转录与基因表达调控.ppt

《转录与基因表达调控.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转录与基因表达调控.ppt（75页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第十五章 RNA的生物合成,RNA生物合成：1.转录 2.RNA复制,RNA RNARNA指导的RNA聚合酶，或依赖于的聚合酶,第一节 转录的基本特征,转录：以DNA为模板、NTP为原料，按碱基配对原则，在RNA聚合酶的催化下合成与DNA互补的RNA链的过程。,一、转录的模板,模板链：DNA双链中能指导转录的DNA单链，又称反义链（负链）。编码链：与模板链碱基配对、在DNA双链中不能指导转录的DNA单链，又称为有义链（正链）。,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,转录方向,转录方向,DNA,转录模板,转录单位：RNA的生物合成始于DNA模板的一个特定位点，并在另一个位点处终止，这一特定

2、区域称为转录单位，又称为“结构基因”。启动子：转录起始控制区。终止子：转录终止控制区。,转录单位,启动子,终止子,编码区（开放阅读框）,DNA,不对称转录的概念：,对于一个基因而言，处在DNA分子双链上某一区段,一股链用作模板指引转录，另一股链不转录对于不同基因而言，模板链并非全部在同一条DNA单链上,53,35,模板链,编码链,编码链,模板链,转录方向,转录方向,DNA,RNA聚合酶：催化DNA转录合成RNA的酶。又称DNA指导的RNA聚合酶，或DNA依赖的RNA聚合酶。,RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶催化DNA合成（复制）相似。,(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi

3、,RNA,延长的RNA,二、RNA聚合酶（RNA pol）,1.原核生物RNA聚合酶,DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接启动RNA链的延长。RNA聚合酶和DNA的特殊序列启动子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。,原核生物RNA聚合酶由5个亚基组成：a2bbs，是RNA聚合酶的全酶。其中a2bb又称为RNA聚合酶的核心酶。s为启动因子。,利福平抑制亚基：是抑制结合杆菌的特效药,2.真核生物的RNA聚合酶,依据对鹅膏蕈碱的敏感性，真核细胞的RNA聚合酶分为三类：,三、启动子,（一）原核生物启动子,1.启动子:RNA聚合酶与DNA模板结合的序

4、列。,研究方法：RNA聚合酶保护法（足迹法）,开始转录,T T G A C AA A C T G T,-35 区,(Pribnow box),T A T A A T Pu A T A T T A Py,-10 区,RNA-pol辨认位点(Sextama box，recognition site),用RNA聚合酶保护法研究转录起始区,A为转录起始点，而90%以上的基因转录起始点为嘌呤（A/G）。,（1）Pribnow box（又称-10序列）：,A为转录起始点，而90%以上的基因转录起始点为嘌呤（A/G）。,保守序列为：TTGACA，该序列被s因子所识别，是RNA聚合酶识别位点，即为RNA聚合酶

5、最早结合的位点。此位点序列很大程度决定启动子强度，RNA聚合酶易识别强的启动子。,（2）Sextama box（又称-35序列）：,RNA聚合酶与启动子的结合,过短或过长的间隔区序列都会影响RNA聚合酶与启动子序列的稳定性而最终影响到转录活性。,RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合:,2.真核生物启动子,催化不同种类的RNA合成。RNA聚合酶II的启动子序列多样。RNA聚合酶II完成了hnRNA的合成作用。,真核生物 RNA聚合酶的启动子有三种：I、II、III。对应各自的RNA聚合酶。,RNA聚合酶II启动子,转录起始点区的通用序列为PyPyCAPyPyPy，其中A为转录起始点（+1），Py为

6、嘧啶碱基。即在转录起始点A的两侧有多个嘧啶核苷酸。真核RNA聚合酶II起始点序列特征与原核生物E.coli转录起始点的规律一致。,（1）帽子位点（cap site）,又称基本启动子，在-30-25区域，通用序列为TATA(A/T)A(A/T)。RNA聚合酶II与TATA框结合后才能启动转录过程。类似原核Pribnow box。启动子若缺乏TATA框，转录会在许多位点开始。,（2）TATA框（TATA box）,保守序列为GG(C/T)CAATCT，一般位于-75附近。该序列可能与控制转录起始的效率有关。,（3）CAAT框（CAAT box）,增强子是指能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA

7、序列，一般在-100以上的区域。有效的增强子可以位于基因的5端，也可位于基因的3端，有的还可位于基因的内含子中。大多为重复序列。,（4）增强子（enhancer）,第二节 原核生物转录,1.原核生物转录的起始,1）s因子与核心酶结合为RNA聚合酶的全酶2）s因子找到起始位点，RNA聚合酶与-35序列结合，即为“DNA-RNA聚合酶”的闭链式二元复合物3）RNA聚合酶向-10序列滑动，并牢固结合-10序列，在-10序列与起始点处发生局部解链，形成开链式二元复合物。,5）在b亚基催化下形成RNA的第一个磷酸二酯键，形成了“DNA-RNA-RNA聚合酶”的三元复合物6）三元复合物形成并生成6-9个核

8、苷酸后，亚基脱落，核心酶与DNA亲和力下降，有利于核心酶在DNA链上的滑动.亚基如果不脱落，转录无法进入延长阶段，并有可能导致转录流产。,三元复合物,转录的起始,RNA聚合酶全酶+启动子DNA处于双链状态,聚合酶全酶所结合的DNA序列中有一小段双链被解开,RNA聚合酶、DNA和新生RNA,RNA聚合酶核心酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。,共价地向生长RNA链的3端添加核糖核苷酸 RNA聚合酶是以5 3 方向来延长RNA链 RNA聚合酶本身沿着模板链以3 5方向移动RNA链的延长并非恒定速度进行，有延宕现象。,2.转录的延长,转录空泡：即为延长阶段的“D

9、NA-RNA-RNA聚合酶”三元复合体,DNA/DNA双链比DNA/RNA杂化双链稳定G-CA-TA-U,转录延长：,5,3,DNA,原核生物转录过程中的羽毛状现象,核糖体,RNA,RNA聚合酶,在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。,这种形状说明：,电镜下转录过程的羽毛状结构,转录终止指RNA聚合酶在DNA模板移动，直至遇到终止信号，停顿下来不再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱落下来。,3.转录的终止,转录终止信号存在于RNA聚合酶已转录过的序列中。,终止子：提供终止信号的序列。,在转录终止点之前有一段回文结构，回文序列的两个重复部分（7-22bp）由一

10、小段不重复区隔开，从而形成一个茎-环结构。原核生物两种转录终止模式：不依赖蛋白辅助因子（r因子）的终止模式 依赖蛋白辅助因子（r因子）的终止模式,终止子结构特征：,终止子结构特征,不依赖r因子的终止子 茎-环结构中G-C含量丰富，茎-环结构之后有一个poly(U)区。,依赖r因子终止子 茎-环结构中G-C含量低，茎-环结构之后没有特定特征。,（1）r因子附着在新生RNA链，通过消耗ATP沿新生链53方向前行，至与RNA聚合酶结合（2）当出现依赖r因子的转录终止信号时，r因子结合此特征结构，促使了“DNA-RNA-RNA聚合酶”三元复合物解聚，释放出新生RNA链，完成了转录过程,1）依赖r因子的

11、终止,因子的作用原理：,polyC,因子是由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。因子能结合RNA，又以对poly C的结合力最强。因子还有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。,转录终止不需要r因子的参加，当出现转录终止信号时(内在终止子)，转录终止信号自身就可以使“DNA-RNA-RNA聚合酶”三元复合体解聚，释放出RNA新生链，完成转录过程。,2）不依赖r因子的终止作用,不依赖r因子的转录终止,茎环结构使转录终止的机理：,使RNA聚合酶变构，转录停顿；使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。,RNA合成过程,起始阶段,双链DNA局部解开,磷酸二酯键形成,终止阶段,解链

12、区到达基因终点,延长阶段,RNA,启动子（promoter),终止子(terminator),真核生物转录远复杂过原核生物，其转录激活需要大量各种各样的转录因子参加目前对真核生物转录终止机制信号、转录终止机制了解不多在hnRNA转录后期的新生链会出现“AAUAAA”这个特征序列，被认为是RNA聚合酶II的转录终止信号,第三节 真核生物的转录,一、转录起始,转录因子,能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质。现已发现数百种，统称为反式作用因子(trans-acting factors)。反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子(transcriptional fact

13、ors,TF)。,参与RNA-pol转录的TF,TFF,A,B,由RNA-Pol 催化转录的PIC,H,E,TBP,TAF,TFD-A-B-DNA复合物,TATA,A,B,TBP,TAF,TATA,H,E,PIC组装完成，TFH使CTD磷酸化,二、转录延长,真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。,RNA-Pol,RNA-Pol,RNA-Pol,核小体,转录延长中的核小体移位,转录方向,三、转录终止,真核生物的转录终止，是和转录后修饰密切相关的。真核生物mRNA有聚腺苷酸

14、(poly A)尾巴结构，是转录后才加进去的。转录不是在poly A的位置上终止，而是超出数百个乃至上千个核苷酸后才停顿。已发现，在读码框架的下游，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多的GT序列。这些序列称为转录终止的修饰点。,5-AAUAAA-,5-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,转录终止和转录后修饰密切相关,DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同序列,参与转录终止过程。,真核生物的转录终止及加尾修饰,第四节 转录后加工,由RNA聚合酶合成的原初转

15、录产物，往往需要经过一系列的结构改造或修饰，这个过程称为RNA的成熟，或称为转录后加工。,1.RNA链的裂解2.5 端与3端的切除3.剪接4.特殊结构的形成5.碱基修饰和糖苷键的改变,转录后加工包括：,3.修饰(modification)如：G m7G4.添加(addition)如添加帽子结构、尾巴结构、氨基酸臂等5.编辑(editing),转录后加工的主要方式,原核生物的mRNA通常没有转录后加工过程。原核生物rRNA 和tRNA必须经历剪切和修饰加工过程,剪切,剪接,一、tRNA和rRNA的加工,即在tRNA3末端添加-CCA氨基酸臂。,添加,修饰作用 甲基化：GmG 还原：U DHU 脱

16、氨:A I 转位:U,原核 rRNA 前体加工过程,甲基化,rRNA的甲基化 即真核45s rRNA在进行剪切之前首先进行了甲基化反应。,1.5-端加帽,二、真核生物mRNA的加工,5 pppGp,帽子结构的生成过程：,加帽,2.3-端加尾（多聚腺苷酸化）,mRNA 尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。在大多数真核mRNA3末端添加多聚腺苷酸尾巴（poly A），长度大约在250个左右。尾巴结构的功能不详，一般认为尾巴结构提高的mRNA在细胞质中的稳定性即半衰期。,5-AAUAAA-,5-AAUAAA-,核酸酶,-GUGUGUG,RNA-pol,AATAAA GTGTGTG,转录终止的修饰点,

17、5,5,3,3,3加尾,AAAAAAA 3 mRNA,转录终止和转录后加工密切相关,DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同序列,参与转录终止过程。,3.剪接作用,刚生成的hnRNA没有活性，除了需要添加帽子和尾巴结构外，还需要经过剪接作用切除内含子，连接外显子，才能转化为有转录活性的mRNA。,mRNA,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,断裂基因(splite gene),编码区 A、B、C、D,内含子和外显子,外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟R

18、NA的核酸序列。内含子：隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。,内含子的“功能”及其在生物进化中的地位是一个引人注目的问题。,鸡卵清蛋白基因,hnRNA,首、尾修饰,hnRNA剪接,成熟的mRNA,鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰,生物体内的各种内含子,剪接过程：,剪接体识别结合hnRNA的内含子5及3区域形成套索RNA(lariat RNA)，外显子靠近两步转酯反应，切去内含子，连接外显子,III类内含子剪接-mRNA的剪接,除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。,snRNP与hnRNA结合成为剪接体,5剪接点:GU-3剪接点:-AG,pG-OH(ppG-OH,pppG-OH),剪接过程的二次转酯反应(twice transesterification),可变剪接,转录与复制的异同,均以DNA为模板原料为三磷酸核苷酸碱基遵循碱基配对原则聚合反应生成：3,5-磷酸二酯键核酸链合成方向：53合成产物：单链核酸链,相同点,转录与复制的不同点（总结）,