生物信息的传递从到全精选课件.ppt

关于生物信息的传递从到全第一页，本课件共有138页（上）从（上）从DNADNA到到RNARNA基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生物学功能是以蛋白质的形式表达出来的。其生物学功能是以蛋白质的形式表达出来的。DNADNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成信使永存，并通过转录生成信使RNARNA，翻译生成蛋白质，翻译生成蛋白质的过程来控制生命现象。的过程来控制生命现象。第二页，本课件共有138页基因表达包括基因表达包括转录（转录（transcription）和和翻译翻译（translation）两个阶段。两个阶段。转录转录是指拷贝出一条与是指拷贝出一条与DNADNA链序列完全相同（除了链序列完全相同（除了TUTU之外）的之外）的RNARNA单链的过程，单链的过程，是基因表达的核心是基因表达的核心步骤。步骤。翻译翻译是指以新生的是指以新生的mRNAmRNA为模板，把核苷酸三联遗为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，传密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过程，是基因表达的最终目的。是基因表达的最终目的。第三页，本课件共有138页Francois Jacob(Left),Jacques Monod(Center)&Andre Lwoff(Right)第四页，本课件共有138页uDNADNA分子中的核苷酸排列顺序不但决定了胞内所有分子中的核苷酸排列顺序不但决定了胞内所有RNARNA及蛋白质的基本结构，还通过蛋白质（酶）的功能及蛋白质的基本结构，还通过蛋白质（酶）的功能间接控制了细胞内全部有效成份的生产、运转和功能间接控制了细胞内全部有效成份的生产、运转和功能发挥。发挥。l与与mRNAmRNA序列相同的那条序列相同的那条DNADNA链是链是编码链（编码链（coding strand）或称或称有意义连（有意义连（sense strand）；l另一条根据碱基互补原则指导另一条根据碱基互补原则指导mRNAmRNA合成的合成的DNADNA链则链则被称为被称为模板链（模板链（template strand）或称或称反义链反义链（antisense strand）。）。第五页，本课件共有138页DNADNA和和RNARNA虽然很相似，只有虽然很相似，只有T T或或U U及及核核糖的第二位碳原子上糖的第二位碳原子上有所不同，但它们有所不同，但它们的生物学活性却很不同。的生物学活性却很不同。RNARNA主要以单链形式存在于生物体内，其主要以单链形式存在于生物体内，其高级结构很复杂，它们既担负着贮藏及转高级结构很复杂，它们既担负着贮藏及转移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。细胞内发挥代谢功能。因为只有因为只有mRNAmRNA所携带的遗传信息才被用所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以人们一般来指导蛋白质生物合成，所以人们一般用用U U、C C、A A、G G这这4 4种核苷酸而不是种核苷酸而不是T T、C C、A A、G G的组合来表示遗传性状。的组合来表示遗传性状。DNADNA模板与模板与mRNAmRNA分子及多肽链之间存在共线性关系分子及多肽链之间存在共线性关系第六页，本课件共有138页生物体内拥有三类生物体内拥有三类RNARNA，即：，即：n编码特定蛋白质序列的编码特定蛋白质序列的mRNA；n能特异性解读能特异性解读mRNA中的遗传信息并将其转化成中的遗传信息并将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中的相应氨基酸后加入多肽链中的tRNA；n直接参与核糖体中蛋白质合成的直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。第七页，本课件共有138页3.1 RNA3.1 RNA的转录的转录3.1.1 3.1.1 转录的基本过程转录的基本过程 无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程无论是原核还是真核细胞，转录的基本过程都包括：都包括：模板识别模板识别 转录起始转录起始 通过启动子通过启动子 转录的延伸和终止转录的延伸和终止第八页，本课件共有138页大肠杆菌中依赖于大肠杆菌中依赖于DNADNA的的RNARNA转录过程图示转录过程图示转录泡中单链转录泡中单链DNADNA的长度约在的长度约在17bp17bp左右，被聚合酶复合物所保护的左右，被聚合酶复合物所保护的DNADNA序列约为序列约为35bp35bp左右左右第九页，本课件共有138页模板识别阶段模板识别阶段主要指主要指RNARNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子DNADNA双链相双链相互作用并与之相结合的过程。互作用并与之相结合的过程。转录起始前，启动转录起始前，启动子附近的子附近的DNADNA双链分开形成双链分开形成转录泡转录泡以以促使底物核糖核促使底物核糖核苷酸与模板苷酸与模板DNADNA的碱基配对的碱基配对。转录起始转录起始就是就是RNARNA链上第一个核苷酸键的产生。链上第一个核苷酸键的产生。真核生物真核生物RNARNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要一些被聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上，称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上，RNARNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物前起始复合物（preinitiation transcription complex,PIC），），以保证有效地起以保证有效地起始转录。始转录。第十页，本课件共有138页转录起始后直到形成转录起始后直到形成9 9个个核苷酸短链是核苷酸短链是通过启动子通过启动子阶段阶段，此时，此时RNARNA聚合酶一直处于启动子区聚合酶一直处于启动子区，新生，新生的的RNARNA链与链与DNADNA模板链的结合不够牢固，很容易从模板链的结合不够牢固，很容易从DNADNA链上掉下来并导致转录重新开始。链上掉下来并导致转录重新开始。一旦一旦RNARNA聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成9 9个个以上核苷酸并离开启动以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。子区，转录就进入正常的延伸阶段。RNARNA聚合酶离开启动子，沿聚合酶离开启动子，沿DNADNA链移动并使新生链移动并使新生RNARNA链链不断伸长的过程就是不断伸长的过程就是转录的延伸转录的延伸。第十一页，本课件共有138页3.1.2 3.1.2 转录机器的主要成分转录机器的主要成分1.RNA1.RNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶是转录过程中最关键的酶，主要是转录过程中最关键的酶，主要以以双链双链DNADNA为模板，以为模板，以4 4种核苷三磷酸种核苷三磷酸作为活作为活性前体，并性前体，并以以MgMg2+2+/Mn/Mn2+2+为辅助因子，催化为辅助因子，催化RNARNA链的起始、延伸和终止，链的起始、延伸和终止，它不需要任何它不需要任何引物引物，催化生成的产物是与，催化生成的产物是与DNADNA模板链相模板链相互互补的补的RNARNA。第十二页，本课件共有138页大多数原核生物大多数原核生物RNARNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNARNA聚合聚合酶由酶由2 2个个亚基、一个亚基、一个亚基、一个亚基、一个亚基和一个亚基和一个亚基组成，亚基组成，称为核心酶。加上一个称为核心酶。加上一个亚基后则成为聚合酶全酶亚基后则成为聚合酶全酶（holoenzymeholoenzyme），相对分子质量为），相对分子质量为4.65104.65105 5。大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶聚合酶第十三页，本课件共有138页第十四页，本课件共有138页大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶的组成分析聚合酶的组成分析第十五页，本课件共有138页亚基亚基可能与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与可能与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNARNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。聚合酶和部分调节因子的相互作用。T4T4噬菌体感染大肠杆菌后对噬菌体感染大肠杆菌后对亚基的一个精氨酸残基进行亚基的一个精氨酸残基进行ADPADP糖糖基化修饰，造成基化修饰，造成RNARNA聚合酶全酶对启动子亲和力降低。聚合酶全酶对启动子亲和力降低。由由和和亚基亚基组成了聚合酶的催化中心，组成了聚合酶的催化中心，它们在序它们在序列上与真核生物列上与真核生物RNARNA聚合酶的两个大亚基有同源性。聚合酶的两个大亚基有同源性。亚基能与模板亚基能与模板DNADNA、新生、新生RNARNA链及核苷酸底物相结合。链及核苷酸底物相结合。第十六页，本课件共有138页因子的作用因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始，它是是负责模板链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。酶的别构效应物，使酶专一性识别模板上的启动子。核核心酶在心酶在T7T7噬菌体噬菌体DNADNA上约有上约有13001300个结合位点，平均结个结合位点，平均结合常数为合常数为2102101111。因子可以极大地提高因子可以极大地提高RNARNA聚合酶对启动子区聚合酶对启动子区DNADNA序列的序列的亲和力，亲和力，酶底结合常数提高酶底结合常数提高10103 3倍，酶底复合物的半衰倍，酶底复合物的半衰期可达数小时甚至数十小时。期可达数小时甚至数十小时。因子还能使因子还能使RNARNA聚合酶与模板聚合酶与模板DNADNA上非特异性位点的上非特异性位点的结合常数降低结合常数降低10104 4倍，倍，使酶底复合物的半衰期小于使酶底复合物的半衰期小于1 1秒。秒。第十七页，本课件共有138页大肠杆菌中的大肠杆菌中的因子能识别并与启动子区的特异性因子能识别并与启动子区的特异性序列相结合序列相结合在大肠杆菌中，最常见的调控因子是由在大肠杆菌中，最常见的调控因子是由rpoDrpoD基因所编码的基因所编码的7070。由由rpoHrpoH编码的编码的3232是与是与热休克热休克启动子所控制的基因转录密切相关。启动子所控制的基因转录密切相关。由由rpoNrpoN编码的编码的5454则参与细胞的则参与细胞的氮代谢氮代谢。第十八页，本课件共有138页真核生物真核生物RNARNA聚合酶的主要特征：聚合酶的主要特征：聚合酶中有两个相对分子质量超过聚合酶中有两个相对分子质量超过1101105 5的大亚基；的大亚基；同种生物同种生物3 3类聚合酶有类聚合酶有“共享共享”小亚基的倾向，即有几小亚基的倾向，即有几个小亚基是其中个小亚基是其中3 3类或类或2 2类聚合酶所共有的。类聚合酶所共有的。真核生物中有真核生物中有3 3类类RNARNA聚合酶，其结构比大肠杆菌聚合酶，其结构比大肠杆菌RNARNA聚合酶复聚合酶复杂，它们在细胞核中的位置不同，负责转录的基因不同，对杂，它们在细胞核中的位置不同，负责转录的基因不同，对-鹅膏覃碱的敏感性也不同。鹅膏覃碱的敏感性也不同。真核生物真核生物RNARNA聚合酶一般有聚合酶一般有8-148-14个亚基所组成，相对分子质量超个亚基所组成，相对分子质量超过过5105105 5。第十九页，本课件共有138页真核细胞中三类真核细胞中三类RNARNA聚合酶特性比较聚合酶特性比较第二十页，本课件共有138页2.2.转录复合物转录复合物启动子选择阶段包括启动子选择阶段包括RNARNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物（closed complex），），此时，此时，DNADNA仍处于双链状态。仍处于双链状态。然后，封闭复合物转变成开放复合物（然后，封闭复合物转变成开放复合物（open complex），聚合酶全酶所结合的），聚合酶全酶所结合的DNADNA序列中有一小段双链被序列中有一小段双链被解开。对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复解开。对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复合物的转变是不可逆的，是快反应。合物的转变是不可逆的，是快反应。第二十一页，本课件共有138页开放复合物与最初的两个开放复合物与最初的两个NTPNTP相结合并在这两个相结合并在这两个核苷酸之间形成磷酸二核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成包括酯键后即转变成包括RNARNA聚合酶、聚合酶、DNADNA和新和新生生RNARNA的三元复合物的三元复合物(ternary complex)。RNARNA合成的起始合成的起始第二十二页，本课件共有138页转录起始后直到形成转录起始后直到形成9 9个个核苷酸短链是核苷酸短链是通过启动子通过启动子阶段阶段，此时，此时RNARNA聚合酶一直处于启动子区聚合酶一直处于启动子区，新生的，新生的RNARNA链与链与DNADNA模板链的结合不够牢固，很容易从模板链的结合不够牢固，很容易从DNADNA链上掉下来并导致转录重新开始。链上掉下来并导致转录重新开始。一旦一旦RNARNA聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成9 9个个以上核苷酸并离开启以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。动子区，转录就进入正常的延伸阶段。RNARNA聚合酶离开启动子，沿聚合酶离开启动子，沿DNADNA链移动并使新生链移动并使新生RNARNA链不链不断伸长的过程就是断伸长的过程就是转录的延伸转录的延伸。第二十四页，本课件共有138页一般情况下，转录起始复合物可以进入两条不同的反应一般情况下，转录起始复合物可以进入两条不同的反应途径：途径：一是合成并释放一是合成并释放2-92-9个核苷酸的短个核苷酸的短RNARNA转录物，即所谓转录物，即所谓的流产式起始；的流产式起始；二是尽快释放二是尽快释放亚基，转录起始复合物通过上游启动子亚基，转录起始复合物通过上游启动子区并生成由核心酶、区并生成由核心酶、DNADNA和新生和新生RNARNA所组成的转录延伸所组成的转录延伸复合物。复合物。转录延伸复合物较为稳定，可长时间与转录延伸复合物较为稳定，可长时间与DNADNA模板结合而不解离。只有模板结合而不解离。只有在遇到转录终止信号时，在遇到转录终止信号时，RNARNA聚合酶才停止加入新的核苷酸，聚合酶才停止加入新的核苷酸，RNA-DNARNA-DNA杂合物解离，释放转录产物并导致聚合酶本身从模板杂合物解离，释放转录产物并导致聚合酶本身从模板DNADNA上上脱落。脱落。第二十五页，本课件共有138页3.2 3.2 启动子与转录起始启动子与转录起始大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶与启动子的相互作用聚合酶与启动子的相互作用主要包括主要包括启动子区的识别启动子区的识别、酶与启动子酶与启动子的结合的结合及及因子的结合与解离因子的结合与解离。第二十六页，本课件共有138页3.2.1 3.2.1 启动子区的基本结构启动子区的基本结构启动子启动子是一段位于结构基因是一段位于结构基因55端上游区的端上游区的DNADNA序列，能活化序列，能活化RNARNA聚合酶，使之与模板聚合酶，使之与模板DNADNA准确地相结合并具有转录起始的特异性。准确地相结合并具有转录起始的特异性。转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是问题是RNARNA聚合酶与启动子的相互作用。启动子的结构影聚合酶与启动子的相互作用。启动子的结构影响了它与响了它与RNARNA聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的水聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的水平。平。第二十七页，本课件共有138页转录起点转录起点是指与新生是指与新生RNARNA链第一个核苷酸相对链第一个核苷酸相对应应DNADNA链上的碱基，通常为链上的碱基，通常为嘌呤嘌呤。把。把起点起点5 5末端的序列称为末端的序列称为上游（上游（upstream），），而把而把其其33末端的序列称为末端的序列称为下游（下游（downstream）。起点为起点为+1+1，下游方向依次为，下游方向依次为+2+2、+3+3等，等，上游方向依次为上游方向依次为11、22、33等等。等等。第二十八页，本课件共有138页转录单元（转录单元（transcription unit）是一段从启是一段从启动子开始至终止子（动子开始至终止子（terminator）结束的）结束的DNADNA序列。序列。第三十页，本课件共有138页PribnowPribnow设计了一个实验，他把设计了一个实验，他把RNARNA聚合酶全酶与模板聚合酶全酶与模板DNADNA结合后，用结合后，用DNase IDNase I水解水解DNADNA，然后用酚抽提，然后用酚抽提，沉淀纯化沉淀纯化DNADNA后得到一个被后得到一个被RNARNA聚聚合酶保护的合酶保护的DNADNA片段片段 转录启动子区转录启动子区DNADNA序列的分离纯化过程序列的分离纯化过程启动子区有什么结构特点呢？启动子区有什么结构特点呢？第三十一页，本课件共有138页启动子区有什么结构特点呢？启动子区有什么结构特点呢？PribnowPribnow将将RNARNA聚合酶全酶与模板聚合酶全酶与模板DNADNA结合后，用结合后，用DNaseIDNaseI降解降解DNADNA，得到，得到41414444个核苷酸对的个核苷酸对的DNADNA片片段。段。序列分析发现，在被保护区内有一个由序列分析发现，在被保护区内有一个由5 5个核苷个核苷酸组成的保守序列，是聚合酶结合位点，称为酸组成的保守序列，是聚合酶结合位点，称为PribnowPribnow区区，其中央大约位于起点上游其中央大约位于起点上游10bp10bp处，所处，所以又称为以又称为1010区区。第三十二页，本课件共有138页科学家又从噬菌体的左、右启动子科学家又从噬菌体的左、右启动子P PL L及及P PR R和和SV40SV40启动子启动子的的35 bp35 bp附近找到了另一段共同序列：附近找到了另一段共同序列：TTGACATTGACA。现已证实大部分启动子都存在这两段共同序列，即现已证实大部分启动子都存在这两段共同序列，即于于10 bp10 bp处的处的TATATATA区区和和35 bp35 bp处的处的TTGACATTGACA区区，它们是它们是RNARNA聚合酶与启动子的结合位点。聚合酶与启动子的结合位点。3535区 1010区 TT8585T T8383G G8181A A6161C C6969A A5252TT8989A A8989T T5050A A6565A A100100第三十三页，本课件共有138页大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚合酶全酶所识别的启动子区聚合酶全酶所识别的启动子区第三十四页，本课件共有138页在在真核生物基因真核生物基因中，中，Hogness等发现类似等发现类似Pribnow区的区的Hogness区区，在转录起始点，在转录起始点上上游游-25-30 bp处处，保守序列为保守序列为TATAAA，也称也称TATA区区。在起始位点。在起始位点上游上游-70-78 bp处处还有另一段共同序列还有另一段共同序列CCAAT，称为，称为CAAT区区（CAAT box）。）。第三十五页，本课件共有138页真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶IIII所识别的启动子区所识别的启动子区第三十六页，本课件共有138页RNA合成的基本特点合成的基本特点:1960年年Weiss,S,B等发现等发现RNA聚合酶（聚合酶（RNA Pol）。）。其特点是：其特点是：（1）以）以核糖核苷三磷酸（核糖核苷三磷酸（rNTR）为底物；为底物；（2）以）以DNA为模板；为模板；（3）按）按5-3方向方向合成；合成；（4）无需引物无需引物的存在能单独起始链的合成；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是以是以三磷酸形式三磷酸形式存在；存在；（6）在体内）在体内DNA双链中仅双链中仅一条链作为模板一条链作为模板；（7）RNA的序列和模板是的序列和模板是互补互补的。的。第三十七页，本课件共有138页现在将作为转录模现在将作为转录模板的板的DNA单链称为单链称为模板链模板链或或反义链反义链（antisen strand），），非模板非模板链称为链称为有义链有义链（sense strand）或）或编码链编码链。在体外在体外DNA的两条链的两条链都可作为都可作为RNA合成的合成的模板。模板。第三十八页，本课件共有138页RNARNA合成和合成和DNADNA复制的区别复制的区别（1）转转录录时时只只有有一一条条DNA链链为为模模板板，而而复复制制时时两两条条链链都都可作为模板；可作为模板；（2）DNA-RNA杂杂合合双双链链不不稳稳定定，RNA合合成成后后释释放放，而而DNA复制叉形成后一直打开复制叉形成后一直打开，新链和母链形成子链；，新链和母链形成子链；（3）RNA合成合成不需引物不需引物，而，而DNA复制复制需引物需引物；（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）聚合酶系聚合酶系不同。不同。第三十九页，本课件共有138页RNA聚合酶聚合酶(RNA pol)和和DNA pol有有2点不同：点不同：（1）RNA pol没有任何校对功能；没有任何校对功能；（2）能起始新的）能起始新的RNA链。链。第四十页，本课件共有138页RNA pol 执行多功能执行多功能(1)识别识别DNA双链上的启动子；双链上的启动子；(2)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；(3)通通过过阅阅读读启启动动子子序序列列，RNA pol确确定定它它自自 己的转录方向和模板链。己的转录方向和模板链。(4)最最后后当当它它达达到到终终止止子子时时，通通过过识识别别停停止止转转录录。第四十一页，本课件共有138页启动子（启动子（promoterpromoter）的结构特点）的结构特点(1)(1)结构典型结构典型,都含都含识别识别(R R),),结合结合(B B)和和起始起始(I I)位点位点;(2)(2)序列保守序列保守;(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)常和操纵子相邻；常和操纵子相邻；(6)(6)位于基因的位于基因的5 5端；端；(7)(7)决定转录的启动和方向。决定转录的启动和方向。(8)(8)特殊的操纵子的特殊的操纵子的R R,B B序列不同。序列不同。第四十二页，本课件共有138页典型启动子的结构典型启动子的结构 -35 -10 转录起点TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp现已证实大部分启动子都存在这两段共同序列，即现已证实大部分启动子都存在这两段共同序列，即位于位于10 bp处处的的TATA区区和和35 bp处的处的TTGACA区区，它们是它们是RNA聚合酶与启动子的聚合酶与启动子的结合位点。结合位点。第四十三页，本课件共有138页1.-10序列：序列：u-10序序列列是是由由Pribnow和和Schaller（1975）发发现现，故故也也称为称为Pribnow框盒（框盒（Pribnow box）。）。u保守序列为保守序列为TATAATu位于位于-10bp左右，左右，A.T较丰富，易于解链。其功能是：较丰富，易于解链。其功能是：(1)RNA pol紧密结合紧密结合;(2)形成开放启动复合体；形成开放启动复合体；(3)使使RNA pol定向转录。定向转录。第四十四页，本课件共有138页-10-10序列对转录的效率影响序列对转录的效率影响TATAATAATAAT，转录效率下降，转录效率下降,称为称为下降突变下降突变（down mutation）。）。TATGTTTATATT，转录效率上升，为，转录效率上升，为上升突变上升突变（up mutation）。）。以上突变为何会影响转录效率？以上突变为何会影响转录效率？前者可能由于前者可能由于T-AT-A的堆集能要小于的堆集能要小于A-TA-T的堆积能，的堆积能，后者可能是由于堆集能降低和氢键的减少后者可能是由于堆集能降低和氢键的减少第四十五页，本课件共有138页2.-352.-35序列序列-35序列序列又称为又称为Sextama盒盒（Sextama box），），其保守序列为其保守序列为（TTGACA）其功能是其功能是:(1)为为RNA pol的识别位点。的识别位点。亚基识别亚基识别-35序列，为转录选择模板序列，为转录选择模板(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RNA pol的结构有关。的结构有关。第四十六页，本课件共有138页3.3.转录起始位点（转录起始位点（I I）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在原核中常为在原核中常为A或或G而且位置固定而且位置固定第四十七页，本课件共有138页转录的起始转录的起始1.全酶与模板的全酶与模板的DNA接触，生成非专接触，生成非专一的一的,不稳定的复合物在模板上移动；不稳定的复合物在模板上移动；2.起始识别：全酶与起始识别：全酶与35序列结合，序列结合，产生产生封闭的酶封闭的酶-启动子二元复合物启动子二元复合物（closed binary complex）；）；3.全酶紧密地结合在全酶紧密地结合在-10序列处，模板序列处，模板DNA局部变性，形成局部变性，形成开放的启动子二开放的启动子二元复合体元复合体；4.酶酶移移动动到到I，第第一一个个rNTP转转录录开开始始,因因子子释释放放,形形成成酶酶-启启动动子子-rNTP三三元元复复合合体体（ternary complex）。）。第四十八页，本课件共有138页RNARNA核心酶和全酶在核心酶和全酶在DNADNA上的分布上的分布:(1)(1)和和1/31/3的的RNA RNA polpol结结合合成成全全酶酶，或或在在非非特特异异位位点点的的松松散散复复合合体体中中，或或在在启启动动子子中中的的二元复合体中；二元复合体中；(2)(2)其其中中半半数数的的核核心心酶酶从从事事转转录；录；(3)(3)余余下下的的核核心心酶酶大大量量存存在在于于闭合松散复合体中；闭合松散复合体中；(4)估估计计数数量量很很少少的的全全酶酶是是游游离离的。的。第四十九页，本课件共有138页RNA Pol启始基因转录后，就沿模板不停地移启始基因转录后，就沿模板不停地移动，合成动，合成RNARNA链直到碰上链直到碰上终止信号终止信号时才与模板时才与模板DNADNA相相脱离并释放新生脱离并释放新生RNARNA链链。所有参与形成。所有参与形成RNA-DNARNA-DNA杂合体的杂合体的氢键氢键都被破坏，模板都被破坏，模板DNADNA链与非模板链链与非模板链重新组合成重新组合成DNADNA双链。双链。原核生物转录的终止原核生物转录的终止第五十页，本课件共有138页终止子（终止子（terminator,t）强终止子强终止子内内在在终终止止子子（intrinsic terminators）。又又称称为为不不依依赖赖于于因因子的终止子的终止 弱终止子弱终止子 需要需要因子（因子（rho factor）。又称为）。又称为依赖性终止子依赖性终止子 （Rho-dependent terminator）第五十一页，本课件共有138页强终止子的结构强终止子的结构NNAAGCGCCGNNNCCGGCGCTTTTTTNNNNNTTCGCGGCNNNGGCCGCGAAAAAANNN DNANNAAGCGCCGNNNCCGGCGCUUUUUUNNN RNA第五十二页，本课件共有138页 N N N N N G C C G C G G C C G G C C U NNNNC U UUUU-OH 3 强终止子结构的模式图强终止子结构的模式图 强终止子的结构特点强终止子的结构特点（1）有回文结构存在；）有回文结构存在；（2）茎的区域内富含）茎的区域内富含G-C；（3）强终止子）强终止子3端上有端上有6个个U；以上结构特点在终止中起何作以上结构特点在终止中起何作 用？用？第五十三页，本课件共有138页 新生新生RNARNA中出现中出现发卡式结构发卡式结构会会导致导致RNARNA聚合酶的暂停，聚合酶的暂停，破坏破坏RNA-DNARNA-DNA杂合链杂合链55端的正常结构。端的正常结构。寡聚寡聚U U的存在使杂合链的的存在使杂合链的33端部端部分出现不稳定的分出现不稳定的rUdArUdA区域，两区域，两者共同作用使者共同作用使RNARNA从三元复合物从三元复合物中解离出来。中解离出来。终止效率与终止效率与二重对称序列二重对称序列和和寡聚寡聚U U的长短的长短有关，随着发卡式结构有关，随着发卡式结构（至少（至少6bp6bp）和寡聚）和寡聚U U序列（至少序列（至少4 4个个U U）长度的增加，终止效率逐步提）长度的增加，终止效率逐步提高。高。第五十四页，本课件共有138页依赖于依赖于因子的终止因子的终止提纯的提纯的RNARNA聚合酶并不能识别特异性的转录终止聚合酶并不能识别特异性的转录终止信号，而加入大肠杆菌信号，而加入大肠杆菌因子后该聚合酶就能因子后该聚合酶就能在在DNADNA模板上准确地终止转录。模板上准确地终止转录。因子是一个相对因子是一个相对分子质量为分子质量为2.0102.0105 5的六聚体蛋白，它通过催化的六聚体蛋白，它通过催化NTPNTP的水解促使新生的水解促使新生RNARNA链从三元转录复合物中链从三元转录复合物中解离。解离。第五十五页，本课件共有138页 RNA Pol转录转录DNA 因子附着到因子附着到RNARNA 识别位点上识别位点上 因子跟在因子跟在RNAPolRNAPol 后沿后沿RNARNA移动移动 RNA Pol 在终止位在终止位 点停下，并被点停下，并被因因 子追上子追上 在转录泡中在转录泡中因子因子 使使DNA-RNADNA-RNA杂种双杂种双 链解开链解开 转录终止转录终止,释放出释放出 RNA Pol,RNA Pol,因子因子 和和 RNA RNA第五十七页，本课件共有138页 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：(1)(1)原核只有一种原核只有一种RNARNA聚合酶，而真核细聚合酶，而真核细 胞有三种聚合酶；胞有三种聚合酶；(2)(2)启动子的结构特点不同，真核有三种启动子的结构特点不同，真核有三种 不同的启动子和有关的元件；不同的启动子和有关的元件；(3)(3)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。第五十八页，本课件共有138页一一.真核的真核的RNARNA聚合酶聚合酶 表表12-2 12-2 真核生物的三种真核生物的三种RNARNA聚合酶的特点聚合酶的特点RNA PolRNA Pol位置位置 产物产物 相对活性相对活性 对对-鹅膏蕈的敏鹅膏蕈的敏Pol Pol 核仁核仁28s,18s,5.8s rRNAs 5028s,18s,5.8s rRNAs 5070%70%不敏感不敏感Pol Pol 核质核质hnRNA,mRNA,hnRNA,mRNA,某些某些SnRNA 20SnRNA 2040%40%高度敏感高度敏感Pol Pol 核质核质tRNA,5SrRNA,tRNA,5SrRNA,某些某些SnRNAs SnRNAs 10%10%片段特异，中等敏感片段特异，中等敏感 表表12-3 12-3 转录的抑制剂转录的抑制剂 抑制剂抑制剂 靶酶靶酶 抑制作用抑制作用 利福霉素利福霉素细菌全酶细菌全酶 和和亚基结合，抑制起始亚基结合，抑制起始 链霉溶菌素链霉溶菌素细菌核心酶细菌核心酶和和亚基结合，抑制起始亚基结合，抑制起始 放射线素放射线素D D真核真核PolPol和和DNADNA结合，阻止延伸结合，阻止延伸 -鹅膏蕈鹅膏蕈真核真核PolPol和和RNA PolRNA Pol结合结合 第五十九页，本课件共有138页 B220B220240Kda240Kda与模板结合，与链的起始，延伸有关，相与模板结合，与链的起始，延伸有关，相 当于原核当于原核 RNA PolRNA Pol的的亚基亚基C C端含有羧基末端功能区端含有羧基末端功能区 大亚基大亚基 B140B140150Kda150Kda与与DNADNA、底物和新生的、底物和新生的RNARNA结合结合,相当于原核相当于原核RNA PolRNA Pol B44.5 B44.5酶的连接，相当于原核酶的连接，相当于原核RNARNA的的亚基亚基RNA Pol RNA Pol ABC 27KDa ABC 27KDa 磷酸化蛋白，磷酸化蛋白，1 1类类三种三种RNA PolRNA Pol共有，如共有，如 ABC 25.5KDa ABC 25.5KDa 与与DNADNA结合有关结合有关 ABC 23KDa ABC 23KDa B 12.6 B 12.6 小亚基小亚基 2 2类类Pol Pol 特有特有 B 23B 23 B 14.5 B 14.5 B 10 B 10 3 3类类在某些条件下可除去的亚基在某些条件下可除去的亚基 B 23B 23参与酶的基本结构参与酶的基本结构 B 16.5B 16.5细胞器的细胞器的RNA PolRNA Pol和噬菌体的和噬菌体的RNARNA相似，因有单一固定的功能，分子量较小相似，因有单一固定的功能，分子量较小 表表12-3 12-3 真核生物聚合酶的成分及功能真核生物聚合酶的成分及功能第六十页，本课件共有138页二真核生物的启动子二真核生物的启动子 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）有多种元件：）有多种元件：TATA框框，GC框框，CATT框框，OCT等；等；（2）结构结构不恒定；不恒定；（3）它们的）它们的位置、序列、距离和方向位置、序列、距离和方向都不完全相同；都不完全相同；（4）有的有远距离的）有的有远距离的调控元件调控元件存在，如增强子；存在，如增强子；（5）这些元件常常起到）这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点控制转录效率和选择起始位点的作用的作用（6）不直接和）不直接和RNA pol结合；结合；（7）需多种需多种转录因子转录因子介入。介入。第六十一页，本课件共有138页 真核启动子含有不同的组件真核启动子含有不同的组件SV40 早期启动子早期启动子胸苷激酶胸苷激酶组蛋白组蛋白H2B -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 Oct CAAT GC TATA第六十二页，本课件共有138页(一一)类基因的启动子和调控区类基因的启动子和调控区 TATATATA框框 核心元件核心元件 启始子（启始子（initiatorinitiator，InrInr）:一般由一般由P PY2Y2CAPCAPY5Y5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、类启动子类启动子 上游元件组成上游元件组成 GC boxGC box Oct Oct 增强子（增强子（enhomcerenhomcer）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 seguences，UASsUASs）第六十三页，本课件共有138页起起 始始 子子起始点一般没有同源序列起始点一般没有同源序列mRNA的的第第一一个个碱碱基基倾倾向向A，另另一一侧侧翼翼由由Py组组成成称称为为起起始始子子（initiator,Inr).（在在原原核核CAT起起始始序序列列也有这种情况）。也有这种情况）。一般由一般由PY2CAPY5构成构成位于位于-3+5提供提供RNA pol 识别。识别。无无论论TATA是是否否存存在在，Inr对对启启动动子子的的强强度度和和起起始位点的选择都是重要的始位点的选择都是重要的。现已纯化了现已纯化了Inr 结合蛋白。结合蛋白。第六十四页，本课件共有138页核心元件核心元