药学分子生物学：第三章 转录、转录后加工.ppt

1,转录、转录后加工,Transcription and post-transcription processing,2,3,Outline For Chapter 3,Section 1: A General Overview Section 2: DNA Structures Related to Transcription Section 3: Transcription in Prokaryotes and Eukaryotes Section 4: Post-transcription Processing,Transcription and post-transcription processing,4,Section 1: A General Overview,一、基本概念 ( Basic Concept ) 转录(transcription): 是指以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚和酶催化下，以4种NTP（ATP、CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程 在有些病毒中，RNA也可以指导合成RNA 是基因表达的第一步，也是最关键的一步 以Double Strand DNA中的一条单链作为转录模板 (杂交实验所证实),5,6,7,基本概念 ( Basic Concept ),在依赖DNA的RNA聚合酶作用下进行转录 AU、CG 合成RNA分子 转录合成RNA链的方向为53，模板单链DNA的极性 方向为35， 而非模板单链的极性方向与RNA链相同，均为53。

书写） 基因转录方式为不对称转录(一条单链DNA 为模板,RNA聚合酶的结合),8,基本概念 ( Basic Concept ),RNA 的转录包括 起始，延长，终止 三过程 从启动子 (promoter)到终止子(terminator)称为转录单 位 (transcription unit) 原核生物的转录单位多为 polycistron in operon 真核生物中的转录单位多为monocistron,转录起点即转录原点记为1，其上游记为负值，下游记为正值,9,A transcription unit includes a promoter, an RNA-coding region, and a terminator.,10,二 转录与复制的异同,1. 原料： RNA-核糖核苷三磷酸（NTP） DNA-脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP） 2. 合成酶： RNA-RNA聚合酶 DNA-DNA聚合酶 3. 合成方向： 均为53 RNA合成不需引物，而DNA复制需引物；,11,4. 模板： 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 作为转录的模板DNA链又称反义链；而另一条链由于同RNA序列相同又称有义链。

12,5. 忠实性 转录的忠实性略低于复制因RNA聚合酶缺乏自我校对机制13,三、RNA聚合酶,因子：蛋白因子，负责模板链的选择和转录的起始 全酶 2 核心酶2 ：负责转录单链 DNA模板,（一）原核生物RNA聚合酶,14,原核生物RNA聚合酶的特性：,-全酶5个亚基; -核心酶的四个亚基； -因子功能：识别启动子，即起始信号，无催化功能； -因子单独存在时不能与DNA模板结合； -核心酶能催化特异的NTP形成单核苷酸15,16,17,18,19,20,21,（二）真核生物RNA聚合酶,RNA聚合酶： 不受-鹅膏蕈碱的抑制，大于10- 3mol/L 存在于核仁中，合成5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA； RNA聚合酶： 对-鹅膏蕈碱最为敏感，10-8 10-9mol/L 存 在于核质中，合成hnRNA、snRNA；,22,RNA聚合酶： 对-鹅膏蕈碱中度敏感，在10-4 10-5mol/L 时表现抑制； 存在于核质中，合成tRNA，5S rRNA 线粒体和叶绿体： 发现少数RNA聚合酶，分子量小，活性低，由核基因编码，在细胞浆中合成后运送至细胞器中23,真核细胞的三种RNA聚合酶比较,24,Outline For Chapter 5,Section 1: A General Overview Section 2: DNA Structures Related to Transcription Section 3: Transcription in Prokaryotes and Eukaryotes Section 4: Post-transcription Processing,Transcription and post-transcription processing,25,Section 2: DNA Structures Related to Transcription,一、原核生物的启动子,启动子(promoter)： 是指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成起始转录复合物的区域 ，它还包括一些调节蛋白因子的结合。

转录起点即转录原点记为1，其上游记为负值，下游记为正值,26,27,在原核生物的启动子中有4个区域： 转录起始点：多数情况下为嘌呤，A为转录起始点 10区 35区 10与35之间的序列,28,几乎在目前已知的所有启动子中均存在 保守序列的中心位于转录起始点上游约10 bp处，这一保守序列称为10序列其一致序列为TATAAT，又称Pribnow框，在RNA聚合酶的作用下首先解链10区,29,Pribonow 框（Pribonow Box） -10序列，RNA聚合酶的牢固结合位点 一致序列：T80A95T45A60A50T96 （TATPUAT）, 位置范围 4 到13,TATA Box, 启动子可以发生突变,30,-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 mutation） 可能由于的TA堆集能要小于AA的堆积能，所以突变后双链比突变前要多消耗能量，所以影响转录效率 TATGTTTATATT，转录效率上升，为上升突变（up mutation） 上升突变可能是由于TGTA不仅堆集能降低了，而且氢键也减少了，所以比突变前更易打开双链，转录效率也会提高。

31,-35区,在转录起始点上游35 bp处，有另一个保守序列，称为35序列其保守序列为TTGACA， RNA聚合酶的因子可以识别该位点，所以称为识别位点，又称为Sextama框 RNA聚合酶首先与识别位点结合，然后与结合位点相互作用32,Sextama 框（Sextama Box） -35序列，RNA聚合酶的松弛（初始）结合位点， RNA聚合酶依靠其亚基识别该位点 识别位点 大多数启动子中共有序列为 T82T84G78A65C54A45 重要性:很大程度上决定了启动子的强度 位置在不同启动子中略有变动 RNA聚合酶先结合于-35序列，再结合-10序列,33,-10区与-35区间的距离,35区和10区之间的距离在绝大多数原核生物启动子为16到18 bp该区域的碱基序列并不重要，但该距离的长短是至关重要的 适宜的距离可以为RNA聚合酶提供合适的空间结构，便于转录的起始34,Polymerase,s,35,小结：原核生物启动子结构,36,二、原核生物的终止子 terminator,定义：给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列 分为两类： 一类是不依赖因子(蛋白性终止因子)的终止子（强） 另一类是依赖因子的终止子 （弱）,37,38,不依赖 因子的终止子,39,启动子由DNA序列来提供信号，但真正起终止作用的不是DNA序列本身，而是转录生成的RNA。

40,（1） 结构 反向重复序列中的 GC 对含量较少 发夹结构末端没有固定特征 （2） 靠与的共同作用而实现终止,依赖因子的终止子,41,42,43,无连续 U串,G/C含量较少,44,三、真核生物的启动子,真核生物有三种RNA聚合酶，每一种都有自己的启动子类型45,RNApol 核仁 活性所占比例最大 转录rRNA（5.8S、18S、 28S） RNApol 核质 主要负责 hnRNA、snRNA 的转录 RNApol 核质 负责 tRNA、5S rRNA、Alu序列和 部分 snRNA 目前粒体和叶绿体内发现少数 RNApol（活性较低）,46,顺式作用元件(cis-acting element)： 基因上游DNA序列 反式作用因子(trans-acting factor)： 能直接或间接识别，结合转录上游区段DNA的蛋白质 其中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称转录因子(transcriptional factor,TF)，相应于RNA pol. I、II、III的TF，分别称为TFI、TFII、TFIII,47,RNA聚合酶的启动子主要由两部分组成的： 核心启动子（core promoter）位于45至20的区域内，足以使转录起始。

上游调控元件（upsream control element）位于180至107，可提高转录起始效率1. RNA聚合酶启动子的结构,48,RNA聚合酶启动子的结构,49,细胞内能促进rRNA基因转录的因素：,专一性的聚合酶I启动子：无竞争； rDNA串联重复基因组织位于很小的核仁区：增加启动子浓度； 串联重复基因：使聚合酶I在转录第二个基因前不需活化； 转录起始因子牢固地结合于DNA上50,2. RNA聚合酶启动子的结构,RNA聚合酶主要负责hnRNA和部分核内小rRNA（small nuclear RNA，snRNA）的基因的转录，其启动子结构最为复杂 RNA聚合酶单独并不能起始转录，必须和其他的辅助因子共同作用形成转录起始复合物才能起始转录51,52,结构最复杂 位于转录起始点的上游, 有多个短序列元件组成 （1） 帽子位点（cap site）：PyPyCAPyPyPyPy （2） TATA框（Hogness 框或 Goldberg-Hogness 框） 位于30处 一致序列为T82A97T93A85A63（T37）A83A50（T37） 定位转录起始点的功能 （类似原核的Pribnow框） TATA是绝大多数真核基因的正确表达所必需的,RNApol的启动子,53,（3）CAAT框（CAAT box） 位于75bp处 一致序列为GGC/TCAATCT 前两个 G 的作用十分重要(转录效率) 影响启动子的效率、频率，不影响启动子的特异性 （距转录起始点的距离，正反方向） 以上三个保守序列在绝大多数启动子中都存在,54,（4）增强子（enhancer） 增强效应十分显著 增强效应与其位置和取向无关 大多为重复序列 增强效应有严密的组织特性和细胞特异性 没有基因专一性 许多增强子还受外部信号的调控,55,（5）GC框 （GC box） 位于90附近，较常见的成分 核心序列为GGGCGG 可有多个拷贝，也可以正反两方向排列,56,（6）其他元件 八聚核苷酸元件（octamer element OCT元件） 一致序列为 ATTTGCAT KB元件 一致序列为 GGGACTTTCC ATF元件 一致序列为 GTGACGT 还有一些位于起始点下游的相关元件 （7）不同元件的组合情况 在不同的启动子中，这些元件的组合情况是不同的。

例如：SV40的早期启动子中有6个GC框,57,58,3、RNApol 启动子结构,RNA聚合酶转录5S rRNA、tRNA和部分snRNA这三种启动子的结构是不同的，RNA聚合酶也必须和其他的辅助因子共同作用，才能识别不同的启动子59,II型内部启动子,I型内部启动子,RNA pol 的三种类型启动子的结构,60,2. 真核生物的启动子,思考题： 原核和真核生物启动子结构异同？,61,Outline For Chapter 5,Section 1: A General Overview Section 2: DNA Structures Related to Transcriptio。