基因转录课件
合集下载
第十三章基因的转录、转录后加工及逆转录ppt课件
◆真核生物启动子 （1）DNA序列在转录起始点的5’端区(上游 区)（2）-25bp ：TATA盒（Hogness box） （3）-90bp ：GC盒 （4）-70bp ：CAAT盒
-90
-70
GC
CAAT
RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始
RNA聚合酶Ⅱ催化各种前体mRNA的合 成
需要多种TF参与：TFⅡA-J
第一节 参与转录的酶
RNA聚合酶——依赖DNA的RNA聚合酶 （DNA-dependent RNA polymerase,DDRP）
以DNA为模板，催化2个游离的NTP 形成3’，5’-磷酸二酯键
一、原核生物RNA聚合酶
1、大肠埃希菌RNA聚合酶的组成 （1）全酶(holoenzyme)
由4种(5个)亚基α2ββ’σ组成 （2）核心酶(core enzyme)
作用位置
步骤1 步骤2
200~250
（3）真核生物mRNA转录后加工—剪接
内含子
外显子
DNA
hnRNA
●剪接所需条件
snRNA （U1-U6） + 蛋白质 （核内小分子核酸）
多种snRNP （核内小核蛋白颗粒）
多种snRNPs装配成
剪接体 （参与剪接过程）
4、RNA编辑（RNA editing）
二.真核生物RNA转录后的加工 1、rRNA转录后的加工
真核生物rRNA 的基因
(rDNA)
转录产物
成簇纵列串联排列
高度重复序列DNA
核质:(Ⅲ)--不需加 工
5s rRNA
核仁:(Ⅰ)--加工
5.8s rRNA 28s rRNA 18s rRNA
rDNA 内含子
基因间隔
真核生物基因的转录
（4）上游元件的多样性
Octamer
CAAT
GC
TATA
Startpoint
SV40 early
胸苷激酶 Thymidine kinase
Histone H2B
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20
没有哪一种上游元件是所有启动子所共同必需的
TF II B
（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用。
（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
01
03
02
3、tRNA基因转录的起始
Pol III
TF III C
boxB
boxA
TF III B
（二）5S rRNA 基因的转录
特点：串连排列，形成基因簇 （是唯一单独被转录的rRNA亚基）
5S rRNA 基因：
C框 ；A框
启动子：
转录因子：
TFIIIB： TBP + BRF + B//
TFIIIA ：结合位点为C box 。
（5）TF II E 扩大DNA覆盖区至+30
TF II E
TF II H 和TF II J加入复合物
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。
第八章 真核基因转录调控(共84张PPT)
(一) 基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活 性的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，转录 依然是真核生物基因表达调控的主要环节。
但真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的转录 在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开 的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基 化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
但真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的转录 在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开 的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基 化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
第五章转录ppt课件
一、E.coli RNA聚合酶
E.coli RNA聚合酶由5个亚基组成（5个 多肽链），即α2ββ′σ
αββ′σ四个亚基的分子量分别为36.5KDa、 150 KDa、160KDa和82 KDa，整个酶 分子的分子量为465KDa
分别是基因rpoA、rpoB、rpoC和rpoD的
产物
RNA聚合酶Ⅲ也存在于核质中,其功 能是合成tRNA和5S rRNA以及转录 Alu序列
在细胞质中也能发现一些RNA聚合酶 Ⅲ，它是从细胞核中渗漏出来的。
三种主要的RNA聚合酶的分子量都在 500 KDa左右(14S－15S)，每种酶分子 含有两个大亚基和4～8个小亚基，每 个小亚基的分子量为10 KDa－90KDa
这些名称最早是依据它们从DEAE－纤维素柱上洗脱的 先后顺序而定出来的。后来发现不同生物的三种RNA聚 合酶的洗脱顺序并不相同，因而改用三种不同的RNA聚 合酶对于α-鹅膏蕈碱(α-amanitine)的敏感性不同来 进行区别。RNA聚合酶I基本不受α-鹅膏蕈碱的抑制， 在大于10－3 mol/L时才表现出轻微的抑制作用；RNA聚 合酶Ⅱ对于α-鹅膏蕈碱最为敏感，在10-9－10-8mol/L 浓度下就会被抑制；RNA聚合酶Ⅲ的敏感性介于RNA聚 合酶Ⅰ和Ⅱ之间，在10-5－10-4 mol/L时表现抑制作用。
与RNA聚合酶相结合的一个很小的蛋白质(MW＝ 10KDa)，叫做ω亚基，其功能尚不清楚，有人认 为ω亚基对于RNA聚合酶的结构和功能没有太大的 影响。
原核生物的 RNA聚合酶
亚基 分子量
36512
150618
155613
70263
功能
决定哪些基因被转录 催化功能
转录因子PPT课件
（DNA-蛋白质） 转录抑制因子 共调节因子 （蛋白质-蛋白质）
特点：
至少含3个功能结构域：DNA结合功能域，转录活性功能域，其他转 录 因子结合功能域；
能识别并结合上游调控区中的顺式作用元件； 对基因表达有正性或负性调控作用，即激活或阻遏基因表达。
目前研究较广泛的有:识别TATA区的TFⅡD，识别CAAT 区的CTF，识别GGGCGG的SP1，识别热激蛋白启动区的 HSF。
通过从一侧逐段缺失 来确定启动子的边界. 当一段缺失不会阻碍 RNA合成, 而下一段缺 失使转录不再发生时, 那么我们可以确定启 动子的边界必然存在
于两者之间.
启动子克隆的几种方法
启动子的克隆对于构建基因工程载体，表达目的蛋白有着重要的意义。启动子 克隆的方法很多，从常用的利用启动子探针型载体筛选启动子到PCR方法的应 用，此后相继问世的一些基于PCR法的克隆启动子技术，像I-PCR、P-PCR、 SSP．PCR、YADE、TAIL-PCR等，为克隆启动子提供了更可靠，更合理的方 法。
并非任何细胞型特异的蛋白在任何情况下都起作用，而是取决于核心 启动子提供一个合适的环境来决定基因是被激活还是被抑制。
构建多个启动子连接多个基因的表达载体，虽然可以实现同时转入多 个基因的愿望，但这种载体一方面构建困难，另一方面如果引入的启 动子之间仅仅有90bp 的同源性顺序，导入生物体内，就会引起所谓的 基因表达”共抑制”现象，而使基因沉默。因此，将极性启动子人工改 造为高效双向表达的启动子，对于促进基因工程的进展具有重要意义 。
2.1.1 基本转录因子(general transcription factors)
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子， 决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别，包 括 TF Ⅱ A、TF Ⅱ B、TF Ⅱ D、TF Ⅱ E、TF Ⅱ F、TF Ⅱ H、 TFⅡI等7种因子。
特点：
至少含3个功能结构域：DNA结合功能域，转录活性功能域，其他转 录 因子结合功能域；
能识别并结合上游调控区中的顺式作用元件； 对基因表达有正性或负性调控作用，即激活或阻遏基因表达。
目前研究较广泛的有:识别TATA区的TFⅡD，识别CAAT 区的CTF，识别GGGCGG的SP1，识别热激蛋白启动区的 HSF。
通过从一侧逐段缺失 来确定启动子的边界. 当一段缺失不会阻碍 RNA合成, 而下一段缺 失使转录不再发生时, 那么我们可以确定启 动子的边界必然存在
于两者之间.
启动子克隆的几种方法
启动子的克隆对于构建基因工程载体，表达目的蛋白有着重要的意义。启动子 克隆的方法很多，从常用的利用启动子探针型载体筛选启动子到PCR方法的应 用，此后相继问世的一些基于PCR法的克隆启动子技术，像I-PCR、P-PCR、 SSP．PCR、YADE、TAIL-PCR等，为克隆启动子提供了更可靠，更合理的方 法。
并非任何细胞型特异的蛋白在任何情况下都起作用，而是取决于核心 启动子提供一个合适的环境来决定基因是被激活还是被抑制。
构建多个启动子连接多个基因的表达载体，虽然可以实现同时转入多 个基因的愿望，但这种载体一方面构建困难，另一方面如果引入的启 动子之间仅仅有90bp 的同源性顺序，导入生物体内，就会引起所谓的 基因表达”共抑制”现象，而使基因沉默。因此，将极性启动子人工改 造为高效双向表达的启动子，对于促进基因工程的进展具有重要意义 。
2.1.1 基本转录因子(general transcription factors)
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子， 决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别，包 括 TF Ⅱ A、TF Ⅱ B、TF Ⅱ D、TF Ⅱ E、TF Ⅱ F、TF Ⅱ H、 TFⅡI等7种因子。
基因转录调控表达PPT课件
原核基因转录系统 真核基因转录系统
三、基因概念的延伸 1、移动基因（Movable genes ） 1）插入序列（insertion sequence）
2）转座子（transponson）
侧翼IS 因子取向不同的两种复合转座子 Tn3系转座子的形体图
3）转位作用
保留型转座
复制型转座
4）逆转录转座子
个人观点供参考，欢迎讨论！
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.
第三章 基因转录、调控、表达
基因的概念
染色体上的DNA与基因的关系： 摩尔根的果蝇遗传试验告诉我们基因定位在染色体上：（遗传单位外段DNA）： 这段DNA怎样控制性状的表达——中心法则。
一、基因与顺反子（cistron）、基因与酶的关系 1、基因与顺反子（cistron）的关系 2、基因与酶的关系
A cistron is a unit of genetic function defined by a complementation test. The bacterial gene is the same as a cistron--a unit of genetic function which corresponds to an open reading frame .
Using PCR to detect gene targeting events without the use of a selectable marker
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
真核生物RNA的转录终止
AAAAAAA· · · · · · 3
mRNA
3加尾
核酸酶 5 3
3 5
AATAAA
GTGTGTG
RNA-pol
转录终止的修饰点
真核生物转录后加工
1．加帽（adding cap）： • 即在mRNA的5'-端加上m7GTP的结构。此 过程发生在细胞核内，即HnRNA即可进行 加帽。 • 加工过程首先是在磷酸酶的作用下，将5'端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸， 形成GpppN的结构，再对G进行甲基化。
• 真核生物转录延
长：与原核生物 类似，但由于存 在核小体的高级 结构，故在转录 延长过程中可观 察到核小体移位
和解聚现象。
• 真核生物转录终止：
在poly A修饰位点的下游存在一组共同序 列AATAAA和GTGTGT……，为转录终 止的识别修饰位点。 在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处
被切断，随即进行加帽和加尾修饰。
可变剪接（Alternative splicing）
可变剪接是指从一个特定的基因转录物中通过利用不同 5 ’、3’剪接位点产生出不同的成熟的mRNA的过程。主 要有四种方式：
（1）利用不同的启动子
（2）利用不同的Poly（A）位点
（3）保留某些内含子
（4）保留或去除某些外显子
4. RNA的编辑、再编码和修饰
• RNA的编辑(RNA editing)
RNA的一种加工方式，它导致了RNA所编码 的遗传信息的改变（如 单碱基突变），特别 是mRNA编辑，是在mRNA水平上信息发生 改变（碱基取代、插入或缺失）的过程
单碱基突变 尿苷酸的缺失和添加
DNA序列
mRNA序列 蛋白质序列
GA
4. 化学修饰
tRNA前体的转录合成
DNA
TGGCNNAGTGC
GGTTCGANNCC
RNA pol Ⅲ
tRNA前体
tRNA前体的切断和剪接加工
tRNA3'-末端-CCA序列的添加
tRNA的碱基修饰 （1）甲基化 如：A Am （2）还原反应 如：U DHU （3）核苷内的转位反应 如：U ψ
• （抗）终止因子
协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质称为终止因子
(termination factor)。
原核生物中的终止因子蛋白是一种六聚体的蛋白质，亚
基的分子量为50kd。蛋白能识别转录终止信号，并与 RNA紧密结合，导致RNA的释放。
转录过程
起始 双链DNA 局部解开
启动子 （promoter)
• 有特定的起始和终止位点
RNA转录合成时，只能以DNA分子中的某一段作 为模板，故存在特定的起始位点和特定的终止位点。
特定起始点和特定终止点之间的DNA链构成一个转
录单位，通常由转录区和有关的调节顺序构成。
转录过程
• 参与转录合成的酶和蛋白因子
原料：NTP （ATP, UTP, GTP, CTP）
pGpA
pGpA
GpU 第二次转酯反应 G-OH
UpU
核酶与传统酶的区别：
一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是 RNA
或带蛋白的RNA
有的核酶既是催化剂又是底物。而酶仅
催化反应
核酶发现的重大意义：
突破了酶的概念
揭示了内含子自我剪接的奥秘，促进了RNA的研究
为生命的起源和分子进化提供了ห้องสมุดไป่ตู้的依据
由终止因子（因子）识别特异的终止信号，并促
使RNA的释放。
富含 G-C
系列U
A. 不依赖于Rho（） 的终止子 A. 依赖于Rho（） 的终止子
大肠杆菌两类终止子的回文结构
1．非依赖Rho的转录终止：
模板DNA链在接近转
录终止点处存在相连的
富含GC和AT的区域，
使RNA转录产物形成
寡聚U及发夹形的二级 结构，引起RNA聚合 酶变构及移动停止，导 致RNA转录的终止。
Cap 0
100%
G
A
Guanine-7-methyl-transferase 2`-O-methyl-transferase
A
10~15%
2．加尾（adding tail）：
• 这一过程也是细胞核内完成，首先由核 酸外切酶切去3'-端一些过剩的核苷酸， 然后再加入polyA。
• polyA结构与mRNA的半寿期有关。
特点:依赖于特定序列（GU…AG,AU…AC）;SnSNP 形成剪接体；转酯反应 • Ⅱ型内含子（核酶）（mRNA,rRNA）（自我剪接） 特点：依赖于特定序列(U…U、U…G等)；特殊结 构，自身催化；转酯反应
tRNA的转录后加工
• 主要有以下几种加工方式：
1. 切断
2. 剪接 3. 3’-末端-CCA序列添加
• 真核生物转录起始：
首先由TFⅡD的TBP
亚基识别并结合TATA
盒，然后在其他转录
因子的配合下，与
RNA聚合酶Ⅱ组装形
成转录起始前复合物
(pre-initiation
complex, PIC)。
• RNA聚合酶Ⅱ催化第一个磷酸二酯键形成。
• RNA聚合酶Ⅱ的羧基末端结构域（CTD） 被磷酸化修饰，大部分转录因子脱离，聚合 酶向下游移动延伸RNA链。
并起始转录有关的一些DNA调控序列被称
为启动子（promoter）。
原核生物启动子的保守序列
RNA聚合酶保护区 结构基因
5 3 5 3 -35 区 TTGACA AA C T G T RNA-pol辨认位点 (recognition site) -10 区 开始转录
-50 -40 -30 -20 -10 1
3、RNA的剪接（RNA splicing）
• 真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相
间隔开但又连续镶嵌而成，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
A
B
C
非编码区
D
编码区 A、B、C、D
• tRNA
• rRNA
• Ⅰ型内含子（mRNA,rRNA）
（3） （4）
（2）
（1） （1）
（4）脱氨反应 如：A I
rRNA的转录后加工
在高等真核生物中，前体以沉降速率来 命名，命名为45SRNA，真核生物中前 体包括了18S rRNA、5.8S rRNA和28S rRNA序列
rRNA前体的转录和剪接加工
Ⅰ型内含子：hnRNA和 snRNA： 核内带有外显子和内含子编码序列的初级 RNA转录产物称为杂化核RNA （heteronuclear RNA, hnRNA） hnRNA经剪接加工除去内含子编码序列
3 5
10
3 5
T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
• 流产转录 • 通过启动子（起始）快：强启动子 慢： 弱启动子
转录起始复合物
RNApol (2) - DNA - pppGpN- OH 3
• 延长
因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移 动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。
剪接体
U1 GU
U1
OH
UACUAAC U2 AG
U1
OH
U2 U4/6 U5
U1 U G UACUAAC AG
U5 U2 U4/6
OH
套索的形成及剪接 1
GU A AG
2
GU
A
AG
套索结构
U G A
AG
1
2
Ⅱ型内含子
• 线粒体与叶绿体的rRNA 中 • 1981年T.Cech和S.Atman 四膜虫 rRNA
模板：单链DNA
酶：RNA聚合酶（RNA-pol）
其他蛋白质因子：如转录因子、终止因子等
• RNA聚合酶
依赖DNA的RNA聚合酶，该酶在单链DNA
模板以及四种核糖核苷酸存在的条件下，
不需要引物，即可从5‘→3’聚合形成RNA。
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。
• 核酶（ribozyme）：是指一类具有催化功
能的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中
磷酸二酯键的断裂，特异性地剪切底物
RNA分子，从而阻断基因的表达
锤头型核酶的二级结构和空间立体结构示意图
剪接机制
外显子1 内含子 外显子2 GpU 第一次转酯反应 U-OH
UpA
pG-OH (ppG-OH, pppG-OH)
The 3` ends of mRNAs are generated by cleavage and polyadenylation；The sequence AAUAAA is necessary for cleavage to generate a 3` end for polyadenylation.
2，依赖 Rho因子的转录终止
DNA 序列缺乏共性，不能形成强的发卡结构
ATP
6聚体， 具有 NTP酶 和解螺旋酶
真核生物的转录过程
真核生物启动子保守序列
参与转录位点确定起始
控制转录起始频率
• 在远离受控基因处存在的，能够增强基因转录活性的调控 序列称为增强子（enhancer）。增强子特点： 远距离效应；无方向性；顺势调控；广泛性，相位性
转录
DNA
RNA
基本特点
• 不对称性
以双链DNA中的一条链作为模板进行转录，从而 将遗传信息由DNA传递给RNA