第三章 转录课件.doc

概述l 基因表达包括转录（ transcription ）和翻译（ translation ）两个阶段l RNA分子来自DNA储存于DNA双链中的遗传信息通过转录酶促反应按照碱基互补配对的原则被转化成为单链RNA分子 RNA转录合成的特点 p 1、转录的不对称性p 2、转录的连续性p 3、转录的单向性p 4、有特定的起始和终止位点 RNA转录合成的特点 1、转录的不对称性l 双链DNA分子中只有一条链作为RNA模板如果DNA的两条链均作为RNA模板，则每个基因必将产生两条互补的RNA而遗传学证明每个基因只合成了一条RNA链即使合成两条RNA链，其中也只有一条有功能事实上，在活体内只存在这两条RNA链中的一条l 如将双链DNA加热使之变性，再加入以此DNA为模板所合成的单链RNA，进行退火结果除复性的DNA双螺旋外，还形成了DNA-RNA杂种分子结果表明只有一条DNA链被转录在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性2、转录的连续性l RNA转录合成时，以DNA作为模板，在RNA聚合酶的催化下，连续合成一段RNA链，各条RNA链之间无需再进行连接。

l 合成的RNA中，如只含一个基因的遗传信息，称为单顺反子；如含有几个基因的遗传信息，则称为多顺反子 3、转录的单向性l RNA转录合成时，只能向一个方向进行聚合，所依赖的模板DNA链的方向为3'→5'，而RNA链的合成方向为5'→3' 4、有特定的起始和终止位点l RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点，特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成 复制和转录的区别 第二节 原核生物RNA转录的起始(RNA Transcription promotion in prokaryots)l 无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括:模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止l 在原核生物中，模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程转录起始前，启动子附近的DNA双键分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生 l 转录起始后直到形成9个核酸苷短链是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。

一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进人正常的延伸阶段所以，通过启动子的时间代表一个启动子的强弱一般说来，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高l 当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止l 以DNA序列为模板的RNA聚合酶主要以双链DNA为模板，以4种核苷三磷酸作为活性前体，并以Mg2＋/Mn2＋为辅助因子，催化RNA链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物，催化生成的产物是与DNA模板链互补的RNARNA或RNA-DNA双链杂合体不能作为模板l 由β和β’亚基组成了聚合酶的催化中心β亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合l α亚基与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用l σ因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始，它使酶专一性识别模板上的启动子σ因子可以极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力，酶底结合常数提高103倍，酶底复合物的半衰期可达数小时甚至数十小时。

σ因子还能使RNA聚合酶与模板DNA上非特异性位点的结合常数降低104倍，使酶底复合物的半衰期小于1s因此，加入σ因子以后，RNA聚合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了107倍E. coli RNA polymeraseRNA聚合酶与DNA聚合酶的区别上节课内容回顾l 基本概念:转录 翻译有义链 反义链 转录单位 l 1. 转录的基本特征l 2. RNA转录合成的特点l 3.复制和转录的区别l 4.原核生物转录的大致过程l 5.原核生物的RNA polymerase (亚基组成，各亚基的功能)足迹法确定启动子序列l 基因的特异性转录取决于酶与启动子能否有效地形成二元复合物，所以，RNA聚合酶如何有效地找到启动子并与之相结合是转录起始过程中首先要解决的问题有实验表明，对许多启动子来说，RNA聚合酶与之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高100倍l Pribnow设计了一个实验，他把RNA聚合酶全酶与模板DNA结合后，用DNaseI水解DNA，然后用酚抽提，沉淀纯化DNA后得到一个被RNA聚合酶保护的DNA片段，约有41~44个核苷酸对l 他分离了fd噬菌体等被酶保护的区域，并进行了序列分析，以后又有人做了50多个启动子的序列分析后发现，在被保护区内有一个由5个核苷酸组成的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区(Pribnow box)，这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为－10区(goldberg-hogness box)。

l 不久后又从噬菌体的左、右启动子PL及PR和SV40启动子的－35bp附近找到了另一段共同序列:TTGACA经过数年的努力，分析了46个大肠杆菌启动子的序列以后，确证绝大部分启动子都存在这两段共同序列，即位于－10bp处的TATA区和－35bp处的TTGACA区l -10位的TATA区和-35位的TTGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与σ因子相互识别而具有很高的亲和力 l   SV40(Simian vacuolating virus 40 or Simian virus 40)是猴空泡病毒40，猿猴病毒40或猴病毒40的缩写，多瘤病毒科，这是在人类和猴子都发现的致瘤病毒    1960年，科学家首次在猴子体内发现了SV40随后，科学家又在脊髓灰质炎试剂中发现了SV40，其原因是实验室在培养疫苗时使用了从猴子体内分离出的肾脏细胞    SV40病毒的基因组是一种环形双链的DNA，基因组5.2kb，病毒的直径45nm，病毒成熟部位于细胞核，无被膜，62个核壳粒亚单位，这种大小很适于基因操作同时它也是第一个完成基因组DNA全序列分析的动物病毒    由于SV40结构简单，被首先应用于真核生物复制的研究。

增强子首先发现于SV40基因组内 l   SV40病毒的生命周期　　根据SV40病毒感染作用的不同效应，可将其寄主细胞分成三种不同的类型SV40病毒在感染了CV-1和AGMK猿猴细胞之后，便产生感染性的病毒颗粒，并使寄主细胞裂解我们称这种感染效应为裂解感染(lytic infection)，而猿猴细胞则叫做受纳细胞(permissive cell)但如果感染的是啮齿动物(通常是仓鼠和小鼠)的细胞，就不会产生感染性颗粒，此时病毒基因组整合到寄生细胞的染色体上，于是细胞便被转化，也就是说发生了癌变我们称这种啮齿动物细胞为SV40病毒的非受纳细胞(non-permissive cell) 人体细胞是SV40的半受纳细胞(semi-permissive cell)，因为同SV40病毒接触的人体细胞中，只有1%～2%会产生出感染性的病毒l 　SV40病毒对猿猴细胞的裂解感染可分成三个不同的时相在感染了寄主细胞之后，有一段长达8～12小时的潜伏期，在这个期间，病毒颗粒脱去蛋白质外壳，同时DNA逐渐地转移到寄主细胞核内；紧接着4小时为早期时相，此时发生早期mRNA和早期蛋白质的合成，并出现病毒诱导寄主细胞DNA合成的激发作用；在这以后的36小时称为晚期时相。

进行病毒DNA、晚期mRNA和晚期蛋白质的合成，并在高潮时发生病毒颗粒组装大约在感染的第三天，细胞裂解，平均每个细胞可释放出105个的病毒颗粒l SV40病毒是一种小型的20面体的蛋白质颗粒，由三种病毒外壳蛋白质Vp1、Vp2和Vp3构成，中间包装着一条环形的病毒基因组DNA同其它病毒不同，SV40 DNA是同除了H1之外的所有寄主细胞组蛋白(H4、H2a、H2b和H3)相结合这些组蛋白使病毒DNA分子紧缩成真核染色质所特有的念珠状核小体，这种结构特称为微型染色体(minichromosome)感染之后的SV40基因组，输送到细胞核内进行转录和复制SV40病毒基因组表达的时间顺序是相当严格的，据此可将其区分为早期表达区和晚期表达区围绕在SV40 DNA复制起点周围约 400bp的DNA区段，是十分引人注意的现在已经弄清紧挨这个起点的DNA序列，是调节早期和晚期初级转录本合成的控制信号早期转录本的合成，就是由位于这个区段内的由一对72核苷酸序列串联而成的强化因子序列激活的l SV40病毒基因组表达的一个重要特点是，它的RNA剪辑模式非常复杂通过不同的剪辑途径，早期初级转录本加工成2种不同的早期mRNA(多瘤病毒的早期初级转录本加工成3种不同的早期mRNA)；而晚期的初级转录本加工成3种不同的晚期mRNA。

l 　这2种早期mRNA分别编码大T抗原的小t抗原(即肿瘤蛋白质或抗原)晚期转录本按照其特定的沉降系数，可区分为16S、18S和19S三种mRNA，它们分别编码Vp1、Vp3和Vp2病毒蛋白质Vp1编码区同Vp2和Vp3的编码区是以不同的转译结构形式彼此交叠的　　在SV40病毒基因组中存在着一个增强子序列其长度为72bp，以串联重复的形式位于基因组DNA复制起点的附近，它的主要功能是促进病毒DNA发生有效的早期转录，而且具有一般增强子所共有的基本特性　　外源的基因可以融合在SV40 DNA的早期转录区段内，而SV40的增强子又能够有效地激活SV40早期转录单位的转录活性因此显而易见，SV40增强子在哺乳动物的基因操作中是相当有用的此外，SV40增强子还可以增强由细胞启动子启动的基因转录作用1、启动子的两个组成部分 2、 RNA聚合酶的进入位点 3、RNApol 在DNA上结合位点的鉴定l （基因表达调控的正控制位点）l CAP（catabolite gene Activator Protein）降解物基因活化蛋白环腺苷酸（cAMP）的受体蛋白l 这是一种二聚体蛋白质，每个亚基含209个氨基酸残基，可起转录起始因子的作用，在有cAMP时，能使操纵子有效地进行转录。

Ø 一些物理化学的研究表明，CAP结构变化与cAMP的结合有关采用保护降解法的分析，可知在lac P区上游-72~-52核苷酸对处有一个CAP结合位点，但只有在有cAMP时，CAP才能结合于此位点CAP结合位点中有一段对称反向重复序列：这一序列的第3位和倒数第3位的G／C对之一突变成A／T对后，也影响cAMP-CAP与它的结合，而成为启动子下降突变 l 启动子有两个CAP结合位点：l a、位点Ⅰ：在-70到-50，包含一个反向重复序列，这似乎是大多数强结合位点的特征；l b、位点Ⅱ：在-50到-40，很弱的结合位点，但是当cAMP-CAP复合物结合于位点Ⅰ时。