基因表达过程图解

σ亚基
T T A A T A
T A T A A T
β β′ 上游 下游
转录第二阶段------转录起始
第二步：在新生 RNA 链的 最初几个核苷酸之间形 成磷酸二酯键后，RNA聚 合酶、 DNA 和新生 RNA 链 形成三元复合物
上游 RNA新生链合成从 5′到3′方向进行 5′
T T A A T A
5′ 3′ α α
伸着的RNA链不被核酸酶降解。 RNA聚合酶移动方向
β 3′
ω
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 ATATTA
TATAAT
5′ β′ 模板链
5′
非模板链 3′
转录第四阶段------转录终止
ρ 非依赖型终止子的序列含有 一段富含 CG 碱基的区域，它 原核与真核过程类似，但是真 跟在六个AT碱基的后面。这段 核有一个3′端加尾的修饰过程 序列转录后会通过碱基互补配 对形成发夹结构的RNA链，这 当 RNA 聚 合 酶 遇 到 种结构会阻碍RNA聚合酶沿着 原核生物有两种类型 新 生 RNA 链 前 进 ， 破 坏 RNA终 止 信 号 ， RNA 链 的终止子来终止转录 DNA 杂合链 5 ′端的正常结构 的延伸即终止，此 ①ρ依赖型终止子 从而终止转录 ② ρ非依赖型终止子 时转录复合物解体，
5′ 3′
原核与真核过程类似
RNA 新生链合成从 5 ′到 3 ′方向进行延伸， RNA 聚 合 酶 具 有 DNA 解 链 和 DNA再螺旋的功能。因此 随着聚合酶在模板上的 移动，靠近 3 ′端的 DNA 不断解旋，同时5′端重 新形成 DNA 双链，将 RNA 链挤出DNA-RNA杂合体 RNA聚合酶移动方向
真核生物特有过程
剪接前体
外显子1
U1 GU
内含子1 U2 A AG
外显子2
5′
3′ 5′剪切位点
分支位点A
3′剪切位点
转录第五阶段------RNA的剪接
第二步： snRNP U4/U6 和snRNP U5结合到剪接 前体上，形成完整的剪 接体，组装在5′剪切位 点并剪切转录本
U4 外显子1 U1 GU U6 内含子1 U2 A U5 5′剪切位点
α 5′ 转录复合物稳定性的维持 主要依赖 DNA 、新生 RNA 链和RNA聚合酶之间的结 合而非DNA模板链与新生 RNA链间的碱基配对
RNA聚合酶移动方向 3′ β 5′ 模板链
3′
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 α ATATTA
TATAAT
ω β′ 转录区域
非模板链 3′
转录第三阶段------转录延伸
新生 RNA 链不断延伸 真核相对原核较为复杂，在延 转录复合物稳定性的维持 后，转录泡也不断向 伸早期，真核pre-mRNA 的5′端 主要依赖 DNA 、新生 RNA 前移动，与此同时， 链和RNA聚合酶之间的结 会增加一个 7- 甲基鸟苷的帽子 新生RNA链与DNA模板 合而非DNA模板链与新生 进行修饰。这种帽子在延伸到 RNA链间的碱基配对 脱离，它与 DNA 模板 30 个核苷酸长度时被加入，它 可以在翻译起始时被蛋白质因 的碱基配对区很短， 子所识别，并且有助于保护延 仅有三个碱基的长度。
3′
β 转录区域 5′ 模板链
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 α ATATTA
TATAAT α
ω
5′
β′
非模板链 3′
转录第三阶段------转录延伸
新生 RNA 链不断延伸 后，转录泡也不断向 前移动，与此同时， 新生RNA链与DNA模板 脱离，它与 DNA 模板 的碱基配对区很短， 仅有三个碱基的长度。
5′
3′
α
ω α 5′
-10序列 -35序列 AACTGT TTGACA
σ亚基
T T A A T A
T A T A A T
3′ β 5′ 模板链 转录区域 非模板链 3′
β′
转录第三阶段------转录延伸
σ 因子被释放后， RNA 聚合 酶核心酶能以正确的取向与 解链后的有关单链相互作用， 形成开链复合物。核心酶催 化 RNA链延伸，这种共价延 伸 发 生 在 DNA 的 局 部 解 链 区——转录泡内
新生RNA链释放。
5′ 3′ α α
RNA聚合酶移动方向 β 3′
ω
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 ATATTA
TATAAT
5′ β′ 模板链 CCGGC
5′
非模板链 3′
真核生物新生RNA链3′端加尾过程
5′
polyA合成酶 催化多聚核苷 酸的反应
3′ AAAA…..AAA 3′
+1
八聚体盒 3′
-140 -120 -100
GC盒
-80
CAAT盒
-60
GC盒
-40 -30
TATA盒
-20
模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
5′
转录第一阶段------模板的识别 原核生物
RNA 聚合酶全酶对启动子 区特异性识别后，聚合酶 与启动子可逆性结合形成 二元封闭复合物。此时 DNA仍处于双链状态
3′
α
ω α 5′
-35序列 AACTGT
TTGACA
σ亚基
-10序列 ATATTA
β β′ 下游
TATAAT
上游
转录第一阶段------模板的识别 真核生物
RNA 聚 合 酶 对 启 动 子 区 特异性识别后聚合酶与 启动子可逆性结合形成 二元封闭复合物。此时 DNA仍处于双链状态
真核生物的 RNA 聚合酶：有三种， 分别称为 RNA 聚合酶 I 、 II 、 III ，含 有10个甚至更多的碱基，比原核生 物的要复杂，但是具有相同的结构 形态。与模板启动子区的识别过程 也是相似的。三种 RNA 聚合酶专一 地转录不同的基因，其转录过程和 产物也各不相同，三种 RNA聚合酶 对鹅膏覃碱的敏感性反应不同。
T A T A A T
在最初八至九个 磷酸二酯键的合 成过程中，全酶 一直结合在启动 子区，
下游 +1 RNA聚合酶移动方向 3′ 5′ 模板链 转录区域 非模板链 3′
3′
α
ω α 5′
-10序列 -35序列 AACTGT TTGACA
β β′
σ亚基
转录第二阶段------转录起始
真核相对原核较为复杂，其在 RNA 合成由 2 至 9 个核 第三步： σ聚合酶催化的转录起始需要形成一 因子被释 个基本起始复合物，这个复合物的 苷酸组成的短链 放 ， RNA 聚 合酶开 组 装 开 始 于 含 有 TATA- 结 合 蛋 白 被释放，至此 10 始向下游移 并 离TFIID 因子与 TATA 盒的结 （动 TBP ）和 个甚至多个核苷 合，其他转录因子和 RNA 聚合酶依 开启动子区 酸即被合成 次加入复合物，最终形成转录起始 复合物，起始转录过程。转录过程 下游 上游 与原核生物类似，区别在于没有σ因 RNA新生链合成从 +1 RNA聚合酶移动方向 子的释放过程，有多个转录因子以 5′到3′方向进行 及增强子、沉默子参与协助。
原核与真核过程类似
对于强启动子来 说，从封闭复合 物到开放复合物 的转变是不可逆 的，是快反应 -10序列富含AT碱基，可以促 进DNA的局部解螺旋，提供一 条游离的模板链与即将到来 的核苷酸碱基互补配对，这 是合成一条新RNA链的前提 5′ 模板链 转录区域 非模板链 3′
3′
α
ω α 5′
-10序列 -35序列 AACTGT TTGACA
真核生物特有过程
负调控因子 结合区
-70
3′
-30 -20 -35序列 AACTGT -10序列 ATATTA
+1
′端 上游区的 DNA 序列，启动子由两 个保守序列组成，这两个序列的 中点分别在转录起始位点前的第 10和第35个核苷酸处，因此被称 为 -10 序列和 -35 序列， -10 序列 又称为Pribnow盒(原核生物)。这 两段序列被称为共有序列，原核 生物的共有序列具有相似性，但 又略有差别。启动子能活化 RNA 聚合酶，使之与模板 DNA 准确的 结合并具有转录起始的特异性， 基因的特异性转录取决于酶与启 动子能否有效地形成二元复合物。 模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
正调控因子 结合区 负调控因子 结合区
-70
3′
-30 -20 -35序列 AACTGT -10序列 ATATTA
+1
模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
5′
TTGACA
TATAAT
上游 下游
真核生物转录区域上游序列
增强子：位于转录 起始位点上游 200bp 处 的 两 段 72bp 长 的 重复序列，不是启 动子的一部分，但 能增强或促进转录 的起始，原核生物 则没有启动子 真核生物启动子区与原 核生物有一定差异 ,保守 序列较多，这些保守序 列即为顺式作用元件， 有 TATA 盒 、 GC 盒 、 CAAT 盒、八聚体盒，RNA 聚合 酶参与识别这些顺式作 用元件，其中 GC 盒与八 聚体盒影响启动子起始 转录的效率
5′
非模板链 3′
转录第五阶段------RNA的剪接
真核生物特有过程
Pre-mRNA基本结构
外显子1 GU
内含子1 A AG
外显子2
5′
3′ 5′剪切位点
分支位点A
3′剪切位点
转录第五阶段------RNA的剪接
第一步： snRNP U1 结合 至 5 ′剪切位点， snRNP U2 结合至分支位点，形 成剪接前体
5′
TTGACA
TATAAT
上游 下游
原核生物转录区域上游序列
两个序列间的最佳距离大约在16-19bp，即两个 双螺旋，小于 15bp 或者大于 20bp 都会降低启动 子的活性，这种安排使RNA聚合酶结合的成分位 于DNA双螺旋的同一侧，便于互作启动转录。这 两段序列在不同基序允许范围内的变化与转录 起始点周围以及下游 50bp 内的核苷酸序列的组 成共同影响启动子工作效率，它们限定了单位 时间内转录起始的次数，与RNA聚合酶离开启动 子开始合成全场转录物直接相关。
原核生物的 RNA 聚合酶：分子 量 为 480kD ， 由 四 个 亚 基 组 成 α2ββ′σ 全酶，去掉 σ 亚基称为 核心酶。仅有的一种 RNA 聚合 酶 几 乎 负 责 所有 mRNA 、 rRNA 和 tRNA 的合成。转录起始过程 需要全酶，由σ因子辨认起始点， 延长过程σ因子释放，仅需要核 心酶催化。原核生物只有一种 RMA聚合酶，必须通过代换σ因 子来识别不同的启动子。
3′
α
ω α 5′
-35序列 AACTGT
TTGACA
σ亚基
-10序列 ATATTA
β β′ 下游
模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
TATAAT
上游
转录第二阶段------转录起始
第一步：伴随 DNA构象的 变化，聚合酶全酶所结 合的DNA序列有一小段双 链解开，封闭复合物转 变成二元开链复合物
内切酶切割 特定部位
5′
真核 mRNA 的 polyA 尾巴增强了 mRNA 的 稳 定 性 ， 并 在 mRNA 从 细胞核到细胞质的跨膜转运中发 挥重要作用
5′
polyA尾巴
富含GU 序列
α α
β 3′
ω
3′
-35序列 AACTGT
TTGACA
-10序列 ATATTA
TATAAT
5′ β′ 模板链 CCGGC
基因表达与蛋白质合成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
转录与翻译
制作人：江田
转录
原核生物转录区域上游序列
操纵基因：原核生物 的表达调控依赖于操 纵基因，这是与启动 子连接的一段序列， 可控制基因的转录起 始。当抑制因子附着 在操纵子上时基因关 闭，脱离后，RNA聚合 酶便接触启动子，起 始转录 正调控因子 结合区
启动子是位于结构基因5
3′
α
ω α
-35序列 AACTGT
TTGACA
σ亚基
-10序列 ATATTA
β β′ 下游
模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链
TATAAT
上游
5′
原核生物RNA聚合酶组成
两个α亚基：位于上 游方向，参与 RNA 聚 合酶四聚体核心的组 装以及 RNA 聚合酶和 部分调节因子的相互 作用，决定基因转录 的特异性 σ 亚基：也称 σ 因子，负责模 板链的选择和转录的起始， 与启动子区 -10bp 和 -35bp 附近 的序列专一性结合，是酶的 别构效应物，可以极大提高 RNA 聚 合 酶 对 启 动 子 区 DNA 序列的亲和力。原核生物有 许多σ因子，可与不同的启动 子结合。 β 亚基： β 亚基含有核苷 三磷酸的结合位点，能 与 模 板 DNA 、 新 生 RNA 链及核苷酸底物相结合， 与β′亚基组成了聚合酶 的催化中心，与转录全 过程有关。 β′ 亚 基 ： 含 有 DNA模板结合位点， 能结合DNA模板 模板链 5′ 转录区域 3′ 非模板链