优选第三章转录及转录调控
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基因转录调控表达
3、基因的概念
A gene is a physical and functional unit of genetic information with the potential to be expressed,i.e.to be used as a template to generate one or more gene products of RAN or protein.
细胞质mRNA反转录作用形成无间隔子的假基因
4、重复序列与重复基因
Bait protein
DNA-BD
AD
Library protein
transcription
GALUAS
minimal promoter Reporter genes(
The two hybrid principle
Use of antisense RNA to extinguish cellular gene expression
3）间隔子及表达子的一般特点
4）mRNA初级转录本的剪辑
真核细胞mRNA的5’及3’剪辑位点的保守序列 mRNA前体的可变剪辑与蛋白质异形体的形成
3、假基因
1）重复的假基因
人α-及β-珠蛋白基因簇 符号ψ表示假基因
2）加工的假基因
人金属硫蛋白功能基因Mt-ⅡA与无功能的加工的假基因Mt-ⅡB的结构比较
第三章 转录-(1)
4、转录终止 、
链延伸到转录终止位点时， 当RNA链延伸到转录终止位点时， 链延伸到转录终止位点时 RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键， 聚合酶不再形成新的磷酸二酯键 聚合酶不再形成新的磷酸二酯键， RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解， 杂合物分离， 杂合物分离 转录泡瓦解， DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶 恢复成双链状态 聚合酶 恢复成双链状态， 聚合 链都被从模板上释放出来 和RNA链都被从模板上释放出来，这 链都被从模板上释放出来， 就是转录的终止。 就是转录的终止。 动画
•转录延伸复合物极为稳定，可以长时间 转录延伸复合物极为稳定， 转录延伸复合物极为稳定 地与DNA模板相结合而不解离。只有在 模板相结合而不解离。 地与 模板相结合而不解离 它遇到转录终止信号时， 它遇到转录终止信号时，RNA聚合酶才 聚合酶才 停止加入新的核苷酸， 停止加入新的核苷酸，RNA－DNA杂合 － 杂合 物解离， 物解离，释放转录产物并导致聚合酶本 身从模板DNA上掉下来。 上掉下来。 身从模板 上掉下来
2 、转录复合物
原 核 生 物 的 转 录 复 合 物
二元闭合复合物 二元开放复合物 三元起始复合物
三元延伸复合物
原核生物的转录复合物
•启动子选择阶段包括 启动子选择阶段包括RNA聚合酶酶对启动子 启动子选择阶段包括 聚合酶酶对启动子 的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成二元 的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成二元 闭合复合物（全酶/ 闭合复合物（全酶 DNA ）。 •伴随着构象上的重大变化，封闭复合物转变 伴随着构象上的重大变化， 伴随着构象上的重大变化 二元开放复合物（全酶/ 成二元开放复合物（全酶 DNA ） •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 开放复合物与最初的两个 相结合并在这 两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后→三元起始 两个核苷酸之间形成磷酸二酯键后 三元起始 复合物（ 聚合酶/DNA/新生 新生RNA） 复合物（RNA聚合酶 聚合酶 新生 ）
3-1真核生物转录及转录水平的调控(上)
.
转录激活域
1）酸性结构域
2）富含Gln结构域
3）富含Pro结构域
Yeast two-hybrid assay
A D
RNA 聚合酶
Reporter gene
特异转录因子通过中介蛋白复合体间接地与基本转录机器互 作改变转录起始频率。
转录因子调控染色质构象 转录前调控水平
核基质附着区（MARs）
特异转录因子招募组蛋白乙酰化酶或染色质重塑因子改变染 色质的紧密程度从而影响转录因子与启动子结合。
胞嘧啶与组蛋白的修饰
H3K27
甲基化
H3K4
甲基化
胞嘧啶 甲基化
组蛋白H3 化学修饰
组蛋白乙酰化 和脱乙酰化影响 染色质的紧密程 度从而影响转录 因子与启动子结 合。
真核生物转录及其调控 （上）
概述
和原核生物转录相比，真核生物转录需要3 种RNA聚合酶, 需要基本和特异转录因子协同 作用识别。 基本转录调控因子-RNA聚合酶[基本转录机 器]控制着基因的低水平表达，而特异（+/-） 转录调控因子结合在特异（+/-）调控元件改 变DNA构象（染色质重塑或核小体解聚）暴 露出启动子区域并直接或间接通过中介蛋白复 合体调控基本转录机器起始频率。
原核和真核细胞基因表达的区别
真核细胞的三种RNA聚合酶
酶
位置
核仁
第三章转录机制演示文稿
• 转录的终止位于18nt组成的 终止子区域，需要转录终止 因子的参与（DNA结合蛋白）
第40页，共59页。
RNA pol Ⅲ所负责的DNA的转录
• 负责转录小分子RNA,如tRNA, 5S rRNA ,snoRNA等 • III类启动子分为内部启动子和外部启动子
远端序列元件
近端序列元件
第41页，共59页。
• 延长中的转录复合物也叫 转录泡（transcription bubble) 转录泡大约17bp 左右
转录的延伸和转录泡的结构
第30页，共59页。
原核生物转录的终止
• 当RNA聚合酶到达基因末端的终止子(terminator)时， 就从DNA模板上脱离，释放出RNA链
• 终止子：提供转录终止信号的DNA序列 • 终止子分为两类：
转录的一段DNA序列 • 一般位于基因上游 • 启动子序列具有高度保守性
第22页，共59页。
DNase I footprinting
第23页，共59页。
第24页，共59页。
←上游 下游→
第25页，共59页。
原核生物启动子的特征
• -10区 （Pribnow box) 保守序列是TATAAT，是RNA聚合酶牢固结合位点
第13页，共59页。
第14页，共59页。
真核生物中的RNA聚合酶
真核生物中三类RNA聚合酶（I,II,III)的DEAE-Sephadex凝胶分离
第三讲 转录及转录前调控
分子生物学证据
附图1：胚胎学证据：已分化的细胞仍具有发育成为其它细胞的潜力
蝾螈（早期背唇） 海胆（早期细胞全能性）
附图2：转决定
生殖器
移植成虫盘（果蝇器官原基，命运已决定细胞）实验
-- 眼成虫盘移植到另一个幼虫的腹部，后者腹部长出一只眼睛。已决定的 细胞，发育命运稳定； --触角成虫盘多次移植后，部分触角成虫盘细胞分化形成成体果蝇的腿、 翅、嘴。
细胞分化的过程：全能性细胞→多潜能性细胞→分化细胞 细胞分化是基因选择性表达的结果：分化细胞一般仅有5 ％-10％的基因表达，除了合成细胞生长、代谢必需的产 物之外，主要是特异性产物的合成。
细胞分化实质：组织特异性基因在时间与空 间上的差异表达
ຫໍສະໝຸດ Baidu
管家基因（house-keeping genes）：细胞中均表 达的基因，其产物对维持细胞基本生命活动所必 需 奢侈基因（luxury genes），组织特异基因 （tissue-specific genes）：不同细胞类型进行特异 性表达的基因，其产物赋予各种细胞特异形态结 构与特异生理功能 调节基因（regulatory genes）：产物调节组织特 异性基因表达，或激活、或抑制作用
第3讲 细胞分化的分 子机制：转录及转录 前调控
概述
个体发育的中心问题是细胞分化，研究细 胞分化的分子机制是探索发育机制的基础。 细胞分化（cell differentiation）：是指多 细胞有机体的细胞从简单、原始的状态到 复杂和异样化的方向发展的过程，是通过 细胞分裂产生结构和功能有稳定差异的过 程。
原核生物的转录及调控
pol启动
间距趋近于17 bp，up mutation
间距远离于17 bp，down mutation
17bp的间距比17bp的序列对转录更为重要 l -35 Box or -10 Box mut.
→ 转录效率下降100倍
-35 Box and -10 Box mut.
→ 转录效率下降1000倍
2、上游元件：
cooperative effect 提高ARII 的结合效率
● ARII + CAP-cAMP promotion RNA pol. into -35 Box
into -10 Box
starting transcription
● Null AR II → RNA pol. into -10 Box but transcription off
★ Impel RNApol. pausing in terminator for 1’-15’ and waiting for Rho factor to stop transcription of RNA
antitermination N protein
(Nut N binding site )
• RNA合成一开始，就形成模板-RNA polRNA的三元复合物。
• σ因子解离，核心酶与模板的亲和性下降到 非特异性结合的水平，RNA pol在DNA链上 变得容易移动，为链的延伸创造了条件；
基因转录调控表达PPT课件
5）转座子的应用 2、断裂基因（split gene）
人β-珠蛋白基因的结构
1）断裂基因的发现
表达子1 间隔子 表达子2
(a)
克隆的基因组DNA
3’
(b)
Байду номын сангаас
5’
RNA DNA
5’
3’ RNA
(C) ABC
表达子2 表达子1
应用S1核酸酶作图法测定基因 中的间隔子位置与长度
2）间隔子位置的测定
应用S1核酸酶作图法测定基因中的间隔子位置与长度
3、基因的概念
A gene is a physical and functional unit of genetic information with the potential to be expressed,i.e.to be used as a template to generate one or more gene products of RAN or protein.
Using PCR to detect gene targeting events without the use of a selectable marker
Two strategies for enriching for gene targeting or homologous recombination
03转录及调控-3
CAP的活性依赖cAMP， 形成cAMP-CAP 复合 物，促进多种操纵子转录起始。
CAP的正性调节
转录活性提高50倍
DNA
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
3.协调调节
CAP必须首先与cAMP形成复合物，才能与启动 子相结合。
2.色氨酸操纵子的转录调控机制
色氨酸丰富时，核蛋白体顺利沿引导序列移 动直达最后一个密码子UGA，合成完整的引 导肽。RNA 聚合酶停止在衰减子部位。
色氨酸缺乏时，核蛋白体 终 止 在 1 区 Trp 密 码 子 部 位，RNA 聚合酶通过衰 减子区域而继续转录。
衰减机制
前导序列（leading sequence，L） 在trp mRNA 5‘-端Ptrp-O与 第一个结构基因trpE的起始密码之间的长162 bp的DNA序列。 其中第123～150位核苷酸如果缺失，trp基因的表达水平可提 高6倍。 衰减子(Attenuator) 当mRNA开始合成后，除非培养基中完 全不含色氨酸，否则转录总是在这个区域终止，产生一个仅 有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。这个区域被 称为衰减子(Attenuator) 或弱化子。
如果色氨酸开始增多，即使不足以诱导阻遏蛋白结合操控 元件，却足以使大量的mRNA提前终止。反之，当色氨酸 减少时，即使失去了诱导阻遏蛋白的阻遏作用，但只要还 可以维持前导肽的合成，仍继续阻止转录。
CAP的正性调节
转录活性提高50倍
DNA
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
3.协调调节
CAP必须首先与cAMP形成复合物，才能与启动 子相结合。
2.色氨酸操纵子的转录调控机制
色氨酸丰富时，核蛋白体顺利沿引导序列移 动直达最后一个密码子UGA，合成完整的引 导肽。RNA 聚合酶停止在衰减子部位。
色氨酸缺乏时，核蛋白体 终 止 在 1 区 Trp 密 码 子 部 位，RNA 聚合酶通过衰 减子区域而继续转录。
衰减机制
前导序列（leading sequence，L） 在trp mRNA 5‘-端Ptrp-O与 第一个结构基因trpE的起始密码之间的长162 bp的DNA序列。 其中第123～150位核苷酸如果缺失，trp基因的表达水平可提 高6倍。 衰减子(Attenuator) 当mRNA开始合成后，除非培养基中完 全不含色氨酸，否则转录总是在这个区域终止，产生一个仅 有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。这个区域被 称为衰减子(Attenuator) 或弱化子。
如果色氨酸开始增多，即使不足以诱导阻遏蛋白结合操控 元件，却足以使大量的mRNA提前终止。反之，当色氨酸 减少时，即使失去了诱导阻遏蛋白的阻遏作用，但只要还 可以维持前导肽的合成，仍继续阻止转录。
第三章-转录前调控
特异性的转录因子，能在DNA序列上形成复合体，激活转录
转录因子（通用转录因子和特异转录因子）的功能结构域：
- DNA结合结构域（DNA-binding domain）：与基因的 调控区域的特定DNA序列识别并结合
- 激活结构域（activation domain）：招募其他激活因子 和蛋白质，共同启动或激活转录
基因表达的调控
机体各种细胞中含有的相同遗传 信息(相同的结构基因)，根据机体的 不同发育阶段、不同的组织细胞及不 同的功能状态，选择性、程序性地表 达特定数量的特定基因的过程。
基因表达的调控因子：
• 蛋白质 ( 主要 ) • 小分子RNA ( 某些环节 )
基因表达的调控水平
中心法则(central dogma)
聚合酶 II催化转录的m RNA基因的
启动子在-25b p中心处有-10b p盒
和-110b p盒等。
真核生物 启动子的结构
核心启动子（core promoter）：
指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的 DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区。 TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列。
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。
“模体”结构（motif）：
蛋白质中的小结构域，由一小段保守的氨基酸构成， 用以识别特定的DNA序列或其他蛋白质
转录因子（通用转录因子和特异转录因子）的功能结构域：
- DNA结合结构域（DNA-binding domain）：与基因的 调控区域的特定DNA序列识别并结合
- 激活结构域（activation domain）：招募其他激活因子 和蛋白质，共同启动或激活转录
基因表达的调控
机体各种细胞中含有的相同遗传 信息(相同的结构基因)，根据机体的 不同发育阶段、不同的组织细胞及不 同的功能状态，选择性、程序性地表 达特定数量的特定基因的过程。
基因表达的调控因子：
• 蛋白质 ( 主要 ) • 小分子RNA ( 某些环节 )
基因表达的调控水平
中心法则(central dogma)
聚合酶 II催化转录的m RNA基因的
启动子在-25b p中心处有-10b p盒
和-110b p盒等。
真核生物 启动子的结构
核心启动子（core promoter）：
指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的 DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区。 TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列。
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。
“模体”结构（motif）：
蛋白质中的小结构域，由一小段保守的氨基酸构成， 用以识别特定的DNA序列或其他蛋白质
第三章转录及其调控
转录起始复合物:
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
2021/2/4
18
二、原核生物转录过程
n E.coli的转录起始和延长
2021/2/4
19
二、原核生物转录过程
（二）原核生物转录延长
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结 合松弛，沿着DNA模板前移；
子的终止部位时，就在DNA模板上停顿下来不再前 行，转录生成的RNA产物链从转录复合物上脱落下 来，即转录终止（termination）。 ❖ 原核生物转录终止包括依赖ρ因子的与非依赖ρ 因子的二种转录终止机制。
2021/2/4
23
二、原核生物转录过程
1.依赖因子的转录终止
2021/2/4
24
二、原核生物转录过程
2021/2/4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9
一、转录模板、酶及相关因子
（二）原核生物RNA聚合酶 ❖ 在模板链DNA碱基序列的指导下，按碱基配对
规律把四种核糖核苷三磷酸聚合成RNA链。 ❖ 需二价金属离子，如Mn2+、Zn2+。 ❖不需要引物并且也没有校正活性。
2021/2/4
10
一、转录模板、酶及相关因子
大肠埃希菌（E．coli）RNA 聚合酶各亚基的功能
2.非依赖因子的转录终止
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
2021/2/4
18
二、原核生物转录过程
n E.coli的转录起始和延长
2021/2/4
19
二、原核生物转录过程
（二）原核生物转录延长
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结 合松弛，沿着DNA模板前移；
子的终止部位时，就在DNA模板上停顿下来不再前 行，转录生成的RNA产物链从转录复合物上脱落下 来，即转录终止（termination）。 ❖ 原核生物转录终止包括依赖ρ因子的与非依赖ρ 因子的二种转录终止机制。
2021/2/4
23
二、原核生物转录过程
1.依赖因子的转录终止
2021/2/4
24
二、原核生物转录过程
2021/2/4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9
一、转录模板、酶及相关因子
（二）原核生物RNA聚合酶 ❖ 在模板链DNA碱基序列的指导下，按碱基配对
规律把四种核糖核苷三磷酸聚合成RNA链。 ❖ 需二价金属离子，如Mn2+、Zn2+。 ❖不需要引物并且也没有校正活性。
2021/2/4
10
一、转录模板、酶及相关因子
大肠埃希菌（E．coli）RNA 聚合酶各亚基的功能
2.非依赖因子的转录终止
3-转录及其调控
mRNA 的剪接是基于对剪接位点识别的基础上，由 被称为剪接体的核酸蛋白复合物完成剪接体包含5 种SnRNP和超过200种蛋白质因子。
hnRNA 的剪接过程
不论拼接过程如何，拼接必须极为精确，否则会导致遗 传信息传递障碍，合成的蛋白质可能丧失其正常的功能。
我国南方广大地区是β-地中海贫血的高发区，这是由于 β-珠蛋白链的合成受到部分或完全抑制所引起的一种血 红蛋白病。实验表明β-珠蛋白基因元1中核苷酸的点突 变改变了正常拼接部位的碱基顺序，结果造成错误部位 的拼接。加工成熟的 mRNA虽能翻译，但产物不是正 常的β-珠蛋白，结果引起血红蛋白级结构和功能的改变。
σ因子
σ因子负责识别启动子的保守序列，不同的 σ因子识别不同的启动子。
许多细菌能产生多种可取代的σ因子，以识 别不同的启动子。
一些抗生素，如利链菌素，可以抑制原核生物的 RNA聚合酶，使得原核生物的基因无法转录成 mRNA，从而达到杀死细菌等原核生物的效果。
二、原核生物转录的起始延伸
1.转录起始 全酶与模板的DNA接触，生成非专一的，不稳定的复合物在模
第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子，此TF是在 特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或 其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要 的一类转录因子。
RNA聚合酶II作用特点
内部启动子转录起始
内部启动子的起始各阶段，涉及三个起始因子
药学分子生物学：第三章 转录、转录后加工
转录、转录后加工
Transcription and post-transcription processing
1
2
Transcription and post-transcription processing
Outline For Chapter 3
Section 1: A General Overview Section 2: DNA Structures Related to Transcription Section 3: Transcription in Prokaryotes and
▪ 可能由于的TA堆集能要小于→AA的堆积能，所以突变 后双链比突变前要多消耗能量，所以影响转录效率
❖ TATGTT→TATATT，转录效率上升，为上升突 变（up mutation）。
▪ 上升突变可能是由于TG→TA不仅堆集能降低了，而且 氢键也减少了，所以比突变前更易打开双链，转录效 率也会提高。
9
二 转录与复制的异同
1. 原料： ▪ RNA-核糖核苷三磷酸（NTP） ▪ DNA-脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）
2. 合成酶： ▪ RNA-RNA聚合酶 ▪ DNA-DNA聚合酶
3. 合成方向： ▪ 均为5’→3’ 。RNA合成不需引物，而DNA复制 需引物；
10
4. 模板： ▪ 转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两 条链都可作为模板。 ▪ 作为转录的模板DNA链又称反义链；而另一 条链由于同RNA序列相同又称有义链。
Transcription and post-transcription processing
1
2
Transcription and post-transcription processing
Outline For Chapter 3
Section 1: A General Overview Section 2: DNA Structures Related to Transcription Section 3: Transcription in Prokaryotes and
▪ 可能由于的TA堆集能要小于→AA的堆积能，所以突变 后双链比突变前要多消耗能量，所以影响转录效率
❖ TATGTT→TATATT，转录效率上升，为上升突 变（up mutation）。
▪ 上升突变可能是由于TG→TA不仅堆集能降低了，而且 氢键也减少了，所以比突变前更易打开双链，转录效 率也会提高。
9
二 转录与复制的异同
1. 原料： ▪ RNA-核糖核苷三磷酸（NTP） ▪ DNA-脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）
2. 合成酶： ▪ RNA-RNA聚合酶 ▪ DNA-DNA聚合酶
3. 合成方向： ▪ 均为5’→3’ 。RNA合成不需引物，而DNA复制 需引物；
10
4. 模板： ▪ 转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两 条链都可作为模板。 ▪ 作为转录的模板DNA链又称反义链；而另一 条链由于同RNA序列相同又称有义链。
第三章细胞分化的分子机制——转录后的调控
（二）、前体mRNA的加工对 早期发育的调控
海胆：
• 囊胚期与长腕幼虫期细胞nRNA相同； • 囊胚期处于转录激活状态的DNA序列与长腕幼虫期 完全一致； • 随着发育进程由基因组DNA的转录所产生的细胞质 mRNA的复杂性逐渐减小；
• 早期胚胎发育的调控机制：存在加工水平的差异
早期发育对RNA信息的选择——不同类型细胞 对nRNA的选择不同
rabbit 3’
β -珠蛋白RNA的3’UTR中含有3个C富集区，稳定，半衰期17h
一种生长因子mRNA的半寿期不超过源自文库0min
3. 激素对特定mRNA稳定性的影响
如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基 因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次 的翻译。
二、RNA加工水平的调控
（一）、同一基因的初始转录物（nRNA） 经选择性拼接可产生不同的成熟RNA
原肌球蛋白基因
α-原肌球蛋白基因
重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因重
排（DNA水平）
重链恒定区发生分子转换，该模式通过RNA加工完成
前体RNA IgM μ区
生殖细 胞的 DNA B淋巴细胞的DNA，发生重排
IgD δ区
nRNA
mRNA
相同基因在不同发育时期或不同组
织细胞中拼接不同，合成不同的蛋白质
第3讲 基因的转录表达与调控1
总结：RNA合成和DNA复制的区别
（1）转录时只有一条DNA链为模板，而 复制 时两条链都可作为模板； （2）DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA合 成后释放，而DNA复制叉形成后一直打 开，新链和母成子链； （3）RNA合成不需引物，而DNA复制需 引物； （4) 转录的底物是rNTP，复制的底物是 dNTP； （5）聚合酶系不同。
生物信Leabharlann Baidu学分析
利用复制起始结构的特点，开发生物 信息学分析软件，寻找和分析DNA序列 中的复制起始位点，并设计相关实验 验证.
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RNA核心酶和全酶在DNA上的分布:
(1) σ 和1/3的RNA pol结合成全酶，或在 非特异位点的松散复合体中，或在启动 子中的二元复合体中； (2) 其中半数的核心酶从事转录； (3) 余下的核心酶大量存在于闭合松散复 合体中； (4)估计数量很少的全酶是游离的。
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特点：不同的启动子，其位置略有不同 不同的启动子，每个碱基出现的频率不 同。
9/7/2020
—35序列
3、—35序列：位于转录起始位点上游35bp处， 故称—35序列，有一个6个碱基组成的保守序 列TTGACA.
➢ 不同启动子的—35序列的每个碱基出现的频率 不同。
➢ —35序列是RNA聚合酶初始结合的部位 ➢ —35序列的核苷酸结构决定了启动子的强度
高度的进行性(highly progressive)
正常的转录一旦发生，就不会中途停止，转录终止 前RNA聚合酶不从模板链解离下来
一旦RNA聚合酶从模板链解离，则解离下来的 酶不可能与解离点重新结合
9/7/2020
第二节 原核生物转录
9/7/2020
一、原核生物转录相关结构和酶
（一）原核生物的RNA聚合酶
优选第三章转录及转录调控
转录单位
转录单位：一个转录区段可视为一个转录单位，包括 若干个结构基因及其上游的调控序列。
启动子
转录单位
终止子
+1
转录起点
编码区(开放阅读框)
转录终点
9/7/2020
不对称转录（asymmetric transcription） * 在DNA分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录； * 模板链并非永远在同一单链上。
9/7/2020
转录起始过程：
2. DNA局部解链 RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约
12~17个核苷酸， 拓扑异构酶参与。 形成开放转录复合物(二元复合物)
9/7/2020
转录起始过程：
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应， 形成转录起始复合物。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始需解决两个问题： 1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起
始区域。
2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的 模板。
9/7/2020
转录起始过程：
1. 辨认起始位点： 亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全
酶(2)与模板疏松结合。 酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固
结合。 形成闭合转录复合物(二元复合物)
9/7/2020
RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
-10 区
开始转录
TTGACA AA C T G T
T A T A A T Pu A T A T T A Py
RNA-pol辨认位点 (Pribnow box) (recognition site)
因子：又称释放因 子，六聚体蛋白， 可以水解NTP，
其解旋酶促使新生 RNA链从三元转录复 合物中解离出来， 从而终止转录。
9/71/32020
（三）启动子结构
启动子是基因表达不可缺少的重要调控序列。没 有启动子，基因就不能转录。原核生物启动子是由两 段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成，对 mRNA的合成极为重要。
DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转 录复合物。
RNA-pol：40-60 bp； 解链：小于20 bp； RNA/DNA：8-9 bp。
9/7/2020
4、作用部位间隔区
-35序列和-10序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并 不重要。
➢ -35序列和-10序列之间的间隔区长度对转录很重要。
➢ 实验结果表明： -35序列和-10序列之间的间隔区长度 为17bp时转录效率最高。
大多数启动子为16~18bp
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一、原核生物转录的起始
核心酶 core
enzyme
全酶 holoenzyme
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亚基
ω
分子量
36512 150618 155613 11000 70263
功能
决定哪些基因被转录 催化功能
结合DNA模板 功能尚不清楚 辨认起始点
σ亚基结合位点：-35序列 β‘亚基结合位点：-10序列
（二） ρ因子
1969年Roberts研究发现的控制转录终止的蛋白质。
转录起始复合物(三元复合物): RNA聚合酶-DNA 模板-四磷酸二核苷酸
RNApol (2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3
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● 原核生物转录起始复合物
σ因子与核心酶形成全酶，σ因子发现起始 位点，全酶与-35序列结合，酶分子向-10序 列转移并牢固结合。形成闭合转录复合物
原核生物启动子保守序列
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转录起始点
1、 转录开始的位置
超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录 起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录 始点。 M：A或C或G
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—10序列
2、 —10序列，位于转录起始位点上游— 10bp左右，有一个6个碱基组成的保守 序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部 位，又称为TATA盒或Pribnow盒。
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构， 与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；
2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链 不断延长。 (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi
3. 转录空泡的形成：
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转录空泡(transcription bubble)：
-10序列及起始位点处发生局部解链，形成 开放转录复合物
在β亚基的催化下，形成RNA的第一个磷酸 二酯键，由DNA模板、RNA聚合酶、新生RNA 链组成转录起始复合物（三元复合物）。
σ因子从全酶上解离，核心酶与DNA的亲和 力下降，三元复合物在DNA链上移动，继续 合成RNA.
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二、转录延长
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பைடு நூலகம்
9/7/2020
9/7/2020
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相关概念
模板链(template strand)有意义链或Watson链： DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的 一股单链。
编码链(coding strand)反义链或Crick链： DNA双链 中碱基序列与RNA一致的一股链。
结构基因
转录方向
编码链 模板链
转录方向
模板链 编码链
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高度的忠实性(high fidelity)
转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有 固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪 基序列，严格遵守碱基互补原则。
然而，转录出错率高于复制出错率 原因：RNA聚合酶没有校读功能
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—35序列
3、—35序列：位于转录起始位点上游35bp处， 故称—35序列，有一个6个碱基组成的保守序 列TTGACA.
➢ 不同启动子的—35序列的每个碱基出现的频率 不同。
➢ —35序列是RNA聚合酶初始结合的部位 ➢ —35序列的核苷酸结构决定了启动子的强度
高度的进行性(highly progressive)
正常的转录一旦发生，就不会中途停止，转录终止 前RNA聚合酶不从模板链解离下来
一旦RNA聚合酶从模板链解离，则解离下来的 酶不可能与解离点重新结合
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第二节 原核生物转录
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一、原核生物转录相关结构和酶
（一）原核生物的RNA聚合酶
优选第三章转录及转录调控
转录单位
转录单位：一个转录区段可视为一个转录单位，包括 若干个结构基因及其上游的调控序列。
启动子
转录单位
终止子
+1
转录起点
编码区(开放阅读框)
转录终点
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不对称转录（asymmetric transcription） * 在DNA分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录； * 模板链并非永远在同一单链上。
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转录起始过程：
2. DNA局部解链 RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约
12~17个核苷酸， 拓扑异构酶参与。 形成开放转录复合物(二元复合物)
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转录起始过程：
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应， 形成转录起始复合物。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始需解决两个问题： 1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起
始区域。
2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的 模板。
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转录起始过程：
1. 辨认起始位点： 亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全
酶(2)与模板疏松结合。 酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固
结合。 形成闭合转录复合物(二元复合物)
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RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
-10 区
开始转录
TTGACA AA C T G T
T A T A A T Pu A T A T T A Py
RNA-pol辨认位点 (Pribnow box) (recognition site)
因子：又称释放因 子，六聚体蛋白， 可以水解NTP，
其解旋酶促使新生 RNA链从三元转录复 合物中解离出来， 从而终止转录。
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（三）启动子结构
启动子是基因表达不可缺少的重要调控序列。没 有启动子，基因就不能转录。原核生物启动子是由两 段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成，对 mRNA的合成极为重要。
DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转 录复合物。
RNA-pol：40-60 bp； 解链：小于20 bp； RNA/DNA：8-9 bp。
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4、作用部位间隔区
-35序列和-10序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并 不重要。
➢ -35序列和-10序列之间的间隔区长度对转录很重要。
➢ 实验结果表明： -35序列和-10序列之间的间隔区长度 为17bp时转录效率最高。
大多数启动子为16~18bp
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一、原核生物转录的起始
核心酶 core
enzyme
全酶 holoenzyme
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亚基
ω
分子量
36512 150618 155613 11000 70263
功能
决定哪些基因被转录 催化功能
结合DNA模板 功能尚不清楚 辨认起始点
σ亚基结合位点：-35序列 β‘亚基结合位点：-10序列
（二） ρ因子
1969年Roberts研究发现的控制转录终止的蛋白质。
转录起始复合物(三元复合物): RNA聚合酶-DNA 模板-四磷酸二核苷酸
RNApol (2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3
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● 原核生物转录起始复合物
σ因子与核心酶形成全酶，σ因子发现起始 位点，全酶与-35序列结合，酶分子向-10序 列转移并牢固结合。形成闭合转录复合物
原核生物启动子保守序列
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转录起始点
1、 转录开始的位置
超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录 起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录 始点。 M：A或C或G
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—10序列
2、 —10序列，位于转录起始位点上游— 10bp左右，有一个6个碱基组成的保守 序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部 位，又称为TATA盒或Pribnow盒。
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构， 与模板结合松弛，沿着DNA模板前移；
2. 在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链 不断延长。 (NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi
3. 转录空泡的形成：
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转录空泡(transcription bubble)：
-10序列及起始位点处发生局部解链，形成 开放转录复合物
在β亚基的催化下，形成RNA的第一个磷酸 二酯键，由DNA模板、RNA聚合酶、新生RNA 链组成转录起始复合物（三元复合物）。
σ因子从全酶上解离，核心酶与DNA的亲和 力下降，三元复合物在DNA链上移动，继续 合成RNA.
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二、转录延长
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பைடு நூலகம்
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相关概念
模板链(template strand)有意义链或Watson链： DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的 一股单链。
编码链(coding strand)反义链或Crick链： DNA双链 中碱基序列与RNA一致的一股链。
结构基因
转录方向
编码链 模板链
转录方向
模板链 编码链
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高度的忠实性(high fidelity)
转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有 固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪 基序列，严格遵守碱基互补原则。
然而，转录出错率高于复制出错率 原因：RNA聚合酶没有校读功能
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