药学第15章转录与基因表达调控ppt课件.ppt

转录与基因表达调控转录与基因表达调控Transcription and gene expression & regulation第第 十五十五 章章转录 (transcription) (transcription) 生物体以生物体以DNADNA为模板合成模板合成RNARNA的的过程程 转转录录RNADNA 复制和转录的区别复制和转录的区别 参与转录的物质参与转录的物质原料原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) : NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板模板: DNA: DNA酶酶: RNA: RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol)(RNA polymerase, RNA-pol)其他蛋白质因子其他蛋白质因子第一第一节 RNA的生物合成〔的生物合成〔转录〕〕〔一〕〔一〕 转录模板转录模板〔二〕〔二〕RNA聚合酶聚合酶〔三〕酶与模板识别结合〔三〕酶与模板识别结合〔四〕〔四〕 原核生物转录过程原核生物转录过程〔五〕真核生物转录过程〔五〕真核生物转录过程〔六〕〔六〕 真核生物转录后的修饰真核生物转录后的修饰〔七〕〔七〕RNA的复制的复制〔一〕〔一〕转录模板模板 ØDNA分分子子上上转转录录出出RNA的的区区段段，，称称为为构构造造基基因因(structural gene)。

ØDNA双双链链中中按按碱碱基基配配对对规规律律能能指指引引转转录录生生成成RNA的的一一股股单单链链，，称称为为模模板板链链(template strand)，，也也称称作作有有意意义义链链或或Watson链链相相对对的的另另一一股股单单链链是是编码链编码链(coding strand)，也称为反义链或，也称为反义链或Crick链 5′···GCAGTACATGTC ···3′3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′5′···GCAGUACAUGUC ···3′N······Ala · Val · His · Val ······C编码链编码链模板链模板链mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译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构造基因构造基因转录方向转录方向转录方向转录方向不对称转录不对称转录(asymmetric transcription) (asymmetric transcription) •在在DNA分子双链上某一区段，一股链用作分子双链上某一区段，一股链用作模板指引转录，另一股链不转录模板指引转录，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〔二〕〔二〕RNA聚合聚合酶1 1、原核生物的、原核生物的RNARNA聚合酶聚合酶中心中心酶 (core enzyme)全全酶 (holoenzyme)         RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合聚合酶全酶在转录起始区的结合 2 2、真核生物的、真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶 〔三〕模板上〔三〕模板上酶的的识别、、结合合原原核核生生物物一一个个转转录录区区段段可可视视为为一一个个转转录录单单位位，，称称为为支支配配子子(operon)，，包包括括假假设设干干个个构构造造基因及其上游基因及其上游(upstream)的调控序列的调控序列 5 3 3 5 构造基因构造基因调控序列调控序列RNA-polRNA聚合聚合酶结合模板合模板DNA的部位，称的部位，称为启启动子子(promoter)RNA聚合聚合酶维护法酶维护法开场转录开场转录T T G A C AA A C T G T-35 区区(Pribnow box)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  原核生物启动子保守序列原核生物启动子保守序列RNA-pol识别位点识别位点(recognition site) 5 5 RNA聚合酶维护区聚合酶维护区构造基因构造基因3 3  TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 加强子加强子 顺式作用元件顺式作用元件 构造基因构造基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列1 1、、转录起始起始Ø转录起始需起始需处理两个理两个问题：：ØRNA聚合聚合酶必需准确地必需准确地结合在合在转录模板的模板的起始区域。

起始区域ØDNA双双链解开，使其中的一条解开，使其中的一条链作作为转录的模板〔四〕原核生物的〔四〕原核生物的转录过程程② DNA② DNA双双链解开解开① RNA① RNA聚合聚合酶全全酶( (2 2) )与模板与模板结合合 ③ ③ 在在RNARNA聚合聚合酶作用下作用下发生第一次聚合反响，构生第一次聚合反响，构成成转录起始复合物起始复合物RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3 Ø转录起始复合物转录起始复合物:5 -pppG -OH + NTP  5 -pppGpN - OH 3  + ppiØ转录起始过程转录起始过程2、转录延伸、转录延伸① ①  亚基零落，基零落，RNA–polRNA–pol聚合聚合酶中心中心酶变构，构，与模板与模板结合松弛，沿着合松弛，沿着DNADNA模板前移；模板前移； ②② 在中心在中心酶作用下，作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延伸不断延伸NMP) n + NTP  (NMP) n+1 + PPi转录空泡转录空泡(transcription bubble)(transcription bubble)：：RNA-pol 〔中心〔中心酶〕〕 ···· DNA ···· RNA目目 录录5 3 DNA原核生物转录过程中的羽毛状景象原核生物转录过程中的羽毛状景象核糖体核糖体RNARNA聚合酶聚合酶ØØ依依赖Rho (ρ)因子的因子的转录终止止ØØ非依非依赖Rho因子的因子的转录终止止3 3、转录终止、转录终止指指RNA聚聚合合酶酶在在DNA模模板板上上停停顿顿下下来来不不再再前前进进，，转转录录产产物物RNA链链从从转转录录复复合物上零落下来。

合物上零落下来 分类分类A T PØ依赖依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止Ø非依赖非依赖 Rho因子的转录终止因子的转录终止DNA模板上接近模板上接近终止止处，有些特殊的碱，有些特殊的碱基序列，基序列，转录出出RNA后，后，RNA产物构成特殊物构成特殊的构造来的构造来终止止转录5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` 5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3` RNA 5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT... 3 DNA UUUU...… UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU... 3`茎茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)构造构造茎茎环构造使构造使转录终止的机理止的机理• 使使RNA聚合聚合酶变构，构，转录停停顿；；• 使使转录复合物复合物趋于解离，于解离，RNA产物物释放。

放5´pppG5  3 3 5 RNA-pol〔五〕真核生物的〔五〕真核生物的转录起始起始1、转录起始、转录起始真真核核生生物物的的转转录录起起始始上上游游区区段段比比原原核核生生物物多多样样化化，，转转录录起起始始时时，，RNA-polRNA-pol不不直直接接结结合合模模板板，，其起始过程比原核生物复杂其起始过程比原核生物复杂转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 加强子加强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)① ① 转录起始前的上游区段起始前的上游区段 AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：：ATTTGCAT八聚体八聚体② ② 转录因子因子 能直接、间接识别和结合转录上游区段能直接、间接识别和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子式作用因子(trans-acting factors) 反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，那么称为转录因子聚合酶的，那么称为转录因子(transcriptional factors, TF)。

参与参与RNA-polⅡRNA-polⅡ转录的的TFⅡ TFⅡ ③ ③ 转录起始前复合物起始前复合物(pre-initiation complex, PIC) (pre-initiation complex, PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结分子直接结合，而需依托众多的转录因子合，而需依托众多的转录因子 POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由由RNA-Pol Ⅱ催化催化转录的的PIC POL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC组装完成，装完成，TFⅡH使使CTD磷酸化磷酸化④ ④ 模板模板实际(piecing theory) (piecing theory) 一个真核生物基因的转录需求一个真核生物基因的转录需求3至至5个转个转录因子转录因子之间相互结合，生成有活录因子转录因子之间相互结合，生成有活性，有专注性的复合物，再与性，有专注性的复合物，再与RNA聚合酶搭聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因配而有针对性地结合、转录相应的基因 2、转录延伸、转录延伸真核生物转录延伸过程与原核生物大致类真核生物转录延伸过程与原核生物大致类似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的景象。

景象 RNA-pol前移处处都遇上核小体前移处处都遇上核小体 转录延伸过程中可以察看到核小体移位和转录延伸过程中可以察看到核小体移位和解聚景象解聚景象 RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转转录录延延伸伸中中的的核核小小体体移移位位转录方向转录方向5 ------AAUAAA-5  ------AAUAAA--核酸核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAA GTGTGTG转录终止的修饰点转录终止的修饰点5 5 3 3 3 3 加尾加尾AAAAAAA······ 3  mRNA3、转录终止、转录终止—— —— 和和转录后修后修饰亲密相关Ø几种主要的修饰方式几种主要的修饰方式① ① 剪接剪接(splicing)(splicing)② ② 剪切剪切(cleavage)(cleavage)③ ③ 修修饰(modification)(modification) ④ ④ 添加添加(addition)(addition)〔六〕真核生物的〔六〕真核生物的转录后修后修饰1 1、真核生物、真核生物mRNAmRNA的转录后加工的转录后加工①①加帽子加帽子• 5端构成端构成 帽子构造帽子构造(m7GpppGp —)帽子构造帽子构造5  pppGp…5  GpppGp…pppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5  m7GpppGp…甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子构构造造的的生生成成5  ppGp…磷酸酶磷酸酶 PiØ3端加上多聚腺苷酸尾巴端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)②②加尾巴加尾巴Ø但多聚但多聚A尾构成并不是尾构成并不是简单地参与地参与A,而是而是 先要在先要在mRNA前体的前体的3‘末端切除一些多余的末端切除一些多余的附加核苷酸附加核苷酸,然后再参与多聚然后再参与多聚A。

在在mRNA前体前体3’末端末端11-30核苷酸核苷酸处有一段有一段AAUAA保保守序列守序列,在在U7-snRNP的的协助下助下识别,由一种由一种特异的核酸内切特异的核酸内切酶催化切除多余的核苷酸催化切除多余的核苷酸随后随后,在多聚在多聚A聚合聚合酶催化下催化下,发生聚合反响生聚合反响构成了构成了3‘末端多聚末端多聚A尾③mRNA③mRNA的剪接的剪接ØhnRNA 和和 snRNA l核内的初核内的初级mRNA称称为杂化核化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)lsnRNA (small nuclear RNA)核内的蛋白质核内的蛋白质小分子核糖核酸蛋白体小分子核糖核酸蛋白体〔并接体〔并接体, splicesome, splicesome〕〕snRNA真核生物构造基因，由假设干个编码区和真核生物构造基因，由假设干个编码区和非编码区相互间隔开但又延续镶嵌而成，去除非编码区相互间隔开但又延续镶嵌而成，去除非编码区再衔接后，可翻译出由延续氨基酸组非编码区再衔接后，可翻译出由延续氨基酸组成的完好蛋白质，这些基因称为断裂基因成的完好蛋白质，这些基因称为断裂基因。

Ø断裂基因断裂基因(splite gene)CABD编码区区 A、、B、、C、、D非编码区非编码区Ø外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron) l外显子外显子l在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟达为成熟RNA的核酸序列的核酸序列l内含子内含子l隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列的核酸序列 鸡卵清蛋白鸡卵清蛋白基因基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、、转转录录后后修修饰饰鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图DNAmRNAØ内含子的分类内含子的分类 根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含根据基因的类型和剪接的方式，通常把内含子分为子分为4 4类 I I：：主主要要存存在在于于线线粒粒体体、、叶叶绿绿体体及及某某些些低低等等真真核生物的核生物的 rRNA rRNA基因；基因；IIII：：也也发发现现于于线线粒粒体体、、叶叶绿绿体体，，转转录录产产物物是是mRNAmRNA；； IIIIII：：是是常常见见的的构构成成套套索索构构造造后后剪剪接接，，大大多多数数mRNAmRNA基因有此类内含子；基因有此类内含子； IVIV：：是是tRNAtRNA基基因因及及其其初初级级转转录录产产物物中中的的内内含含子，剪接过程需酶及子，剪接过程需酶及ATPATP。

ØmRNA的剪接方式的剪接方式—— 除去除去hnRNA中的内含子，将外中的内含子，将外显子子衔接•snRNP与与hnRNA结合成为并接体结合成为并接体①①②②③③UACUACA - AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA - AGUGU6E1E2U1、、U4、、U5pG-OH(ppG-OH, pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次转酯反响第一次转酯反响第二次转酯反响第二次转酯反响UpAGpU外显子外显子1内含子内含子外显子外显子2G-OHUpUpGpA•剪接剪接过程程的二次的二次转酯反响反响 • RNA• RNA编辑编辑作用作用作用作用阐阐明，基因的明，基因的明，基因的明，基因的编码编码序列序列序列序列经过转录经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称后加工，是可有多用途分化的，因此也称后加工，是可有多用途分化的，因此也称后加工，是可有多用途分化的，因此也称为为分分分分化加工化加工化加工化加工(differential RNA processing)(differential RNA processing)④ mRNA④ mRNA的的编辑(mRNA editing) (mRNA editing) 人类人类apo B基因基因 mRNA〔〔14500个核苷酸〕个核苷酸〕肝脏肝脏apo B100〔分子量为〔分子量为500 000〕〕肠道细胞肠道细胞apo B48〔分子量为〔分子量为240 000〕〕mRNA编辑编辑6666位位C→U结果结果CAA→UAA2 2、、tRNAtRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体RNA pol ⅢⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、、内切酶内切酶tRNA核苷酸转移酶、核苷酸转移酶、衔接酶衔接酶ATPADP碱基修饰碱基修饰〔〔2〕复原反响〕复原反响 如：如：U  DHU 〔〔3〕核苷内的转位反响〕核苷内的转位反响 如：如：U  ψ〔〔4〕脱氨反响〕脱氨反响 如：如：A  I 如：如：A  Am〔〔1〕甲基化〕甲基化〔〔1 1〕〕〔〔1 1〕〕〔〔3 3〕〕〔〔2 2〕〕〔〔4 4〕〕3、、rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录45S - rRNA剪接剪接18S - rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S 〔七〕〔七〕RNA的复制的复制 ØØ有些病毒如噬菌体有些病毒如噬菌体f2f2、、MS2MS2、、R17R17和和QβQβ等等均具有均具有RNARNA基因基因组。

这些些RNARNA病毒的染色体病毒的染色体为单链RNA,RNA,在病毒蛋白在病毒蛋白质的合成中具有的合成中具有mRNAmRNA的功能病毒的功能病毒RNARNA进入宿主入宿主细胞后胞后, ,还可可进展复制展复制, ,即在即在RNARNA指点的指点的RNARNA聚合聚合酶(RNA-directed RNA polymerase, RDRP) (RNA-directed RNA polymerase, RDRP) 或称或称RNARNA复制复制酶(RNA replicase)(RNA replicase)催化下催化下进展展RNARNA合成反响合成反响ØØRNARNA复制酶分子量约为复制酶分子量约为210000,210000,由四个亚基由四个亚基组成其中只需一个分子量为组成其中只需一个分子量为6500065000亚基亚基, ,是病毒是病毒RNARNA复制酶基因的产物复制酶基因的产物, ,其构造中具其构造中具有复制酶的活性部位其它的三个亚基全有复制酶的活性部位其它的三个亚基全是宿主细胞中正常合成的蛋白质是宿主细胞中正常合成的蛋白质 ØØRNARNA复制复制酶还需求有宿主需求有宿主细胞中的三种蛋胞中的三种蛋白白质因子因子协助其助其发扬作用。

它作用它们是延伸是延伸因子因子TU(TU(分子量分子量30000)30000)和和Ts(Ts(分子量分子量45000),45000),以及以及S1(S1(分子量分子量70000)70000)这些因些因子可以子可以协助助RNARNA复制复制酶定位并定位并结合于病毒合于病毒的的RNA3’RNA3’末端末端, ,引引发RNARNA的复制 ØØRNARNA复制复制酶催化的合成反响是以催化的合成反响是以RNARNA为模板模板, ,由由5'→3'5'→3'方向方向进展展RNARNA链的合成反响机理的合成反响机理与其他核酸模板指点的核酸合成反响与其他核酸模板指点的核酸合成反响类似RNARNA复制复制酶缺乏校正功能的内切缺乏校正功能的内切酶活性活性, ,因此因此RNARNA复制的复制的错误率率较高高, ,这与与DNADNA指点的指点的RNARNA聚聚合反响情况是相合反响情况是相类似的RNARNA复制复制酶只是特只是特异地异地对病毒的病毒的RNARNA起作用起作用, ,而宿主而宿主细胞胞RNARNA普普通并不通并不进展复制这就可以解就可以解释在宿主在宿主细胞中胞中虽含有数种含有数种类型的型的RNA,RNA,但病毒但病毒RNARNA是是优先先进展复制的。

展复制的1、基因表达的概念、基因表达的概念本世本世纪50年代末，生物科学家年代末，生物科学家们提示了生物提示了生物遗传信息从信息从DNA传送到蛋白送到蛋白质的的规律律──中中心法那么那么，心法那么那么，终究是什么机制控制着究是什么机制控制着遗传信息的信息的传送送规律呢？一个基因律呢？一个基因终究究应该在什么在什么时候、什么候、什么组织器官开启或封器官开启或封锁的？的？1961年，年，Francis Jacob和和Jacques Monod经过E.coli基因表达基因表达调控研控研讨提出提出了著名的支配子〔元〕学了著名的支配子〔元〕学说，开，开创了基因了基因表达表达调控研控研讨的新的新领域基因表达基因表达调控是分子生物学及分子控是分子生物学及分子遗传学开学开展的新展的新领域，涉及很多根本概念和原理，域，涉及很多根本概念和原理，这是是认识原核、真核基因表达原核、真核基因表达调控的根底控的根底第二第二节 基因基因转录的的调理理ØØ基因表达就是基因转录及翻译的过程在一基因表达就是基因转录及翻译的过程在一定调理机制控制下，大多数基因阅历基因激定调理机制控制下，大多数基因阅历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形状表型。

但并非一切基因表达过的功能或形状表型但并非一切基因表达过程都产生蛋白质程都产生蛋白质rRNArRNA、、tRNAtRNA编码基因转录编码基因转录产生产生RNARNA的过程也属于基因表达的过程也属于基因表达ØØ无论是病毒、细菌，还是多细胞生物，乃至无论是病毒、细菌，还是多细胞生物，乃至高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严厉高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严厉的规律性，即时间、空间特异性的规律性，即时间、空间特异性 ØØ时间特异性时间特异性时间特异性时间特异性 噬菌体、病毒或细菌侵入宿主后，呈噬菌体、病毒或细菌侵入宿主后，呈噬菌体、病毒或细菌侵入宿主后，呈噬菌体、病毒或细菌侵入宿主后，呈现一定的感染阶段随感染阶段开展、生长环境变现一定的感染阶段随感染阶段开展、生长环境变现一定的感染阶段随感染阶段开展、生长环境变现一定的感染阶段随感染阶段开展、生长环境变化，有些基因开启，有些基因封锁按功能需求，化，有些基因开启，有些基因封锁按功能需求，化，有些基因开启，有些基因封锁按功能需求，化，有些基因开启，有些基因封锁按功能需求，某一特定基因的表达严厉按一定的时间顺序发生，某一特定基因的表达严厉按一定的时间顺序发生，某一特定基因的表达严厉按一定的时间顺序发生，某一特定基因的表达严厉按一定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性〔这就是基因表达的时间特异性〔这就是基因表达的时间特异性〔这就是基因表达的时间特异性〔temporal temporal temporal temporal specificityspecificityspecificityspecificity〕。

〕 ØØ空间特异性空间特异性空间特异性空间特异性 在多细胞生物个体某一发育、生长阶在多细胞生物个体某一发育、生长阶在多细胞生物个体某一发育、生长阶在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；即使在同终身长阶段，不同的基因表达产一样的；即使在同终身长阶段，不同的基因表达产一样的；即使在同终身长阶段，不同的基因表达产一样的；即使在同终身长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全一样在个体物在不同的组织、器官分布也不完全一样在个体物在不同的组织、器官分布也不完全一样在个体物在不同的组织、器官分布也不完全一样在个体生长、发育全过程，一种基因产物在个体的不同组生长、发育全过程，一种基因产物在个体的不同组生长、发育全过程，一种基因产物在个体的不同组生长、发育全过程，一种基因产物在个体的不同组织或器官表达，即在个体的不同空间出现，这就是织或器官表达，即在个体的不同空间出现，这就是织或器官表达，即在个体的不同空间出现，这就是织或器官表达，即在个体的不同空间出现，这就是基因表达的空间特异性〔基因表达的空间特异性〔基因表达的空间特异性〔基因表达的空间特异性〔spatial specificityspatial specificityspatial specificityspatial specificity〕〕〕〕 ØØ基因表达的多级调控基因表达的多级调控 。

目前已有证听阐目前已有证听阐明，基因构造活化、转录起始、转录后加明，基因构造活化、转录起始、转录后加工及转运、翻译及翻译后加工等均为基因工及转运、翻译及翻译后加工等均为基因表达调控的控制点可见，基因表达调控表达调控的控制点可见，基因表达调控是在多级程度上进展的复杂事件其中，是在多级程度上进展的复杂事件其中，转录起始是基因表达的根本控制点转录起始是基因表达的根本控制点ØØ 2 2、原核细胞转录程度的调理－支配子学说、原核细胞转录程度的调理－支配子学说原核生物大多数基因表达调控是经过支配子机原核生物大多数基因表达调控是经过支配子机制实现的支配子〔元〕〔制实现的支配子〔元〕〔operonoperon〕通常由〕通常由2 2个以上的编码序列与启动序列〔个以上的编码序列与启动序列〔promoterpromoter〕、支配序列〔〕、支配序列〔operatoroperator〕以及其它调理序〕以及其它调理序列在基因组中成簇串联组成列在基因组中成簇串联组成启动序列是启动序列是RNARNA聚合酶结合并起动转录的特异聚合酶结合并起动转录的特异DNADNA序列各种原核基因启动序列特定区域序列各种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点上游内，通常在转录起始点上游-10-10及及-35-35区域存区域存在一些类似序列，称为共有序列〔在一些类似序列，称为共有序列〔consensus sequenceconsensus sequence〕。

〕 ØØE.coliE.coli及一些及一些细菌启菌启动序列的共有序列在序列的共有序列在-10-10区区域是域是TATAATTATAAT，又称，又称PribnowPribnow盒〔盒〔Pribnow boxPribnow box〕，〕，在在-35-35区域区域为TTGACATTGACA〔〔图〕这些共有序列中的些共有序列中的任一碱基突任一碱基突变或或变异都会影响异都会影响RNARNA聚合聚合酶与启与启动序列的序列的结合及合及转录起始ØØ特异特异DNADNA序列序列ØØ 原核生物原核生物——支配子〔支配子〔operonoperon〕〕ØØ ØØ 启启动序列序列 支配序列支配序列 编码序列序列ØØ 调控区控区ØØ共有序列决议启动序列的转录活性大小。

共有序列决议启动序列的转录活性大小支配序列与启动序列毗邻或接近，其支配序列与启动序列毗邻或接近，其DNADNA序序列常与启动序列交错、重迭，它是原核阻列常与启动序列交错、重迭，它是原核阻遏蛋白的结合位点当支配序列结合有阻遏蛋白的结合位点当支配序列结合有阻遏蛋白时会妨碍遏蛋白时会妨碍RNARNA聚合酶与启动序列的结聚合酶与启动序列的结合，或使合，或使RNARNA聚合酶不能沿聚合酶不能沿DNADNA向前挪动，向前挪动，阻遏转录，介导负性调理原核支配子调阻遏转录，介导负性调理原核支配子调理序列中还有一种特异理序列中还有一种特异DNADNA序列可结合激活序列可结合激活蛋白，此时蛋白，此时RNARNA聚合酶活性加强，使转录激聚合酶活性加强，使转录激活，介导正性调理活，介导正性调理 3 3、真核、真核细胞基因胞基因转录的的调理理参与真核生物基因参与真核生物基因转录激活激活调理的理的DNADNA序列比原序列比原核更核更为复复杂绝大多数真核基因大多数真核基因调控机制几控机制几乎普遍涉及乎普遍涉及编码基因两基因两侧的的DNADNA序列序列────顺式式作用元件，及其与作用元件，及其与顺式作用元件特异式作用元件特异结合的合的反式作用因子。

反式作用因子顺式作用元件：式作用元件：经过启启动子、加子、加强子等子等DNADNA元件元件来控制基因来控制基因转录的的调理方式称理方式称为顺式式调理，理，这一一类存在于存在于DNADNA上的特定序列，称上的特定序列，称为顺式作式作用元件用元件(cis-acting element)(cis-acting element)如TATATATA盒、盒、CCAATCCAAT盒等这些共有序列就是些共有序列就是顺式作用元件式作用元件的中心序列，它的中心序列，它们是真核是真核RNARNA聚合聚合酶或特异或特异转录因子的因子的结合位点 ØØ顺式作用元件通常是非式作用元件通常是非编码序列顺式作用式作用元件并非都位于元件并非都位于转录起始点上游〔起始点上游〔5’5’端〕根据根据顺式作用元件在基因中的位置、式作用元件在基因中的位置、转录激激活作用的性活作用的性质及及发扬作用的方式，可将真核作用的方式，可将真核基因的基因的这些功能元件分些功能元件分为启启动子、加子、加强子及子及沉默子等沉默子等 ØØ反式作用因子：与反式作用因子：与顺式作用元件式作用元件进展特异性展特异性结合的蛋白合的蛋白质因子被称因子被称为反式作用因子反式作用因子(trans- acting factor)(trans- acting factor)。

由于反式作用因由于反式作用因子与子与顺式作用元件的式作用元件的结合是基因合是基因转录程度的程度的调控方式，因此反式作用因子也称控方式，因此反式作用因子也称为转录因因子子(transcription factor) (transcription factor) 加强子DNA环加强子DNA环ØØ转录因子的几个家族：因子的几个家族：ØØ①①螺旋螺旋-转角角-螺旋螺旋(Helix-turn-helix)蛋白：两个蛋白：两个α-螺旋由短螺旋由短肽转机构成机构成1200转角，其中一个角，其中一个α-螺旋称螺旋称为“识别螺旋〞可以与螺旋〞可以与DNA的大沟相的大沟相结合ØØ②②亮氨酸拉亮氨酸拉链(Leucine zipper)ØØ③③锌指构造〔指构造〔Zinc Finger)ØØ 上述蛋白上述蛋白质因子都是因子都是DNA结合蛋白，合蛋白，经过和和DNA的特异的特异结合，合，对转录起到起到调控作用ØØ锌指〔指〔zinc finger〕：一〕：一个个α-螺旋和两螺旋和两个反平行个反平行β-折折叠叠组成N-端端二个二个Cys、、C-端二个端二个His之之间构成的洞穴构成的洞穴包容包容Zn2+。

ØØZn2+可可稳定定α-螺旋，使螺旋，使α-螺旋能螺旋能镶嵌于嵌于DNA的大沟中的大沟中DNA、、RNA结合模序LZ构造与DNA结合一、逆转录的概念一、逆转录的概念ØØ以以RNARNA为模板，以为模板，以dNTPdNTP为原料，在逆转录为原料，在逆转录酶作用下，合成酶作用下，合成DNADNA的过程称为逆转录〔的过程称为逆转录〔 Reverse Transcription Reverse Transcription 〕〕 逆转录酶逆转录酶第三第三节 反反转录Ø逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase) Ø RDDPØ模板：模板：RNAØ原料：原料：dNTPØ引物：引物：tRNAØ产物：产物：cDNA二、逆转录的物质根底二、逆转录的物质根底 三、逆三、逆转录病毒病毒细胞内的逆胞内的逆转录过程程RNA 模板模板逆转录酶〔逆转录酶〔RDDP)RDDP)DNA-RNA 杂化双链杂化双链逆转录酶逆转录酶(RNA酶，酶，Rnase)单链单链DNADNA逆转录酶逆转录酶(DDDP)(DDDP)双链双链DNADNA〔〔〔〔cDNA)cDNA)逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合聚合酶Ⅰ碱水解碱水解 T T T T分子生物学研分子生物学研讨可运用逆可运用逆转录酶，作，作为获取基因工程目取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法称称为cDNAcDNA法。

法 以以mRNAmRNA为模板，经逆转录为模板，经逆转录合成的与合成的与mRNAmRNA碱基序列互补的碱基序列互补的DNADNA链 试管内合成试管内合成cDNAcDNAcDNA  complementary DNA 四、逆转录研讨的意义四、逆转录研讨的意义 •逆逆转录酶和逆和逆转录景象，是分子生物学研景象，是分子生物学研讨中中的的艰苦苦发现 •逆逆转录景象景象阐明：至少在某些生物，明：至少在某些生物，RNA同同样兼有兼有遗传信息信息传代与表达功能代与表达功能•对逆逆转录病毒的研病毒的研讨，拓，拓宽了了20世世纪初已留意初已留意到的病毒致癌到的病毒致癌实际 ØØ致癌病毒多数为致癌病毒多数为致癌病毒多数为致癌病毒多数为RNARNARNARNA病毒，少数病毒，少数病毒，少数病毒，少数DNADNADNADNA病毒ØØ致癌病毒中存在的一些特殊碱基序列，称为癌基致癌病毒中存在的一些特殊碱基序列，称为癌基致癌病毒中存在的一些特殊碱基序列，称为癌基致癌病毒中存在的一些特殊碱基序列，称为癌基因或病毒癌基因因或病毒癌基因因或病毒癌基因因或病毒癌基因ØØ存在于正常细胞的癌基因称为细胞癌基因或原癌存在于正常细胞的癌基因称为细胞癌基因或原癌存在于正常细胞的癌基因称为细胞癌基因或原癌存在于正常细胞的癌基因称为细胞癌基因或原癌基因。

在正常情况下，这些基因处于静止或低表基因在正常情况下，这些基因处于静止或低表基因在正常情况下，这些基因处于静止或低表基因在正常情况下，这些基因处于静止或低表达形状，不仅对细胞无害，而且对细胞维持正常达形状，不仅对细胞无害，而且对细胞维持正常达形状，不仅对细胞无害，而且对细胞维持正常达形状，不仅对细胞无害，而且对细胞维持正常功能具有重要作用；当其受致癌要素作用被活化功能具有重要作用；当其受致癌要素作用被活化功能具有重要作用；当其受致癌要素作用被活化功能具有重要作用；当其受致癌要素作用被活化发生异常时，那么可导致细胞癌变发生异常时，那么可导致细胞癌变发生异常时，那么可导致细胞癌变发生异常时，那么可导致细胞癌变五、反转录与癌变五、反转录与癌变ØØ常常见原癌基因及其表达原癌基因及其表达产物：物：ØØ①①src家族：包括家族：包括src、、abl、、fes、、fgr、、ros等等10多种基因它多种基因它们的表达的表达产物主要是酪物主要是酪氨酸蛋白激氨酸蛋白激酶家族ØØ②②ras家族：家族：Ha-ras、、Ki-ras、、N-ras等多种，等多种，其表达其表达产物物为信号信号传导蛋白蛋白质，如，如G蛋白。

蛋白ØØ③③myc家族：其表达家族：其表达产物多物多为DNA结合蛋合蛋白，常白，常为一些一些转录调理因子ØØ④④sis家族：是生家族：是生长因子因子编码序列ØØ⑤⑤erb家族：表达家族：表达细胞骨架蛋白胞骨架蛋白质，与，与细胞胞形状与运形状与运动有关ØØ癌基因与抑癌基因是调理细胞正常生长与增殖的癌基因与抑癌基因是调理细胞正常生长与增殖的癌基因与抑癌基因是调理细胞正常生长与增殖的癌基因与抑癌基因是调理细胞正常生长与增殖的两大类基因，这两类信号在细胞内产生的效应相两大类基因，这两类信号在细胞内产生的效应相两大类基因，这两类信号在细胞内产生的效应相两大类基因，这两类信号在细胞内产生的效应相互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、增殖和互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、增殖和互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、增殖和互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、增殖和衰亡进展准确地调控衰亡进展准确地调控衰亡进展准确地调控衰亡进展准确地调控ØØ癌基因是正调理信号，促进细胞生长、增殖，并癌基因是正调理信号，促进细胞生长、增殖，并癌基因是正调理信号，促进细胞生长、增殖，并癌基因是正调理信号，促进细胞生长、增殖，并阻止其终未分化，调控失常时表现为肿瘤细胞的阻止其终未分化，调控失常时表现为肿瘤细胞的阻止其终未分化，调控失常时表现为肿瘤细胞的阻止其终未分化，调控失常时表现为肿瘤细胞的恶性增长。

恶性增长恶性增长恶性增长ØØ抑癌基因是负调理信号，抑制细胞增殖，并促进抑癌基因是负调理信号，抑制细胞增殖，并促进抑癌基因是负调理信号，抑制细胞增殖，并促进抑癌基因是负调理信号，抑制细胞增殖，并促进分化，成熟和衰老，最后调亡抑癌基因缺失时分化，成熟和衰老，最后调亡抑癌基因缺失时分化，成熟和衰老，最后调亡抑癌基因缺失时分化，成熟和衰老，最后调亡抑癌基因缺失时亦表现为肿瘤细胞的恶性增长亦表现为肿瘤细胞的恶性增长亦表现为肿瘤细胞的恶性增长亦表现为肿瘤细胞的恶性增长Ø癌变是癌基因与抑癌基因失衡的结果癌变是癌基因与抑癌基因失衡的结果。