第三章转录及其调控
基因的转录和调节
碱基序列分析结果表明，启动子-10区的保守序列 为TATAAT，该区由Pribnow首先发现，称为Pribnow 盒。Pribnow盒能决定转录的方向，在Pribnow盒区 DNA双螺旋解开与RNA聚合酶形成复合物。
35区位于Pribnow盒的上游，是启动子中另外一个 重要区域，该区域也存在着类似于Pribnow盒的共同 序列TTGACAT。目前认为-35区是RNA聚合酶对转 录起始的辨认位点。 RNA聚合酶与-35区辨认结合后，能向下游移动，达 到-10区的Pribnow盒，在该区RNA聚合酶能和解开的 DNA双链形成稳定的酶-DNA开放启动子复合物，就 可以开始转录。
30
基因的转录过程
31
(三)原核生物的转录终止有两种不同方式 当核心酶沿模板3’一5’方向移行至DNA链的终止部
位时，识别模板上特殊结构后便停顿下来不再移动， 同时转录产物RNA链从转录复合物上释放出来，即转 录终止。原核细胞和真核细胞转录终止机制和方式并 不相同，这里主要探讨原核生物的转录终止。原核生 物的转录终止分为 两大类，依赖ρ因子, Rho factor的转录终止和不依赖ρ 因子的转录终止。
间的核苷酸序列是遗传信息的储存区域，在转录时起 模板作用。在基因组全长DNA链中只有部分DNA片段 能发生转录，这种能转录出RNA的DNA区域称为结构 基因，structural gene。DNA链这种选择性转录 也称为不对称转录，asymmetric transcription， 它有两方面含义：
15
原核生物细胞的RNA聚合酶只有一种类型，能催化各 类RNA包括mRNA、rRNA、tRNA的生物合成。目前 研究得比较清楚的是大肠杆菌的RNA聚合酶，它在执 行不同的 生理功能时分别以全酶，holoenzyme和核心酶，core enzyme两种不同的状态存在。 全酶由四种5个亚基组成,α2ββ'σ，核心酶由全酶的 α2ββ'四个亚基组成。 σ亚基又称σ因子，它本身并没有催化活性，其作用是 识别DNA模板上的启动子，辨认转录起始位点。
第三章 转录(1)
常识数据
•转录生成mRNA的速度大约是每分钟2500个 核苷酸(14个密码子/秒)，与翻译速度 (15aa/秒)基本相等，但比DNA复制的速度要 慢得多（800bp /秒）。
•基因开始表达→mRNA的间隔约为2.5分钟， 而再过半分钟就能在细胞内测到相应的蛋白 质。
转录机器的主要成分
1. RNA聚合酶 (RNA polymerase)
第三讲 生物信息的传递 （上）从DNA到RNA
Crick的中心法则（central dogma）
From DNA to Protein
DNA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 RNA，翻译生成蛋白 质的过程来控制生命 现象。
基因表达包括转录（transcription）和 翻译（translation）两个阶段。
Upstream identifies sequences proceeding in the opposite direction from expression; for example, the bacterial promoter is upstream of the transcription unit, the initiation codon is upstream of the coding region.
RNA聚合酶需执行的功能
(1)识别DNA双链上的起始子；
(2) 使DNA变性在启动子处解旋成单链； (3) 通过阅读启动子序列，RNA pol 确定它 自己的转录方向和模板链。
(4) 最后当它达到终止子时，通过识别停止 转录。
原核和真核生物的RNA聚合酶虽然 都能催化RNA的合成，但在其分子 组成、种类和生化特性上各有特 色。
第三讲 转录及转录前调控
时间特异性：只在发育的某个特定时期或者某些 时期表达的基因 分析方法空表达模式
空间特异性：基因表达的组织细胞特异性 分析方法：原位杂交（in situ hybridization）
文昌鱼晚期神经 胚的横切面，示 AmphiMDF基因 在肌节区的表达。
二、核潜能的限定 2.细胞核具有潜在的全能性
关于分化细胞核潜能限定的观点长期以来存在着争议。 有些学者认为用已分化细胞核进行的移植实验在很多情况下不能获得 正常发育胚胎的原因，主要是由于核移植的方法使已分化细胞核突然 进入了一个高频率分裂的陌生胞质环境，容易引起染色体断裂。 为真正评价细胞核的潜能，人们采用核克隆技术（nuclear cloning）。 已分化细胞的核经历一系列的移植后，其中有些细胞核变得可以指导 整个有机体的发育。
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。
已决定但尚未终末分化的细胞，突然改变了它的发育程序的事件——转决定
附图3：转化（metaplasia）：已分化的细胞转分化为其它类型细胞的现象
e.g., 鸡视网膜表皮色素细胞在含透明质酸酶、血清、苯硫脲的条件下培养后转 变为晶体状细胞。
二、核潜能的限定 1.在发育中核潜能被限定
大量的证据表明，随着细胞的分化，核的潜能逐 渐被限定。
分子生物学第三章RNA转录
分⼦⽣物学第三章RNA转录第三章 RNA 转录(RNA transcription)3.1. Basic concept3.2. Trancription survey3.3. Promoter in Eukaryotes and Prokaryotes3.4. Transcription Termination3.5. Pre-RNA processing in Eukaryotes3.1. 基本概念（P64） Basic concept●基因表达的第⼀步●以D. S. DNA 中的⼀条单链作为转录的模板某⼀基因只以⼀条单链DNA 为模板进⾏转录（不对称转录）●在依赖DNA 的RNA 聚合酶的作⽤下●按A U ，C G 配对的原则，合成RNA 分⼦●模板单链 DNA 的极性⽅向为3’ → 5’, ⽽⾮模板单链DNA 的极性⽅向与RNA 链相同，均为5’ → 3’.● RNA 的转录包括promotion, elongation, termination 三个阶段●从启动⼦（promoter ）到终⽌⼦（terminator ）的DNA序列称为转录单位（transcriptional unit ）●原核⽣物中的转录单位多为 polycistron in operon真核⽣物中的转录单位多为monocistron, No operon●转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值● RNA 的主要种类及功能：mRNA ——携带编码多肽的遗传信息tRNA ——将核苷酸信息转化为aa 信息转运aa 进⼊核糖体rRNA ——参与多肽合成3.2.RNA 转录概况3.2.1转录的基本过程1. 模板识别：RNApol 与启动⼦相互识别并结合的过程（形成封闭的⼆元复合物）启动⼦（promoter ）：DNA 分⼦上结合RNApol 并形成转录起始复合物的区域，通常也包括促进这⼀过程的调节蛋⽩结合位点rich A/T ，易发⽣DNA 呼吸现象形成单链区2转录起始：启动⼦区解链，转录起始（封闭的⼆元复合物开放的⼆元复合物三元复合物）通常在这⼀过程中RNApol 移动较慢，且易发⽣脱落——流产式起始 ——决定启动⼦的强弱3延伸：延伸过程中的延宕现象（Eukaryotes ）：Euk genome G/C 分布不均匀σ脱离全酶（Pro ）/RNApol 脱离转录起始复合物（Euk ）4终⽌：在终⽌⼦（terminator ）处停⽌转录3.2.2 RNApolymerase1 RNA polymerase in Prokaryotes （以E.coli 为例）1）构成核⼼酶(core enzyme)：2αββ’DNA3’----TACTCAT----5’ RNA 5’----AUGAGUA----3’5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand)template (antisense strand)全酶（holoenzyme)2αββ’σα：核⼼酶组建因⼦/ 启动⼦识别β：RNA合成的活性中⼼β’：与β共同构成活性中⼼σ：识别启动⼦，增加酶与DNA的亲和⼒σ因⼦可减少RNApol与⾮启动⼦DNA序列的亲和⼒，⽽增加RNApol与启动⼦的亲和⼒，⼀旦转录起始，σ因⼦将脱离RNApol再次引导新的RNApol进⾏转录ρ：参与转录终⽌2）Rifamycin（利福霉素）及Streptolydigin（利链菌素）对Pro转录的影响Rif可结合β，阻⽌NTP的进⼊I位点（Initiation site )（⼀旦形成三元复合物Rif不再起抑制作⽤）；利链菌素结合β的延伸位点(Elongation site)，抑制延伸。
转录基本知识
三：RNA合 成过程
起始
双链DNA 局部解开
启动子 （promoter)
RNA聚合酶
终止子 (terminator)
磷酸二酯
键形成
55
离开
延长阶段
5 解链区到达
基因终点 5
终止阶段
5
3 3 3
5 RNA
3
1 起始：RNA聚合酶识别起始区
转录起始需解决两个问题： 1. 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
rRNA不单独存在，它与蛋白质结合为核蛋白体，分为 大小亚基，存在于粗面内质网与胞浆中。核蛋白体是 蛋白质生物合成的场所。
snRNA 参与RNA 剪辑
复制和转录的区别
转录是基因表达的中心环节
转录是以 DNA为模板合成RNA, 并且只是以单股DNA 为模板，因此具有不 对称性；
用以转录的单链DNA, 称为模板链, 与复制不同，转录是局部的,从启动 子开始到终止子结束,为一个转录单位;
原核生物的RNA聚合酶 原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成， 即2'。 亚基与转录起始点的识别有关，在转录合成开 始后被释放；余下的部分（2'）被称为核心 酶，与RNA链的聚合有关。
原核生物RNA聚合酶的核心酶和全酶
核心酶 (core enzyme)
全酶 (holoenzyme)
8.电泳：核苷酸、核酸均可以进行电泳，泳动速度 主要由分子大小来决定，因此，电泳是测定核酸分 子量的好方法。
紫外分光光度计 A260/A280和 A260/A230的含义
A260nm是核酸最高吸收峰的吸收波长，最佳测量值的范围为0.1至 1.0。
转录调控
目录
色氨酸操纵子模型结构： 5种结构基因：trpE、D、C、B、A； 调控结构：启动子、操纵子、前导序列、 弱化子； 阻遏物trpR基因：与trp操纵子相距较远；
目录
分支酸 → 邻氨基苯甲酸 → 磷酸核糖基 → CDRP → 吲哚甘油-磷酸 → 色氨酸 邻氨基苯甲酸
邻氨基苯甲酸合成酶
吲哚甘油 硼酸合成酶
Jacquces Monod(1910-67)
Francois Jacob(1920-)
目录
乳糖操纵子学说的主要内容 ① Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子 的mRNA分子所编码
Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖 和半乳糖 Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳 糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原 生质膜进入细胞内。 A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶 A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰 半乳糖。
+ + + + 转录 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
协调调节
※当阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用； ※如无CAP存在，即使无阻遏蛋白与操纵序列 结合，操纵子仍无转录活性。 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细 菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代 谢阻遏(catabolic repression)。
目录
邻氨基苯 吲哚甘油 色氨酸合成酶 甲酸合成酶 硼酸合成酶 TrpE terpD trpC trpB trpA t 衰减子 t’
第三章 转录
不需要引物
特点
半保留复制
不对称转录
RNA合成的检测
• TCA(三氯醋酸)沉淀法：反应体系包括 DNA模板，RNA聚合酶，NTPs，用放射 性同位素至少标记一种NTP前体，保温一 段时间以后加入TCA，RNA不溶于TCA而 生成沉淀，而反应各组分不形成沉淀，然后 用滤纸过滤，在滤纸上的放射性强度和合成 的RNA量成正比。
复制和转录的异同点
相同点： 1.以DNA为模板 2.合成新链的方向均为5’→3’
3.都需要依赖DNA的聚合酶
4.遵守碱基互补配对规则
不同点 模板 原料 聚合酶
复制 两股链均作为模板 dNTP DNA聚合酶
转录 模板链作为模板 NTP RNA聚合酶
mRNA, tRNA, rRNA
产物
引物
子代DNA双链
RNA合成的起始
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： 合成并释放2-9个核苷酸的短RNA转录物， 即所谓的流产式起始； 尽快释放σ亚基，转录起始复合物通过上游 启动子区并生成由核心酶、DNA和新生 RNA所组成的转录延伸复合物。
转录延伸复合物较为稳定，可长时间与 DNA模板结合而不解离。只有在遇到转 录终止信号时，RNA聚合酶才停止加入 新的核苷酸，RNA-DNA杂合物解离， 释放转录产物并导致聚合酶本身从模板 DNA上脱落。
大肠杆菌RNA聚合酶核心酶单独合成RNA
a
b’
Active center cleft
a
w
b
真核生物RNA聚合酶 真核生物中有3类RNA聚合酶，其结构比 大肠杆菌RNA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 α-鹅膏覃碱的敏感性也不同。 真核生物RNA聚合酶一般有8-14个亚基所 组成，相对分子质量超过5×105。
03转录及调控-3
（一）真核生物基因表达的特点
1. 细胞的全能性 2. 基因表达的时间性和空间性 3. 转录和翻译分开进行
4. 初级转录产物要经过转录后加工修饰
5. 部分基因多拷贝
6. 不存在操纵子结构 真核生物的mRNA是单顺反子mRNA
(monocistronic mRNA)
胚胎期
ε
胚胎期 δ2 Hb Grow1
原核生物以负调控为主： 原核生物染色质没有核小体结构，DNA没有遮蔽，
催化转录的RNA聚合酶很容易发现启动子，其基 因表达的调节很容易通过阻遏蛋白实现。 负调控提供了一个非常保险的机制：即使调节系 统失灵，蛋白质照样可以合成。很多原核操纵子 （元）系统，原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋 白参与的开、关调节机制。
Transcription
mRNA 5′
3′
1
2
3
Translation
Proteins
1
2
3
3.转录和翻译偶联进行；
4.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列—SD序 列，共有序列为AGGAGG； 5.原核生物基因表达调控主要在转录水平，即对 RNA合成的调控。
通常有两种方式： (1) 起始调控，即启动子调控 (2) 终止调控(衰减子调控)
转录终止调控方式 ： A.依赖ρ因子的终止调控
噬菌体
B.不依赖ρ因子的终止调控
• 依赖mRNA3′末端转录终止子
• 衰减子介导的转录终止
色氨酸操纵子的表达调控
1.色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子（tryptophan operon，trp operon）
负责色氨酸合成的操纵子，由启动子和操纵基因 区组成，该操纵基因区控制一个编码色氨酸生物合 成需要的5种蛋白的多顺反子mRNA的表达。
2016学年第一学期药学分子生物学课程教学进度表
编号
教学内容（学时数）
日期
授课教师
1
绪论
第一章：基因与基因组
9.1
金晶
2
第一章：基因与基因组
9.8
金晶
3
第二章：DNA复制、突变、损伤和修复
9.22
金晶
4
第二章：DNA复制、突变、损伤和修复
9.29
金晶
5
第三章：转录及其调控（转录及加工部分）
10.13
金晶
6
第三章：转录及其调控（转录及加工部分）
及其调控（翻译及加工部分）
10.27
金晶
8
第四章：翻译及其调控（翻译及加工部分）
11.3
金晶
9
第四章：翻译及其调控（翻译及加工部分）
11.10
金晶
10
第三、四章：基因表达调控部分
11.17
杜军
11
第三、四章：基因表达调控部分
11.24
2016年8月
杜军
12
第三、四章：基因表达调控部分
12.1
杜军
13
第六章：常用分子生物学技术
12.8
金晶
14
第七章：药物基因组学
12.15
金晶
15
第八、九章：药物转录组和蛋白组学
12.22
金晶
16
习题课
金晶
上课时间：每周周四上午第4-5节课，10：45－12：25 (逢节假日，另行通知)
上课地点：东校区教学楼B402
细胞中的RNA转录与翻译调控
细胞中的RNA转录与翻译调控细胞中的基因表达是一个复杂而精确的过程，其中RNA的转录和翻译调控发挥着至关重要的作用。
本文将探讨细胞中RNA转录和翻译调控的机制以及其在细胞生物学中的重要性。
一、RNA转录调控在细胞中，RNA的转录是从DNA模板合成RNA的过程。
转录调控是指细胞中对RNA转录过程的调节，以确保RNA在正确的时间和空间得到合成。
在转录调控过程中，存在着多种因子的相互作用和调节。
1. 转录因子转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，它们能够识别和结合到DNA上的特异序列，并调控基因的转录。
转录因子可以激活或抑制基因的转录，从而影响RNA的合成。
转录因子的活性和表达受到细胞内外多种信号的调控，确保基因的表达能够适应不同的环境和生理需求。
2. 染色质结构染色质结构也对RNA转录调控起着重要作用。
在细胞核中，DNA 紧密地组织成染色质纤维，染色质结构的紧密程度影响了转录因子的结合和RNA合成的进行。
通过改变染色质的组织结构，细胞可以实现对RNA转录的精密调控。
3. 表观遗传修饰表观遗传修饰是指非DNA序列的化学修饰，包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。
这些修饰可以影响染色质的结构和转录因子的结合，从而对RNA转录进行调控。
二、RNA翻译调控RNA翻译是指在细胞中，通过核糖体将RNA的信息翻译成蛋白质的过程。
与RNA转录调控类似，RNA翻译也需要细胞进行精密的调控，以确保蛋白质在正确的时间和位置合成。
1. 转录后修饰在RNA转录后，RNA分子还会经历多种修饰过程，如剪接、剪切和核苷酸修改等。
这些修饰可以影响RNA的稳定性和转译的效率，从而对翻译进行调控。
2. 甲基化修饰RNA分子上的甲基化修饰可以影响翻译的速率和准确性。
甲基化修饰的存在可以改变核糖体与RNA的相互作用，从而影响翻译的进行。
3. 翻译因子翻译因子是一类能够与核糖体相互作用的蛋白质，它们能够识别RNA上的启动子序列，并参与到翻译的过程中。
第三章 转录
6.产物为多聚核苷酸链
• 不同点：
•
复制
转录
• • • • • •
模板 两股链均作为模板 模板链作为模板 原料 dNTP NTP 聚合酶 DNA聚合酶 RNA聚合酶 产物 子代DNA双链 mRNA;tRNA;rRN 配对 A-T；G-C A-U；T-A；G-C ★ 引物 需RNA引物 -------★方式(特点) 半保留复制 不对称转录
• 真核基因启动子：启动子中的元件可以分为两种： • ①核心启动子元件： 指RNA聚合酶起始转 录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及 其上游－25/－30bp处的TATA盒。核心元件单 独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平 的转录。 • ②上游启动子元件：包括通常位于－70bp附 近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的 上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高 或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子 元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分 别有不同的调控。以人金属硫蛋白基因为例，说明 真核基因上游启动子元件的组织情况和各元件相应 结合的转录因子。
• RNA酶促合成的特点： （1）合成原料为ATP、GTP、CTP、UTP
（2）的RNA在NDA模板上以RNA聚合酶
酶促合成
（3）只有一条DNA链作为一个基因的RNA
模板，这可用人工分子杂交试验证实。 （4）RNA链按照5‘－3’方向（DNA链的 3‘－5’）定向合成，因此RNA5‘端为三磷酸 键。
• 由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖 70bp的DNA序列，因此酶分子上的一个 适合部位就能占据从-35到-10序列区域 （图）
大肠杆菌 RNA聚合 酶识别的 启动子区
• 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种 RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以 RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比较了上 百个真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列 伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness 框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为 T28A97A93A85A63T37A83A50T37，基 本上都由A，T碱基所组成，离体转录实验表明， TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA 框的基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75 区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT。 有实验表明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺 失GG，兔子的β珠蛋白基因转录效率只有原来的 12%（图）。
转录因子的作用及其调控机制
转录因子的作用及其调控机制转录因子（Transcription Factor，TF）是在基因表达控制过程中起到关键作用的蛋白质。
它们通过与DNA特定序列结合，调控基因的转录，从而控制基因的表达。
基因表达的异常与许多人类疾病的发生相关，因此对TF的作用及调控机制的研究具有重要意义。
一、基本概念TF是指一类能够结合到特定DNA序列（调控元件）的蛋白质。
它们通过与DNA结合形成复合物，可以激活、抑制或调节基因的转录，并且在细胞分化、发育、代谢途径、疾病等生命活动过程中起到重要的调控作用。
TF通常由一个或多个结构域组成，如DNA结合域、转录激活域、共激活域等。
二、TF的分类及作用TF大致可以分为转录激活因子（Transcriptional Activation Factor，TAF）、转录抑制因子（Transcriptional Repression Factor，TRF）、转录因子结合蛋白（Transcription Factor Binding Protein，TFBD）等类别。
它们的作用机制不同，可通过结合不同序列上的DNA、与其他蛋白质相互作用等不同方式对基因表达进行调控。
1. TAFTAF通常指与转录激活有关的TF，它们能够提高基因的转录效率。
TAF包括转录激活因子（Transcriptional Activators）和转录共激活因子（Coactivators）。
转录激活因子通过与转录起始位点上的DNA结合，促进转录起始复合物的形成，从而激活基因的转录。
常见的转录激活因子包括Jun、Fos、CREB等。
而共激活因子通常不与DNA直接结合，而是通过与转录激活因子和RNA聚合酶II相互作用提高基因转录效率。
2. TRFTRF则是负调控因子，能够抑制基因的转录过程。
TRF通常包括转录抑制因子（Transcriptional Repressors）和转录共抑制因子（Corepressors）。
转录抑制因子通过与DNA结合或与转录激活因子相互作用，阻碍转录起始复合物形成，从而抑制基因的转录。
原核生物的转录及调控
• 利链菌素（ streptolydigin）：与细菌 RNA pol β亚基结合，抑制转录的延伸。
• 肝素：与细菌RNA pol β’亚基结合，阻 碍其与模板DNA的结合。
第三节 原核生物转录的过程
• RNA的转录包括promotion，elongation，termination 三过程；
TATAAT（pribnow Box）
Initiation site ： +1 site。 RNA transcriptional startpoint （I site） A/G
-35 (R)
-10 (B)
+1 (I) RNA
l Sextama Box与Pribnow Box间距17bp，有利于RNA
2
40000*2
β rpoB
1
155000
β ’ rpoC
1
σ rpoD
1
160000 85000
部位 核心酶 σ因子
可能功能
多样 结合核苷酸 结合模板 起始识别因子
RNA polymerase in prok.
βα σ
α β’
Core Enzyme for elongation 依靠静电作用力 非专一性与非特异DNA 结合 半衰期；60’
βα
σ
α β’ cover 60bp
Holo Enzyme for initiation 依靠空间结构 专一性与 特异DNA结合
半衰期；数小时
Cartoon illustrating separation of the subunits of E. coli RNA polymerase by SDS-PAGE
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一、转录模板、酶及相关因子
❖分解代谢物基因激活蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）就是一种典型的激 活蛋白。有些基因在没有激活蛋白存在时， RNA聚合酶很少或根本不能结合启动序列，无 法转录。
3.其他因子 除上述因子外，还有一些蛋白质参 与转录过程。例如，大肠埃希菌的nusA蛋白能协 助RNA聚合酶识别某些特征性的终止位点。
编码链（coding strand） 模板链（template strand）
转录
5′···GCAGUACAUGUC ···3′ mRNA
翻译
N······Ala ·Val ·His ·Val ······C 蛋白质
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
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
TTGACA AA C T G T RNA-pol辨认位点 (recognition site)
开始转录 -10 区
T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
二、原核生物转录过程
2.原核生物转录起始过程
原核生物转录 真核生物转录 转录调控 转录及其调控系统与药物
第一节 原核生物转录
目录
一、原核生物转录模板、酶及相关因子 （一）原核生物转录模板 （二）原核生物RNA聚合酶 （三）原核生物转录相关因子
二、原核生物转录过程 （一）原核生物转录起始 （二）原核生物转录延长 （三）原核生物转录终止
一、转录模板、酶及相关因子
复制和转录的区别
模板
原料 酶
产物 碱基配对
复制
两股链均复制 全部基因组被复制
dNTP DNA聚合酶 子代双链DNA A-T，G-C
转录
只有模板链转录（不对称转录） 任一种细胞内仅部分基因转录
NTP RNA聚合酶 mRNA，tRNA，rRNA等 A-T，G-C，A-U
目录
第一节 第二节 第三节 第四节
药学分子生物学
第三章 转录及其调控
重点难点
❖ 转录、启动子、增强子的概念 ❖ 转录反应体系 ❖ 原核生物转录的大致过程 ❖ 真核生物转录后加工 ❖ 转录水平的调节方式
▪ 原核生物的操纵子模式 ▪ 真核生物的顺式作用元件与反式作用因子
生物体在遗传信息传递过程中，以DNA为模板，在 DNA依赖的RNA聚合酶（DNA-dependent RNA polymerase）催化下，以4种三磷酸核苷（ATP、GTP、 CTP、UTP）为原料，合成RNA的过程称为转录（ transcription）。
v 能 结 合 RNA ， 以 对 poly C 的 结 合 力 最 强 ， 对 poly dC/dG组成的DNA的结合能力低得多。
v ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。
一、转录模板、酶及相关因子
2.调节基因所编码的因子 ①特异因子 ：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序 列的特异性识别和结合能力； ②阻遏蛋白：可识别、结合特异DNA序列，抑制基因 转录，介导负调节； ③激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列，提高 RNA聚合酶与启动序列结合能力，增强RNA聚合酶的 转录活性，是一种正调控。CAP
二、原核生物转录过程
n E.coli的转录起始和延长
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；
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
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。
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
亚基 α β β′ ω σ
分子量 36 512 150 618 155 613 11 000 70 263
二、原核生物转录过程
（一）原核生物转录起始 1.原核生物RNA聚合酶与模板的辨认结合 原核生物通常是以操纵子（operon）作为转录和 调控的基本单位。
启动子 (promoter)
RNA-pol
其他调控序列
结构基因
二、原核生物转录过程
❖RNA 聚合 酶保 护法
二、原核生物转录过程
RNA聚合酶保护区 结构基因
（一）转录模板
❖ 在DNA分子的双链上，按碱基配对规律能指导 转录生成RNA的一股链作为模板指导转录，另 一股链则不转录，这种模板的选择性称为不对 称转录（asymmetric transcription）。
一、转录模板、酶及相关因子
5′···GCAGTACATGTC ···3′ 3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′
二、原核生物转录过程
（三）原核生物转录终止 ❖ 当RNA聚合酶核心酶（α２ββ′ω）滑行到操纵
二、原核生物转录过程
大肠埃希菌的转录泡局部结构示意图
转录泡(transcription bubble)： RNA-pol （核心酶） ····DNA ····RNA
二、原核生物转录过程
原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行
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DNA
RNA
RNA聚合酶
核糖体 Ø在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行； Ø转录尚未完成，翻译已在进行。
每分子酶中所含数目 2 1 1 1 1
功能 决定哪些基因被转录 与转录全过程有关（催化） 结合DNA 模板 功能尚不清楚 辨认起始位点
α2ββ′ωσ称为全酶（holoenzyme），α２ββ′ω称为核心酶（core enzyme）。
一、转录模板、酶及相关因子
（三）原核生物转录相关因子
1.因子
v 由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量 46kD。
①闭合转录复合体（closed transcription comple）形成； ②开放转录复合体（open transcription complex）形成； ③转录起始复合物形成。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - 2) - DNA - pppGpN- OH 3