现代分子生物学-第三章8352.pptx

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1、第三讲第三讲生物信息的传递生物信息的传递（上）从（上）从DNA到到RNA 1、RNA的转录的转录2、转录机器的主要成分、转录机器的主要成分3、启动子与转录起始、启动子与转录起始4、终止和抗终止、终止和抗终止5、原核生物和真核生物、原核生物和真核生物mRNA特征比较特征比较6、内含子的剪接、编辑、再编码及化学修饰、内含子的剪接、编辑、再编码及化学修饰From DNA to Protein DNA序列是遗传信息序列是遗传信息的贮存者，它通过自的贮存者，它通过自主复制得到永存，并主复制得到永存，并通过转录生成信使通过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白，翻译生成蛋白质的过程来控制生命质的过程来控制生命现

2、象。现象。基因表达包括转录（基因表达包括转录（transcription）和）和翻译（翻译（translation）两个阶段。）两个阶段。转录是指拷贝出一条与转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同链序列完全相同(除除了了TU之外）的之外）的RNA单链的过程，是基因表达的单链的过程，是基因表达的核心步骤。核心步骤。翻译是指以新生的翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列、合成多肽链的过遗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。程，是基因表达的最终目的。3.1 RNA的转录的转录(Transcription)生物体内拥有

3、三类生物体内拥有三类RNA：1、编码特定蛋白质序列的、编码特定蛋白质序列的mRNA；2、能特异性解读、能特异性解读mRNA中的遗传信息并将其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转化成相应氨基酸后加入多肽链中的tRNA；3、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。DNA-mRNA-the encoded peptide编码链（编码链（coding strand）:与与mRNA序序列相同的那条列相同的那条DNA链链,或称有意义链或称有意义链（sense strand）.模板链（模板链（template strand）:根据碱根据碱基互补原则指导基互补原则指

4、导mRNA合成的合成的DNA链链,或称反义链（或称反义链（antisense strand）。）。DNA模板与分子及多肽链之间存在共线性关系模板与分子及多肽链之间存在共线性关系 Transcription:the synthesis of a single-stranded RNA from a double-stranded DNA template.1.RNA是以是以53方向合成的，它的序列是与方向合成的，它的序列是与DNA编码链编码链（意（意义链义链）相同。）相同。2.RNA 的合成是以反义链（模板链）为模板。的合成是以反义链（模板链）为模板。3.同在同在DNA中一中一样样，形成磷酸二脂

5、，形成磷酸二脂键键（Phosphodiesterbonds）。）。4.必需的成分必需的成分:RNApolymerase,rNTPs,transcriptionfactors,promoter&terminator/templateRNA合成的特点合成的特点转录的基本过程转录的基本过程 1、模板识别、模板识别(TemplateRecognition)2、转录起始、转录起始(Initiation)3、转录的延伸、转录的延伸(Elongation)4、转录的终止、转录的终止(Termination)1、RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子DNA双链相互作用双链相互作用并与之相结合的过程。并与之相结合的

6、过程。模板识别模板识别2、转录起始前，启动子附近的、转录起始前，启动子附近的DNA双链分双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。的碱基配对。1.在在起起始始位位点点合合成成RNA链链：第第一一个个核核苷苷酸酸键键的的产生，该位点被称为产生，该位点被称为position+1。转录起始转录起始2.转录起始后直到形成转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启个核苷酸短链是通过启动子阶段。动子阶段。3.通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。通过启动子的时间代表一个启动子的强弱。转录起始转录起始就是就是RNA链上第一个核苷酸键的产链上第一个核苷酸

7、键的产生。生。转录的延伸转录的延伸RNA聚聚合合酶酶离离开开启启动动子子，沿沿DNA链链移移动动并并使使新新生生RNA链链不不断断伸伸长长的的过程就是转录的延伸。过程就是转录的延伸。共价地向生长共价地向生长RNA链的链的3端添加核糖核苷酸端添加核糖核苷酸RNA聚合酶是以聚合酶是以53方向来延长方向来延长RNA链链RNA聚合酶本身沿着反义链以聚合酶本身沿着反义链以35方向移动方向移动转录的终止转录的终止合成的终止：合成的终止：当当RNA链延伸到转录终止位点时，链延伸到转录终止位点时，RNApolymerase和和RNA链均从链均从DNA模板上释放出模板上释放出来。来。Terminator:通常含

8、有自我互补区域通常含有自我互补区域(self-complementaryregions)，在，在RNA产物中可以形成产物中可以形成stem-loop或或hairpin结构结构。真真核核生生物物RNA聚聚合合酶酶不不能能直直接接识识别别基基因因的的启启动动子子区区，需需要要一一些些被被称称为为转转录录调调控控因因子子的的辅辅助助蛋蛋白白质质按按特特定定顺顺序序结结合合于于启启动动子子上上，RNA聚聚合合酶酶才才能能与与之之相相结结合合并并形形成成复复杂杂的的前前起起始始复合物复合物(PIC)以保证有效地起始转录。以保证有效地起始转录。前起始复合物前起始复合物(preinitiationtrans

9、criptioncomplex,PIC)3.2 转录机器的主要成分转录机器的主要成分1.RNA聚合酶聚合酶(RNApolymerase)2.转录复合物转录复合物 RNA聚合酶聚合酶(RNA polymerase)RNA聚合酶是转录过程中最关键的酶。聚合酶是转录过程中最关键的酶。1.主要以双链主要以双链DNA为模板，以为模板，以4种核苷三磷酸作种核苷三磷酸作为活性前体。为活性前体。2.需要需要Mg2+/Mn2+为辅助因子。为辅助因子。3.它不需要任何引物。它不需要任何引物。4.以以5 3 方向合成方向合成RNA链。链。5.缺乏缺乏3 5 外切酶活性。外切酶活性。6.是一个含有多个亚单位是一个含有

10、多个亚单位(multi-subunit)的酶。的酶。(1)(1)识别识别DNADNA双链上的起始子；双链上的起始子；(2)(2)(2)(2)使使DNADNA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)(3)(3)(3)通过阅读启动子序列，通过阅读启动子序列，RNA Pol RNA Pol 确确定它自己的转录方向和模板链。定它自己的转录方向和模板链。(4)(4)(4)(4)最后当它达到终止子时，通过识别最后当它达到终止子时，通过识别停止转录。停止转录。RNA聚合酶聚合酶 需执行的功能需执行的功能2 alpha()subunit,1 beta()subunit,1 beta prim

11、e()subunit,1 omega()subunit,1 sigma()subunit原核生物原核生物(E.coli)的的RNA聚合聚合酶酶Core enzymeHoloenzyme聚合酶全酶聚合酶全酶相对分子量：相对分子量：4.65105参与参与转录转录延伸延伸只与只与转录转录的的起始有关起始有关36.5 KD36.5 KD151 KD155 KD11 KD70 KDE.coli 只有一个只有一个 DNA-directed RNA聚合聚合酶酶，来合成所有来合成所有类类型的型的RNA。原核生物原核生物(E.coli)的的RNA聚合聚合酶酶 是细胞中最大的酶之一。是细胞中最大的酶之一。由由5种

12、种subunits 组成组成 聚合酶全酶聚合酶全酶(holoenzyme),包括包括 2,1,1,1 以及以及1 subunits。形状象一个圆筒状通道，可以直接与形状象一个圆筒状通道，可以直接与16 bp DNA结合。整个聚合酶可结合结合。整个聚合酶可结合60 bp DNA。RNA 合成速率合成速率:40 nt/秒秒,37oC。表表3-1大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析聚合酶的组成分析亚基亚基基因基因相对分相对分子量子量亚基亚基数数组分组分功能功能rpoA3.651042核心酶核心酶核心酶组装，启动子识别。核心酶组装，启动子识别。rpoB1.511051核心酶核心酶和和共同形成共同形成

13、RNA合成的合成的活性中心。活性中心。rpoC1.551051核心酶核心酶？111041核心酶核心酶未知未知rpoD7.01041因子因子存存在在多多种种因因子子，用用于于识识别别不同的启动子不同的启动子是核心酶中的两个相同的亚单位是核心酶中的两个相同的亚单位由由rpoA基因编码基因编码与核心酶的组装有关与核心酶的组装有关参与参与RNA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E.coliRNApolymerase:subunit*T4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亚基的一个精氨酸残基进行氨酸残基进行ADP糖基化修饰，造成糖基化修饰，造成RNA聚合聚

14、合酶全酶对启动子亲和力降低。酶全酶对启动子亲和力降低。和和分别由分别由rpoB和和rpoC基因编码。基因编码。E.coliRNApolymerase:&subunit由由和和亚基组成了聚合酶的催化中心。亚基组成了聚合酶的催化中心。它们在序列上与真核生物它们在序列上与真核生物RNA聚合酶的两个聚合酶的两个大亚基有同源性。大亚基有同源性。亚基能与模板亚基能与模板DNA、新生、新生RNA链及核苷酸底链及核苷酸底物相结合。物相结合。rpoB和和rpoC基因的突变会影响基因的突变会影响转录所有的阶段。转录所有的阶段。负责模板链的选择和转录的起始：负责模板链的选择和转录的起始：E.coliRNApolym

15、erase:factor与与因子的结合使因子的结合使RNA聚合酶从核心酶转变为聚合酶聚合酶从核心酶转变为聚合酶全酶。全酶。是启动子识别的关键的酶，不仅增加聚合酶对启是启动子识别的关键的酶，不仅增加聚合酶对启动子的亲和力动子的亲和力(提高提高103倍倍)，还可降低它对非专一位，还可降低它对非专一位点的亲和力点的亲和力(降低降低104倍倍)，使酶底复合物的半衰期小，使酶底复合物的半衰期小于于1s。在细胞中对在细胞中对因子量的需求少于聚合酶中其它亚单因子量的需求少于聚合酶中其它亚单位。位。大肠杆菌中的大肠杆菌中的因子能识别并与因子能识别并与启动子区的特异性序列相结合启动子区的特异性序列相结合因子因子

16、基因基因功能功能-35区区间隔间隔（bp）-10区区70rpoD广泛广泛TTGACA16-18TATAAT32rpoH热休克热休克TCTCNCCCTTGAA13-15CCCCATNTA54rpoN氮代谢氮代谢CTGGNA6TTGCA有有3类类RNA聚合酶；聚合酶；真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶结构比大肠杆菌结构比大肠杆菌RNA聚合酶复杂；聚合酶复杂；在细胞核中的位置不同；在细胞核中的位置不同；负责转录的基因不同，对负责转录的基因不同，对-鹅膏蕈碱的敏感鹅膏蕈碱的敏感性也不同。性也不同。真核生物真核生物RNA聚合酶一般有聚合酶一般有8-14个亚基所组成，个亚基所组成，相对分子质量超过相对

17、分子质量超过5105。真核细胞中三类真核细胞中三类RNA聚合酶特性比较聚合酶特性比较酶酶细胞内细胞内定位定位转录产转录产物物相对活相对活性性对对-鹅膏鹅膏蕈碱的敏蕈碱的敏感程度感程度RNA聚合聚合酶酶I核仁核仁rRNA(28S,18S,5.8S)50%-70%不敏感不敏感RNA聚合聚合酶酶II核质核质hnRNA*,snRNA,mRNA20%-40%敏感敏感RNA聚合聚合酶酶III核质核质tRNA,5SRNA,snRNA约约10%存在物种存在物种特异性特异性*hnRNA:heterogeneousnuclearRNA,核内不均一核内不均一RNA,RNA的前体的前体转录的抑制剂转录的抑制剂抑制剂抑

18、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，抑亚基结合，抑制起始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，抑亚基结合，抑制起始制起始放射线素放射线素D真核真核Pol和和DNA结合，阻止结合，阻止延伸延伸-鹅膏蕈鹅膏蕈真核真核Pol和和RNAPol结合结合RNA合成抑制剂主要分两类合成抑制剂主要分两类:1.模板结合抑制剂模板结合抑制剂2.聚合酶抑制剂聚合酶抑制剂在动、植物及昆虫的细胞中，在动、植物及昆虫的细胞中，RNAPol的的活性可被低浓度的活性可被低浓度的-鹅膏蕈碱所抑制。但却鹅膏蕈碱所抑制。但却不抑制不抑制pol。Pol对对-鹅膏蕈的反应，

19、不同的生物有所鹅膏蕈的反应，不同的生物有所差异。在动物细胞中高浓度的差异。在动物细胞中高浓度的-鹅膏蕈可抑鹅膏蕈可抑制转录，在昆虫中不受抑制。制转录，在昆虫中不受抑制。真核生物真核生物RNA聚合酶的亚基聚合酶的亚基RNA聚合酶聚合酶IRNA聚合酶聚合酶IIRNA聚合酶聚合酶IIIRPA1RPB1()RPC1RPA2RPB2()RPC2RPC5RPB3(I)RPC5RPC9RPB11(II)RPC9RPB6RPB6()RPB6其它其它9个亚基个亚基其它其它7个亚基个亚基其它其它11个亚基个亚基注：亚基按照分子量由大到小的顺序排列。注：亚基按照分子量由大到小的顺序排列。真核生物真核生物RNA聚合酶

20、一般有聚合酶一般有8-16个亚基所组成个亚基所组成,相对分相对分子质量超过子质量超过5105。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1105的的大亚基；大亚基；真核生物真核生物RNA聚合酶的主要特征聚合酶的主要特征同种生物同种生物3类聚合酶有类聚合酶有“共享共享”小亚基的倾小亚基的倾向，即有几个小亚基是其中向，即有几个小亚基是其中3类或类或2类聚合类聚合酶所共有的。酶所共有的。真核生物线粒体和叶绿体中存在真核生物线粒体和叶绿体中存在不同的不同的RNA聚合酶聚合酶线粒体中线粒体中RNA聚合酶：聚合酶：只有一条多肽链，相对分子量小于只有一条多肽链，相对分子量小于7 X 104

21、，是已知，是已知最小的最小的RNA聚合酶之一；聚合酶之一；与与T7噬菌体噬菌体RNA聚合酶有同源性。聚合酶有同源性。叶绿体中叶绿体中RNA聚合酶：聚合酶：比较大；比较大；结构上与细菌中的聚合酶相似，由多个亚基组成，结构上与细菌中的聚合酶相似，由多个亚基组成，部分亚基由叶绿体基因编码。部分亚基由叶绿体基因编码。线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体RNA聚合酶活性不受聚合酶活性不受-鹅膏蕈鹅膏蕈碱所抑制。碱所抑制。模板模板DNA进入转录复合体的路径进入转录复合体的路径（A）俯瞰图。双螺旋DNA用倾斜的圆筒表示，TF II转录因子的结合位点用虚圈表示；（B）后视图。DNA从钳子型结构和墙体或平滑结构的中间穿

22、越。TherearevariouschannelsallowingDNA,RNAandribonucleotides(rNTPs)intoandoutoftheenzymesactivecentercleftRNApolymerase/transcriptionandDNApolymerase/replicationRNApolDNApolTemplatedsDNAdsDNARequireprimer NoYesInitiationpromoteroriginelongation40nt/sec900bp/secExonucleaseactivityNoYesterminatorSynthes

23、izedRNATemplateDNA封封闭闭复复合合物物（closedcomplex）:启启动动子子选选择择阶阶段段包包括括RNA聚聚合合酶酶全全酶酶对对启启动动子子的的识识别别，聚聚合合酶酶与与启启动动子子可可逆逆性性结结合合形形成成封封闭闭复复合合物物，此此时，时，DNA仍处于双链状态。仍处于双链状态。开放复合物（开放复合物（opencomplex）:聚合酶全酶所聚合酶全酶所结合的结合的DNA序列中有一小段双链被解开序列中有一小段双链被解开,封闭复封闭复合物转变成开放复合物合物转变成开放复合物。对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复合对于强启动子来说，从封闭复合物到开放复合物的转变是不可逆

24、的，是快反应。物的转变是不可逆的，是快反应。转录复合物转录复合物开放复合物与最初的两个开放复合物与最初的两个NTP相结合并在这相结合并在这两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后即转变成包括包括RNA聚合酶聚合酶、DNA和和新生新生RNA的的三元三元复合物复合物(ternarycomplex)。RNA合成的起始合成的起始 1.核心酶在核心酶在因子参与下与模板因子参与下与模板DNA接触，生接触，生成非专一、不稳定的复合物在模板上移动；成非专一、不稳定的复合物在模板上移动；2.2.起始识别：全酶与模板的启动子结合，产起始识别：全酶与模板的启动子结合，产生生封闭封闭的的“

25、酶酶-启动子二元复合物启动子二元复合物”（closedbinarycomplex）；）；1.3.全酶紧密地结合在启动子的全酶紧密地结合在启动子的-10序列处，模序列处，模板板DNA局部变性，形成局部变性，形成“开放开放的启动子二元的启动子二元复合体复合体”（openbinarycomplex）；）；4.酶移动到转录起始点挂上，第一个酶移动到转录起始点挂上，第一个rNTP转录转录开始，开始，因子释放，形成酶因子释放，形成酶-启动子启动子-rNTP三三元元复合体。复合体。DNA的转录循环假说的转录循环假说transcriptioncycletranslocationmechanism 三磷酸核苷酸

26、（三磷酸核苷酸（NTP）填补了开放的底物位点并在活性位点形成）填补了开放的底物位点并在活性位点形成磷脂键；此时，处于磷脂键；此时，处于RNA聚合酶聚合酶II活性位点的核酸发生活性位点的核酸发生“移位移位”，其中连接区的，其中连接区的-螺旋结构从笔直变为弯折再恢复为笔直状态，螺旋结构从笔直变为弯折再恢复为笔直状态，为下一轮的为下一轮的RNA合成留出了空的底物位点。合成留出了空的底物位点。真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶II所形成的转录起始复合物所形成的转录起始复合物蛋白质蛋白质亚基数亚基数亚基的分子量亚基的分子量（kDa）功功能能RNA聚合酶聚合酶II1210-220催化催化RNA的生物合成的

27、生物合成TBP138与启动子上的与启动子上的TATA区相结合区相结合TFIIA312，19，35使使TBP及及TFIIB与启动子的结合比较与启动子的结合比较稳定稳定TFIIB135与与TBP相结合，吸引相结合，吸引RNA聚合酶和聚合酶和TFIIF到启动区上到启动区上TFIID1215-250与各种调控因子相互作用与各种调控因子相互作用TFIIE234，57吸引吸引TFIIH，有，有ATP酶及解链酶活性酶及解链酶活性TFIIF230，74结合结合RNA聚合酶聚合酶II并在并在TFIIB帮助下帮助下阻止聚合酶与非特异性阻止聚合酶与非特异性DNA序列相序列相结合结合TFIIH1235-89在启动子区

28、解开在启动子区解开DNA双链，使双链，使RNA聚合酶聚合酶II磷酸化，接纳核苷酸切除修磷酸化，接纳核苷酸切除修复体系复体系3.3 启动子与转录起始启动子与转录起始大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶与启动子的相互作用主聚合酶与启动子的相互作用主要包括：要包括：启动子区的识别；启动子区的识别；酶与启动子的结合；酶与启动子的结合；因子的结合与解离。因子的结合与解离。转转录录起起点点是是指指与与新新生生RNA链链第第一一个个核核苷苷酸酸相相对对应应DNA链上的碱基，通常为嘌呤。链上的碱基，通常为嘌呤。把起点把起点5末端的序列称为上游（末端的序列称为上游（upstream），），把其把其3末端的序列称为下游（

29、末端的序列称为下游（downstream）。）。转录单元（转录单元（transcriptionunit）启动子区的基本结构启动子区的基本结构启启动动子子是是一一段段位位于于结结构构基基因因5端端上上游游区区的的保保守守的的DNA序序列列，能能活活化化RNA聚聚合合酶酶，使使之之与与模模板板DNA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。1975年，年，Pribnow和和Schaller将将RNA聚合酶全酶与模板聚合酶全酶与模板DNA结合结合后，用后，用DNaseI降解降解DNA，得到，得到4144个核苷酸对的个核苷酸对的DNA片段。片段。10区区(Pribnow区

30、区)的发现的发现序列分析发现，在被保护区内序列分析发现，在被保护区内有一个由有一个由5个核苷酸组成的保守个核苷酸组成的保守序列，是聚合酶结合位点，称序列，是聚合酶结合位点，称为为Pribnow区，其中央大约位区，其中央大约位于起点上游于起点上游10bp处，所以又称处，所以又称为为10区。区。转录启动子区转录启动子区DNA序列的分离纯化过程图示序列的分离纯化过程图示原核基因启动子原核基因启动子-10序列序列(Pribnow框盒框盒)其保守序列为其保守序列为TATAAT，位于，位于-10bp左右，其左右，其中中3端的端的“T”十分保守。十分保守。A.T较丰富，易于解链。较丰富，易于解链。它和转录起

31、始位点它和转录起始位点I一般相距一般相距5bp。功能功能:(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。如如果果把把Pribnow区区从从TATAAT变变成成AATAAT就就会会使使该启动子发生该启动子发生下降突变下降突变(downmutation)；如果增加如果增加Pribnow区的共同序列，将乳糖操纵子的区的共同序列，将乳糖操纵子的启动子中的启动子中的TATGTT变成变成TATATT，就会提高启动，就会提高启动子的效率，称为子的效率，称为上升突变上升突变(upmutation)。提纯被保护的片段后却提纯被保护

32、的片段后却发现，发现，RNA聚合酶并不聚合酶并不能重新结合或并不能选能重新结合或并不能选择正确的起始点，表明择正确的起始点，表明在保护区外可能还存在在保护区外可能还存在与与RNA聚合酶对启动子聚合酶对启动子的识别有关的序列。的识别有关的序列。?科科学学家家又又从从噬噬菌菌体体的的左左、右右启启动动子子PL及及PR和和SV40启启动动子子的的35bp附附近近找找到到了了另另一一段段共共同序列：同序列：TTGACA。35区的发现区的发现-35序列序列(Sextama盒盒)其保守序列为其保守序列为TTGACA，与与-10序列相隔序列相隔16-19bp。功能功能:(1)为为RNA Pol的识别位点。的

33、识别位点。(2)RNA Pol的核心酶只能起到和模板结合和的核心酶只能起到和模板结合和催化的功能，并不能识别催化的功能，并不能识别-35序列，只有序列，只有亚亚基才能识别基才能识别-35序列，为转录选择模板链。序列，为转录选择模板链。35区区10区区T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100 现现已已证证实实大大部部分分启启动动子子都都存存在在这这两两段段共共同同序序列列，即即位位于于10bp处处的的TATA区区和和35bp处处的的TTGACA区区，它它们们是是RNA聚聚合合酶酶与与启启动动子子的的结结合合位位点点,能能与与因子相互识别而具有很高的亲和力。因子相互识别

34、而具有很高的亲和力。100个个E.coli的不同启动子的序列测定结果的不同启动子的序列测定结果10区和区和35区的最佳距离区的最佳距离在原核生物中在原核生物中，10区和区和35区的区的最佳距离大约是最佳距离大约是1619 bp。过大或过小都会降低转录活性。过大或过小都会降低转录活性。这可能是因为这可能是因为RNA Pol本身的大小和本身的大小和空间结构有关。空间结构有关。geneTTGACAAACTGTTATAATPuATATTAPytranscribedinitiationsite-50-40-30-20-101105RecognitionsiteBindingsitePribnowboxp

35、romoter40-80bp123（1）结构典型，都含有识别（）结构典型，都含有识别（R），结合（），结合（B）和起始（）和起始（I）三个）三个位点；位点；（2）序列保守，如）序列保守，如-35序列，序列，-10序列结构都十分保守；序列结构都十分保守；（3）位置和距离都比较恒定；）位置和距离都比较恒定；（4）直接和多聚酶相结合；）直接和多聚酶相结合；（5）常和操纵子相邻；）常和操纵子相邻；（6）都在其控制基因的）都在其控制基因的5端；端；（7）决定转录的启动和方向。）决定转录的启动和方向。原核生物启动子原核生物启动子的共同的特点的共同的特点启动子区的识别启动子区的识别RNA聚合酶并不直接识别碱

36、基对本身，聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过而是通过氢键互补氢键互补的方式加以识别。的方式加以识别。氢键互补学说较为圆满地解释了启动子氢键互补学说较为圆满地解释了启动子功能既受功能既受DNA序列影响，又受其构象影序列影响，又受其构象影响这一事实。响这一事实。真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶II所识别的启动子区所识别的启动子区Hogness等等发发现现类类似似Pribnow区区的的Hogness区区，在在转转录录起起始始点点上上游游2530bp处处，保保守守序序列列为为TATAAA，也称，也称TATA区。区。在起始位点上游在起始位点上游7078bp处还有另一段共同序处还有另一段共同序列列C

37、CAAT，称为，称为CAAT区（区（CAATbox）。）。真核生物启动子的结构特点真核生物启动子的结构特点1.核心元件核心元件TATAbox:2530bp区区启始子启始子(initiator，Inr)：转录起始位点附：转录起始位点附近近2.上游启动子元件（上游启动子元件（UPE）CAATbox：7080区区CCAAT序列序列GCbox:80110含有含有GCCACACCC或或GGGCGGG序列。序列。上游启动子元件上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）：）：将将TATA区上游的保守序列称为上游启区上游的保守序列称为上游启动子元件或称上游激活序列（动子元件或

38、称上游激活序列（upstream activating sequence，UAS）。）。TATA区区-使转录精确地起始使转录精确地起始:如如果果除除去去TATA区区或或进进行行碱碱基基突突变变，转转录录产产物物下下降降的的相相对对值值不不如如CAAT区区或或GC区区突突变变后后明明显显，但但发发现现所所获获得得的的RNA产产物物起起始始点点不不固固定。定。真核生物启动子对转录的影响真核生物启动子对转录的影响 CAAT区和区和GC区主要控制转录起始频率：区主要控制转录起始频率：基本不参与起始位点的确定。基本不参与起始位点的确定。研究研究SV40晚期基因启动子发现，上游激活区的存在与否，对该晚期基

39、因启动子发现，上游激活区的存在与否，对该启动子的生物活性有着根本性的影响。若将该基因启动子的生物活性有着根本性的影响。若将该基因5上游上游2147核苷酸序列切除，基因完全不表达核苷酸序列切除，基因完全不表达SV40基因启动子上基因启动子上TATAAA及邻近区域对基及邻近区域对基因转录活性的影响因转录活性的影响增强子增强子(enhancer)1981年年由由Benerji,Rusconi小小组组和和Chambom等等发发现现的的，又又称称远远上上游游序序列列（farupstreamsequence）。）。已已在在SV40的的转转录录单单元元上上发发现现其其转转录录起起始始位位点点上上游游约约20

40、0bp处处有有两两段段72bp长长的的重重复复序序列列，它它们们不不是是启启动动子子的的一一部部分分，但但能能增增强强或或促促进进转转录录的的起起始始，因因此此，称称这这种种能能强强化化转转录录起起始始的的序序列列为为增强子或强化子（增强子或强化子（enhancer）。）。远端调控区远端调控区 增强子特点增强子特点 具有远距离效应。具有远距离效应。无方向性。无方向性。顺式调节。顺式调节。无物种和基因的特异性无物种和基因的特异性，具有组织的特异性。具有组织的特异性。有相位性。有相位性。有的增强子可以对外部信号产生反应。有的增强子可以对外部信号产生反应。真核生物的启动子特点真核生物的启动子特点（1

41、）有多种元件：）有多种元件：TATA框，框，GC框，框，CATT框，框，OCT等；等；（2）结构不恒定。）结构不恒定。（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）有的有远距离的调控元件存在，如增强子；）有的有远距离的调控元件存在，如增强子；（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）不直接和）不直接和RNA Pol结合。转录时先和其它转录激活因子相结结合。转录时先和其它转录激活因子相结合，再和聚合酶结合。合，再和聚合酶结合。TATA boxHogness boxpromot

42、er gene-50 -40 -30 -20 -10 1 10 5CAAT boxGC box原核和真核生物基因转录起原核和真核生物基因转录起始位点上游区的结构比较始位点上游区的结构比较 不依赖于不依赖于因子的终止因子的终止依赖于依赖于因子的终止因子的终止3.4终止和抗终止终止和抗终止大肠杆菌中的两种终止子大肠杆菌中的两种终止子Rho非依赖型终止子的序列非依赖型终止子的序列由两个序列原件组成：由两个序列原件组成：一段短的反向重复序列一段短的反向重复序列（大约（大约20个核苷酸）个核苷酸）;其后是一段大约其后是一段大约8个个A：T碱基对的序列。碱基对的序列。由它转录出由它转录出mRNA可形可形成

43、茎环结构，可阻止成茎环结构，可阻止RNApol的前进。的前进。不依赖于不依赖于因子的终止子因子的终止子(固有终止子固有终止子)茎的区域富内含茎的区域富内含G-C，使茎环不，使茎环不易解开；易解开；强终止子强终止子3端上有端上有4-6个个U，由于，由于它和模板形成的连续它和模板形成的连续U-A配对较易配对较易打开，从而便于释放出打开，从而便于释放出RNA。E coli大约大约一半的基因含有内部一半的基因含有内部终止子。终止子。终止效率与二重对称序列和寡终止效率与二重对称序列和寡聚聚U的长短有关，随着发卡式结的长短有关，随着发卡式结构和寡聚构和寡聚U序列长度的增加，终序列长度的增加，终止效率逐步提

44、高。止效率逐步提高。依赖于依赖于因子的终止因子的终止只含有自我互只含有自我互补补区域，区域，可形成茎环结构，但在茎中的可形成茎环结构，但在茎中的G.C含量少，茎环易打开。含量少，茎环易打开。其终止需要其终止需要因子的参与。因子的参与。因子与因子与ssRNA的特定位点结合的特定位点结合(C丰富，丰富，G缺乏缺乏)。通过催化通过催化NTP的水解促使新生的水解促使新生RNA链从三元转录复链从三元转录复合物中解离。合物中解离。因子因子因子因子是一个相对分子是一个相对分子质量为质量为2.0105的的六聚六聚体体蛋白。蛋白。其功能是作为其功能是作为RNApol的一种辅助因子，的一种辅助因子，当其浓度为当其

45、浓度为RNApol浓度的浓度的10%时在体外时在体外可发挥最高的活性。可发挥最高的活性。结合到结合到RNA链终止子上游的链终止子上游的某一点某一点因子结合以后延着因子结合以后延着RNA向向3端移动，跟踪聚合酶端移动，跟踪聚合酶追上在终止位点暂停的追上在终止位点暂停的RNA聚合酶聚合酶终止终止-三元复合物解体三元复合物解体因子参与的因子参与的RNA合成终止模式合成终止模式“穷追穷追”（hotpursuit）模型）模型 抗终止抗终止破坏终止位点破坏终止位点RNA的茎环结构的茎环结构依赖于蛋白质因子的转录抗终止依赖于蛋白质因子的转录抗终止破坏终止位点破坏终止位点RNA的茎环结构的茎环结构一些控制氨基

46、酸合成的操纵子结构基因前有一些控制氨基酸合成的操纵子结构基因前有一段前导序列，带有终止信号并有串联的编一段前导序列，带有终止信号并有串联的编码某一氨基酸的密码子码某一氨基酸的密码子;当介质中该氨基酸浓度较高时，与此相对应当介质中该氨基酸浓度较高时，与此相对应的氨酰基的氨酰基tRNA含量也高，核糖体能顺利通过含量也高，核糖体能顺利通过串联密码子串联密码子mRNAmRNA能形成包括末端茎环结能形成包括末端茎环结构的正常二级结构，构的正常二级结构，RNARNA聚合酶终止转录。聚合酶终止转录。当介质中该氨基酸浓度较高时，与此相对应的当介质中该氨基酸浓度较高时，与此相对应的氨酰基氨酰基tRNA含量高，核

47、糖体顺利通过串联密含量高，核糖体顺利通过串联密码子码子，mRNAmRNA能形成包括末端茎环结构的正常能形成包括末端茎环结构的正常二级结构，二级结构，RNARNA聚合酶终止转录。聚合酶终止转录。当当该氨基酸浓度低时，相应氨酰基该氨基酸浓度低时，相应氨酰基tRNA缺乏，缺乏，核糖体滞留在串联密码子上核糖体滞留在串联密码子上，mRNAmRNA不能形成特不能形成特定的二级结构，末端茎环结构被破坏，出现定的二级结构，末端茎环结构被破坏，出现转录转录抗终止抗终止现象。现象。依赖于蛋白质因子的转录抗终止依赖于蛋白质因子的转录抗终止3.5原核与真核生物原核与真核生物mRNA特征比较特征比较原核生物中，原核生物

48、中，mRNA的转录和翻译不仅发生在同的转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里，而且这两个过程几乎是同步进一个细胞空间里，而且这两个过程几乎是同步进行的行的。真核细胞的真核细胞的mRNA往往以较大分子量前体往往以较大分子量前体RNA出现在核内，只有成熟的、相对分子质量明显变出现在核内，只有成熟的、相对分子质量明显变小并经化学修饰的小并经化学修饰的mRNA才能进入细胞质，参与才能进入细胞质，参与蛋白质的合成。所以，真核细胞蛋白质的合成。所以，真核细胞mRNA的合成和的合成和功能表达发生在不同的空间和时间范畴内。功能表达发生在不同的空间和时间范畴内。原核生物原核生物mRNA的特征的特征半衰期短。半衰期

49、短。许多原核生物许多原核生物mRNA以多顺反子的形式以多顺反子的形式存在。存在。原原核核生生物物mRNA的的5端端无无帽帽子子结结构构，3端端没有或只有较短的多聚（没有或只有较短的多聚（A）结构。）结构。1.半衰期短半衰期短原核生物中，原核生物中，mRNA的转录和翻译是在同的转录和翻译是在同一个细胞空间里同步进行的，蛋白质合成往一个细胞空间里同步进行的，蛋白质合成往往在往在mRNA刚开始转录时就被引发了。刚开始转录时就被引发了。大多数细菌大多数细菌mRNA在转录开始在转录开始1分钟后就开分钟后就开始降解。始降解。mRNA降解的速度大概只有转录或降解的速度大概只有转录或翻译速度的一半。翻译速度的

50、一半。2.许许多多以以多多顺顺反反子子的的形形式式存存在在：原原核核细细胞胞的的mRNA（包包括括病病毒毒）有有时时可可以以同同时时编编码码几个多肽。几个多肽。单顺反子单顺反子mRNA(monocistronicmRNA):只编码一个蛋白质的只编码一个蛋白质的mRNA。多顺反子多顺反子mRNA(polycistronicmRNA):编码多个蛋白质的编码多个蛋白质的mRNA。ProkaryoticmRNA(polycistrionic)EukaryoticmRNA(monocistrionic)mRNA的组成：的组成：编码区编码区(codingregion)：从起始密码子：从起始密码子AUG开开