’亚基结合亚基结合亚基结合亚基结合DNADNA模板模板模板模板•σ σ因子识别因子识别因子识别因子识别“ “启动子启动子启动子启动子” ”并与之结合并与之结合并与之结合并与之结合•ω ω功能不清楚功能不清楚功能不清楚功能不清楚n n原核生物转录相关因子原核生物转录相关因子原核生物转录相关因子原核生物转录相关因子1. 1.ρ ρ因子因子因子因子：：：：六聚体蛋白、依赖六聚体蛋白、依赖六聚体蛋白、依赖六聚体蛋白、依赖ATPATP的解旋酶活性。

的解旋酶活性的解旋酶活性的解旋酶活性2. 2.其他因子：其他因子：其他因子：其他因子：nusAnusA蛋白，识别新和成蛋白，识别新和成蛋白，识别新和成蛋白，识别新和成RNARNA分子中分子中分子中分子中的终止信号的终止信号的终止信号的终止信号原核生物转录过程原核生物转录过程n n原核生物转录起始：原核生物转录起始：原核生物转录起始：原核生物转录起始：1. 1.RNARNA聚合酶与模板聚合酶与模板聚合酶与模板聚合酶与模板DNADNA的启动子辨认结合的启动子辨认结合的启动子辨认结合的启动子辨认结合启动子：启动子：RNARNA聚合酶识别、结合并起始转录的一段聚合酶识别、结合并起始转录的一段聚合酶识别、结合并起始转录的一段聚合酶识别、结合并起始转录的一段高度保守性高度保守性高度保守性高度保守性DNADNA序列序列序列序列两个相关概念两个相关概念:＊＊ 操纵元操纵元(operon): 是原核生物基因是原核生物基因 表达调控的一个表达调控的一个 完整单元，其中完整单元，其中 包括结构基因、包括结构基因、 调节基因、操作调节基因、操作 子和启动子子和启动子ipozyaNo lac mRNAAbsence of lactoseActiveipozya-Galactosidase Permease TransacetylasePresence of lactose Inactive• 启动子启动子(promoter)(promoter)：是指：是指DNADNA分子上被分子上被RNARNA聚合酶聚合酶识别识别并并结合结合形成起始转录复合物的区域形成起始转录复合物的区域 ，它还包括一些调节蛋白，它还包括一些调节蛋白因子的结合位点因子的结合位点 。

( (频率、效率频率、效率) ) 一、原核生物的一、原核生物的RNA polymerase (E. coli)RNA polymerase (E. coli)1 1、全酶、全酶 (Holo Enzyme)(Holo Enzyme)和核心酶和核心酶(Core Enzyme)(Core Enzyme)＋＋σσββββ’’ααααCore Enzyme Core Enzyme ββααααββ’’σσHolo EnzymeHolo Enzyme (1) 全酶（全酶（Holo Enzyme）） • 用于转录的起始用于转录的起始 • 依靠空间结构与依靠空间结构与DNA模板结合模板结合 (σ与核心与核心酶结合后合后 引起的构象引起的构象变化化) • 专一性地与一性地与DNA序列序列(启启动子子)结合合 • 结合常数：合常数：1014／／mol • 半衰期：数小半衰期：数小时 （（107／／mol 1秒以下）秒以下） • 转录效率低，速度效率低，速度缓慢（慢（ σ的结合的结合 ）） （（2）） 核心酶核心酶 （（Core Enzyme）） • 作用于转录的延伸过程（终止）作用于转录的延伸过程（终止） • 依靠静电引力依靠静电引力与与DNA模板结合模板结合（蛋白质中碱性（蛋白质中碱性 基团与基团与DNA的磷酸根之的磷酸根之 间）间） • 非专一性的结合（与非专一性的结合（与DNA的序列无关）的序列无关） • 结合常数：结合常数：1011／／mol • 半衰期：半衰期：60秒秒 此外，新发现的一种此外，新发现的一种ω亚基的功能尚不清楚。

基的功能尚不清楚2、各、各亚基的特点和功能基的特点和功能 （（1）） σ 因子因子 • σ因子可重复使用因子可重复使用 • 修饰修饰RNApol构型构型 • 使使Holo Enzyme 识别启动子的识别启动子的Sextama Box(－－35区区), 并通过并通过σ与模板链结合与模板链结合2 α ＋＋ βα2ββ’＋＋σ α 2 β ＋＋ β’α2ββ’σ（（3）全酶的组装过程）全酶的组装过程 • 不同的不同的σ因子识别不同的启动子因子识别不同的启动子 E.coli 中有中有五五种种σ因子（因子（σ70、、σ32、、σ54、、σ28 、、 σ24 ）） 枯草杆菌中有枯草杆菌中有11种种σ因子因子 （（σ因子的更替对转录起始的调控）因子的更替对转录起始的调控）第一个第一个磷酸二酯键生成后，磷酸二酯键生成后，σ亚基亚基即从转录起始复合物上即从转录起始复合物上脱落脱落，核心酶，核心酶连同四磷酸二核苷酸，继续结合于连同四磷酸二核苷酸，继续结合于DNA模板上，模板上，酶沿酶沿DNA链前移链前移，进入，进入延长阶段延长阶段。

（（2））α因子因子• 核心酶的组建因子核心酶的组建因子 α＋＋α 2α＋＋β α2β＋＋β’• 促使促使RNApol 与与DNA模板链结合模板链结合 • 前端前端α因子－－使模板因子－－使模板DNA双链解链为单链双链解链为单链 • 尾端尾端α因子－－使解链的单链因子－－使解链的单链DNA重新聚合为双链重新聚合为双链 （（3）） β因子因子• 促进促进RNApol＋＋NTP RNA elongation • 完成完成NMP之间的磷酸酯键的连接之间的磷酸酯键的连接 • Editing 功能（排斥与模板链不互补的碱基）功能（排斥与模板链不互补的碱基） • 与与Rho （（ρ）因子竞争）因子竞争RNA 3’－－end E site（（elongation site. RifR））:对对NTP非专一性地结非专一性地结 合（催化作用和合（催化作用和Editing功能）功能） （（4）） β’ 因子因子 • 参与参与RNA非模板链（非模板链（sense strand）的结合）的结合 （充当（充当SSB）） • 构成构成Holoenzyme 后，后，β因子含有两个位点因子含有两个位点 I site（（initiation site . Rifs））: 该位点专一性地结合该位点专一性地结合 ATP或者或者GTP （需要高浓度的（需要高浓度的ATP或或GTP））由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点ØØ 有义有义有义有义DNADNADNADNA链结合位点（链结合位点（链结合位点（链结合位点（ ββββ’’’’亚基提供）亚基提供）亚基提供）亚基提供）ØØ DNA/RNADNA/RNADNA/RNADNA/RNA杂交链结合位点（杂交链结合位点（杂交链结合位点（杂交链结合位点（ββββ亚基提供）亚基提供）亚基提供）亚基提供）ØØ 双链双链双链双链DNADNADNADNA解链位点（前端解链位点（前端解链位点（前端解链位点（前端 αααα亚基提供）亚基提供）亚基提供）亚基提供）ØØ 单链单链单链单链DNADNADNADNA重旋位点（后端重旋位点（后端重旋位点（后端重旋位点（后端αααα亚基提供）亚基提供）亚基提供）亚基提供）ØØ σσσσ因子作用位点因子作用位点因子作用位点因子作用位点E. coli RNA polymerase用于起始和延伸用于起始和延伸只用于起始只用于起始36.5 KD36.5 KD151 KD155 KD11 KD70 KD原核生物启动子结构原核生物启动子结构Ø-10-10区：区：区：区：TATATATA区区区区(Pribnow box)(Pribnow box)，，，，RNARNA聚合酶的牢聚合酶的牢聚合酶的牢聚合酶的牢固结合位点固结合位点固结合位点固结合位点Ø-35-35区：区：区：区：TTGACATTGACA区，区，区，区，与与与与RNARNA聚合酶的聚合酶的聚合酶的聚合酶的σ σ因子相互因子相互因子相互因子相互识别识别识别识别2.转录起始的过程转录起始的过程转录起始的过程转录起始的过程: :①①①①核心酶在核心酶在核心酶在核心酶在σ σ因子的参与因子的参与因子的参与因子的参与下，与模板下，与模板下，与模板下，与模板DNADNA接触，接触，接触，接触，生成非专一性的，不生成非专一性的，不生成非专一性的，不生成非专一性的，不稳定的复合物在模板稳定的复合物在模板稳定的复合物在模板稳定的复合物在模板上移动上移动上移动上移动②②②②起始识别：起始识别：起始识别：起始识别：σ σ亚基发现亚基发现亚基发现亚基发现识别位点后，与识别位点后，与识别位点后，与识别位点后，与-35-35区区区区序列结合形成一个封序列结合形成一个封序列结合形成一个封序列结合形成一个封闭的启动子复合体闭的启动子复合体闭的启动子复合体闭的启动子复合体“ “酶酶酶酶- -启动子二元复合物启动子二元复合物启动子二元复合物启动子二元复合物” ”③③③③全酶紧密地结合在启全酶紧密地结合在启全酶紧密地结合在启全酶紧密地结合在启动子的动子的动子的动子的-10-10序列处，序列处，序列处，序列处，模板模板模板模板DNADNA局部变性，局部变性，局部变性，局部变性，形成形成形成形成“ “开放的启动子开放的启动子开放的启动子开放的启动子二元复合体二元复合体二元复合体二元复合体” ”④④④④酶移动到转录起始点，酶移动到转录起始点，酶移动到转录起始点，酶移动到转录起始点，第一个第一个第一个第一个rNTPrNTP转录开转录开转录开转录开始，始，始，始， σ σ因子释放，形因子释放，形因子释放，形因子释放，形成成成成“ “酶酶酶酶- -启动子启动子启动子启动子- -rNTPrNTP三元复合体三元复合体三元复合体三元复合体” ”n nRNARNA链的延伸链的延伸链的延伸链的延伸①①①①核心酶向前移动，核心酶向前移动，核心酶向前移动，核心酶向前移动， NTPNTP不断聚合，不断聚合，不断聚合，不断聚合，RNARNA链不断延长链不断延长链不断延长链不断延长②②②②核心酶覆盖双链核心酶覆盖双链核心酶覆盖双链核心酶覆盖双链DNADNA和和和和RNARNA复合物，向前推进，边解开复合物，向前推进，边解开复合物，向前推进，边解开复合物，向前推进，边解开螺旋边释放出新合成的螺旋边释放出新合成的螺旋边释放出新合成的螺旋边释放出新合成的RNARNA链，已经转录的区域中分开链，已经转录的区域中分开链，已经转录的区域中分开链，已经转录的区域中分开的的的的DNADNA链又重新形成双螺旋链又重新形成双螺旋链又重新形成双螺旋链又重新形成双螺旋E.coli的转录起始和延长的转录起始和延长 n n原核生物转录终止原核生物转录终止原核生物转录终止原核生物转录终止终止子：终止子：终止子：终止子：DNADNA分子中终止转录的核苷酸序列分子中终止转录的核苷酸序列分子中终止转录的核苷酸序列分子中终止转录的核苷酸序列 。

①①①①不依赖不依赖不依赖不依赖Rho (ρ)Rho (ρ)因子的转录终止因子的转录终止因子的转录终止因子的转录终止②②②②依赖依赖依赖依赖Rho (ρ)Rho (ρ)因子的转录终止因子的转录终止因子的转录终止因子的转录终止不不不不依赖依赖依赖依赖Rho (ρ)Rho (ρ)因子的转录终止因子的转录终止因子的转录终止因子的转录终止 结构特征结构特征: ☻ 一是形成一个一是形成一个发夹结构发夹结构 茎茎…. 7~20 bp的的IR序列形成（富含序列形成（富含G/C）） 环环….中间不重复序列形成中间不重复序列形成 发夹结构的突变可阻止转录的终止发夹结构的突变可阻止转录的终止 ☻ 二是二是6 ~ 8 个连续的个连续的U串串（发夹结构末端）（发夹结构末端）原核生物转录的终止原核生物转录的终止 不依赖不依赖ρ因子的终止子终止转录因子的终止子终止转录 （（1）） 新生新生RNA链发夹结构形成链发夹结构形成 与与RNApol发生作用发生作用 造成高度延宕（典型的有造成高度延宕（典型的有60秒左右）秒左右） （（2）） RNApol暂停为终止提供了机会暂停为终止提供了机会 ，，6 ~ 8个连续的个连续的U 串可能为串可能为RNApol与模板的解离提供了信号与模板的解离提供了信号 RNA－－DNA之间的之间的 rU－－dA 结合力较弱结合力较弱 阻止阻止RNA链的释放链的释放不依赖不依赖ρρ终止子结构终止子结构IRIR茎部富含茎部富含GC无连续无连续 U串串G/C含含量量较较少少 依赖依赖 ρ因子的终止子终止转录因子的终止子终止转录 （（1）） 通读（通读（read through））：在依赖：在依赖 ρ 因子的转录终止因子的转录终止 过程中，过程中， RNApol 转录了转录了 IR 序列之后，虽发生序列之后，虽发生 一定时间的延宕，但如果没有一定时间的延宕，但如果没有 ρ 因子存在，则因子存在，则 RNApol 会继续转录会继续转录 （（2）） ρ因子因子 a、、 活性形式为六聚体活性形式为六聚体 促进转录终止的活性，促进转录终止的活性，NTPase 活性活性 b、、 RNA长度大于长度大于50nt时，依赖时，依赖RNA的的NTPase活性最大活性最大 说明：说明：ρ因子识别和结合的是因子识别和结合的是RNA（（3）） ρ因子对终止子的作用因子对终止子的作用 a、、ρ因子与因子与RNA结合结合（终止子上游的某一处，（终止子上游的某一处，RNA的的5’端端 ）） b、、ρ因子沿因子沿RNARNA从从5 5’→3→3’’移动移动（（NTPNTP水解供水解供能能）） （终止子处的较长时间的延宕给（终止子处的较长时间的延宕给ρ因子追赶的机会因子追赶的机会））c c、、ρρ因子与因子与 RNApolRNApol 相互作用而造成转录的终止相互作用而造成转录的终止ρ结合上来追赶结合上来追赶RNApolρ追赶上来追赶上来（暂停）（暂停） ρ与与RNApol相相互作用使杂交链互作用使杂交链解链解链终止子终止子 （（4）） 终止反应还需要终止反应还需要 RNA 与与 DNA 的相互作用的相互作用 即即 ：： 需要一定的需要一定的RNA序列序列 因为：因为： 其与模板的其与模板的结合力结合力必须弱到一定数值，才能配合必须弱到一定数值，才能配合 ρ因子因子与与 RNApol RNApol 的作用的作用 （发夹结构下游的（发夹结构下游的AUAU序列）序列） 序列不同的终止子序列不同的终止子→→→→不同的终止程度不同的终止程度→→→→基因表达基因表达 调控的途径之一调控的途径之一真核生物转录真核生物转录n n三种三种三种三种RNA polRNA pol识别不同启动子。

识别不同启动子识别不同启动子识别不同启动子n n 转录起始过程需要很多转录因子（转录起始过程需要很多转录因子（转录起始过程需要很多转录因子（转录起始过程需要很多转录因子（transcription transcription factor, TF factor, TF ）参与，按一定顺序与）参与，按一定顺序与）参与，按一定顺序与）参与，按一定顺序与DNADNA形成复合形成复合形成复合形成复合物，协助物，协助物，协助物，协助RNA polRNA pol定位于转录起始点定位于转录起始点定位于转录起始点定位于转录起始点n nRNA-polRNA-pol前移会遇到核小体，转录延长过程中可前移会遇到核小体，转录延长过程中可前移会遇到核小体，转录延长过程中可前移会遇到核小体，转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象以观察到核小体移位和解聚现象以观察到核小体移位和解聚现象以观察到核小体移位和解聚现象n n真核生物转录终止与转录产物的加工密切相关真核生物转录终止与转录产物的加工密切相关真核生物转录终止与转录产物的加工密切相关真核生物转录终止与转录产物的加工密切相关真核生物转录酶及相关因子真核生物转录酶及相关因子酶酶酶酶细胞内细胞内细胞内细胞内定位定位定位定位转录产物转录产物转录产物转录产物鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱敏感性敏感性敏感性敏感性RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶Ⅰ Ⅰ核仁核仁核仁核仁大部分大部分大部分大部分rRNArRNA不敏感不敏感不敏感不敏感RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶ⅡⅡ核质核质核质核质hnRNAhnRNA、某些、某些、某些、某些snRNAsnRNA敏感敏感敏感敏感RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶ⅢⅢ核质核质核质核质tRNAtRNA、、、、5SrRNA 5SrRNA 、、、、snRNAsnRNA前体前体前体前体中度敏感中度敏感中度敏感中度敏感真核生物真核生物真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶I I的启动子的启动子的启动子的启动子 1. 1.核心启动子（核心启动子（核心启动子（核心启动子（core promotercore promoter），由），由），由），由-45-45～～～～+20+20位核苷酸组位核苷酸组位核苷酸组位核苷酸组成，单独存在时就足以起始转录。

成，单独存在时就足以起始转录成，单独存在时就足以起始转录成，单独存在时就足以起始转录2. 2.由由由由- -170 170 ～～～～ - -107107位序列组成，称为上游调控元件，能有位序列组成，称为上游调控元件，能有位序列组成，称为上游调控元件，能有位序列组成，称为上游调控元件，能有效地增强转录效率效地增强转录效率效地增强转录效率效地增强转录效率3. 3.转录成转录成转录成转录成rRNA rRNA 真核生物启动子真核生物启动子RNA聚合酶聚合酶Ⅱ启动子启动子1.起始子：转录起始的第一个碱基多为起始子：转录起始的第一个碱基多为起始子：转录起始的第一个碱基多为起始子：转录起始的第一个碱基多为A,A,两侧各有若两侧各有若两侧各有若两侧各有若干嘧啶核苷酸干嘧啶核苷酸干嘧啶核苷酸干嘧啶核苷酸2.TATA boxTATA box：：：： -25~ -35-25~ -35区含区含区含区含TATATATA序列，序列，序列，序列，是转录因子是转录因子是转录因子是转录因子与与与与DNADNA分子结合的部位，使转录精确地起始分子结合的部位，使转录精确地起始分子结合的部位，使转录精确地起始分子结合的部位，使转录精确地起始 3.CAAT CAAT 框：框：框：框：-70 ~ -80-70 ~ -80区含区含区含区含CCAATCCAAT序列，序列，序列，序列，控制转录起控制转录起控制转录起控制转录起始的频率始的频率始的频率始的频率 4.GC boxGC box：：：：-80 ~ -110-80 ~ -110区含有区含有区含有区含有GCCACCCGCCACCC或或或或GGGCGGGGGGCGGG序列，控制转录起始的频率序列，控制转录起始的频率序列，控制转录起始的频率序列，控制转录起始的频率1.负责转录的是负责转录的是负责转录的是负责转录的是5SrRNA5SrRNA、、、、tRNAtRNA和某些和某些和某些和某些snRNAsnRNA2.5S rRNA5S rRNA和和和和tRNAtRNA基因的启动子是内部启动子位基因的启动子是内部启动子位基因的启动子是内部启动子位基因的启动子是内部启动子位于转录起始位点的下游于转录起始位点的下游于转录起始位点的下游于转录起始位点的下游RNA聚合酶聚合酶Ⅲ启动子启动子n n转录因子转录因子转录因子转录因子 (transcription factor, TF)(transcription factor, TF)：：：：是一类细胞是一类细胞是一类细胞是一类细胞核内蛋白因子，通过与顺式作用元件和核内蛋白因子，通过与顺式作用元件和核内蛋白因子，通过与顺式作用元件和核内蛋白因子，通过与顺式作用元件和RNARNA聚合聚合聚合聚合酶的相互作用调节转录的活性酶的相互作用调节转录的活性酶的相互作用调节转录的活性酶的相互作用调节转录的活性①①①①基本转录因子基本转录因子基本转录因子基本转录因子—RNA—RNA聚合酶结合启动子所必需的聚合酶结合启动子所必需的聚合酶结合启动子所必需的聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子一组蛋白因子一组蛋白因子一组蛋白因子②②②②特异转录因子特异转录因子特异转录因子特异转录因子——结合在转录核心元件以外的其他结合在转录核心元件以外的其他结合在转录核心元件以外的其他结合在转录核心元件以外的其他上游顺式作用元件的蛋白因子，通过上游顺式作用元件的蛋白因子，通过上游顺式作用元件的蛋白因子，通过上游顺式作用元件的蛋白因子，通过DNADNA与蛋白与蛋白与蛋白与蛋白之间的相互作用影响转录的效率之间的相互作用影响转录的效率之间的相互作用影响转录的效率之间的相互作用影响转录的效率真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子分子直接结合，而需依靠众多的转录因子真核生物转录的终止真核生物转录的终止真核生物转录的终止真核生物转录的终止真核生物真核生物真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶IIII转录生成转录生成转录生成转录生成hnRNAhnRNA的过程，直至出现多的过程，直至出现多的过程，直至出现多的过程，直至出现多聚腺苷酸信号（聚腺苷酸信号（聚腺苷酸信号（聚腺苷酸信号（AATAAAATAA及其下游富含及其下游富含及其下游富含及其下游富含GTGT的序列）为止的序列）为止的序列）为止的序列）为止真核生物真核生物RNA成熟成熟 真核生物转录生成的真核生物转录生成的真核生物转录生成的真核生物转录生成的RNARNA是初级转录产物是初级转录产物是初级转录产物是初级转录产物(primary transcripts)(primary transcripts)，是不具备生物活性及独立，是不具备生物活性及独立，是不具备生物活性及独立，是不具备生物活性及独立功能的前体功能的前体功能的前体功能的前体RNARNA，必须经过适当的加工处理，才，必须经过适当的加工处理，才，必须经过适当的加工处理，才，必须经过适当的加工处理，才能变为成熟的、有活性的能变为成熟的、有活性的能变为成熟的、有活性的能变为成熟的、有活性的RNA RNA 真核生物真核生物mRNA的成熟的成熟1. 1.5’5’端形成特殊的帽子结构端形成特殊的帽子结构端形成特殊的帽子结构端形成特殊的帽子结构2. 2.3’3’端切断一段序列并加上端切断一段序列并加上端切断一段序列并加上端切断一段序列并加上poly Apoly A尾巴尾巴尾巴尾巴3. 3.通过剪切去除由内含子转录来的序列通过剪切去除由内含子转录来的序列通过剪切去除由内含子转录来的序列通过剪切去除由内含子转录来的序列4. 4.链内部核苷酸甲基化链内部核苷酸甲基化链内部核苷酸甲基化链内部核苷酸甲基化mRNA的转录后修饰－的转录后修饰－--------帽子帽子 1、、 帽子的种类帽子的种类 帽子帽子0（（Cap-0）） m7GpppXpYp----------（共有）（共有） m7G N7—甲基鸟苷甲基鸟苷 帽子帽子1 （（Cap-1）） m7GpppXmpYp---------- 第一个核苷酸的第一个核苷酸的 2’-O 位上产生甲基位上产生甲基 化化 （（A N6 位甲基化）位甲基化） 帽子帽子2（（Cap-2）） m7GpppXmpYmp 第二个核苷酸的第二个核苷酸的 2’-O 位上产生甲基位上产生甲基 化（化（A、、G、、C、、U））HN—CH3m7G帽子帽子0其中其中: ☆☆ 单细胞真核生物只有单细胞真核生物只有 Cap—0 ☆☆ Cap—1 是其余真核生物的是其余真核生物的主要帽子形式主要帽子形式 ☆☆ Cap—2 存在于某些真核生物中存在于某些真核生物中2、、 帽子结构的生成帽子结构的生成 ☆☆ 甲基甲基供体供体都为都为S—腺苷甲硫氨酸（腺苷甲硫氨酸（SAM）） ☆☆ RNA鸟苷酸基转移酶鸟苷酸基转移酶-----戴帽酶戴帽酶（（capping enzyme））5 5’ ’端加帽及其重要性端加帽及其重要性端加帽及其重要性端加帽及其重要性a. a. 翻译起始的必要结构翻译起始的必要结构翻译起始的必要结构翻译起始的必要结构，为，为，为，为IF3IF3（起始因子）和核糖体（起始因子）和核糖体（起始因子）和核糖体（起始因子）和核糖体对对对对mRNAmRNA的识别提供信号的识别提供信号的识别提供信号的识别提供信号b. b. 增加增加增加增加mRNAmRNA的稳定性的稳定性的稳定性的稳定性，保，保，保，保护护护护mRNA mRNA 免遭免遭免遭免遭5 5’ ’外切核酸外切核酸外切核酸外切核酸酶的攻击酶的攻击酶的攻击酶的攻击c. c. 运输，运输，运输，运输，有助于有助于有助于有助于mRNAmRNA越过越过越过越过核膜，进入胞质核膜，进入胞质核膜，进入胞质核膜，进入胞质mRNA的转录后修饰二的转录后修饰二-------- 多聚（多聚（A）尾巴）尾巴 1、、 3’端端-----约长约长200bp (大多数大多数Euk.的的mRNA) （（poly(A)+ poly(A)- ）） 最近研究发现，原核生物的最近研究发现，原核生物的RNA转录后也有转录后也有3’添加添加 poly(A) 的现象的现象 E.coli 的的poly(A)+聚合酶聚合酶早在早在1962年就已发现年就已发现 2、、 poly(A) 的生成的生成 a、、 RNA末端末端腺苷酸转移酶腺苷酸转移酶（（poly(A) 聚合酶）催化聚合酶）催化 前体－－前体－－ATP反应如下：反应如下： 多聚核糖核酸多聚核糖核酸 + nATP Mg++ 或或 Mn++ 多聚核糖核酸多聚核糖核酸(A)n + nPPi b、添加位点、添加位点 内切酶内切酶(360KDa)切除一段序列切除一段序列 由由poly(A) 聚合酶聚合酶 催化添加催化添加poly(A)内切酶的识别位点（有其它因子参与）内切酶的识别位点（有其它因子参与） 切点上游切点上游 13－－20bp处的处的 AAUAAA 切点下游切点下游的的 GUGUGUG （单细胞（单细胞Euk.除外）除外）3’3’端加尾及其功能端加尾及其功能端加尾及其功能端加尾及其功能n n 与与与与mRNAmRNA从细胞核转送到从细胞核转送到从细胞核转送到从细胞核转送到细胞质有关细胞质有关细胞质有关细胞质有关n n稳定稳定稳定稳定mRNAmRNA结构，保持生结构，保持生结构，保持生结构，保持生物半衰期物半衰期物半衰期物半衰期n n与真核与真核与真核与真核mRNAmRNA的翻译效率的翻译效率的翻译效率的翻译效率有关：缺失可抑制体外翻有关：缺失可抑制体外翻有关：缺失可抑制体外翻有关：缺失可抑制体外翻译的起始，含译的起始，含译的起始，含译的起始，含 poly(A) poly(A) 的的的的mRNA mRNA 失去失去失去失去 poly(A) poly(A) 可减可减可减可减弱其翻译弱其翻译弱其翻译弱其翻译n n稳定帽子结构稳定帽子结构稳定帽子结构稳定帽子结构RNA的剪接的剪接RNARNA剪接剪接剪接剪接(RNA splicing)(RNA splicing) ：一个基因的外显子和内：一个基因的外显子和内：一个基因的外显子和内：一个基因的外显子和内含子共同转录在一条转录产物中，将内含子去除而含子共同转录在一条转录产物中，将内含子去除而含子共同转录在一条转录产物中，将内含子去除而含子共同转录在一条转录产物中，将内含子去除而把外显子连接起来形成成熟把外显子连接起来形成成熟把外显子连接起来形成成熟把外显子连接起来形成成熟RNARNA分子的过程分子的过程分子的过程分子的过程1.内含子内含子内含子内含子(intron) — (intron) — 成熟成熟成熟成熟RNARNA的序列中不出现的序列的序列中不出现的序列的序列中不出现的序列的序列中不出现的序列2.外显子外显子外显子外显子(exon) — (exon) — 在断裂基因及其初级转录产物上在断裂基因及其初级转录产物上在断裂基因及其初级转录产物上在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟出现，并表达为成熟出现，并表达为成熟出现，并表达为成熟RNARNA的核酸序列的核酸序列的核酸序列的核酸序列19771977年，在冷泉港会议上，来自冷泉港实验室年，在冷泉港会议上，来自冷泉港实验室年，在冷泉港会议上，来自冷泉港实验室年，在冷泉港会议上，来自冷泉港实验室的的的的罗伯茨罗伯茨罗伯茨罗伯茨（（（（RicharlRicharl J.RobertsJ.Roberts）和麻省理工学院癌）和麻省理工学院癌）和麻省理工学院癌）和麻省理工学院癌症研究中心的症研究中心的症研究中心的症研究中心的夏普夏普夏普夏普（（（（PilipPilip A. sharp A. sharp）报道了他们关）报道了他们关）报道了他们关）报道了他们关于真核生物断裂基因的发现。

因为这一发现，他们于真核生物断裂基因的发现因为这一发现，他们于真核生物断裂基因的发现因为这一发现，他们于真核生物断裂基因的发现因为这一发现，他们分享了分享了分享了分享了19931993年诺贝尔生理医学奖断裂基因的发现年诺贝尔生理医学奖断裂基因的发现年诺贝尔生理医学奖断裂基因的发现年诺贝尔生理医学奖断裂基因的发现揭示了真核生物不同于原核生物其次，这一过程揭示了真核生物不同于原核生物其次，这一过程揭示了真核生物不同于原核生物其次，这一过程揭示了真核生物不同于原核生物其次，这一过程体现了生物进化中的自然选择机制的美妙第三，体现了生物进化中的自然选择机制的美妙第三，体现了生物进化中的自然选择机制的美妙第三，体现了生物进化中的自然选择机制的美妙第三，它成为生物研究的一个重要生长点它成为生物研究的一个重要生长点它成为生物研究的一个重要生长点它成为生物研究的一个重要生长点 断裂基因的发现断裂基因的发现夏夏夏夏普普普普，，，，19741974年年年年在在在在麻麻麻麻省省省省理理理理工工工工学学学学院院院院的的的的癌癌癌癌症症症症研研研研究究究究中中中中心心心心他他他他集集集集中中中中于于于于肿肿肿肿瘤瘤瘤瘤病病病病毒毒毒毒的的的的分分分分子子子子生生生生物物物物学学学学和和和和RNARNA剪剪剪剪接接接接研研研研究究究究。

夏夏夏夏暜暜暜暜关关关关注注注注腺腺腺腺病病病病毒毒毒毒的的的的基基基基因因因因表表表表达达达达过过过过程程程程他他他他想想想想看看看看看看看看hnRNAhnRNA和和和和 mRNAmRNA有有有有什什什什么么么么不不不不同同同同他他他他利利利利用用用用DNADNA和和和和RNARNA杂杂杂杂交交交交的的的的方方方方法法法法找找找找到到到到了了了了二二二二者者者者的的的的不不不不同同同同他他他他们们们们发发发发 现现现现 hnRNAhnRNA明明明明 显显显显 长长长长 于于于于mRNA. mRNA. mRNAmRNA不不不不能能能能与与与与DNADNA全全全全 部部部部 杂杂杂杂 交交交交 他他他他 们们们们 获获获获 得得得得 了了了了19931993年诺贝尔奖年诺贝尔奖年诺贝尔奖年诺贝尔奖美国科学家，因发现美国科学家，因发现美国科学家，因发现美国科学家，因发现mRNAmRNA的剪接于的剪接于的剪接于的剪接于19931993年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖内含子的分类内含子的分类1.Ⅰ类内含子：线粒体、叶绿体、低等真核生物类内含子：线粒体、叶绿体、低等真核生物rRNA的基因的基因 2.Ⅱ类内含子类内含子 ：线粒体、叶绿体：线粒体、叶绿体mRNA的基因的基因 3.Ⅲ类内含子类内含子 ：多数：多数mRNA的基因，形成套索后的基因，形成套索后剪接。

剪接 4.IV类内含子类内含子 ：：tRNA的基因及其初级转录产物中的基因及其初级转录产物中的内含子剪接过程需要酶和的内含子剪接过程需要酶和ATP 3 3））））mRNAmRNA前体（前体（前体（前体（ hnRNAhnRNA ）的剪接）的剪接）的剪接）的剪接1 1）边界序列：）边界序列：）边界序列：）边界序列：5’-GU…...AG-OH-3’5’-GU…...AG-OH-3’ 2 2）分枝点顺序：内含子）分枝点顺序：内含子）分枝点顺序：内含子）分枝点顺序：内含子3′3′端上游端上游端上游端上游3 3））））依赖于依赖于依赖于依赖于snRNPs进行剪接进行剪接进行剪接进行剪接4 4）内含子）内含子）内含子）内含子5’5’端有一保守序列端有一保守序列端有一保守序列端有一保守序列5’GUAAGUA3’5’GUAAGUA3’，和剪接体中，和剪接体中，和剪接体中，和剪接体中U1 U1 snRNAsnRNA的的的的5’5’端的端的端的端的3’CAUUUCAU5’3’CAUUUCAU5’互补互补互补互补四种内含子的边界序列各有一定共同的特征四种内含子的边界序列各有一定共同的特征拼接方式拼接方式 方式一方式一：由：由拼接装置拼接装置完成（核完成（核mRNA内含子）内含子） 可供识别的特异序列可供识别的特异序列 拼接装置由拼接装置由多种蛋白质多种蛋白质和和核蛋白核蛋白组成组成 方式二方式二：：自我拼接自我拼接（两类内含子（两类内含子ⅠⅠ 、、ⅡⅡ ）） 形成特定的二级结构形成特定的二级结构 RNA具有催化拼接的能力具有催化拼接的能力 方式三方式三：需要：需要蛋白质酶蛋白质酶参与的拼接（酵母参与的拼接（酵母tRNA）） 前两种拼接都属于前两种拼接都属于转酯反应转酯反应1.RNAasePRNAaseP切除切除切除切除5’5’端前导序列端前导序列端前导序列端前导序列2.RNAaseDRNAaseD切去切去切去切去3’3’端附加顺序，加上端附加顺序，加上端附加顺序，加上端附加顺序，加上-CCA-OH-CCA-OH3.通过剪接去除内含子通过剪接去除内含子通过剪接去除内含子通过剪接去除内含子4.核苷酸修饰形成稀有碱基核苷酸修饰形成稀有碱基核苷酸修饰形成稀有碱基核苷酸修饰形成稀有碱基真核生物真核生物tRNA的成熟的成熟真核生物真核生物rRNA的成熟的成熟n n初始转录本为初始转录本为初始转录本为初始转录本为45S45S前体，前体，前体，前体，18S18S，，，，5.8S5.8S和和和和28S rRNA 28S rRNA 是是是是一个转录本一个转录本一个转录本一个转录本n n5s rRNA5s rRNA前体独立于其他三种前体独立于其他三种前体独立于其他三种前体独立于其他三种rRNArRNA的基因转录的基因转录的基因转录的基因转录n n前体前体前体前体rRNArRNA与蛋白质结合，然后再切割和甲基化与蛋白质结合，然后再切割和甲基化与蛋白质结合，然后再切割和甲基化与蛋白质结合，然后再切割和甲基化n n剪切和甲基化均需要小核仁剪切和甲基化均需要小核仁剪切和甲基化均需要小核仁剪切和甲基化均需要小核仁RNARNA（（（（snoRNAs））））的参与的参与的参与的参与RNA编辑编辑 RNARNA编辑（编辑（编辑（编辑（RNA editingRNA editing））））：在：在：在：在mRNAmRNA水平上，通过水平上，通过水平上，通过水平上，通过核苷酸的缺失、插入或替换而改变遗传信息的过程核苷酸的缺失、插入或替换而改变遗传信息的过程核苷酸的缺失、插入或替换而改变遗传信息的过程核苷酸的缺失、插入或替换而改变遗传信息的过程 转录调控转录调控n n基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为：基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为：基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为：基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为： 转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水平及翻译后水平，但以平及翻译后水平，但以平及翻译后水平，但以平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控转录水平的基因表达调控转录水平的基因表达调控转录水平的基因表达调控最为重要最为重要最为重要最为重要n n转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区DNADNA之间的相互作用，可产生正或负的调控效果之间的相互作用，可产生正或负的调控效果之间的相互作用，可产生正或负的调控效果之间的相互作用，可产生正或负的调控效果原核生物转录调控的特点原核生物转录调控的特点n nσ σ因子决定因子决定因子决定因子决定RNARNA聚合酶识别的特异性聚合酶识别的特异性聚合酶识别的特异性聚合酶识别的特异性n n操纵子模型的普遍性操纵子模型的普遍性操纵子模型的普遍性操纵子模型的普遍性：多个功能相关的原核基因：多个功能相关的原核基因：多个功能相关的原核基因：多个功能相关的原核基因串联在一起，依赖同一转录调控区对基因的转录串联在一起，依赖同一转录调控区对基因的转录串联在一起，依赖同一转录调控区对基因的转录串联在一起，依赖同一转录调控区对基因的转录进行调节，以确保功能相关基因之间表达的协调进行调节，以确保功能相关基因之间表达的协调进行调节，以确保功能相关基因之间表达的协调进行调节，以确保功能相关基因之间表达的协调性性性性n n以负性调节为主以负性调节为主以负性调节为主以负性调节为主：阻遏蛋白与操纵基因结合，抑：阻遏蛋白与操纵基因结合，抑：阻遏蛋白与操纵基因结合，抑：阻遏蛋白与操纵基因结合，抑制转录起始制转录起始制转录起始制转录起始操纵子操纵子操纵子操纵子(operon)(operon)：是原核生物：是原核生物：是原核生物：是原核生物DNADNA上的一段区域。

是上的一段区域是上的一段区域是上的一段区域是由若干功能相关的结构基因和控制这些基因表达的元由若干功能相关的结构基因和控制这些基因表达的元由若干功能相关的结构基因和控制这些基因表达的元由若干功能相关的结构基因和控制这些基因表达的元件组成的一个完整、连续的功能单位件组成的一个完整、连续的功能单位件组成的一个完整、连续的功能单位件组成的一个完整、连续的功能单位原核生物转录起始调控原核生物转录起始调控操纵子的基本组成操纵子的基本组成1.结构基因结构基因结构基因结构基因(structural genes)(structural genes)：：：：能通过转录、翻译使能通过转录、翻译使能通过转录、翻译使能通过转录、翻译使细胞产生一定的酶系统和结构蛋白细胞产生一定的酶系统和结构蛋白细胞产生一定的酶系统和结构蛋白细胞产生一定的酶系统和结构蛋白 2.操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因(operator, O)(operator, O)：：：：控制结构基因的转录速度，控制结构基因的转录速度，控制结构基因的转录速度，控制结构基因的转录速度，位于结构基因的附近，本身不能转录成位于结构基因的附近，本身不能转录成位于结构基因的附近，本身不能转录成位于结构基因的附近，本身不能转录成mRNA mRNA 3.启动基因启动基因启动基因启动基因P P：：：：位于操纵基因的附近，它的作用是发位于操纵基因的附近，它的作用是发位于操纵基因的附近，它的作用是发位于操纵基因的附近，它的作用是发出信号，出信号，出信号，出信号，mRNAmRNA合成开始合成开始合成开始合成开始4.调节基因调节基因调节基因调节基因(regulator gene, i)(regulator gene, i)：：：：产物为阻遏物产物为阻遏物产物为阻遏物产物为阻遏物(repressor)(repressor)或激活物或激活物或激活物或激活物(activator)(activator)，调节操纵基因，调节操纵基因，调节操纵基因，调节操纵基因1.1.乳糖操纵子乳糖操纵子 由由由由3 3个结构基因（个结构基因（个结构基因（个结构基因（laclac Z Z、、、、laclac Y Y 、、、、 laclac A A）及其上游）及其上游）及其上游）及其上游的操纵序列（的操纵序列（的操纵序列（的操纵序列（operator, Ooperator, O）、启动序列（）、启动序列（）、启动序列（）、启动序列（promotor, promotor, P P）、分解代谢物基因激活蛋白（）、分解代谢物基因激活蛋白（）、分解代谢物基因激活蛋白（）、分解代谢物基因激活蛋白（CAPCAP）结合位点和）结合位点和）结合位点和）结合位点和调节基因（调节基因（调节基因（调节基因（inhibitor gene, Iinhibitor gene, I）构成）构成）构成）构成mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时阻遏基因阻遏基因阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节 —— —— 可诱导调控可诱导调控可诱导调控可诱导调控1) 1) 无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵基因上无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵基因上无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵基因上无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵基因上 → → 阻止转录过程阻止转录过程阻止转录过程阻止转录过程 → → 基因关闭；基因关闭；基因关闭；基因关闭；2 2）有乳糖存在时，乳糖）有乳糖存在时，乳糖）有乳糖存在时，乳糖）有乳糖存在时，乳糖→→半乳糖与阻遏物结合半乳糖与阻遏物结合半乳糖与阻遏物结合半乳糖与阻遏物结合→→阻遏物变构阻遏物变构阻遏物变构阻遏物变构 → → 阻遏物不能结合操纵基因阻遏物不能结合操纵基因阻遏物不能结合操纵基因阻遏物不能结合操纵基因 → → 转录转录转录转录进行进行进行进行 → → 基因开放。

基因开放基因开放基因开放CAP的正性调节的正性调节• •一个由两个相同亚基组成的二聚体，可被单个分子一个由两个相同亚基组成的二聚体，可被单个分子一个由两个相同亚基组成的二聚体，可被单个分子一个由两个相同亚基组成的二聚体，可被单个分子cAMPcAMP激活激活激活激活• • CRPCRP单体含一个单体含一个单体含一个单体含一个DNADNA结合区和一个转录激活区结合区和一个转录激活区结合区和一个转录激活区结合区和一个转录激活区+ + + ++ + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP CAPCAP及及及及RNA RNA 聚合酶不能与聚合酶不能与聚合酶不能与聚合酶不能与启动基因结合启动基因结合启动基因结合启动基因结合 当培养基中当培养基中当培养基中当培养基中乳糖浓度降低乳糖浓度降低乳糖浓度降低乳糖浓度降低而而而而葡萄糖浓度升高葡萄糖浓度升高葡萄糖浓度升高葡萄糖浓度升高时时时时 细胞中细胞中细胞中细胞中cAMPcAMP浓度降低浓度降低浓度降低浓度降低 缺乏乳糖与阻遏蛋白缺乏乳糖与阻遏蛋白缺乏乳糖与阻遏蛋白缺乏乳糖与阻遏蛋白结合结合结合结合 CAPCAP失活失活失活失活 阻遏蛋白与操纵基因结合阻遏蛋白与操纵基因结合阻遏蛋白与操纵基因结合阻遏蛋白与操纵基因结合 基因转录被基因转录被基因转录被基因转录被阻遏阻遏阻遏阻遏 阻遏蛋白的负阻遏蛋白的负性调节性调节乳糖操纵子的协调调节乳糖操纵子的协调调节 当培养基中当培养基中当培养基中当培养基中乳糖浓度升高乳糖浓度升高乳糖浓度升高乳糖浓度升高而而而而葡萄糖浓度降低葡萄糖浓度降低葡萄糖浓度降低葡萄糖浓度降低时时时时 细胞中细胞中细胞中细胞中cAMPcAMP浓度升高浓度升高浓度升高浓度升高 乳糖作为诱导剂与乳糖作为诱导剂与乳糖作为诱导剂与乳糖作为诱导剂与阻遏蛋白结合阻遏蛋白结合阻遏蛋白结合阻遏蛋白结合 cAMPcAMP与与与与CRPCRP结合并使之激合结合并使之激合结合并使之激合结合并使之激合 促使阻遏蛋白与促使阻遏蛋白与促使阻遏蛋白与促使阻遏蛋白与操纵基因分离操纵基因分离操纵基因分离操纵基因分离 CRPCRP与启动基因结合并促使与启动基因结合并促使与启动基因结合并促使与启动基因结合并促使RNARNA聚合酶与启动基因结合聚合酶与启动基因结合聚合酶与启动基因结合聚合酶与启动基因结合 基因转录基因转录基因转录基因转录激活激活激活激活 CAP正性调节正性调节原核生物转录终止调控原核生物转录终止调控n n依赖依赖依赖依赖ρ ρ因子的转录终止调控因子的转录终止调控因子的转录终止调控因子的转录终止调控n n不依赖不依赖不依赖不依赖ρ ρ因子的转录终止调控因子的转录终止调控因子的转录终止调控因子的转录终止调控n n衰减子介导的转录终止调控衰减子介导的转录终止调控衰减子介导的转录终止调控衰减子介导的转录终止调控色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构1. 1.五个结构基因，编码色氨酸合成通路中所需酶五个结构基因，编码色氨酸合成通路中所需酶五个结构基因，编码色氨酸合成通路中所需酶五个结构基因，编码色氨酸合成通路中所需酶2. 2.上游的转录调控区，包括前导基因上游的转录调控区，包括前导基因上游的转录调控区，包括前导基因上游的转录调控区，包括前导基因( (trptrp L) L)、操纵序列、操纵序列、操纵序列、操纵序列(O)(O)和和和和启动序列启动序列启动序列启动序列(P)(P)3. 3.调节基因调节基因调节基因调节基因( (trp trp R)R)，编码阻遏蛋白，编码阻遏蛋白，编码阻遏蛋白，编码阻遏蛋白色氨酸操纵子的转录调控机制色氨酸操纵子的转录调控机制(1)(1)阻遏蛋白的调控作用阻遏蛋白的调控作用（（（（2 2 2 2）色氨酸操纵子转录的衰减调节）色氨酸操纵子转录的衰减调节）色氨酸操纵子转录的衰减调节）色氨酸操纵子转录的衰减调节真核生物转录调控真核生物转录调控1. 1.瞬时调控：或称为可逆调控，相当于原核细胞对瞬时调控：或称为可逆调控，相当于原核细胞对瞬时调控：或称为可逆调控，相当于原核细胞对瞬时调控：或称为可逆调控，相当于原核细胞对环境条件变化作出的反应环境条件变化作出的反应环境条件变化作出的反应环境条件变化作出的反应2. 2.发育调控：不可逆调控，决定了真核细胞生长、发育调控：不可逆调控，决定了真核细胞生长、发育调控：不可逆调控，决定了真核细胞生长、发育调控：不可逆调控，决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程分化、发育的全部进程分化、发育的全部进程分化、发育的全部进程真核生物转录调控的特点真核生物转录调控的特点n n有多种有多种有多种有多种RNARNA聚合酶（聚合酶（聚合酶（聚合酶（RNA polⅠRNA polⅠ、、、、ⅡⅡ、、、、ⅢⅢ），单独），单独），单独），单独没有活性，必须与转录因子共同作用没有活性，必须与转录因子共同作用没有活性，必须与转录因子共同作用没有活性，必须与转录因子共同作用n n通过顺式作用元件和反式作用因子调节转录的起通过顺式作用元件和反式作用因子调节转录的起通过顺式作用元件和反式作用因子调节转录的起通过顺式作用元件和反式作用因子调节转录的起始始始始n n转录激活状态的染色质结构发生明显变化转录激活状态的染色质结构发生明显变化转录激活状态的染色质结构发生明显变化转录激活状态的染色质结构发生明显变化n n正性调控占主导地位正性调控占主导地位正性调控占主导地位正性调控占主导地位真核生物转录前调控真核生物转录前调控1. 1.染色质结构对转录的影响：具有转录活性的活性染色质结构对转录的影响：具有转录活性的活性染色质结构对转录的影响：具有转录活性的活性染色质结构对转录的影响：具有转录活性的活性染色质染色质染色质染色质ØØ染色质染色质染色质染色质DNADNA对对对对DNaseⅠDNaseⅠ更敏感更敏感更敏感更敏感ØØ正转录的正转录的正转录的正转录的DNADNA甲基化程度降低甲基化程度降低甲基化程度降低甲基化程度降低ØØ常缺乏组蛋白常缺乏组蛋白常缺乏组蛋白常缺乏组蛋白H1H1，，，，其他核心组蛋白则被乙酰化其他核心组蛋白则被乙酰化其他核心组蛋白则被乙酰化其他核心组蛋白则被乙酰化或与泛素相结合而修饰或与泛素相结合而修饰或与泛素相结合而修饰或与泛素相结合而修饰ØØ非常活泼的转录区，如许多真核生物的非常活泼的转录区，如许多真核生物的非常活泼的转录区，如许多真核生物的非常活泼的转录区，如许多真核生物的rRNArRNA基基基基因处，没有核小体结构因处，没有核小体结构因处，没有核小体结构因处，没有核小体结构2. 2.DNADNA的修饰：甲基化与去甲基化的修饰：甲基化与去甲基化的修饰：甲基化与去甲基化的修饰：甲基化与去甲基化n nDNADNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。

诱导了基因的重新活化和表达诱导了基因的重新活化和表达诱导了基因的重新活化和表达n n甲基化常发生在基因甲基化常发生在基因甲基化常发生在基因甲基化常发生在基因5′5′侧区的侧区的侧区的侧区的CpGCpG序列中，阻碍序列中，阻碍序列中，阻碍序列中，阻碍转录因子与转录因子与转录因子与转录因子与DNADNA特定部位的结合特定部位的结合特定部位的结合特定部位的结合真核生物转录水平调控真核生物转录水平调控 真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互作用实现转录调控作用实现转录调控作用实现转录调控作用实现转录调控ØØ顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件( (ciscis-acting element)-acting element)：与相关基因处于：与相关基因处于：与相关基因处于：与相关基因处于同一同一同一同一DNADNA分子上，能起调控作用的分子上，能起调控作用的分子上，能起调控作用的分子上，能起调控作用的DNADNA序列包括序列包括序列包括序列。

包括启动子、终止子、增强子、衰减子等启动子、终止子、增强子、衰减子等启动子、终止子、增强子、衰减子等启动子、终止子、增强子、衰减子等ØØ反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子( (transtrans-acting factor)-acting factor)：一个基因的产：一个基因的产：一个基因的产：一个基因的产物物物物( (蛋白质或蛋白质或蛋白质或蛋白质或RNA) RNA) ，通过与特异的顺式作用元件相，通过与特异的顺式作用元件相，通过与特异的顺式作用元件相，通过与特异的顺式作用元件相互作用，对另一个基因的表达具有调节作用互作用，对另一个基因的表达具有调节作用互作用，对另一个基因的表达具有调节作用互作用，对另一个基因的表达具有调节作用n n顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件ØØ启动子（启动子（启动子（启动子（promoterpromoter）：）：）：）：RNARNA聚合酶结合并起动转录聚合酶结合并起动转录聚合酶结合并起动转录聚合酶结合并起动转录的的的的DNADNA序列序列序列序列①①①①核心启动子核心启动子核心启动子核心启动子 ：：：： 指指指指RNARNA聚合酶起始转录所必需的最聚合酶起始转录所必需的最聚合酶起始转录所必需的最聚合酶起始转录所必需的最小的小的小的小的DNADNA序列序列序列序列②②②②上游启动子元件：上游启动子元件：上游启动子元件：上游启动子元件： 包括包括包括包括-70bp-70bp附近的附近的附近的附近的CAATCAAT盒和盒和盒和盒和GCGC盒以及距转录起始点更远的上游元件。

盒以及距转录起始点更远的上游元件盒以及距转录起始点更远的上游元件盒以及距转录起始点更远的上游元件ØØ增强子增强子增强子增强子(enhancer)(enhancer)：远离转录起始点、决定基因的时：远离转录起始点、决定基因的时：远离转录起始点、决定基因的时：远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的间、空间特异性、增强启动子转录活性的间、空间特异性、增强启动子转录活性的间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNADNA序列序列序列序列1. 1.增强基因转录效应十分明显增强基因转录效应十分明显增强基因转录效应十分明显增强基因转录效应十分明显2. 2.发挥作用与其方向或转录起始点的距离无关发挥作用与其方向或转录起始点的距离无关发挥作用与其方向或转录起始点的距离无关发挥作用与其方向或转录起始点的距离无关3. 3.大多数为大多数为大多数为大多数为100-200 bp100-200 bp重复序列，其基本核心组件重复序列，其基本核心组件重复序列，其基本核心组件重复序列，其基本核心组件常为常为常为常为8-12bp8-12bp4. 4.没有基因专一性没有基因专一性没有基因专一性没有基因专一性5. 5.有严格的组织细胞特异性有严格的组织细胞特异性有严格的组织细胞特异性有严格的组织细胞特异性6. 6.活性与其在活性与其在活性与其在活性与其在DNADNA双螺旋结构中的双螺旋结构中的双螺旋结构中的双螺旋结构中的 空间方向性有空间方向性有空间方向性有空间方向性有关关关关 7. 7.许多增强子作用的发挥还受外部信号驱使许多增强子作用的发挥还受外部信号驱使许多增强子作用的发挥还受外部信号驱使许多增强子作用的发挥还受外部信号驱使增强子的特点增强子的特点ØØ沉默子沉默子沉默子沉默子(silencer)(silencer)：负性调节元件。

当其：负性调节元件当其：负性调节元件当其：负性调节元件当其DNADNA序列序列序列序列与特异蛋白因子结合后，可阻断转录起始复合物与特异蛋白因子结合后，可阻断转录起始复合物与特异蛋白因子结合后，可阻断转录起始复合物与特异蛋白因子结合后，可阻断转录起始复合物的形成和活化，使基因表达的活性受到抑制功的形成和活化，使基因表达的活性受到抑制功的形成和活化，使基因表达的活性受到抑制功的形成和活化，使基因表达的活性受到抑制功能不受距离和取向的限制能不受距离和取向的限制能不受距离和取向的限制能不受距离和取向的限制DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质- -蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域脯氨酸富含域脯氨酸富含域反式作用因子反式作用因子①①螺旋螺旋螺旋螺旋——回折回折回折回折——螺旋螺旋螺旋螺旋( (helix-turn-helix ，，HTH)HTH) ②②锌指结构锌指结构锌指结构锌指结构(zinc finger)(zinc finger)③③亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链(leucine zipper, bZIP)(leucine zipper, bZIP)④④碱性－螺旋碱性－螺旋碱性－螺旋碱性－螺旋- -环环环环- -螺旋螺旋螺旋螺旋( (helix-loop-helix, bHLH)bHLH)⑤⑤ββββ- - - -片层和环结构片层和环结构片层和环结构片层和环结构转录因子的转录因子的DNA结合域结合域①①①①螺旋螺旋螺旋螺旋——回折回折回折回折——螺旋螺旋螺旋螺旋(HTH)(HTH) üü由两个短由两个短由两个短由两个短α α螺旋和螺旋和螺旋和螺旋和β β转角构成转角构成转角构成转角构成üü通过识别螺旋识别并与通过识别螺旋识别并与通过识别螺旋识别并与通过识别螺旋识别并与DNADNA大沟结合大沟结合大沟结合大沟结合①①①①也称为同源结构域，参与个体发育也称为同源结构域，参与个体发育也称为同源结构域，参与个体发育也称为同源结构域，参与个体发育②②②②锌指结构锌指结构锌指结构锌指结构(zinc finger)(zinc finger) ③③③③一组保守的氨基酸残基和锌离子结合，一组保守的氨基酸残基和锌离子结合，一组保守的氨基酸残基和锌离子结合，一组保守的氨基酸残基和锌离子结合，形成可以进入形成可以进入形成可以进入形成可以进入DNADNA双螺旋大沟的指状双螺旋大沟的指状双螺旋大沟的指状双螺旋大沟的指状结构结构结构结构④④④④两种类型：两种类型：两种类型：两种类型：Cys2/His2; Cys2/Cys2Cys2/His2; Cys2/Cys2Cys2/His2Cys2/His2 CysCys-X2-4--X2-4-CysCys-X3-Phe-X5-Leu-X2--X3-Phe-X5-Leu-X2- His His-X3--X3-HisHis类固醇受体类固醇受体DNA结合域结合域Cys2/Cys2 Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys③③③③亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链(bZIP):(bZIP):üü每隔每隔每隔每隔6 6个氨基酸就有一个亮氨酸残基个氨基酸就有一个亮氨酸残基个氨基酸就有一个亮氨酸残基个氨基酸就有一个亮氨酸残基üü以二聚体形式与以二聚体形式与以二聚体形式与以二聚体形式与DNADNA结合，两个蛋结合，两个蛋结合，两个蛋结合，两个蛋白质白质白质白质α α螺旋上的亮氨酸靠近而形成螺旋上的亮氨酸靠近而形成螺旋上的亮氨酸靠近而形成螺旋上的亮氨酸靠近而形成拉链样结构拉链样结构拉链样结构拉链样结构④④④④碱性－螺旋碱性－螺旋碱性－螺旋碱性－螺旋- -环环环环- -螺旋螺旋螺旋螺旋(bHLH)(bHLH)：：：：③③③③由由由由40-50aa40-50aa组成，含有两个两性组成，含有两个两性组成，含有两个两性组成，含有两个两性α α螺螺螺螺旋，负责二聚体的形成旋，负责二聚体的形成旋，负责二聚体的形成旋，负责二聚体的形成üübHLHbHLH蛋白含碱性序列，它在蛋白含碱性序列，它在蛋白含碱性序列，它在蛋白含碱性序列，它在HLHHLH基序附近，负责结合基序附近，负责结合基序附近，负责结合基序附近，负责结合DNADNA④④④④⑤⑤⑤⑤β β片层和环结构片层和环结构片层和环结构片层和环结构①①富含谷氨酰胺的结构域富含谷氨酰胺的结构域富含谷氨酰胺的结构域富含谷氨酰胺的结构域②②富含脯氨酸的结构域富含脯氨酸的结构域富含脯氨酸的结构域富含脯氨酸的结构域③③带负电荷的带负电荷的带负电荷的带负电荷的α α螺旋结构域，增加激活区的负电荷螺旋结构域，增加激活区的负电荷螺旋结构域，增加激活区的负电荷螺旋结构域，增加激活区的负电荷能提高激活转录的水平能提高激活转录的水平能提高激活转录的水平能提高激活转录的水平④④含有双性含有双性含有双性含有双性α α螺旋和酸性氨基酸的结构域螺旋和酸性氨基酸的结构域螺旋和酸性氨基酸的结构域螺旋和酸性氨基酸的结构域转录因子的转录激活域转录因子的转录激活域真核生物转录起始复合物的形成真核生物转录起始复合物的形成真核生物转录终止调控真核生物转录终止调控n nHIVHIV基因组转录终止调节：基因组转录终止调节：基因组转录终止调节：基因组转录终止调节：TatTat蛋白抗终止作用蛋白抗终止作用蛋白抗终止作用蛋白抗终止作用n n热休克蛋白基因的转录终止调节：环境温度升高热休克蛋白基因的转录终止调节：环境温度升高热休克蛋白基因的转录终止调节：环境温度升高热休克蛋白基因的转录终止调节：环境温度升高或其他应激条件下，热休克转录因子快速激活，或其他应激条件下，热休克转录因子快速激活，或其他应激条件下，热休克转录因子快速激活，或其他应激条件下，热休克转录因子快速激活，使使使使HSP70HSP70和其他热休克蛋白转录达到最高水平和其他热休克蛋白转录达到最高水平和其他热休克蛋白转录达到最高水平和其他热休克蛋白转录达到最高水平真核生物转录后调控真核生物转录后调控n n对对对对hnRNAhnRNA的剪接和加工、的剪接和加工、的剪接和加工、的剪接和加工、mRNAmRNA由胞核向胞质的由胞核向胞质的由胞核向胞质的由胞核向胞质的转运及定位、转运及定位、转运及定位、转运及定位、mRNAmRNA的稳定性、的稳定性、的稳定性、的稳定性、RNARNA编辑编辑编辑编辑n nmRNAmRNA的半衰期影响蛋白合成的量的半衰期影响蛋白合成的量的半衰期影响蛋白合成的量的半衰期影响蛋白合成的量转录调控转录调控n n基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为：基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为：基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为：基因表达是多级水平上进行的复杂事件，分为： 转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水转录水平、转录后水平（加工及转运）、翻译水平及翻译后水平，但以平及翻译后水平，但以平及翻译后水平，但以平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控转录水平的基因表达调控转录水平的基因表达调控转录水平的基因表达调控最为重要最为重要最为重要最为重要n n转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区转录调控涉及特异的转录调节蛋白与转录调控区DNADNA之间的相互作用，可产生正或负的调控效果之间的相互作用，可产生正或负的调控效果之间的相互作用，可产生正或负的调控效果之间的相互作用，可产生正或负的调控效果。