第八章真核生物的转录精选文档.ppt

第八章真核生物的转录本讲稿第一页，共五十七页概述真核生物的转录过程真核生物的转录因子原核生物与真核生物转录的比较分析本讲稿第二页，共五十七页一、原核生物与真核生物mRNA的特征比较1、原核生物mRNA的特征 半衰期短半衰期短 多以多顺反子的形式存在多以多顺反子的形式存在 多顺反子多顺反子mRNAmRNA：编码多个蛋白质的：编码多个蛋白质的mRNAmRNA。单顺反子单顺反子mRNAmRNA：只编码一个蛋白质的：只编码一个蛋白质的mRNAmRNA。本讲稿第三页，共五十七页 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透过酶透过酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA本讲稿第四页，共五十七页 5 端无“帽子”结构，3 端没有或只有较短的poly（A）结构。SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。本讲稿第五页，共五十七页2、真核生物mRNA的特征 5 端存在“帽子”结构多数mRNA 3 端具有poly（A）尾巴（组蛋白除外）以单顺反子的形式存在“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。本讲稿第六页，共五十七页原核生物和真核生物mRNA结构的比较本讲稿第七页，共五十七页2、真核生物转录过程起始延伸终止本讲稿第八页，共五十七页起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，起始时，RNA-polRNA-pol不直接结合模板，其起始过程比原核不直接结合模板，其起始过程比原核生物复杂。生物复杂。RNARNA聚合酶不能独立的起始，需要辅助因子（转录聚合酶不能独立的起始，需要辅助因子（转录因子）；因子）；RNARNA聚合酶更多样（聚合酶更多样（I I，IIII，IIIIII）启动子结构更复杂启动子结构更复杂启动子区，上游控制元件（启动子区，上游控制元件（UCEUCE），增强子；），增强子；本讲稿第九页，共五十七页延伸5-35-3方向方向;在部分富含在部分富含A/TA/T的区段可能会出现提前终止的区段可能会出现提前终止本讲稿第十页，共五十七页终止无特定的终止子序列无特定的终止子序列可在无辅助因子参与下终止可在无辅助因子参与下终止;一串一串A A残基常足以终止转录残基常足以终止转录;Xenopus borealisXenopus borealis5-GCAAAAGC-35-GCAAAAGC-3为终止序列为终止序列;mRNA:mRNA:识别未端加尾信号识别未端加尾信号.本讲稿第十一页，共五十七页一、RNA聚合酶酶学特征酶位置转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感性RNARNA聚合酶聚合酶核仁核仁rRNArRNA50-70%50-70%不敏感不敏感RNARNA聚合酶聚合酶核质核质mRNAmRNAhnRNAhnRNA20-40%20-40%敏感敏感RNARNA聚合酶聚合酶核质核质tRNAtRNAmicroRNAmicroRNA约约10%10%存在物种特异性存在物种特异性真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较本讲稿第十二页，共五十七页三种三种RNARNA聚合酶都含有聚合酶都含有1212个个或更多亚基的或更多亚基的大分子；大分子；大亚基大亚基与与E.coliE.coli同源性高；同源性高；至少至少五种小亚基五种小亚基由三种聚合酶共有；由三种聚合酶共有；转录的起始需要特额外的起始蛋白质的参转录的起始需要特额外的起始蛋白质的参与与TFTF因子（因子（Tanscription factorsTanscription factors）本讲稿第十三页，共五十七页二、真核生物启动子的结构类型I类启动子II类启动子(启动子最为复杂)III类启动子本讲稿第十四页，共五十七页RNA聚合酶II类启动子负责转录编码负责转录编码核糖体核糖体RNARNA的多顺反子；的多顺反子；本讲稿第十五页，共五十七页RNARNA聚合酶聚合酶I I的启动子有两部分组成：的启动子有两部分组成：转录起点附近转录起点附近核心启动子核心启动子（core core promotorpromotor）核心启动子从核心启动子从-45-45到到+20+20，负责转录的起始。，负责转录的起始。起点起点55上游上游100bp100bp左右的上游控制元件左右的上游控制元件（UCEUCE）。）。UCEUCE从从-180-180延伸到延伸到-100-100，此区可增加核心元，此区可增加核心元件的转录起始的效率；件的转录起始的效率；本讲稿第十六页，共五十七页RNA pol I需要需要2种辅助因子：种辅助因子：UBF1（上游结合因子（上游结合因子1）。）。二个二个UBF1因子结合并回折因子结合并回折SL1因子因子，SL1含有含有4个蛋白，其中之一称个蛋白，其中之一称为为TATA框结合蛋白（框结合蛋白（TBP）。）。SL1的结合使得的结合使得RNA pol I与与UBF1复合体结复合体结合，起始转录。合，起始转录。本讲稿第十七页，共五十七页III类启动子5S RNA和和tRNA都属于都属于RNA聚合酶聚合酶III启动子；启动子；起始点（起始点（A框和框和B框）位于下游的转录区，称为框）位于下游的转录区，称为下游启动下游启动子子；非洲爪蟾的非洲爪蟾的5s RNA基因启动子基因启动子 下游启动子又可分为下游启动子又可分为I型型和和II型型；I型内部启动子含型内部启动子含boxA（TGGCNNAGTGG）和）和boxC(CGGTCGANNCC)序列。序列。II型内部启动子含有两个分开的型内部启动子含有两个分开的boxA和和boxB。II型内部启动子型内部启动子中中boxA和和boxB之间的距离较宽。之间的距离较宽。本讲稿第十八页，共五十七页内部启动子中的起始的各个阶段，这需要内部启动子中的起始的各个阶段，这需要涉及涉及3个起始因子；个起始因子；TFIIIA与与boxC相结合；相结合；TFIIIB与与boxA上游上游50bp序列处相结合；序列处相结合；TFIIIC与与tRNA启动子框启动子框相结合相结合.本讲稿第十九页，共五十七页上游启动子;U6snRNA基因的基因的启动子和常见启动子和常见的启动子一样的启动子一样位于起始点的位于起始点的上游，称上游，称上游上游启动子启动子。本讲稿第二十页，共五十七页真核生物RNA聚合酶II启动子的结构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）本讲稿第二十一页，共五十七页1、核心启动子 定义：指保证RNA聚合酶转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A5050本讲稿第二十二页，共五十七页本讲稿第二十三页，共五十七页2、上游启动子元件包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等作用：控制转录起始频率。CAAT：-70-80bpGGGCGG：-80-110bp本讲稿第二十四页，共五十七页SV40 早期启动子组蛋白H2B TATACAATGC本讲稿第二十五页，共五十七页增强子增强子（增强子（enhancerenhancer）：远上游序列（）：远上游序列（1000kb1000kb以上）以上）能显著提高基因的转录效率的一类顺式调能显著提高基因的转录效率的一类顺式调控元件；控元件；激活转录，并大大提高转录效率；激活转录，并大大提高转录效率；具有具有远距离效应远距离效应，作用与位置无关，可在基因作用与位置无关，可在基因5-5-上游、基因内上游、基因内或或3-3-下游序列；下游序列；具有组织和细胞的特异性；具有组织和细胞的特异性；本讲稿第二十六页，共五十七页增强子的作用方式增强子的作用方式本讲稿第二十七页，共五十七页2.通用转录因子 能直接、间接辨认和结合转录上游区段能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为反式作用因子的蛋白质，统称为反式作用因子(trans-acting factors)，现已发现数百种，现已发现数百种。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聚合聚合酶的，则称为转录因子酶的，则称为转录因子(transcriptional factors,TF)。TF I、TF II、TF III本讲稿第二十八页，共五十七页参与参与RNA-pol转录的转录的TF 本讲稿第二十九页，共五十七页3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,PIC)真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合，分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。而需依靠众多的转录因子。本讲稿第三十页，共五十七页POL-TFFAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFHETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAABTBPTAFTATAHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化本讲稿第三十一页，共五十七页转录起始复合物的结构RNA聚合酶IITFII因子（Transcription factor）TFIIA、TFIIB、TFIIE、TFIIF、TFIIH、TFIIJTFIIDTAF因子（Transcription associate factor）TBP(Transcription binding protein)本讲稿第三十二页，共五十七页 转录因子 转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIF Pol IITFIIE RNA pol 的转录起始 真核生物转录起始复合物本讲稿第三十三页，共五十七页TFIID负责与启动子元件负责与启动子元件TATATATA框结合；框结合；TBP(Transcription binding protein)TBP(Transcription binding protein)与启动子与启动子TATATATA框结合，并转链；框结合，并转链；蛋白质的外表面与其它蛋白质相互作用蛋白质的外表面与其它蛋白质相互作用.TAFs(transcription associate factors)TAFs(transcription associate factors)本讲稿第三十四页，共五十七页TFIIA与与TFIIDTFIID结合，并增强结合，并增强TFIIDTFIID与与TATATATA框的结框的结合，稳定合，稳定TFIID DNATFIID DNA复合体；复合体；可能阻止抑制因子与复合体的结合，使得可能阻止抑制因子与复合体的结合，使得合体的组装继续进行；合体的组装继续进行；本讲稿第三十五页，共五十七页TFIIB在在TFIIDTFIID与与RNARNA聚合酶中起到桥梁作用；聚合酶中起到桥梁作用；TFIIATFIIA与与TFIIDTFIID的结合，再与的结合，再与RNARNA聚合酶结聚合酶结合；合；RNARNA聚合酶进入启动子位点；聚合酶进入启动子位点；其它其它TFIITFII因子依序进入特定位点；因子依序进入特定位点；本讲稿第三十六页，共五十七页TFIIH因子激酶活性、螺旋酶活性；导致RNA聚合酶羧基末端结构域（CTD）磷酸化。RNA聚合酶复合体形成，并离开启动子区域。本讲稿第三十七页，共五十七页3、真核生物的转录因子本讲稿第三十八页，共五十七页（三）反式作用因子 1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质蛋白质。TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）本讲稿第三十九页，共五十七页2、结构DNADNA结合结构域结合结构域转录活化结构域转录活化结构域结构域结构域连接区连接区本讲稿第四十页，共五十七页（1）DNA结合结构域：螺旋螺旋-转折转折-螺旋（螺旋（Helix-turn-helixHelix-turn-helix，H-T-HH-T-H）锌指结构锌指结构（zinc fingerzinc finger）碱性碱性-亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（basic-leucine zipperbasic-leucine zipper）碱性碱性-螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（basic helix/loop/helixbasic helix/loop/helix，bHLHbHLH）本讲稿第四十一页，共五十七页1、螺旋-转折-螺旋本讲稿第四十二页，共五十七页本讲稿第四十三页，共五十七页2、锌指结构配位键配位键2-9个个定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。本讲稿第四十四页，共五十七页 Cys2/Cys2锌指锌指Cys2/His2锌指锌指见于见于甾体激素受体甾体激素受体见于见于SP1，TF A等等本讲稿第四十五页，共五十七页转录因子转录因子SP1（GC盒）盒）、连续的、连续的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。本讲稿第四十六页，共五十七页3、碱性-亮氨酸拉链二聚体二聚体亮亮氨氨酸酸之之间间相相互互作作用用形形成成二聚体二聚体，形成，形成“拉链拉链”。肽肽链链氨氨基基端端20203030个个富富含含碱碱性性氨基酸结构域与氨基酸结构域与DNADNA结合结合。本讲稿第四十七页，共五十七页这类蛋白质的这类蛋白质的DNADNA结合结构域实际是以碱性区和亮结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础。氨酸拉链结构域整体作为基础。本讲稿第四十八页，共五十七页4、碱性-螺旋-环-螺旋与亮氨酸拉链相类似；与亮氨酸拉链相类似；两个两个-螺旋被非螺旋的多肽螺旋被非螺旋的多肽环分成环分成二个单体二个单体；C-C-端端-螺旋一侧的疏水残基螺旋一侧的疏水残基二聚化；二聚化；HLHHLH结构与结构与碱性结构域相碱性结构域相邻邻。本讲稿第四十九页，共五十七页转录激活结构域酸性激活结构域酸性激活结构域高比例的酸性氨基酸，高比例的酸性氨基酸，Gal4Gal4、VP16VP16富含谷氨酰胺结构域富含谷氨酰胺结构域在转录因子在转录因子SP1SP1上发现；上发现；富含脯氨酸结构域富含脯氨酸结构域C-JunC-Jun、AP2AP2、Oct-2Oct-2本讲稿第五十页，共五十七页四、原核生物与真核生物mRNA的特征比较1、原核生物mRNA的特征 半衰期短半衰期短 多以多顺反子的形式存在多以多顺反子的形式存在 多顺反子多顺反子mRNAmRNA：编码多个蛋白质的：编码多个蛋白质的mRNAmRNA。单顺反子单顺反子mRNAmRNA：只编码一个蛋白质的：只编码一个蛋白质的mRNAmRNA。本讲稿第五十一页，共五十七页 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透过酶透过酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA本讲稿第五十二页，共五十七页 5 端无“帽子”结构，3 端没有或只有较短的poly（A）结构。SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。本讲稿第五十三页，共五十七页2、真核生物mRNA的特征 5 端存在“帽子”结构多数mRNA 3 端具有poly（A）尾巴（组蛋白除外）以单顺反子的形式存在“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。本讲稿第五十四页，共五十七页原核生物和真核生物mRNA结构的比较本讲稿第五十五页，共五十七页五、RNA合成与DNA合成异同点相同点：1、都以DNA链作为模板2、合成的方向均为53 3、聚合反应均是通过核苷酸之间形成的3,5-磷酸 二酯键，使核苷酸链延长。本讲稿第五十六页，共五十七页不同点：复制转录模板模板两条链均复制两条链均复制模板链转录模板链转录（不对称转录）（不对称转录）原料原料dNTPdNTPNTPNTP酶酶DNADNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶产物产物子代双链子代双链DNADNA（半保留复制）（半保留复制）mRNAmRNA，tRNA tRNA，rRNArRNA配对配对A-TA-T；G-CG-CA-UA-U；T-AT-A；G-CG-C引物引物RNARNA引物引物无无本讲稿第五十七页，共五十七页