第三章第1節(jié)轉(zhuǎn)錄機制

目前一頁\總數(shù)六十頁\編于六點本章主要內(nèi)容轉(zhuǎn)錄的機制RNA的加工目前二頁\總數(shù)六十頁\編于六點第一節(jié)

轉(zhuǎn)錄的機制一些基本概念RNA聚合酶原核生物DNA的轉(zhuǎn)錄真核生物DNA的轉(zhuǎn)錄目前三頁\總數(shù)六十頁\編于六點一些基本概念基因上的信息被用來合成功能性基因產(chǎn)物的過程。功能性基因產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)和功能性RNA(tRNA,rRNA等）

基因表達（geneexpression)目前四頁\總數(shù)六十頁\編于六點

一些基本概念轉(zhuǎn)錄（transcription)

以DNA為模板合成RNA的過程編碼鏈(codingstrand)

也叫有意義鏈(sensestrand)或Crick鏈，DNA雙鏈

中與mRNA序列相同的那條DNA鏈模板鏈(templatestrand)

也叫反義鏈（antisensestrand)或者Watson鏈，DNA雙鏈中按照堿基互補配對原則指導(dǎo)mRNA合成的鏈目前五頁\總數(shù)六十頁\編于六點

5’→3’3’→5’DNA轉(zhuǎn)錄的簡單圖解目前六頁\總數(shù)六十頁\編于六點一些基本概念不對稱轉(zhuǎn)錄（asymmetrictranscription)

DNA分子雙鏈上的某一任意給定的區(qū)域內(nèi)，DNA只有

一條鏈被轉(zhuǎn)錄，另一條鏈不轉(zhuǎn)錄5’5’3’3’編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄方向目前七頁\總數(shù)六十頁\編于六點RNA聚合酶RNA聚合酶也叫依賴于DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase,RNApol)

多亞基RNA聚合酶家族：

細菌

古細菌

真核生物細胞核

葉綠體單亞基RNApol家族：噬菌體

線粒體目前八頁\總數(shù)六十頁\編于六點RNA聚合酶催化反應(yīng)的特點模板：DNA原料：NTPs(ATP,GTP,CTP,UTP)輔助因子：Mg2+/Mn2+合成方向：5’→3’只有5’→3’聚合的活性，沒有外切酶活性催化RNA的從頭合成，不需要引物轉(zhuǎn)錄起始受多種調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)目前九頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物的RNA聚合酶目前十頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物的RNA聚合酶一種RNA聚合酶負(fù)責(zé)所有RNA包括mRNA,rRNA和tRNA的合成

核心酶（coreenzyme):α2ββ’ω

全酶（holoenzyme):

α2ββ’ωσ目前十一頁\總數(shù)六十頁\編于六點大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因大小（kDa)亞基數(shù)功能αrpoA362

參與聚合酶的組裝，啟動子識別以及參與和調(diào)節(jié)蛋白的相互作用βrpoB1511Β和β’一起構(gòu)成催化中心β’rpoC1551ω?111未知σrpoD701

識別啟動子，存在多種不同的σ因子，用來識別不同的啟動子目前十二頁\總數(shù)六十頁\編于六點目前十三頁\總數(shù)六十頁\編于六點真核生物中的RNA聚合酶真核生物中三類RNA聚合酶（I,II,III)的DEAE-Sephadex凝膠分離目前十四頁\總數(shù)六十頁\編于六點真核生物中的RNA聚合酶α－鵝膏蕈堿目前十五頁\總數(shù)六十頁\編于六點真核生物中的RNA聚合酶45SrRNA目前十六頁\總數(shù)六十頁\編于六點經(jīng)免疫共沉淀及SDS分離純化的酵母RNA聚合酶II的亞基組成目前十七頁\總數(shù)六十頁\編于六點不同生物RNApol三維結(jié)構(gòu)的比較羧基端結(jié)構(gòu)域（carboxyl-terminaldomain,CTD)YSPTSPT目前十八頁\總數(shù)六十頁\編于六點RNApol的三維結(jié)構(gòu)鉗狀結(jié)構(gòu)使聚合酶能錨定在DNA模板上舵狀結(jié)構(gòu)是防止DNA/RNA雜交雙鏈持續(xù)存在翼狀結(jié)構(gòu)是防止在轉(zhuǎn)錄延伸階段轉(zhuǎn)錄物掉下來β葉片上的次級通道，NTP進入酶活性中心MRNA可以通過聚合酶背部的離開通道出來目前十九頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物的DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄單元（transcriptionunit)

一段從啟動子開始到終止子結(jié)束的DNA序列目前二十頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物轉(zhuǎn)錄的起始啟動子（promoter)

能被RNA聚合酶直接或間接識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列一般位于基因上游啟動子序列具有高度保守性目前二十一頁\總數(shù)六十頁\編于六點DNaseIfootprinting目前二十二頁\總數(shù)六十頁\編于六點目前二十三頁\總數(shù)六十頁\編于六點←上游下游→目前二十四頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物啟動子的特征-10區(qū)（Pribnowbox)

保守序列是TATAAT，是RNA聚合酶牢固結(jié)合位點-35區(qū)

保守序列是TTGACA,是RNA聚合酶σ因子的結(jié)合位點，也是RNA聚合酶的初始結(jié)合位點-10區(qū)和-35區(qū)之間堿基序列不重要，但它們之間的距離很重要，一般為16～19bp目前二十五頁\總數(shù)六十頁\編于六點

增強元件（upelement)

轉(zhuǎn)錄活性極強的基因（rRNA基因）除了-10區(qū)和-35區(qū)，在-40和-60之間有一種富含AT的啟動子序列，可將轉(zhuǎn)錄活性提高30倍目前二十六頁\總數(shù)六十頁\編于六點強啟動子和弱啟動子

一個基因啟動子序列與一致序列越接近，啟動子的啟動效率就高，為強啟動子；啟動子序列與一致序列相差越大，啟動效率越低，為弱啟動子上升突變和下降突變

啟動子突變提高基因轉(zhuǎn)錄活性,叫上升突變TATGTT→TATATT

啟動子突變降低了基因轉(zhuǎn)錄活性，叫下降突變TATAAT→AATAAT（乳糖操縱子）目前二十七頁\總數(shù)六十頁\編于六點轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成

RNApol會重復(fù)催化短RNA的合成并釋放它們，稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)錄或無效合成（abortivesynthesis)目前二十八頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物轉(zhuǎn)錄的延伸σ因子釋放以后，延伸因子NusA加入進來，轉(zhuǎn)錄進入延伸階段失去σ因子的核心酶通過封閉的鉗子夾住DNA,快速沿著DNA模板鏈移動,隨著NTP的加入，不斷延伸RNA鏈延長中的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物也叫轉(zhuǎn)錄泡（transcriptionbubble)轉(zhuǎn)錄泡大約17bp左右轉(zhuǎn)錄的延伸和轉(zhuǎn)錄泡的結(jié)構(gòu)目前二十九頁\總數(shù)六十頁\編于六點原核生物轉(zhuǎn)錄的終止當(dāng)RNA聚合酶到達基因末端的終止子(terminator)時，就從DNA模板上脫離，釋放出RNA鏈終止子：提供轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列終止子分為兩類：1.不依賴于ρ因子（rhofactor)的終止(Rho-

independent

terminator)2.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止(Rho-dependent

terminator)目前三十頁\總數(shù)六十頁\編于六點不依賴于ρ因子的終止子這類終止子也稱為內(nèi)在終止子（intrinsicterminator)

內(nèi)在終止子有兩個結(jié)構(gòu)特點：1）終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重

對稱區(qū)／反向重復(fù)IR區(qū)，由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA容

易形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)2）在終止位點前面有一段由4-8個A組成的序列，轉(zhuǎn)

錄產(chǎn)物的3’端為寡聚U目前三十一頁\總數(shù)六十頁\編于六點Intrinsic

terminator目前三十二頁\總數(shù)六十頁\編于六點不需要ρ因子的終止機制

目前三十三頁\總數(shù)六十頁\編于六點依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止子此類終止子不能形成強的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，不能誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的自發(fā)終止，需要ρ因子的幫助才能準(zhǔn)確地終止轉(zhuǎn)錄ρ因子是同源六聚體，具有NTP酶和解鏈酶活性優(yōu)先結(jié)合位點稱為Rho因子利用位點（Rhoutilizationsite,rutsite)目前三十四頁\總數(shù)六十頁\編于六點目前三十五頁\總數(shù)六十頁\編于六點真核和原核生物DNA轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別染色質(zhì)和核小體結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄有深刻的影響真核生物的RNApol與原核生物的RNApol的差別

真核RNApol更大，含更多亞基不能直接識別啟動子，需要轉(zhuǎn)錄因子需要解鏈酶，原核RNApol具有解鏈酶活性真核RNApol高度分工，不同RNA由不同RNApol負(fù)責(zé)催化轉(zhuǎn)錄目前三十六頁\總數(shù)六十頁\編于六點真核和原核生物DNA轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別轉(zhuǎn)錄除了需要RNApol,還需要很多蛋白質(zhì)（如轉(zhuǎn)錄因子）的參與啟動子以外的序列參與調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄

順式作用元件（cis-actingelement)是指對基因表達具有調(diào)節(jié)活性的DNA序列，它們與相關(guān)的基因位于同一條DNA分子上，呈順式關(guān)系，通常不編碼蛋白質(zhì)，包括啟動子，增強子，沉默子等

反式作用因子（trans-actingfactors)指能結(jié)合在順式作用元件上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)，包括轉(zhuǎn)錄因子，共調(diào)節(jié)因子目前三十七頁\總數(shù)六十頁\編于六點真核和原核生物DNA轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別轉(zhuǎn)錄與翻譯不存在偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多為單順反子，原核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多為多順反子因為原核生物轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中功能相關(guān)的基因共享一個啟動子，以一個共同的轉(zhuǎn)錄單位進行轉(zhuǎn)錄真核中，每個蛋白質(zhì)的基因都有獨立的啟動子目前三十八頁\總數(shù)六十頁\編于六點RNApolI所負(fù)責(zé)的DNA的轉(zhuǎn)錄負(fù)責(zé)rRNA基因的轉(zhuǎn)錄，生成45SrRNA,隨后經(jīng)過加工生成18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNAI類啟動子由核心啟動子和UCE（上游控制元件）組成轉(zhuǎn)錄的終止位于18nt組成的終止子區(qū)域，需要轉(zhuǎn)錄終止因子的參與（DNA結(jié)合蛋白）UCE結(jié)合因子選擇性因子目前三十九頁\總數(shù)六十頁\編于六點RNApolⅢ所負(fù)責(zé)的DNA的轉(zhuǎn)錄負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄小分子RNA,如tRNA,5SrRNA,snoRNA等III類啟動子分為內(nèi)部啟動子和外部啟動子遠端序列元件近端序列元件目前四十頁\總數(shù)六十頁\編于六點終止與原核生物不需要ρ因子的機制類似，富含GC的序列和小串U，U長度短于原核生物，GC序列不需要形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)目前四十一頁\總數(shù)六十頁\編于六點RNApolⅡ負(fù)責(zé)的DNA的轉(zhuǎn)錄負(fù)責(zé)催化合成mRNA,帶有帽子結(jié)構(gòu)的snRNA以及某些病毒RNA的轉(zhuǎn)錄控制RNApolII所負(fù)責(zé)的基因轉(zhuǎn)錄的順式作用元件

II類啟動子上游誘導(dǎo)元件

增強子沉默子等

目前四十二頁\總數(shù)六十頁\編于六點II類啟動子II類啟動子由核心啟動子（corepromoter)和上游啟動子元件（upstreampromoterelement,UPE)組成目前四十三頁\總數(shù)六十頁\編于六點核心啟動子核心啟動子也稱為基礎(chǔ)啟動子（basalpromoterorminimalpromoter),相當(dāng)于原核生物的啟動子，參與招募和定位RNApolⅡ到轉(zhuǎn)錄起始位點，從而正確地起始轉(zhuǎn)錄，包括：

TATA盒

起始子（initiator,Inr)

下游啟動子元件(downstreampromoterelement,DPE)TFIIB識別元件(TFIIBrecognitionelement,BRE)目前四十四頁\總數(shù)六十頁\編于六點核心啟動子TATA盒

位于-25到-30區(qū)域的一段富含AT的堿基序列，與原核生物Pribnow盒/-10區(qū)類似保守序列是TATAAA兩類基因沒有TATA盒（看家基因和發(fā)育調(diào)節(jié)基因）特異性基因（specializedgene）通常都具有TATA盒參與轉(zhuǎn)錄起始位點的定位目前四十五頁\總數(shù)六十頁\編于六點核心啟動子起始子（initiator,Inr)轉(zhuǎn)錄起始位點附近具有保守性序列，是起始最佳轉(zhuǎn)錄所必需的，稱為起始子起始子和TATA盒決定轉(zhuǎn)錄的起點目前四十六頁\總數(shù)六十頁\編于六點核心啟動子TFIIB識別元件（TFIIBrecognitionelement,BRE)

轉(zhuǎn)錄因子TFIIB的識別位點，位于TATA盒上游,保守序列為（G/C)(G/C)(G/A)CGCC下游啟動子元件（downstreampromoterelement,DPE)

果蠅基因啟動子普遍有DPE,保守序列是G(A/T)CG位于Inr下游約30bp處，作用需要Inr存在可以補償因TATA盒缺失造成的轉(zhuǎn)錄抑制目前四十七頁\總數(shù)六十頁\編于六點上游啟動子元件上游啟動子元件（upstreampromoterelement,UPE)/上游激活序列（upstreamactivatingsequence,UAS)位于核心啟動子上游近側(cè)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的效率，包括：GC盒

富含GC堿基對（GGGCGG/CCGCCC)，通常位于TATA盒上游且不止一個拷貝

特異性轉(zhuǎn)錄因子Sp1與GC盒結(jié)合能夠增強轉(zhuǎn)錄效率CCAAT/CAAT盒

-70～-80bp左右，與轉(zhuǎn)錄因子CTF結(jié)合目前四十八頁\總數(shù)六十頁\編于六點上游誘導(dǎo)元件上游誘導(dǎo)元件(upstreaminducibleelement,UIE)

有些基因受到細胞內(nèi)外環(huán)境中各種特殊信號誘導(dǎo)才表達，UIE存在這些基因核心啟動子上游，如：

激素反應(yīng)元件（hormoneresponseelement,HRE)cAMP反應(yīng)元件（cAMP-responseelement,CRE)

金屬反應(yīng)元件（metal-responseelement,MRE)

熱激反應(yīng)元件（heat-shockresponseelement,HSE)

CTNGAATNTTCTAGA,由HSP70或其他激活蛋白識別目前四十九頁\總數(shù)六十頁\編于六點增強子和沉默子增強子（enhancer)是一種能夠大幅度增強基因轉(zhuǎn)錄效率的順式作用元件沉默子（silencer)是一種抑制基因轉(zhuǎn)錄的順式作用元件增強子作用特點：

1）遠距離效應(yīng)2）無方向性3）順式調(diào)節(jié)4）無物種和基因的特異性5）有組織和細胞特異性6）有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)目前五十頁\總數(shù)六十頁\編于六點目前五十一頁\總數(shù)六十頁\編于六點轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor)是能結(jié)合特定的DNA序列從而調(diào)控基因表達的蛋白質(zhì)，是一種