分子遗传学4-学生版.ppt

第四章第四章 转录转录（transcription）2l 基因表达基因表达(gene expression)是指储存遗传信息的基是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。典型的因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。典型的基因表达是基因经过基因表达是基因经过转录、翻译转录、翻译，产生有生物活性的蛋白，产生有生物活性的蛋白质的过程。质的过程。转录转录是基因表达的第一步，是基因表达的第一步，以以dsDNA中的一条单链作为中的一条单链作为转录的模板，转录的模板，以核糖核苷三磷酸（以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物，）为底物，在依赖在依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DNA-dependent RNA polynerase,DDRP）的作用下，按的作用下，按 A U，C G 配配对的原则，合成对的原则，合成RNA分子的过程。分子的过程。第一节第一节 基基 本本 概概 念念一、RNA合成的基本特点合成的基本特点n1960年年Weiss,S,B等发现等发现RNA聚合酶（聚合酶（RNAPol）。）。n几乎存在于所有细胞中，其特点是：几乎存在于所有细胞中，其特点是：（1）以核糖核苷三磷酸（）以核糖核苷三磷酸（rNTP）为底物；）为底物；（2）以）以DNA为模板；为模板；（3）按）按53方向合成；方向合成；（4）无需引物的存在能单独起始链的合成；）无需引物的存在能单独起始链的合成；（5）第一个引入的）第一个引入的rNTP是以三磷酸形式存在；是以三磷酸形式存在；（6）在体内）在体内DNA双链中仅一条链作为模板；双链中仅一条链作为模板；（7）RNA的序列和模板是互补的。的序列和模板是互补的。二、RNARNA合成和合成和DNADNA复制的区别复制的区别（1）转录时只有一条）转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两条链链为模板，而复制时两条链都可作为模板；都可作为模板；（2）转录时形成的）转录时形成的DNA-RNA杂合双链不稳定，杂合双链不稳定，RNA合成后释放；而合成后释放；而DNA复制叉形成后一直打开，新复制叉形成后一直打开，新链和模板链形成聚合双链；链和模板链形成聚合双链；（3）RNA合成不需引物，而合成不需引物，而DNA复制需引物；复制需引物；（4）转录的底物是）转录的底物是rNTP，复制的底物是，复制的底物是dNTP；（5）两者使用的聚合酶系不同。）两者使用的聚合酶系不同。三、有义链和无义链三、有义链和无义链n1963J.Marmur和和DotySpiegeman区分区分有义链有义链，采用枯草杆菌的采用枯草杆菌的SP8噬菌体为材料；噬菌体为材料；nSP8DNA双链有双链有“轻轻”、“重重”，差异明显；，差异明显；n现现在在将将作作为为转转录录模模板板的的DNA单单链链称称为为模模板板链链（templatestrand）或或反义链反义链（antisensestrand）；n非非模模板板链链称称为为有有义义链链（sensestrand）或或编编码码链链（codingstrand）；n在体外在体外DNA的两条链都可作为的两条链都可作为RNA合成的模板合成的模板。6 模板单链模板单链 DNA的极性方向为的极性方向为3 5,而非模板单链而非模板单链 DNA的极性方向与的极性方向与RNA链相同，均为链相同，均为5 3DNA(书写书写DNA序列时，仅写非模板序列，可不注明极性方向序列时，仅写非模板序列，可不注明极性方向)3-TACTCAT-5RNA 5-AUGAGUA-35-ATGAGTA-3Non-template(sense strand，编码，编码链，与链，与mRNA序列相同的那条链序列相同的那条链)template(antisense strand，指指根根据据碱碱基基互补原则指导互补原则指导mRNA生物合成的生物合成的DNA链链)某一基因只以一条单链某一基因只以一条单链DNA 为模板进行转录为模板进行转录（不对称转录）（不对称转录）RNA转录包括转录包括promotion,elongation,termination 三个过程三个过程 从启动子（从启动子（promoter）到终止子（）到终止子（terminator）称为）称为 转录单位转录单位（transcriptional unit）在在DNA双链上，一条链可转录，另一条链不转录双链上，一条链可转录，另一条链不转录模板链并非永远在一条单链上模板链并非永远在一条单链上原核生物中的转录单位多为多顺反子，有操纵子结构；原核生物中的转录单位多为多顺反子，有操纵子结构；转录原点记为转录原点记为+1，其上游记为，其上游记为负值负值，下游记为，下游记为正值正值 真核生物中的转录单位多为单顺反子，无操纵子结构；真核生物中的转录单位多为单顺反子，无操纵子结构；upstream start point downstream 启动子：启动子：指指DNA分子上被分子上被RNA聚合酶识别并结合形成聚合酶识别并结合形成 起始转录复合物的区域。起始转录复合物的区域。终止子：终止子：在转录过程中，提供转录终止信号的在转录过程中，提供转录终止信号的DNA序列序列n研究转录涉及到两个方面：n其一是RNA合成的酶学反应；n其二是RNA合成的起始、延伸、终止和释放各阶段；第二节第二节 原核生物的转录原核生物的转录大肠杆菌的大肠杆菌的RNA聚合酶是目前了解最详细的聚合酶是目前了解最详细的RNA聚合酶聚合酶在一个大肠杆菌细胞中，大约有在一个大肠杆菌细胞中，大约有7000个个RNA聚合酶分子，聚合酶分子，其中有其中有20005000个酶分子在参与个酶分子在参与RNA的合成的合成RNA聚合酶合成聚合酶合成RNA的速度：的速度：37 约约40个核苷酸个核苷酸/秒秒uRNApol和和DNApol有两点不同：有两点不同：（1）RNApol没有任何校对功能；没有任何校对功能；（2）在不需要引物的前提下能起始合成新的）在不需要引物的前提下能起始合成新的RNA链。链。一大肠杆菌的一大肠杆菌的RNA聚合酶聚合酶大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶 Core Enzyme核心酶核心酶Holo Enzyme全酶全酶480kDafor elongationfor initiation依靠静电作用力依靠静电作用力依靠空间结构依靠空间结构非专一性与非专一性与DNA 结合结合专一性与专一性与 DNA结合结合半衰期；半衰期；1h半衰期；数小时半衰期；数小时cover60bp 全酶中的全酶中的亚基与亚基与其他亚基其他亚基结合较松结合较松弛，常易弛，常易从全酶上从全酶上解离解离亚基的功能是识别和结合启动子的保守区，介导亚基的功能是识别和结合启动子的保守区，介导RNA聚合聚合酶与启动子的结合。酶与启动子的结合。此外，新发现的一种此外，新发现的一种亚基的功能尚不清楚。基的功能尚不清楚。12 因子因子 可可重复使用重复使用(Reusable)使全酶识别使全酶识别Sextama Box(35区区 R位点位点)，并通过并通过 与模板链结合与模板链结合 修饰修饰 RNAPol 构型构型降低全酶与降低全酶与DNA的的非专一性非专一性结合力结合力（107/mol）增增强强全全酶酶与与R,B site（-10区区）的的专专一一性性结结合合力力(1014/mol)启动因子启动因子 R位点位点-Sextama框，松弛结合位点框，松弛结合位点B位点位点-Pribnow框框(-10区区)，紧密结合位点，紧密结合位点q 因子（蛋白）因子（蛋白）包含一个螺旋包含一个螺旋-转角转角-螺旋结螺旋结构，可以嵌入构，可以嵌入 DNA 大沟，大沟，并通过氢键与并通过氢键与 DNA 紧密结紧密结合。合。14 转录开始后，转录开始后，亚基脱离聚合酶，以后仅由核心亚基脱离聚合酶，以后仅由核心酶催化酶催化RNA链的延长，链的延长，否则否则 RNA链的延伸缓慢链的延伸缓慢不同的不同的因子识别不同的启动子因子识别不同的启动子 E.coli 中有四种中有四种因子（因子（70、32、54、28）枯草杆菌中有枯草杆菌中有11种种因子因子 （通过（通过因子的更替对转录起始进行调控）因子的更替对转录起始进行调控）q 枯草杆菌枯草杆菌至少有至少有 10 种种 因子：因子：A，B，C，D，H，L：识别营养生长期表达的基因的启动子：识别营养生长期表达的基因的启动子 E，F，G，K：识别孢子形成期表达的基因的启动子：识别孢子形成期表达的基因的启动子16 因子因子 促使促使RNA Pol与与DNA 模板链结合模板链结合 位于前端的位于前端的 因子使双链解链为单链因子使双链解链为单链 位于尾端的位于尾端的 因子使单链重新聚合为双链因子使单链重新聚合为双链 核心酶的组建因子核心酶的组建因子 +2 +17 因子；因子；促进促进RNA聚合酶聚合酶+NTP 使使RNA链延长链延长 完成完成 NMP之间的磷酸二酯键的连接之间的磷酸二酯键的连接 Editing（校正）（校正）与与终止蛋白终止蛋白Rho()因子竞争因子竞争RNA 3-end，决定，决定 转录是否终止转录是否终止 构成构成Holo Enzyme后，后，因子含有因子含有 两个位点两个位点I site(Rif S):E site(Rif R):要求高浓度的要求高浓度的ATP or GTP专一性地结合专一性地结合ATP or GTP对对 NTP 非专一性结合非专一性结合18 因子因子 强碱性亚基强碱性亚基 与非模板链（与非模板链（sense strand）结合（）结合（充当充当SSB）受受K酶抑制酶抑制（K酶与终止有关，K酶结合 后RNA Pol从DNA上脱离，转录终止）19全酶含有五个功能位点全酶含有五个功能位点 sense strand DNA binding point()DNA/RNA 杂合位点杂合位点hybrid site()dsDNA 解链位点解链位点unwinding point()dsDNA 再缠绕位点再缠绕位点rewinding point()factor point RNA pol 执行的功能n识别识别DNA双链上的启动子（双链上的启动子（promoter）；）；n使使DNA变性，在启动子处解旋成单链；变性，在启动子处解旋成单链；n通过阅读启动子序列，通过阅读启动子序列，RNApol确定它自己的确定它自己的转录方向和模板链；转录方向和模板链；n最后当它达到终止子时，通过识别终止序列停最后当它达到终止子时，通过识别终止序列停止转录。止转录。二、转录的起始与延伸二、转录的起始与延伸 (一一)启动子的结构和功能启动子的结构和功能 启动子（启动子（promoterpromoter）：是指）：是指DNADNA分子上被分子上被RNARNA聚合酶识别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质因子的结合位点。位于基因白质因子的结合位点。位于基因5 5 端的调控区域，启动端的调控区域，启动转录的起始。转录的起始。n启动子是控制转录起始的序列，并决定某一基因的表达启动子是控制转录起始的序列，并决定某一基因的表达强度；强度；n与与RNARNA聚合酶亲和力高的启动子，其转录起始频率和效率聚合酶亲和力高的启动子，其转录起始频率和效率均高；均高；n启动子的启动子的DNADNA序列有其独特的特点，原核生物和真核生物序列有其独特的特点，原核生物和真核生物的启动子序列结构上有一定差异。的启动子序列结构上有一定差异。23 promoter 由两个重要部分组成由两个重要部分组成(扩展的启动子扩展的启动子)上游部分上游部分 CAP-cAMP结合位点结合位点 -70 -40下游部分下游部分 RNA Pol的进入（结合）位点的进入（结合）位点-35-10 +1基因表达调控的正控制位点基因表达调控的正控制位点CAP;Catabolite gene Activator ProteincAMP Acceptor Protein(环化环化AMP受体蛋白受体蛋白)(降解物基因激活蛋白降解物基因激活蛋白)上游控制因子上游控制因子UCE,upstream control element核心启动子，核心启动子，core promoter CAP-cAMP binding site siteI+CAP-cAMP site I;IR是是CAP-cAMP 的强结合位点（的强结合位点（-70 -50）site II;CAP-cAMP 的弱结合位点（的弱结合位点（-50 -40）cooperative effect提高提高siteII 的结合效率的结合效率IR-70 site I-40site II IR-501.上游控制因子的结构特点上游控制因子的结构特点Site II+CAP-cAMP 复合体复合体促使促使Sextama Box 附近附近GC岛区的双螺旋结构稳定性降低，岛区的双螺旋结构稳定性降低，Pribnow Box 的解链温度降低，利于转录启动的解链温度降低，利于转录启动 SiteI siteII GC Island Sextama Pribnow Null site IIRNAPol.into pribnow box transcription off site II+CAP-AMP promotionRNA Pol.into Sextama Boxinto Pribnow Boxstarting transcription RNAPol(1)(1)结结构构典典型型,都都含含识识别别（R R，即即-35-35区区),),结结合合（B B，即即-10-10 区区)和和起始起始（I I，+1+1）位点）位点;(2)(2)序列保守序列保守;如如-35-35和和-10-10序列结构；序列结构；(3)(3)位置和距离都比较恒定；位置和距离都比较恒定；(4)(4)直接和多聚酶相结合；直接和多聚酶相结合；(5)(5)位于基因的上游；位于基因的上游；(6)(6)决定转录的启动和方向；决定转录的启动和方向；(7)(7)常和邻近基因共同组成操纵子（常和邻近基因共同组成操纵子（operonoperon），这也是原），这也是原 核生物的特性。核生物的特性。2.核心启动子序列的结构特点：核心启动子序列的结构特点：典型启动子的结构典型启动子的结构-35区 -10区转录起点+1TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp28-35区（区（Sextama 框）框）是是RNA Pol的的松弛松弛（初始）（初始）结合位点结合位点 因子可以识别该位点，所以称作因子可以识别该位点，所以称作recognition site(R site)保守序列为保守序列为TTGACA，每个碱基的出现频率不同，又每个碱基的出现频率不同，又 可写为可写为 T82T84G78A65C54A45功能是功能是:（1）为为RNApol的的识识别别位位点点。亚亚基基识识别别-35序序列列，为为转转录选择模板，录选择模板，很大程度上决定了启动子的强度很大程度上决定了启动子的强度；（2）-35和和-10序序列列的的距距离离是是稳稳定定的的，此此与与RNApol的的结结构有关。构有关。位置在启动子中略有变动位置在启动子中略有变动-10区（区（Pribnow 框框）n-10序列是由序列是由Pribnow和和Schaller（1975）发现，故）发现，故称为称为Pribnow框（框（Pribnowbox），它位于转录起点上，它位于转录起点上游约游约-10bp处，是处，是RNApol的的牢固结合位点牢固结合位点 binding site(B site)。n保守序列为保守序列为TATAAT，每个碱基的出现频率不同，每个碱基的出现频率不同，又可写为又可写为T80A95T45A60A50T96;位置范围位置范围-4到到-13，AT较丰富，易于解链。较丰富，易于解链。n其功能是：其功能是：(1)RNApol紧密结合位点紧密结合位点;(2)在此形成开放启动子复合体；在此形成开放启动子复合体；(3)使使RNApol定向转录。定向转录。-10序列的碱基组成对转录的效率影响很大，发生此区域的某些突变会导致如下结果：n减效突变：TATAATAATAAT，转录效率会下降，即称减效突变（downmutation）。n增效突变：TATGTTTATATT，则转录效率会上升，即称增效突变（upmutation）。n前者可能由于T-A的堆集能要小于A-T的堆积能，后者可能是由于堆集能降低和氢键的减少。n转录开始时模板上的第一个碱基转录开始时模板上的第一个碱基 为转录起始位点；为转录起始位点；n在原核生物中在原核生物中90%90%以上为以上为A A或或G G；n位置固定，常见序列是位置固定，常见序列是C CA AT T。转录起始点转录起始点（initiation site）：）：+1位点位点32lSextama Box 与与Pribnow Box 间距间距17bp,有利于有利于RNA Pol启动启动lSextama Box or Pribnow Box mut.间距间距趋近趋近于于17 bp，up mutation间距间距远离远离于于17 bp，down mutation17bp的的间距间距较较17bp的的序列序列对转录更为重要对转录更为重要Sextama Box and Pribnow Box mut.转录率下降转录率下降100X 转录率下降转录率下降1000X33 因子起着识别启动子的作用；因子起着识别启动子的作用；在菌体细胞中，只有很少的在菌体细胞中，只有很少的RNA聚合酶分子聚合酶分子（核心酶）（核心酶）呈游离状态，呈游离状态，大部分与大部分与DNA分子结合存在分子结合存在。这种结合。这种结合为松弛型结合，形成松弛型复合物，并且核心酶对启为松弛型结合，形成松弛型复合物，并且核心酶对启动子无特殊的亲和力；动子无特殊的亲和力；全酶形成后，对启动子的亲和力大大提高，全酶形成后，对启动子的亲和力大大提高，转录酶沿转录酶沿 DNA 滑行至启动子，由滑行至启动子，由 因子识别并紧密结合，因子识别并紧密结合，形成形成紧密紧密闭合闭合型复合物；型复合物；（二）转录的起始（二）转录的起始34全酶在很长的基因组中（大肠杆菌全酶在很长的基因组中（大肠杆菌4.2106bp）寻找到）寻找到约约60bp的启动子是一个复杂的过程；的启动子是一个复杂的过程；RNA聚合酶聚合酶沿沿 DNA 滑行至启动子，由滑行至启动子，由 因子识别并因子识别并紧密紧密与启动子与启动子-35序列序列结合后，与结合后，与DNA形成封闭型启动形成封闭型启动子子-酶二元复合物酶二元复合物（closedbinarycomplex）；与与10区左右的区左右的DNA发生熔解，发生熔解，在在TATAAT 盒处解链，盒处解链，形成形成1217bp的单链区，形成开放型启动子二元复合的单链区，形成开放型启动子二元复合物；此时物；此时RNA聚合酶大约与聚合酶大约与75bp 的的DNA（5520）相互接触；）相互接触；35 在开放型启动子起始复合物中，在开放型启动子起始复合物中，RNA聚合聚合酶酶移动到转录起点移动到转录起点I，酶，酶上的起始位点和延伸位上的起始位点和延伸位点被相应的核苷酸占据，点被相应的核苷酸占据，在在 亚基的催化下形成亚基的催化下形成第一个磷酸二酯键第一个磷酸二酯键，从而形成，从而形成酶酶-启动子启动子-rNTP三三元复合体元复合体（ternarycomplex）转录开始，当转录开始，当 RNA 合成至长约合成至长约 9 核苷酸时，核苷酸时，因子解离下来，形成因子解离下来，形成延伸复合物，此时核心酶约与延伸复合物，此时核心酶约与55bp（3520）的）的DNA相互接触。相互接触。36（三）（三）RNA的合成延伸的合成延伸n在酶分子上有两个核苷酸结合位点，一是在酶分子上有两个核苷酸结合位点，一是 起始位点起始位点，一是，一是延伸位点延伸位点；n当两个位点都与模板互补的核苷酸结合后，当两个位点都与模板互补的核苷酸结合后，第一磷酸二酯键才能形成；第一磷酸二酯键才能形成；n随着随着RNARNA聚合酶沿着模板链的滑动，由聚合酶沿着模板链的滑动，由亚亚 基基催化合成催化合成RNARNA链；链；n延伸方向为延伸方向为5-35-3。转录过程转录过程 转录酶沿编码链转录酶沿编码链 5 3 方向移动，开放复合方向移动，开放复合体（保持约体（保持约 17bp 长）随之前移，长）随之前移，RNA 链以链以 5 3 方向合成延伸，速度约为方向合成延伸，速度约为 43 核苷酸核苷酸/秒。秒。三、转录的终止三、转录的终止p在开放复合体中，在开放复合体中，RNA 与与 DNA 的氢键结合能够防止转录酶的氢键结合能够防止转录酶脱离脱离 DNA。当。当 RNA-DNA 杂交区被迫分离时，则转录酶和杂交区被迫分离时，则转录酶和 RNA 均脱离均脱离 DNA，转录结束。，转录结束。p终止子（终止子（terminator,tterminator,t）：）：在转录过程中，提供转录终止信在转录过程中，提供转录终止信号的序列，按终止方式不同分为号的序列，按终止方式不同分为强终止子强终止子和和弱终止子。弱终止子。n强终止子：内部终止子（强终止子：内部终止子（intrinsic terminatorsintrinsic terminators）或称自发终止；或称自发终止；n弱终止子：需要弱终止子：需要因子（因子（rho factorrho factor）又称为）又称为 依赖性终止子（依赖性终止子（rho-dependent terminatorrho-dependent terminator）。）。自发自发终止终止q 在在 RNA 链中需要两种序链中需要两种序列元件：列元件：位于位于 RNA 3 末端的富末端的富含含 U 的序列，即的序列，即U串；串；靠近靠近 RNA 3 末端的自末端的自互补序列（即回文序列），互补序列（即回文序列），可形成茎可形成茎-环结构。环结构。q 茎茎-环结构使转录酶停止合成环结构使转录酶停止合成 RNA。接着由于。接着由于 U-A 间氢间氢键较弱，故而键较弱，故而 RNA 自行脱离自行脱离 DNA，从而终止转录。，从而终止转录。强终止子的结构强终止子的结构NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNNNNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNNDNANNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNNRNA N N N N N G C C G C G G C C G G C C U NNNNC U UUUU-OH 3 mRNA 强终止子结构的模式图强终止子结构的模式图发发夹夹结结构构强终止子的结构特点：强终止子的结构特点：(1)(1)有回文结构存在；有回文结构存在；(2)(2)茎的区域内富含茎的区域内富含G-CG-C；(3)(3)强终止子强终止子33端上有连续端上有连续6 6个个U U。终止机制：终止机制：*终终止止作作用用发发生生在在RNARNA水水平平上上,形形成成的的颈颈环环空空间间结结构构阻阻止止了了转转录录的的进进行行,同同时时33端端上上连连续续6 6个个U U使使RNARNA易易解解离离,脱脱离离DNADNA模模板板,于于是是整整个个mRNAmRNA释放出来释放出来,转录停止。转录停止。依赖于依赖于 因子的终止因子的终止q 大肠杆菌中的大肠杆菌中的 因子为碱性蛋白，因子为碱性蛋白，分子量为分子量为 46 kDa，有解旋酶功能。，有解旋酶功能。q 因子识别因子识别 RNA 上的上的 rut 位点，位点，与之结合，然后向转录酶移动。当与之结合，然后向转录酶移动。当转录酶到达终止序列时，则停止合转录酶到达终止序列时，则停止合成成 RNA，于是，于是 因子赶上转录酶，因子赶上转录酶，使使 RNA-DNA 杂交链解开，从而杂交链解开，从而 RNA 和转录酶脱离，转录结束。和转录酶脱离，转录结束。n含有含有IRIR序列，也能形成发夹结构；序列，也能形成发夹结构；nC C的含量多，的含量多，G G的含量少；的含量少；n缺少缺少U U串；串；*RNARNA聚合酶在此处暂停，若加入聚合酶在此处暂停，若加入因子，因子，则使转录停止在特定的终止位点。则使转录停止在特定的终止位点。依赖性终止子结构与终止机制依赖性终止子结构与终止机制*因子可识别终止位点上游因子可识别终止位点上游505090bp90bp的区域，该区域的区域，该区域RNARNA分子中分子中C C的的 含量高，含量高，G G的含量少。的含量少。RNAPol转录DNA 因子附着到RNA 识别位点上 因子跟在RNAPol 后沿RNA移动RNAPol在终止位点停下，并被因 子追上 在转录泡中因子 使DNA-RNA杂种双 链解开 转录终止,释放出 RNA Pol,子 和 RNA第三节第三节 真核生物的转录真核生物的转录 真核生物的转录和原核转录的不同点：真核生物的转录和原核转录的不同点：n原核只有一种原核只有一种RNA聚合酶，而真核细胞有三种聚合酶，而真核细胞有三种聚合酶；聚合酶；n启动子的结构特点有所不同，原核生物启动子启动子的结构特点有所不同，原核生物启动子结构类似，真核有三种不同的启动子和有关的结构类似，真核有三种不同的启动子和有关的元件，分别对应不同的元件，分别对应不同的RNARNA聚合酶；聚合酶；n真核的转录有很多蛋白质因子的介入。真核的转录有很多蛋白质因子的介入。表12-2 真核生物的三种RNA聚合酶的特点RNA Pol位置 产物 相对活性 对-鹅膏蕈的敏Pol 核仁28s,18s,5.8s rRNAs 5070%不敏感Pol 核质hnRNA,mRNA,某些SnRNA 2040%高度敏感Pol 核质tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs 10%片段特异，中等敏感 表12-3 转录的抑制剂 抑制剂 靶酶 抑制作用 利福霉素细菌全酶和亚基结合，抑制起始 链霉溶菌素细菌核心酶和亚基结合，抑制起始 放射线素D真核Pol和DNA结合，阻止延伸 -鹅膏蕈真核Pol和RNA Pol结合 一、一、真核的真核的RNA 聚合酶聚合酶 q 真核生物有三种转录酶：真核生物有三种转录酶：转录酶转录酶 I：转录：转录 rRNA（5S rRNA 除外）除外）转录酶转录酶 II：转录所有：转录所有 mRNA 及某些及某些 snRNA转录酶转录酶 III：转录所有：转录所有 tRNA 及及 5S rRNA 和几种小分子和几种小分子 RNAq 三种转录酶都含有约三种转录酶都含有约 10 个亚基，其中个亚基，其中 2 个大亚基与细菌个大亚基与细菌转录酶的转录酶的 和和 亚基相似，起催化亚基相似，起催化 RNA 合成的作用。合成的作用。q 真核生物转录酶全酶不包括转录因子，但须有转录因子才真核生物转录酶全酶不包括转录因子，但须有转录因子才能起始转录。能起始转录。二、启动子二、启动子 真核生物的三种转录酶对应有三种启真核生物的三种转录酶对应有三种启动子，它们通常包含一个核心启动子和一动子，它们通常包含一个核心启动子和一些调控元件。些调控元件。转录酶转录酶 I 的启动子的启动子q 不同生物的转录酶不同生物的转录酶 I 启动子没有序列同源性，但位置相启动子没有序列同源性，但位置相对一致。对一致。q 45S rRNA 是串联重复的冗余基因（是串联重复的冗余基因（18S+5.8S+28S），在基因内和间隔区都有启动子，因此可以转录），在基因内和间隔区都有启动子，因此可以转录出两种产物。出两种产物。转录酶转录酶 II 的启动子的启动子q 起始区中转录起点通常为起始区中转录起点通常为 A，其上游为，其上游为 2 个嘧啶及个嘧啶及 C，下游为下游为 5 个嘧啶；个嘧啶；TATA 盒负责精确定位转录起点。盒负责精确定位转录起点。q GC 盒（盒（GGGCGG）和）和 CAAT 盒（盒（GGCCAATCT）为）为转录因子识别位点，将转录酶吸引到启动子附近，其数转录因子识别位点，将转录酶吸引到启动子附近，其数量和位置因基因不同可有很大变化。量和位置因基因不同可有很大变化。转录酶转录酶 III 的启动子的启动子q A、B、C 盒皆为长约盒皆为长约 10 bp 的序列，协助转录酶的序列，协助转录酶 III 与与 DNA 结合。结合。三、转录因子三、转录因子 在真核生物中已发现一些通用的转录因子：在真核生物中已发现一些通用的转录因子：q 转录酶转录酶 I 的转录因子的转录因子上游结合因子（上游结合因子（UBF）SL1 因子：由因子：由 TATA 结合蛋白（结合蛋白（TBP）和）和 TATA 结合蛋白联结因子（结合蛋白联结因子（TAF）组成）组成q 转录酶转录酶 II 的转录因子的转录因子 已知作用于已知作用于 TATA 盒的转录因子盒的转录因子 II 主要有主要有 6 种，种，从酵母到人类均是保守的：从酵母到人类均是保守的：TFIIA：使：使 TFIID 与与 TATA 盒结合更紧密，故非必需。盒结合更紧密，故非必需。TFIIB：将转录酶：将转录酶 II 引进起始复合体。引进起始复合体。TFIID：识别：识别 TATA 盒，主要成分是盒，主要成分是 TBP 和和 TAF。TFIIE：促进：促进 TFIIH 激酶活性，反控其的解旋酶活性。激酶活性，反控其的解旋酶活性。TFIIF：促进转录酶：促进转录酶 II 进入起始复合体，与转录酶进入起始复合体，与转录酶 II 结合结合后有解旋酶活性，为开放复合体形成所必需。后有解旋酶活性，为开放复合体形成所必需。TFIIH：对由闭合复合体转向开放复合体起作用，使转录酶：对由闭合复合体转向开放复合体起作用，使转录酶 II 脱离起始复合体，进入延伸状态。脱离起始复合体，进入延伸状态。q 转录酶转录酶 III 的转录因子的转录因子已知转录因子已知转录因子 III 有有 3 种：种：TFIIIA：识别：识别 Box A 和和 Box C，启动，启动 5S rRNA 的转的转录。录。TFIIIC：识别：识别 Box A 和和 Box B，启动，启动 tRNA 的转录。的转录。TFIIIB：含有：含有 TBP，与，与 TFIIIA-5S rDNA 复合体及复合体及 TFIIIC-tDNA 复合体发生作用，然后使转录起点上游的复合体发生作用，然后使转录起点上游的 DNA 弯曲，将转录酶弯曲，将转录酶 III 定位于转录起点，激活转录。定位于转录起点，激活转录。q TBP 在转录起始中的作用在转录起始中的作用 I 类类TAF I 类起始因子类起始因子+转录酶转录酶 I I 类转录类转录 SL1 复合体复合体 rRNA II 类类TAF II 类起始因子类起始因子+转录酶转录酶 II II类转录类转录TBP TFIID 复合体复合体 mRNA III类类TAF III 类起始因子类起始因子+转录酶转录酶III III类转录类转录 TFIIIB 复合体复合体 tRNA真核生物细胞中有三种转录方式，分别真核生物细胞中有三种转录方式，分别 由三种由三种RNARNA聚合酶（聚合酶（、和和）催化，催化，与之相对应有三种启动子：与之相对应有三种启动子：nRNARNA聚合酶聚合酶启动子启动子-类基因类基因nRNARNA聚合酶聚合酶启动子启动子-类基因类基因nRNARNA聚合酶聚合酶启动子启动子-类基因类基因p重点介绍重点介绍RNARNA聚合酶聚合酶催化的催化的mRNAmRNA的转录的转录四、真核生物转录的起始四、真核生物转录的起始 1.1.RNARNA聚合酶聚合酶启动子启动子 启动子启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同：最为复杂，它和原核的启动子有很多不同：（1 1）有多种元件：）有多种元件：TATATATA框，框，GCGC框，框，CAATCAAT框等；框等；（2 2）结构不恒定；）结构不恒定；（3 3）它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同；）它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同；（4 4）有的存在远距离的调控元件，如增强子；）有的存在远距离的调控元件，如增强子；（5 5）这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用；）这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用；（6 6）不直接和）不直接和RNA polRNA pol结合；结合；(7)(7)需多种转录因子介入。需多种转录因子介入。类基因的启动子和调控区类基因的启动子和调控区 TATA TATA框：转录起始点上游框：转录起始点上游-30-30处，又称处，又称HognessHogness框。框。核心元件核心元件 起始子（起始子（initiatorinitiator，InrInr）：一般由）：一般由PyPy2 2CAPyCAPy5 5构成，构成，位于位于-3-3+5+5，可能提供，可能提供RNA pol RNA pol 识别。识别。CAAT boxCAAT box：转录起始点上游：转录起始点上游-75-75处。处。类启动子类启动子 上游元件组成上游元件组成 GC boxGC box：转录起始点上游：转录起始点上游-90-90处。处。增强子（增强子（enhancerenhancer）远端调控区远端调控区 减弱子（减弱子（dehancerdehancer）静息子（静息子（sisencersisencer）上游激活序列（上游激活序列（upstream activatingupstream activating seguences UASs seguences UASs）起始子（起始子（initiatorinitiator，InrInr）n起始点一般没有同源序列起始点一般没有同源序列;nmRNA的的第第一一个个碱碱基基倾倾向向A，包包括括A在在内内的的两两侧侧翼翼由由Py组组成成称称为为起起始始子子（initiator,Inr)。在在原原核核CAT起起始始序序列也有这种情况）列也有这种情况）;n一般由一般由Py2CAPy5构成构成;n位于位于3+5处；处；n提供提供RNApol识别；识别；n无无论论TATA是是否否存存在在，Inr起起始始子子的的强强度度和和起起始始位位点点的的选择都很重要；选择都很重要；n现已纯化了现已纯化了Inr结合蛋白。结合蛋白。TATA boxTATA框框又称又称Hogness框，框，Goldberg-Hogness框框，俚语称为金砖（，俚语称为金砖（Goldbrick）。）。n其一致序列是：其一致序列是：T85A97T93A85A63A83A50；n常在常在30区左右，相当于原核的区左右，相当于原核的10序列。序列。其作用是：其作用是：(1)选择正确的转录起始位点，保证精确起始，选择正确的转录起始位点，保证精确起始，故也称为故也称为选择子（选择子（selector）。(2)影响转录的速率。影响转录的速率。上游启动子元件（上游启动子元件（UPEUPE）表表12-4 12-4 哺乳动物哺乳动物 RNA PolRNA Pol上游转录因子结合的元件上游转录因子结合的元件 元件元件 保守序列保守序列结合结合DNADNA的长度的长度 蛋白质因子蛋白质因子TATAboxTATAboxTATAAAATATAAAA 10bp10bp TBP TBPCAAT boxCAAT boxGGCCAATCTGGCCAATCT 22bp22bp CTF/NF1 CTF/NF1GC boxGC boxGGGCGGGGGCGG 20bp20bp SP1 SP1OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT 20bp20bp Oct-1 Oct-1OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT 23bp 23bp Oct-2 Oct-2KB KB GGGACTTTCCGGGACTTTCC 10bp10bp NFKB NFKBATFATF GTGACGT GTGACGT 20bp20bp ATF ATF B.Lewin:B.Lewin:GENESGENES.1997,Table 28.2.1997,Table 28.2 增强子（enhancerenhancer）增强子增强子是在是在1981年由年由Benerji，Rusconi小组和小组和Chambom等发现的，又称等发现的，又称远上游序列（远上游序列（