第三章轉錄機制演示文稿本文檔共59頁；當前第1頁；編輯于星期六\10點2分優選第三章轉錄機制本文檔共59頁；當前第2頁；編輯于星期六\10點2分本章主要內容轉錄的機制RNA的加工本文檔共59頁；當前第3頁；編輯于星期六\10點2分第一節

轉錄的機制一些基本概念RNA聚合酶原核生物DNA的轉錄真核生物DNA的轉錄本文檔共59頁；當前第4頁；編輯于星期六\10點2分一些基本概念基因上的信息被用來合成功能性基因產物的過程。功能性基因產物包括蛋白質和功能性RNA(tRNA,rRNA等）

基因表達（geneexpression)本文檔共59頁；當前第5頁；編輯于星期六\10點2分

一些基本概念轉錄（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mRNA合成的鏈本文檔共59頁；當前第6頁；編輯于星期六\10點2分

5’→3’3’→5’DNA轉錄的簡單圖解本文檔共59頁；當前第7頁；編輯于星期六\10點2分一些基本概念不對稱轉錄（asymmetrictranscription)

DNA分子雙鏈上的某一任意給定的區域內，DNA只有

一條鏈被轉錄，另一條鏈不轉錄5’5’3’3’編碼鏈模板鏈轉錄方向模板鏈編碼鏈轉錄方向本文檔共59頁；當前第8頁；編輯于星期六\10點2分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

線粒體本文檔共59頁；當前第9頁；編輯于星期六\10點2分RNA聚合酶催化反應的特點模板：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，不需要引物轉錄起始受多種調節蛋白的調節本文檔共59頁；當前第10頁；編輯于星期六\10點2分原核生物的RNA聚合酶本文檔共59頁；當前第11頁；編輯于星期六\10點2分原核生物的RNA聚合酶一種RNA聚合酶負責所有RNA包括mRNA,rRNA和tRNA的合成

核心酶（coreenzyme):α2ββ’ω

全酶（holoenzyme):

α2ββ’ωσ本文檔共59頁；當前第12頁；編輯于星期六\10點2分大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因大小（kDa)亞基數功能αrpoA362

參與聚合酶的組裝，啟動子識別以及參與和調節蛋白的相互作用βrpoB1511Β和β’一起構成催化中心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本文檔共59頁；當前第13頁；編輯于星期六\10點2分本文檔共59頁；當前第14頁；編輯于星期六\10點2分真核生物中的RNA聚合酶真核生物中三類RNA聚合酶（I,II,III)的DEAE-Sephadex凝膠分離本文檔共59頁；當前第15頁；編輯于星期六\10點2分真核生物中的RNA聚合酶α－鵝膏蕈堿本文檔共59頁；當前第16頁；編輯于星期六\10點2分真核生物中的RNA聚合酶45SrRNA本文檔共59頁；當前第17頁；編輯于星期六\10點2分經免疫共沉淀及SDS分離純化的酵母RNA聚合酶II的亞基組成本文檔共59頁；當前第18頁；編輯于星期六\10點2分不同生物RNApol三維結構的比較羧基端結構域（carboxyl-terminaldomain,CTD)YSPTSPT本文檔共59頁；當前第19頁；編輯于星期六\10點2分RNApol的三維結構鉗狀結構使聚合酶能錨定在DNA模板上舵狀結構是防止DNA/RNA雜交雙鏈持續存在翼狀結構是防止在轉錄延伸階段轉錄物掉下來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本文檔共59頁；當前第20頁；編輯于星期六\10點2分原核生物的DNA轉錄轉錄單元（transcriptionunit)

一段從啟動子開始到終止子結束的DNA序列本文檔共59頁；當前第21頁；編輯于星期六\10點2分原核生物轉錄的起始啟動子（promoter)

能被RNA聚合酶直接或間接識別、結合并啟動基因轉錄的一段DNA序列一般位于基因上游啟動子序列具有高度保守性本文檔共59頁；當前第22頁；編輯于星期六\10點2分DNaseIfootprinting本文檔共59頁；當前第23頁；編輯于星期六\10點2分本文檔共59頁；當前第24頁；編輯于星期六\10點2分←上游下游→本文檔共59頁；當前第25頁；編輯于星期六\10點2分原核生物啟動子的特征-10區（Pribnowbox)

保守序列是TATAAT，是RNA聚合酶牢固結合位點-35區

保守序列是TTGACA,是RNA聚合酶σ因子的結合位點，也是RNA聚合酶的初始結合位點-10區和-35區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本文檔共59頁；當前第26頁；編輯于星期六\10點2分

增強元件（upelement)

轉錄活性極強的基因（rRNA基因）除了-10區和-35區，在-40和-60之間有一種富含AT的啟動子序列，可將轉錄活性提高30倍本文檔共59頁；當前第27頁；編輯于星期六\10點2分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錄活性,叫上升突變TATGTT→TATATT

啟動子突變降低了基因轉錄活性，叫下降突變TATAAT→AATAAT（乳糖操縱子）本文檔共59頁；當前第28頁；編輯于星期六\10點2分轉錄起始復合物的形成

RNApol會重復催化短RNA的合成并釋放它們，稱為流產轉錄或無效合成（abortivesynthesis)本文檔共59頁；當前第29頁；編輯于星期六\10點2分原核生物轉錄的延伸σ因子釋放以后，延伸因子NusA加入進來，轉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鏈延長中的轉錄復合物也叫轉錄泡（transcriptionbubble)轉錄泡大約17bp左右轉錄的延伸和轉錄泡的結構本文檔共59頁；當前第30頁；編輯于星期六\10點2分原核生物轉錄的終止當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因子的轉錄終止(Rho-dependent

terminator)本文檔共59頁；當前第31頁；編輯于星期六\10點2分不依賴于ρ因子的終止子這類終止子也稱為內在終止子（intrinsicterminator)

內在終止子有兩個結構特點：1）終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重

對稱區／反向重復IR區，由這段DNA轉錄產生的RNA容

易形成發夾結構2）在終止位點前面有一段由4-8個A組成的序列，轉

錄產物的3’端為寡聚U本文檔共59頁；當前第32頁；編輯于星期六\10點2分Intrinsic

terminator本文檔共59頁；當前第33頁；編輯于星期六\10點2分不需要ρ因子的終止機制

本文檔共59頁；當前第34頁；編輯于星期六\10點2分依賴ρ因子的轉錄終止子此類終止子不能形成強的發夾結構，不能誘導轉錄的自發終止，需要ρ因子的幫助才能準確地終止轉錄ρ因子是同源六聚體，具有NTP酶和解鏈酶活性優先結合位點稱為Rho因子利用位點（Rhoutilizationsite,rutsite)本文檔共59頁；當前第35頁；編輯于星期六\10點2分本文檔共59頁；當前第36頁；編輯于星期六\10點2分真核和原核生物DNA轉錄的主要區別染色質和核小體結構對轉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負責催化轉錄本文檔共59頁；當前第37頁；編輯于星期六\10點2分真核和原核生物DNA轉錄的主要區別轉錄除了需要RNApol,還需要很多蛋白質（如轉錄因子）的參與啟動子以外的序列參與調節基因的轉錄

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

反式作用因子（trans-actingfactors)指能結合在順式作用元件上參與調控靶基因轉錄效率的蛋白質，包括轉錄因子，共調節因子本文檔共59頁；當前第38頁；編輯于星期六\10點2分真核和原核生物DNA轉錄的主要區別轉錄與翻譯不存在偶聯轉錄產物多為單順反子，原核基因轉錄產物多為多順反子因為原核生物轉錄系統中功能相關的基因共享一個啟動子，以一個共同的轉錄單位進行轉錄真核中，每個蛋白質的基因都有獨立的啟動子本文檔共59頁；當前第39頁；編輯于星期六\10點2分RNApolI所負責的DNA的轉錄負責rRNA基因的轉錄，生成45SrRNA,隨后經過加工生成18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNAI類啟動子由核心啟動子和UCE（上游控制元件）組成轉錄的終止位于18nt組成的終止子區域，需要轉錄終止因子的參與（DNA結合蛋白）UCE結合因子選擇性因子本文檔共59頁；當前第40頁；編輯于星期六\10點2分RNApolⅢ所負責的DNA的轉錄負責轉錄小分子RNA,如tRNA,5SrRNA,snoRNA等III類啟動子分為內部啟動子和外部啟動子遠端序列元件近端序列元件本文檔共59頁；當前第41頁；編輯于星期六\10點2分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結構本文檔共59頁；當前第42頁；編輯于星期六\10點2分RNApolⅡ負責的DNA的轉錄負責催化合成mRNA,帶有帽子結構的snRNA以及某些病毒RNA的轉錄控制RNApolII所負責的基因轉錄的順式作用元件

II類啟動子上游誘導元件

增強子沉默子等

本文檔共59頁；當前第43頁；編輯于星期六\10點2分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)組成本文檔共59頁；當前第44頁；編輯于星期六\10點2分核心啟動子核心啟動子也稱為基礎啟動子（basalpromoterorminimalpromoter),相當于原核生物的啟動子，參與招募和定位RNApolⅡ到轉錄起始位點，從而正確地起始轉錄，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)本文檔共59頁；當前第45頁；編輯于星期六\10點2分核心啟動子TATA盒

位于-25到-30區域的一段富含AT的堿基序列，與原核生物Pribnow盒/-10區類似保守序列是TATAAA兩類基因沒有TATA盒（看家基因和發育調節基因）特異性基因（specializedgene）通常都具有TATA盒參與轉錄起始位點的定位本文檔共59頁；當前第46頁；編輯于星期六\10點2分核心啟動子起始子（initiator,Inr)轉錄起始位點附近具有保守性序列，是起始最佳轉錄所必需的，稱為起始子起始子和TATA盒決定轉錄的起點本文檔共59頁；當前第47頁；編輯于星期六\10點2分核心啟動子TFIIB識別元件（TFIIBrecognitionelement,BRE)

轉錄因子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盒缺失造成的轉錄抑制本文檔共59頁；當前第48頁；編輯于星期六\10點2分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，調節轉錄起始的效率，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

特異性轉錄因子Sp1與GC盒結合能夠增強轉錄效率CCAAT/CAAT盒

-70～-80bp左右，與轉錄因子CTF結合本文檔共59頁；當前第49頁；編輯于星期六\10點2分上游誘導元件上游誘導元件(upstreaminducibleelement,UIE)

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

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

金屬反應元件（metal-responseelement,MRE)

熱激反應元件（heat-shockresponseelement,HSE)

CTNGAATNTTCTAGA,由HSP70或其他激活蛋白識別本文檔共59頁；當前第50頁；編輯于星期六\10點2分增強子和沉默子增強子（enhancer)是一種能夠大幅度增強基因轉錄效率的順式作用元件沉默子（silencer)是一種抑制基因轉錄的順式作用元件增強子作用特點：

1）遠距離效應2）無方向性3）順式調節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生反應本文檔共59頁；當前第51頁；編輯于星期六\10點2分本文檔共59頁；當