转录及其调控 (2)优秀课件
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《转录水平的调控》课件
转录因子在转录过程中的作用机制
激活机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合，促进RNA聚合酶的招募 ，从而激活基因转录。
抑制机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合，阻止RNA聚合酶的招募 ，从而抑制基因转录。
共激活剂和共抑制
因子
一些转录因子可以招募共激活剂 或共抑制因子，进一步增强或减 弱其调控作用。
转录因子在疾病中的调控作用
肿瘤发生和发展
一些转录因子在肿瘤发生和发展过程中发挥重要作用，如MYC、FOXM1等。这些转录因子的异常表达可以导致肿瘤 细胞的增殖、侵袭和转移。
免疫系统调控
一些转录因子在免疫系统的发育和功能中发挥重要作用，如NF-κB、IRF等。这些转录因子的异常表达可以导致免疫 系统紊乱，增加疾病易感性。
在转录过程中，RNA聚合酶识别DNA上的启动子 02 序列，并开始合成RNA链。
转录过程中，DNA双链结构中的一条链作为模板 03 ，合成RNA链。
转录的步骤
起始
RNA聚合酶结合到DNA上的启动子序列， 并开始合成RNA链。
延长
RNA聚合酶沿着DNA模板链不断向前移动，同时合 成RNA链。
终止
RNA聚合酶到达DNA上的终止子序列，停 止合成RNA链，并从DNA上释放出来。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码 RNA等机制。
表观遗传学调控在细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等多种生物学过程中发 挥重要作用。
DNA甲基化在转录水平调控中的作用
DNA甲基化是指在 DNA序列中，CpG位 点的胞嘧啶被甲基所
修饰的一种形式。
DNA甲基化可以影响 转录因子与DNA的结 合，从而调控基因的
02
转录调控ppt课件
基因表达调控
（Regulation of Gene Expression）
本章主要内容 ❖ 基本概念与原理
❖ 原核生物基因转录调控 ❖ 真核生物基因表达调控
一、基因表达的概念
基因表达 是指生物体基因组种结构基因所携带的遗传信息 经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质， 进而发挥其特定生物学功能的全过程。 基因表达产物 各种RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白质、 多肽。
乳糖操纵子
P 启动基因：RNA聚合酶的结合位点
O 操纵基因：阻遏物的结合位点，当阻遏物附着在操纵
基因上时，结构基因无法转录。
I: 调节基因（阻遏基因）：编码阻遏物
没有乳糖的时候，阻遏基因编码产生的阻遏蛋白 结合在操纵基因序列上，使得RNA聚合酶无法对
下游的结构基因进行转录
异乳糖
原核生物的共有序列
--
36
--
37
3 亮氨酸拉链结构 亮氨酸拉链（leucine zipper， ZIP）结构也是转录因子DNA结合区的一种结 构模式
--
38
--
39
4．螺旋-环-螺旋结构 螺旋-环-螺旋（helix-loophelix，HLH）是新近发现的一种DNA结合区的 结构模式
--
40
--
41
六、真核基因表达的激素调节
转录产物的转运 翻译调控 翻译水平 翻译后加工
二、色氨酸操纵子的调节机制
❖ 色氨酸操纵子（trp operon）：
❖ 阻遏型操纵子； ❖ 主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白
的转录合成。 ❖ 当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放； ❖ 而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。
二、色氨酸操纵子的调节机制
（Regulation of Gene Expression）
本章主要内容 ❖ 基本概念与原理
❖ 原核生物基因转录调控 ❖ 真核生物基因表达调控
一、基因表达的概念
基因表达 是指生物体基因组种结构基因所携带的遗传信息 经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质， 进而发挥其特定生物学功能的全过程。 基因表达产物 各种RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白质、 多肽。
乳糖操纵子
P 启动基因：RNA聚合酶的结合位点
O 操纵基因：阻遏物的结合位点，当阻遏物附着在操纵
基因上时，结构基因无法转录。
I: 调节基因（阻遏基因）：编码阻遏物
没有乳糖的时候，阻遏基因编码产生的阻遏蛋白 结合在操纵基因序列上，使得RNA聚合酶无法对
下游的结构基因进行转录
异乳糖
原核生物的共有序列
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3 亮氨酸拉链结构 亮氨酸拉链（leucine zipper， ZIP）结构也是转录因子DNA结合区的一种结 构模式
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4．螺旋-环-螺旋结构 螺旋-环-螺旋（helix-loophelix，HLH）是新近发现的一种DNA结合区的 结构模式
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六、真核基因表达的激素调节
转录产物的转运 翻译调控 翻译水平 翻译后加工
二、色氨酸操纵子的调节机制
❖ 色氨酸操纵子（trp operon）：
❖ 阻遏型操纵子； ❖ 主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白
的转录合成。 ❖ 当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放； ❖ 而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。
二、色氨酸操纵子的调节机制
真核生物转录及转录水平的调控上精品PPT课件
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。
识别和结合TATA框
与PolⅡ结合，参与解链
磷酸化RNA聚合酶大亚基CTD, 转录起始所必需
真核生物转录因子的结构
转录调控域（激活或抑制） DNA结合域（和启动子调节元件结合） 二聚体结构域 （同源或异源单体结合） 细胞核定位信号（通过核孔进入细胞核的
氨基酸短序列）
DNA结合域
1. HTH结构 2.碱性结构域 3.锌指结构
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
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
产物
对α-鹅膏菌素的敏感性
RNA polⅠ 核仁 pre-rRNA [28S 18S 5.8S]
RNA polⅡ
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。
识别和结合TATA框
与PolⅡ结合，参与解链
磷酸化RNA聚合酶大亚基CTD, 转录起始所必需
真核生物转录因子的结构
转录调控域（激活或抑制） DNA结合域（和启动子调节元件结合） 二聚体结构域 （同源或异源单体结合） 细胞核定位信号（通过核孔进入细胞核的
氨基酸短序列）
DNA结合域
1. HTH结构 2.碱性结构域 3.锌指结构
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
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
产物
对α-鹅膏菌素的敏感性
RNA polⅠ 核仁 pre-rRNA [28S 18S 5.8S]
RNA polⅡ
真核生物的基因转录及其调控PPT32页
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
真核生物的基因转录及其调控
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
Hale Waihona Puke
15、机会是不守纪律的。——雨果
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
真核生物的基因转录及其调控
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
Hale Waihona Puke
基因的转录表达与调控幻灯片PPT
3.6 转录后加工
3.6.1 原核生物mRNA加工
3.6.2真核mRNA前体的加 工
( 一 ) 核 内 不 均 一 RNA （ heterogenous nuclear RNA,hnRNA ） 平 均 分 子 长 度 为 810Kb(2Kb~14Kb)左右。比mRNA的平均长 度（ 1.8-2Kb）要大4-5倍。
晚期区
SV 40
无 核小体区
早期区
72bp
72bp
21 21 22
T3
T2
T1
O ri
250
107 103
4 7 TATA 0 /5 2 4 5
GGTGTGGAAAG
CCGCCC
图 12- SV40复 制 起 始 中 的 增 强 子
增强子为什么具有远距离作用呢？ （1）拓朴效应；拓朴效应说认为增强子的
表12-3 转录的抑制剂
抑制剂
靶酶
抑制作用
利福霉素 细菌全酶
和β亚基结合，抑制起始
链霉溶菌素 细菌核心酶 和β亚基结合，抑制起始
放射线素D 真核PolⅠ
和DNA结合，阻止延伸
α-鹅膏蕈 真核PolⅡ
和RNA PolⅡ结合
当于原核 RNA Pol的β′亚基C端含有羧基末端功能区
大亚基 核RNA Pol β
表12-5 人类Ⅱ型启动子的转录因子
因子
分子量
功能
RNAPolⅡ ≥10K
依赖模板合成RNA
TFⅡA 12,19,35K 稳定TFⅡD和DNA的结合，激活TBP亚基
TFⅡB 33K
结合模板链（-10～+10），起始PolⅡ结合，和TFⅡE/F
相互作用
TFⅡD (TBP,30K) TBP亚基识别TATA，将聚合酶组入复合体中，TAFs识别
真核生物转录及转录水平的调控课件
亮氨酸拉链
碱性结构
一种亮氨酸拉链二聚体对DNA
bZIP蛋白的亮氨酸拉链和碱性结构域
2. HTH结构（helix-turn-helix）
• HTH结构(基序)的特点是两段α螺旋之间由一段 常含脯氨酸的10氨基酸左右的肽连结，使两段α 螺旋形成一个固定的角度。
• 同源异型域（homeodomains）也属于HTH结 构（图14-18）。
dimer
Three major categories of transcription factor protein.
dimer
C2H2锌指结构的特点
①通过锌离子把四个氨基酸（2个组氨酸和2个半胱氨酸的协 调作用）连在一起;
②锌指的一端与α-螺旋相连; ③锌指与DNA的结合是通过“锌指”的C端进行; ④每个“指”通过形成两个序列特异的DNA接触点（α-螺
３)RNA聚合酶I的启动子及转录的起始
UCE
core promo+t1er
• UBF+UPE UBF • UBF+Part of
core promoTteArF1X3
• Two UBF TBP interaction causing DNA to forTmBPa loopSL1
RNA 聚合酶
UBF UBF
• 第四个部位是增强子（enhancer），又称远上游序列（far upstream sequence）。一般都在-1OO以上。
2) Enhancer 的结构与功能
☆增强子（Enhancer）和沉默子（Silencer） 是远上游调控元 件，具有远距离，方向和位置非依赖性，部分具有组织细胞类 型。
１)RNA聚合酶I启动子及其转录起 始
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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
真核生物RNA聚合酶不与DNA分子直接结合，而需 依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物（preinitiation complex,PIC).
板上移动。 2.起始识别：全酶与-35序列结合，产生封闭的酶-启动子二元复合
物。 3.全酶紧密地结合在-10序列处，DNA模板局部变性，形成开放的
启动子二元复合物。（RNA聚合酶与启动子结合后造成约10bp的 DNA解链） 4.合成短多聚核苷酸（<10nt),三元复合物形成。（酶-启动子-NTP） 5. σ因子从全酶中解离下来，聚合酶转变为延长构型。酶分子与启 动子特异性结合性的结合力下降，延伸阶段开始。
转录延长
三、转录的终止
终止序列和释放因子
终止子：一种位于poly(A)位点下游，长度在数百碱基以内的结 构。提供终止信号的序列。 原核生物终止子分为两类： 不依赖ρ因子而实现终止作用。如强终止子，病毒SV40 的终止 依赖ρ因子才能实现终止作用。
ρ因子---蛋白质辅助因子
不依赖ρ因子终止作用： 在转录终止点之前有一段回文序列，回文序列的两 个重复部分之间由几个碱基对的不重复阶段隔开
依赖于ρ因子终止作用
ρ因子是55KDa蛋白，其活性形式为六聚体 1）促进转录终止活性 2）NTPase活性，需要RNA链。
两类终止子有共同的序列特征。在转录终止点前有一段 回文序列。回文序列的两个重复部分(每个7～20bp)由 几个不重复的bp节段隔开。回文序列的对称轴一般距 转录终止点16～24bp。
转录单元是一段被转录成单链RNA的DNA序列，它 起始于启动子，结束于终止子。
一个转录单元可能包含不止一个基因。
第二节 真核生物转录
一、所需因素 转录起始需要启动子，RNA聚合酶和转录因子参与。 1.转录起始前的上游区具有启动子核心序列。不同
物种、不同细胞或不同的基因转录起始点上游有不 同的DNA序列，统称为順式作用元件（cis-acting element). 順式作用元件包括启动子、启动子上游元件等近端 调控元件和增强子等远隔序列。
(3）转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。
第一节 原核生物转录
一、所需因素
1.转录模板 DNA模板：指导RNA合成的一股DNA
链称为模板链（template strand），与 之相对的另一股链为编码链（coding strand）.
模板链,又称反义链 编码链，又称有义链
2.RNA聚合酶（RNA polymerase） RNA聚合酶有以下特点：
（1）无需引物的存在能独自起始新RNA链 的合成
（2）没有校对能力； （3）催化的底物是核糖核苷三磷酸。
大肠杆菌RNA聚合 酶
大肠杆菌只有一种RNA聚合酶，负责所有rRNA、mRNA和 tRNA的合成。该酶具有全能性，基本上不需要其他蛋白因 子的参与，即可独立的进行。
功能：
（1）识别DNA双链上的启动子 （2）通过阅读启动子序列，确定转录方向和模板链 （3）解开DNA部分双螺旋，产生约17 bp的单链DNA模板 （4）选择正确的核糖核苷三磷酸（rNTP）底物并催化形成磷
2. 真核生物有三种DNA依赖RNA聚 合酶
3.转录因子
真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因 子的协助。
能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白 质，已发现数百种。统称为反式作用因子（transacting factors)
反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的称 为 转录因子（transcriptional factors,TF).
转录及其调控 (2)优秀课件
转录(transcription)
遗传信息由DNA转换到RNA的过程。 蛋白质生物合成的第一步: 合成mRNA以及
非编码RNA（tRNA、rRNA等）
多核苷酸链的合成都是以5’→3’的方向. 转录特点： （1）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基
因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制 （2）转录是不对称的.
起始点上游多数有共同的TATA序
順式作用
元件
Hale Waihona Puke 列，称为TATA盒。（启动子核心
结构
基因
序列）
启动子上游元件是位于TATA盒上 游的DNA序列，多在转录起始点 约-40~-100nt的位置，常见的 是GC盒和CAAT盒。
增强子-能够结合特异基因调节蛋 白，促进邻近或远隔特定基因表
达的DNA序列。
两类终止子的不同点是：不依赖ρ因子的终止子的 回文序列中富含GC碱基对，在回文序列的下游方向又 常有6～8个AT碱基对(在模板链上为A、在mRNA上为 U)；而依赖ρ因子终止子中回文序列的GC对含量较少。 在回文序列下游方向的序列没有固定特征，其AT对含 量比前一种终止子低。
转录终止： 当RNA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，RNA-DNA 杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态， 而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来。
酸二酯键，使合成的RNA链不断延伸。 （5）最后当它达到终止子时，识别转录终止信号，停止转录。
结构：
5种亚基组成：两个α亚基、1个β亚基、1个β′ 亚基 和1个δ亚基。
转录的起始阶段： δ亚基和核心酶（ α2ββ′）组装成全酶共同起作用。δ 亚基无催化活性，但它能识别启动子并将封闭的启动子 复合物转换成开放状态。 一旦转录起始，δ亚基就从全酶上脱离下来。核心酶与 模板DNA结合的亲和力弱，特异性差，这有利于它在模 板链上移动，促进转录延伸。