生化课件16转录

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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 factors, TF)
RNApol II 的转录因子
TF II D TBP(TATA盒结合蛋白) + TAFs(TBP协同因子 )
—— 结合在DNA小沟(其他DNA结合蛋白为大沟),识 别和结合核心启动子(TATA盒和Inr)
4. 亚基脱落
(二)转录延长
1. 亚基脱落,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
转录空泡(transcription bubble):也称转录复合物,是由 RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合在 一起的复合体
类型
转录产物
对鹅膏蕈碱的反应
Ⅰ rRNA:18s,5.8s,28s
不敏感
Ⅱ hnRNA
高度敏感
Ⅲ tRNA,5srRNA,snRNA 不同物种敏感性不同
Review:rRNA的种类(根据沉降系数)
真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA
原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA
一个正在运作的RNA 聚合酶
第四节
真核生物的转录后加工
Post-transcriptional Modification
(一)帽子结构 m7GpppNp
7 5’
5’
polyA

子 5 pppGp… 磷酸酶 5 ppGp…

Pi


pppG 鸟苷酸

转移酶
ppi

5 GpppGp…
SAM
甲基转移酶
TATA
-40 -30 -20 -10
+10 +20
TBP的作用----定位因子 a、在TATA框处与DNA
结合
b、是所有三种RNA聚合 酶转录起始所需的因 子
TBP的作用机制: a 、两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型 结构,与DNA小沟有效结合
b、TBP 与DNA 结合,使DNA 弯曲了约80, TATA 盒向大沟弯曲,拓宽了小沟。
目前还不清楚RNA聚合酶Ⅱ基因的精确终止位点 (2)AAUAAA序列:
初始转录物3’末端的保守序列
对于转录产物的准确切割及加poly(A)是必须的
起始
延伸
5’ cap 5’ cap
AAUAAA AAUAAA
RNA内切酶 AAUAAA识别因子
Poly(A)聚合酶 An
Roger D. Kornberg
依赖 Rho因子的转录终止
◆Rho因子是rho基因的产物,广泛存在于原核和真 核细胞中,由6个亚基组成,分子量300KD。Rho因 子结合在新生的RNA链上,由5’端向3’端利用ATP 水解供能快速移动 ◆ Rho因子有ATP酶的活性和解螺旋酶的活性
DNA ρ因子
RNA聚合酶 RNA
第三节 真核生物RNA的生物合成
生化课件16转录
中心法则(central dogma)
转录
翻译
DNA
RNA
蛋白质
逆转录
复制
转录 (transcription)
生物体以DNA为模板合成RNA的过程
第一节
模板和酶
Templates and Enzymes
一、转录模板
• DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA 的一股单链,称为模板链(template strand),也 称作有意义链。相对的另一股单链是编码链 (coding strand),也称为反义链
开始转录 -10 区
T A T A A T Pu A T A T T A Py
(Pribnow box /TATA box)
起始部位:指DNA分子上开始转录的部位,该部位含
有与转录新生成的RNA链第一个核苷酸互补的碱基,将该 碱基的序号定为+1
识别部位:RNA 聚合酶σ因子的识别部位。 中心部位
在–35bp处,碱基序列具有高度保守性,该序列的一致性 序列为TTGACA
TF II E —— 扩大DNA覆盖区至+30
TF II H 和TF II J —— H有激酶活性, 使Pol II 的CTD 磷酸化 ,PolⅡ 离开启动子区
RNA PolⅡ基因转录的过程 1、转录起始
(1) TFIID:
TBP(TATA盒结合蛋白)
因子 )
+ TAFs(TBP协同
TBP TAFs
目录
5′···GCAGTACATGTC ···3′ 编码链 3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′ 模板链
转录 5′···GCAGUACAUGUC ···3′
翻译
mRNA
N······Ala ·Val ·His ·Val ······C蛋白质
目录
结构基因
5
编码链
3
TF II E
(6)TF II H 和TF II J加入复合物
(7)TF II H
有多种酶活性,包括ATP酶、解旋酶、和可使Pol II 的
CTD 磷酸化的激酶活性。
Pol II 的CTD 磷酸化
, TF II 在PolⅡ离开启动 子前释放,形成适于 延伸的构象
Pol II 离开启动子区,
进入延伸阶段
D
非编码区
2. 外显子(exon)和内含子(intron)
• 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RNA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

鸡卵清蛋白

基因




hnRNA


首、尾修饰




hnRNA剪接



成熟的mRNA


3. mRNA的剪接 *
5 m7GpppGp…
帽子的作用:
增强mRNA的稳定性,防止被核酸酶水 解
蛋白质合成时:促进核糖体与mRNA的 结合,启动蛋白质的合成
(二)3’-末端:polyA(尾)
尾巴的作用: 参与mRNA从核内向胞质的定向转移 防止外切酶的水解,增强mRNA的稳定性
(三)mRNA的剪接 hnRNA
• 核内的初级转录产物。称为杂化核RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)或核内不均一 RNA
结合部位: RNA聚合酶的结合的部位,其长度为7bp,
中心部位在–10bp处,一致性序列为TATAAT序列,故称 之为 TATA box (Pribnow box)
识别部位ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结合部位都富含AT碱基,因此双链DNA易发 生解链,有利于RNA聚合酶的结合
第二节
转录过程
The Process of Transcription
回文序列
终止子: DNA模板上能够在转录即将结束时,提供终止信号的序 列,称为终止子(terminator)。通常为一段被间隔开的回文序列 ,存在于RNA pol已经转录过的序列中
RNA-pol
5
3
3
5
5´pppG
茎环结构使转录终止的机理 • 使RNA聚合酶变构,阻碍前移;
• 使杂交双链易于解离,转录复合物解体,RNA 产物释放
用。
TF II B
(4)与RNA聚合酶与TFIIF相连的复合体结合
TF II F
Pol II
TF II F 结合Pol II并带向启动子; 两个亚基:
RAP74(ATP依赖性解旋酶),可能参与DNA 双链的溶解 RAP30(与细菌因子有同源性),与RNA 聚合酶Ⅱ紧密 结合
(5)TF II E 扩大DNA覆盖区至+30
(以E.coli为例,五聚体)
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
其他原核生物的RNA聚合酶均与E. coli相似 利福平
三、RNA聚合酶与启动子
1、转录是不连续、分区段进行的 2、每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(upstream)的调控序列
RNA聚合酶Ⅱ起始复合物的组装 启动子TATA盒+ TFⅡD
+ TFⅡA + TFⅡB +(RNA聚合酶+ TFⅡF)复合物 +TFⅡE 、TFⅡJ +TFⅡH(解旋酶、蛋白激酶)
DNA解旋、RNA聚合酶Ⅱ的 CTD磷酸化
polⅡ从转录因子中释放出来 从起始点向下游移动
转录的终止 (1)终止位点:
TF II A —— 含数个亚基,可能通过解除TAFs的抑制而激活TBP
TF II B —— 覆盖靠近起始点的启动位置,C端与TFIID和DNA 的复合物结合,N-端与TFⅡF协同作用募集RNA聚 合酶II
TF II F ——结合Pol II并带向启动子;RAP74(ATP依赖性解 旋酶),RAP30(与细菌因子有同源性)
真核生物转录的调控是基因表达调控的关键, 也是当今生命科学研究的热点问题
许多疾病例如癌症、心脏病以及不同型态的发 炎都与转录过程受到干扰有关
真核细胞转录系统的高度复杂性造成了生物体 系分化的多样性。例如:想要发挥干细胞在医疗 上的功能,就必须掌握转录的控制机制
转录是基因表达的核心步骤,如果转录 中断,生物体很快就会死亡
一、真核生物基因转录概述
(一)真核生物的转录和原核生物转录的不同点: 1、原核细胞只有一种RNA聚合酶,而真核细胞 有三种聚合酶 2、真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样 化。转录起始时,RNA-pol不直接结合模板, 有很多蛋白质因子的介入,其过程比原核生物 复杂
真核生物RNA聚合酶(三种)
mRNA
DNA
鸡卵清蛋白成熟mRNA与DNA杂交电镜图
断裂基因(split gene)
真核生物结构基因,由若干个编码区和非 编码区互相间隔但又连续镶嵌而成,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。这种现 象称为基因的断裂性
A
B
A、B、C、D都是编码区
C
模板链
转录方向
转录方向
模板链
3
编码链
5
不对称转录
(asymmetric transcription)
• 在DNA分子双链上某一特定区段,一股链 用作模板指引转录,另一股链不转录
• 模板链不总是在同一条单链上
二、RNA聚合酶
1、合成机制与DNA-pol相似 2、不需要引物
RNA聚合酶
(二)原核生物的RNA聚合酶
—— 除去hnRNA中的内含子,连接外显子
•snRNP(小分子核糖蛋白)与hnRNA结合成为 剪接体,使内含子弯曲形成套索结构,相邻的两 个外显子相互靠近,便于剪接
转录空泡
5’ 3’
3’
3’
5’
5’
RNA-pol (核心酶)-DNA -RNA
(四)转录终止 原核生物存在两类终止方式
1.非依赖Rho (ρ)的转录终止子
序列特征:回文序列富含GC,且在下游为连续的A
2.依赖Rho的转录终止子
序列特征:回文序列GC含量相对较少,下游序列无明显 特征
5’
3’
3’
5’
(2) TFIIA
含有至少3个亚基 与TFIID结合,稳定TFIID-DNA复合体;可能通过解除
TAFs的抑制而激活TBP
TF II A
(3) TFIIB 覆盖靠近起始点的启动位置,C端与TFIID和DNA的复合
物结合,N-端与TFⅡF协同作用募集RNA聚合酶II
TFIIB与TFIID结合,并为RNA聚合酶结合起一个桥梁作
目录
RNA聚合酶Ⅱ 与转录因子 羧基末端结构域(CTD): 1、位置:RNA聚合酶Ⅱ最大亚基羧基末端
2、结构特点: (1)具有7个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser -Pro-Ser)
的重复序列(酵母:重复26次;哺乳类:52次 )
(2)多个磷酸化位点:Ser、Thr
CTD磷酸化对调控基因转录有重要作用: (1)CTD去磷酸化,RNA聚合酶II易与DNA
结合,这种构象适于转录的起始 (2)CTD磷酸化可使RNA聚合酶II与DNA的
结合变得松弛,形成适于延伸的构象
RNA聚合酶II自身不能起始转录,需要依靠转
录因子的协助
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)
包括转录起始、延长、终止三步
转录起始过程的特点
1. DNA双链解开 (仅17bp左右)
2. 不需要引物,转录第一位:5 -pppG -OH (GTP) 3. 四磷酸二核苷酸的生成:
5-pppG -OH (GTP) + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
RNApol ( 2) - DNA - pppGpN- OH 3
启动子
调控序列
5 3
RNA-pol
结构基因
3 5
目录
启动子
RNA聚合酶结合模板DNA的部位,称为启 动子(promoter)
RNA聚合酶 保护法
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 TTGACA AACTGT
原核生物启动子保守序列
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