第二节 真核生物转录
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生物化学 第20章转录与加工
（三）链的延长
链的延长反应是RNA聚合酶核心酶催化下进行的。 链的延伸方向是5'－3'，而核心酶沿模板链3'－5'方 向移动，这与RNA是在DNA指导下合成的结论是一致的。 同位素标记实验或用3‘－脱氧腺苷（冬虫夏草菌素） 作实验可以证实链的延伸方向是5'－3'。 当由起始向延伸阶段转变时，由于σ亚基的离去， 核心酶的构象发生变化，同DNA的结合力减弱，便于核 心酶沿模板运动，使模板链上的每个核苷酸具有同等 被转录的机会。 一条模板链上可以同时有多个RNA聚合酶结合，形 成羽毛状。
真核生物与5S rRNA的基因成串排列，中间被不 转录区分开。转录后的5S rRNA经过适当加工便参 与核糖体的装配。 某些真核生物的rRNA 具有自我加工的能力。 只有少数真核生物的rRNA基因含有内含子。 1982年，T.cech从四膜虫中分离到一种RNA具有酶 的作用。当这个pre—rRNA与鸟嘌呤核苷或鸟苷酸 （GMP、GDP、GTP）一起保温时（在蛋白质缺乏 下），它的一个413nt的内含子自我切除，并把它 的两侧的外显子连接起来，即这种pre-rRNA能自我 剪接。
启动子的核苷酸顺序很特别，富含A .T碱基对。靠近每 个转录的前导顺序。在转录起始位点的上游存在两段一致 顺序（consensus sequence）。
3’端
模板链
原核生物中转录起始区的共同序列
三
原核生物基因转录－RNA合成的过程
（一） 模版的识别与转录泡的形成 RNA聚合酶与DNA模板的结合RNA聚合酶先 同DNA非专一性结合。在σ因子的帮助下，聚合酶 很快地滑向转录的起始部位，找到启动子－35和 －10序列结合在启动子上。 该过程是不可逆的。DNA的两条链（模版链和编码 链）局部解开，同时形成一个解链区称为转录泡。
分子生物学基础第四章遗传信息的转录—从DNA到RNA 第二节启动子与转录的起始
源自第二节 启动子与转录的起始
图4-5 启动子区主要顺式作用元件与基因转录活性
第二节 启动子与转录的起始
图4-6 SV40基因启动子上TATAAA及邻近区域对基因 转录活性的影响
第二节 启动子与转录的起始
二、转录的起始 1．启动子区的识别 2．原核生物转录的起始 原核生物转录起始过程（图4-7）：RNA聚合酶在σ亚 基引导下，识别并结合到启动子上，使DNA局部的双链被 解开，形成的解链区称转录泡（transcription bubble）， 解链发生在与RNA聚合酶结合的部位。RNA聚合酶的催化亚 基按照模板链对碱基的选择，特异识别底物核苷酸，形成 磷酸二酯键并脱下焦磷酸，合成RNA链最初2~9nt。第一个 核 苷 酸 通 常 为 带 有 3 个 磷 酸 基 的 鸟 苷 或 腺 苷 （ pppG 或 pppA）。起始合成后，σ亚基脱离核心酶与启动子，起始 阶段至此结束。
第二节 启动子与转录的起始
3．真核生物启动子对转录的影响 TATA区和其他两个UPE区的作用有所不同（图4-5）。 前者的主要作用是使转录精确地起始，如果除去TATA区或 进行碱基突变，转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区 突变后明显，但发现所获得的RNA产物起始点不固定。研 究SV40晚期基因启动子发现上游激活区的存在与否，对该 启动子的生物活性有着根本性的影响。若将该基因5′上 游–21－–47核苷酸序列切除，基因完全不表达（图4-6）。
分子生物学基础
第四章 遗传信息的转录—从DNA到RNA
第二节 启动子与转录的起始
一、启动子的基本结构 启动子是一段位于结构基因5′端上游区的DNA序列， 能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转 录起始的特异性。因为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，所以，RNA聚合酶如何有 效地找到启动子并与之相结是转录起始过程中首先要解决 的问题。有实验表明，对许多启动子来说，RNA聚合酶与 之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高100倍。
图4-5 启动子区主要顺式作用元件与基因转录活性
第二节 启动子与转录的起始
图4-6 SV40基因启动子上TATAAA及邻近区域对基因 转录活性的影响
第二节 启动子与转录的起始
二、转录的起始 1．启动子区的识别 2．原核生物转录的起始 原核生物转录起始过程（图4-7）：RNA聚合酶在σ亚 基引导下，识别并结合到启动子上，使DNA局部的双链被 解开，形成的解链区称转录泡（transcription bubble）， 解链发生在与RNA聚合酶结合的部位。RNA聚合酶的催化亚 基按照模板链对碱基的选择，特异识别底物核苷酸，形成 磷酸二酯键并脱下焦磷酸，合成RNA链最初2~9nt。第一个 核 苷 酸 通 常 为 带 有 3 个 磷 酸 基 的 鸟 苷 或 腺 苷 （ pppG 或 pppA）。起始合成后，σ亚基脱离核心酶与启动子，起始 阶段至此结束。
第二节 启动子与转录的起始
3．真核生物启动子对转录的影响 TATA区和其他两个UPE区的作用有所不同（图4-5）。 前者的主要作用是使转录精确地起始，如果除去TATA区或 进行碱基突变，转录产物下降的相对值不如CAAT区或GC区 突变后明显，但发现所获得的RNA产物起始点不固定。研 究SV40晚期基因启动子发现上游激活区的存在与否，对该 启动子的生物活性有着根本性的影响。若将该基因5′上 游–21－–47核苷酸序列切除，基因完全不表达（图4-6）。
分子生物学基础
第四章 遗传信息的转录—从DNA到RNA
第二节 启动子与转录的起始
一、启动子的基本结构 启动子是一段位于结构基因5′端上游区的DNA序列， 能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转 录起始的特异性。因为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，所以，RNA聚合酶如何有 效地找到启动子并与之相结是转录起始过程中首先要解决 的问题。有实验表明，对许多启动子来说，RNA聚合酶与 之相结合的速率至少比布朗运动中的随机碰撞高100倍。
RNA转录
TATAbox频率示意图
核心元件续
TATA框合又称Hogness框， Goldberg- Hogness 框，（Goldbrick） 序列：T85A97T93A85A63A83A50 位置：-25左右，相当于原核的-10序列。 功能： 选择正确的转录起始位点，保证精确起 始 影响转录的效率
RNA pol II启动子最小核心元件
α螺旋—转角—α螺旋
螺 旋 — 转 角 — 螺 旋 （ helix-turn-helix） （HTH）基序是确定的第一个DNA结合结构（1990） 由被一个转角隔开的两个α螺旋组成 转角不是随机的构象而是一种特定的β转角,由四 个氨基酸组成，其中第二个通常是甘氨酸。 第二个α-螺旋是识别螺旋，它与DNA发生关键的 接触使DNA分子序列能够直接被读取。两个这样的 motif结构以二聚体形式相连，距离正好相当于 DNA一个螺距(3.4nm)，两个α螺旋刚好分别嵌入 DNA的大沟。
亮氨酸拉链
亮氨酸拉链(Leu zipper) 结构比α-螺旋更紧密。 在蛋白质分子的肽链上,每隔6个氨基酸就有一个 亮氨酸残基，结果就导致这些亮氨酸残基都在α 螺旋的同一个方向出现 两个相同结构的两排亮氨酸残基就能以疏水键形 成二聚体，二聚体的另一端肽链富含碱性氨基酸 残基，这些正电荷与DNA双螺旋链上磷酸基团结合
－100 GC区 TATAbox
增强子作用机理
无方向性
空间上临近、定向
RNA pol II调控元件示意图
RNA pol II转录起始
RNA聚合酶 II的转录因子(TF II)： TFIID、TFⅡB、TFIIF、TFIIE、 TFIIH、TFIIA等 TFIID是由TATA盒结合蛋白(TBP) 和多种TBP协同因子(TAF)组成的 复合物 TFIID可识别和结合核心启动子 (TATA盒和Inr) TFIIA协助TFIID与核心启动子结合 TFⅡBC端与TFIID和DNA复合物结合 N-端与TFⅡF作用 RNA聚合酶II结合，与TFIIE、 TFIIH等形成转录起始复合物．
第8章 转录后加工
4、拼接（splicing）
Ø 大多数的真核生物基因是断裂基因；
Ø 其中编码序列称为外显子（exon），外显子之间的 介入序列称为内含子（intron）；
Ø 少数真核生物基因（如组蛋白、干扰素）是连续的；
Ø 高等真核生物的基因中多数内含子比外显子长得多， 而低等真核生物（如酵母）的基因中内含子比较短而 且少见；
Ø 有些生物的rRNA前体含有内含子，需要拼接；
p.205
Ø 哺乳动物的18S, 28S, 5.8S rRNA gene 组成一个 转录单位，由RNA pol I 转录产生45S的前体分子；
Ø 5S rRNA gene 与不转录区域组成转录单位， 由RNA pol III转录；
small nucleolar RNA(snoRNA)
Ø 高度精确； Ø 依赖于多种顺式作用元件和反式作用因子； Ø 共转录事件；
顺式元件1
Ø 内含子具有一致的保守序列，即5’拼接点为 GU，3’拼接点为AG，称为BreathnathChambon规则，也称GU/GT-AG规则。
顺式元件2
为什么只有mRNA被加帽？
Ø 只有RNA聚合酶 II 合成的转录产物（mRNA、 部分snRNA）才有帽子结构；
Ø 因为加帽酶只能与RNA聚合酶 II 的CTD结构 域结合；而CTD是RNA聚合酶II 特有的。
Ø 加帽酶与CTD的磷酸化形式（延伸型）结合。 Ø 转录产物一旦从RNA聚合酶II中显露出来，就
可以与加帽酶接触。
2、3’端加尾
Ø 真核生物的大多数mRNA及其前体在3’端有约 250 nt 的连续的AMP。 Ø poly(A) 由poly(A) polymerase(PAP)添加； Ø mRNA进入细胞质后，其poly(A)可以被更新 : 不断地被RNase降解，再由细胞质中的PAP重新 合成。
分子生物学：真核基因表达调控
第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓 部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地或间接地识别或结合在各类顺式作用元
件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地或间接地识别或结合在各类顺式作用元
件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
第二节真核基因转录水平的调控(精)
第二节真核基因转录水平的调控一、真核生物的RNA聚合酶有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。
二、真核基因顺式作用元件（一）、顺式作用元件概念指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。
（二）、种类启动子、增强子、静止子1、启动子的结构和功能启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。
但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。
而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。
RNA聚合酶Ⅱ启动子结构1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(TAA(T。
TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。
对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。
TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。
2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GGC(TCAATCT。
CAAT框可能控制着转录起始的频率。
（3）GC框在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。
一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element，另一为上游启动子区(upstream promoter element在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。
基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子2、增强子的结构和功能增强子（enhancer）：又称为远上游序列（far upstream sequence 。
它是远距离调节启动子以增加转录速率的DNA序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。
真核生物的转录过程
异的组织细胞或受到一些类固醇激素、生长
因子或其他因素刺激后，开始表达某些特异
蛋白质分子。
普遍转录因子
•普
有TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、
TFⅡE、TFⅡF、TFⅡH、TFⅡJ等多种。
TFⅡD由1个TATA盒结合蛋白（TBP）和多
个TBP结合因子（TAF）组成
有解链酶、ATP酶和蛋白激酶的活性， 它能使RNA聚合酶Ⅱ最大的亚基的羧基端 功能域（CDT）磷酸化。
RNA聚合酶Ⅰ的转录起始
转录的产物是
。
• RNA转录起始先由UBF1与核心启动子及 UCE中的G-C丰富序列结合，使这两部分靠 拢，然后SL1加入并与UBF1结合，组成转 录起始前复合物，随后RNA聚合酶Ⅰ与SL1 中的TBP结合形成起始复合物并起始转录。
• UBF1和SL1为上游结合因子和选择因子1
真核生物的转录过程
RNA聚合酶
• RNA聚合酶：真核生物中已发现有4中 RNA聚合酶，分别为 ，它 们专一性地转录不同的基因，因此由它们催 化的转录产物也各不相同。
• 原核生物靠RNA聚合酶就能完成从起始、
延长、终止的转录全过程，真核生物转录除
需RNA聚合酶外还需要另一些称为转录因
子的
参与转录的全过程。
延长阶段
• 转录起始复合物形成后，在位的RNA聚合 酶即开始依照碱基配对关系，按模板链的碱 基序列，从5'→3'方向逐个加入核糖核苷酸。
终止阶段
• 真核生物mRNA的3'端有poly(A)尾，这是
转录后才加进去的。在结构基因最后一个外
显子的3'端常有一组共同序列AATAAA，
其下游还有相当多的GT序列。这些序列称
：真核知之 甚少。
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
转录
2. 转录起始过程 •RNA聚合酶全酶 α2ββ′σ 与模板结合 σ发现识 聚合酶全酶(α ββ′σ)与模板结合 与模板结合, 聚合酶全酶 别位点，全酶与启动字-35序列结合 序列结合， 别位点，全酶与启动字 序列结合，随即酶移 序列， 向-10序列，跨入转录起始点； 序列 跨入转录起始点； •DNA双链解开 双链解开 •在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形 在 聚合酶作用下发生第一次聚合反应， 聚合酶作用下发生第一次聚合反应 成转录起始复合物 5′-pppG -OH + NTP → 5′-pppGpN - OH 3′ + ppi ′ ′ ′ 3. 转录起始复合物 转录起始复合物: RNApol (α2ββ′σ - DNA - pppGpN- OH 3′ α ββ′σ) ′
-50
-40
-30
-20
-10
1
10
3. 真核生物的启动子结构
结构基因
-GCGC---CAAT---TATA
转录起始
-25 -75
增强子
TATA盒 盒 CAAT盒 盒 GC盒 盒
第二节 转录过程
一、原核生物的转录过程 （一）转录起始 1. 转录起始需解决的问题： 转录起始需解决的问题： • • RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的 聚合酶必须准确地结合在转录模板的 起始区域。 起始区域。 DNA双链解开，使其中的一条链作为转录 双链解开， 双链解开 的模板。 的模板。
编码链 模板链
mRNA
蛋白质
二、RNA聚合酶 聚合酶 （一）原核生物的RNA聚合酶 原核生物的 聚合酶
1. 聚合酶的组成
亚基 α β β′ σ
分子量 36512 150618 155613 70263
转录ppt(共66张PPT)
RNA 聚合酶
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
转录
产物
加工
45SrRNA
18SrRNA 28SrRNA
hnRNA tRNA 5SRNA
snRNA
mRNA
利福平
抑制原核生物的RNA聚合酶
鹅膏蕈碱
抑制真核生物的RNA聚合酶
利福平 主要用于治疗结核病、麻风病等
鹅膏蕈碱 鬼笔鹅膏
三、真核生物的转录产物为单顺
反子
与原核生物不同，真核生物一个转 录单位仅生成一个mRNA分子，经翻 译生成一条多肽链
（三）都形成3’, 5’-磷酸二酯键
二、复制与转录的不同点
模板
原料
酶
校读
复制 两条链 dNTP DNA聚合酶
有
转录 一条链
NTP RNA聚合酶
无
配对
产物
引物
复制
A=T GC
子代双
链DNA
需要
转录
A=U T=A
GC
mRNA tRNA rRNA
不需要
第一节 原核生物的转录
一、转录模板 二、RNA聚合酶 三、模板和酶的辨认结合
第 11 章
RNA的生物合成（转录）
DNA DNA DNA
RNA
蛋白质
中心法则
目录
前 言 复制与转录的异同 第1节 原核生物的转录
第2节 真核生物的转录特点
第3节 真核生物转录后加工
前言 复制与转录的异同
一、相同点 二、不同点
一、复制与转录的相同点
（一）服从碱基配对规则
（二）合成方向都是5’-3’
DNA-dependent RNA polymerase （二）合成方向都是5’-3’ （四）腺嘌呤脱氨成为次黄嘌呤 σ亚基从三元起始复合物上脱落后，核心酶的构象随之发生改变，并沿着模板链的3’→5’方向滑行，进入延长阶段 第1节 原核生物的转录 原核生物的RNA聚合酶仅1种，合成全部RNA 主要用于治疗结核病、麻风病等 真核生物rRNA转录后加工 α2 β β’ ω σ称为全酶
2转录的延伸、终止以及RNA的加工
λ 噬菌体 抗终止蛋白N：与DNA茎环区结合；NusA： 与聚合酶及N结合；NusB、S10和其它蛋白 改变聚合酶构象，使其对前面的终止信号不 敏感。
启动区 抗终止位点
转录终止信号
Antitermination extends the transcription unit
抗终止蛋白作用在RNA聚合酶上，使之越 过特定终止子而通读
ห้องสมุดไป่ตู้
• B、剪切因子(CF) AAUAAA处下游15 －30 bp处剪切 RNA； • C、末端腺苷转移 酶[poly(A)聚合 酶]合成poly(A) 尾巴；
3.内含子的剪接、编辑、再编 码及化学修饰
（1）RNA中的内含子 （2）mRNA的剪接 （3）RNA的编辑、再编码及化学修饰
（1）RNA中的内含子
2、真核mRNA的加工步骤
一般要经过四步：
（1）5′加帽（capping）； （2）3′加尾（tailing）： (50-200 bp) （3）内含子的剪接（splicing）
（4）修饰：对某些碱基进行甲基化。 （5）编辑 (editing)
（２）加尾
• A、特殊组分识别 AAUAAA，特殊组 分含3个亚基。 • 在剪切3′末端和 进行多腺苷化反 应中都需要这种 特殊组分。
不依赖ρ因子的终止（Rho-independent）
无其他因子参与，核心酶能在某些位点终 止转录。
依赖ρ因子的终止 （Rho-dependent）
终止子结构
• 1) 二级结构中的发夹 (长度7-20 bp) 靠近基 部通常有一个G-C富 集区。 • 2) 转录单位最末端对 应的DNA有连续4-8 个A组成的片段。 • 在大肠杆菌基因组中， 符合这些标准的序列 约有1100个，这暗示 了约一半基因拥有不 依赖ρ因子的终止子。
启动区 抗终止位点
转录终止信号
Antitermination extends the transcription unit
抗终止蛋白作用在RNA聚合酶上，使之越 过特定终止子而通读
ห้องสมุดไป่ตู้
• B、剪切因子(CF) AAUAAA处下游15 －30 bp处剪切 RNA； • C、末端腺苷转移 酶[poly(A)聚合 酶]合成poly(A) 尾巴；
3.内含子的剪接、编辑、再编 码及化学修饰
（1）RNA中的内含子 （2）mRNA的剪接 （3）RNA的编辑、再编码及化学修饰
（1）RNA中的内含子
2、真核mRNA的加工步骤
一般要经过四步：
（1）5′加帽（capping）； （2）3′加尾（tailing）： (50-200 bp) （3）内含子的剪接（splicing）
（4）修饰：对某些碱基进行甲基化。 （5）编辑 (editing)
（２）加尾
• A、特殊组分识别 AAUAAA，特殊组 分含3个亚基。 • 在剪切3′末端和 进行多腺苷化反 应中都需要这种 特殊组分。
不依赖ρ因子的终止（Rho-independent）
无其他因子参与，核心酶能在某些位点终 止转录。
依赖ρ因子的终止 （Rho-dependent）
终止子结构
• 1) 二级结构中的发夹 (长度7-20 bp) 靠近基 部通常有一个G-C富 集区。 • 2) 转录单位最末端对 应的DNA有连续4-8 个A组成的片段。 • 在大肠杆菌基因组中， 符合这些标准的序列 约有1100个，这暗示 了约一半基因拥有不 依赖ρ因子的终止子。
生物化学第十二章RNA的生物合成
（三）转录的终止
RNA聚合酶Ⅱ参与整个转录过程，直到出现多 聚腺苷酸化信号为止。这个信号顺序是保守序 列AAUAAA和其下游富含GU的序列。这些序列 称为转录终止的剪切信号序列（cleavage signal sequence）。具体的剪切点位于AAUAAA下游 10～30核苷酸处，距GU序列20～40核苷酸。剪 切信号序列可被核酸内切酶、多聚腺苷酸聚合 酶等所识别和结合，并切断此初级转录物。 RNA聚合酶Ⅱ被释放，剪切点下游被RNA聚合 酶Ⅱ合成的多余RNA片段被水解。
图 12-2 RNA 的不对称转录
RNA 转录与DNA 复制不同点：
2. 与DNA 聚合酶不同，RNA聚合酶不需要引 物，可利用NTP 作底物直接合成RNA。 3. RNA聚合酶没有核酸酶的活性，即没有3’到5’ 外切酶的活性，也没有5’到3’外切酶的活性， 因此，在RNA合成过程不起较对作用。 4. 对于一个基因组来讲，转录只发生在一部分基 因，而且每一个基因的转录都受到相对独立的 控制。 5. RNA 合成后需要加工才能成为有功能的 RNA。
RNA 转录与DNA 复制不同点： 1.RNA转录是不对称的，即仅用DNA双链中 某一单链作为模板进行转录，被作为模板 的那条DNA单链称模板链（template strand）。与模板链互补的DNA单链为编 码链(coding strand)，即合成的RNA 碱基 序列与编码链相同，仅是U 替代了T。在 特定的染色体中，有时基因的编码序列可 能位于另一条链中，这种现象称不对称转 录。转录后DNA模板成分无改变。
3．需要二价金属离子，如Mg2+和Mn2+。 n(NTP) DNA
RNA聚合酶
pppN(pN)n-1 + (n-1)PPi
转录起始位点
一、真核的RNA聚合酶
RNA Pol Pol Pol Pol 位置 Ⅰ 核仁 Ⅱ 核质 Ⅲ 核质 表12-2 真核生物的三种RNA聚合酶的特点 产物 相对活性 对α-鹅膏蕈的敏 28s,18s,5.8s rRNAs 50～70% 不敏感 hnRNA,mRNA,某些SnRNA 20～40% 高度敏感 tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs ～10% 片段特异，中等敏感
一、RNA合成的基本特点
1960年Weiss,S,B等发现RNA聚合酶（RNA Pol）。 其特点是： （1）以核糖核苷三磷酸（rNTR）为底物； （2）以DNA为模板； （3）按5′-3′方向合成； （4）无需引物的存在能单独起始链的合成； （5）第一个引入的rNTP是以三磷酸形式存在； （6）在体内DNA双链中仅一条链作为模板； （7）RNA的序列和模板是互补的。
转录起始位点（I）
转录开始时模板上的第一个碱基 为转录起始位点； 在原核生物中90%以上为A或G； 位置固定，常见序列是CAT。
（二）转录的起始
1. 全酶与模板的DNA接触，生成非专一的,不稳定的复合物 在模板上移动； 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（closed binary complex）； 3. 全酶紧密地结合在-10序列处，模板DNA局部变性，形成 开放的启动子二元复合体； 4. 酶移动到转录起点I，第一个rNTP转录开始,σ因子释放, 形成酶-启动子-rNTP三元复合体（ternary complex）。
-35序列
－35序列又称为Sextama盒（Sextama box）， 位于－35 bp处，是RNA pol的识别部位。 其保守序列为（T82T84G78A65C54A45）； 其功能是: （1）为RNA pol的识别位点。σ亚基识别 －35序列，为转录选择模板； （2）－35和－10序列的距离是稳定的，此 与RNA pol的结构有关。
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的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起
始位点上游TATA区 TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列 T85A97T93A85A63A83A50 ●作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始
目录
2、上游启动子元件
●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等
CAAT：-70 - -80bp
RNA聚合酶不相同
启动子不同
转录后RNA加工修饰不同
是否需要转录因子
DNA
加工 转运
mRNA前体 mRNA
mRNA
核
核糖体
原核生物
新生蛋白质
真核生物
目录
三 真核生物RNA的成熟
（一）、mRNA的的成熟 （二）、tRNA的成熟 （三）、rRNA的成熟
（四）、RNA编辑
DNA
TGGCNNAGTGC
GGTTCGANNCC
目录
Fig. 14.1
剪接信号
分支点序列 • 哺乳动物 • 5’--/GUAAGU--INTRON--YNCURAC-YnNAG/G--3’
• 酵母 • 5’--/GUAUGU--INTRON--UACUAAC-YAG/G--3’
小分子核内RNA(snRNA)
真核细胞核内一组小分子RNA,含70~300碱
Prokaryotic RNA polymerase
IIH RNA pol II
IIB IIA IID
IIF IIE
TATA box
pre-initiation complex
三. 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，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，则称为转录因子(transcriptional
基,序列中尿嘧啶含量较高,因此又用U命名. 既非任何RNA的前体,也非某种RNA代谢的 中间产物,而是具有独特功能且独立存在的 实体,参与mRNA的加工。 常与多种特异的蛋白质结合在一起，形成 小核糖体核蛋白（small nuclear ribonucleoprotein particle，snRNP）
，结合模板的特性不一样。转录起始时，原核
生物 RNA-pol 可直接结合模板，而真核生物的
RNA聚合酶需与多种蛋白因子的相互作用才能
结合模板。
目录
转录起始：转录因子和RNApolⅡ按照一定 的次序，通过招募的方式形成预转录起 始复合物（pre-initiation complex）的过 程。
ＴＦⅡ
目录
增强子的性质
1 增强效应十分明显:10---200倍,甚至上千倍 2 增强效应与其位置和取向无关 3 大多为重复序列,其内部常有一个核心序列 TGGAAA 4 其增强效应有严密的组织性和细胞特异性,只有 特定的转录因子参与才能发挥其功能 5 没有基因专一性,与不同的基因组合均表现增强 效应 6 许多增强子还受外部金属离子等调控
目录
Ⅰ类内含子的自我剪接
目录
Ⅱ类内含子的自我剪接
2’ 0H
外显子 1 GU PyNCUPuAPy AG 外显子 2 3’
5’
5’
外显子 1 OH 3’
G U TAPy
外显子 2 AG 3’
套索结构 5’ 外显子 1 外显子 2 3’
图 13- Ⅱ类内含子 剪接的模式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目录
（二）tRNA的转录后加工
TATA区：使转录精确地起始。 CAAT区和 GC区又称为上游启动子元件 (upstream promoter element，UPE)或称上游激 活序列(upstream activating sequence，UAS)主 要控制转录起始频率，基本上不参与起始位点 的确定。 尽管这3种启动子区序列都有着重要功能，但并 不是每个基因的启动子区都包含这3种序列。 •有些基因，如组蛋白H2B，不含GC区，但有 两个CAAT区，一个TATA区。
CTD:RNA聚合酶β亚基羧基末端的结构域
目录
TAFIIs: TBP-Associated Factors II
TBP: TATA-Binding Protein
目录
二 、真核生物转录的基本过程
转录起始 转录延伸 转录终止
目录
（一）转录起始
真核生物和原核生物的 RNA-pol种类不同
Pi
pppG
鸟苷酸 转移酶
ppi
5 GpppGp…
SAM
甲基转移酶
5 m7GpppGp…
帽子结构
帽子0:m7GpppX,N7甲基鸟嘌呤核苷酸 帽子1:m7GpppXm,帽子0后第一个核苷酸2
位氧甲基化,这是除单细胞真核生物外其它 真核生物的主要帽子形式 帽子2:m7GpppXmpYm,帽子0后第二个核 苷酸2位氧甲基化 帽子结构中甲基供体为S-腺苷甲硫氨酸 (SAM)
目录
帽子结构的生理功能
帽子结构为核糖体识别mRNA提供了信号, 帽子0结构是核糖体识别mRNA所必须的. 2 帽子结构增加mRNA的稳定性,保护 mRNA免受5’外切核酸酶的降解. 3 帽子结构还能有助于成熟的mRNA的转运.
1
目录
真核生物转录后加尾修饰
—— 和转录终止密切相关。
AAAAAAA· · · · · · 3
目录
转 录 延 长 中 的 核 小 体 移 位 和 解 聚
核小体
RNA-Pol
转录方向
RNA-Pol
RNA-Pol
目录
转录延长
真核生物转录延长过程与原核生物大致相
似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的
现象。 RNA-pol前移处处都遇上核小体。
目录
RNA链的延伸图解
模板链（反义链） 有义链 复链 解链
TFⅡF ⅡH ⅡE
羧基末端 的结构域
ⅡH
ⅡE
TBP POL-TAF Ⅱ TFⅡFTATA ⅡB ⅡA
CTD- P
PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化
目录
(二) 转录的延伸
RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新 生RNA链不断伸长的过程。 转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动 子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区， 新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固， 很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。 一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并 离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。
3´
RNA-DNA杂交螺旋
新生RNA 聚合酶的移动方向 5´
延长部位
目录
（三）真核生物转录终止
—— 和转录后修饰密切相关。
AAAAAAA· · · · · · 3
mRNA
3加尾
核酸酶 5 3
目录
3 5
AATAAA
GTGTGTG
RNA-pol
转录终止的修饰点
真核生物和原核生物转录的差别
• 5端形成 帽子结构(m7GpppGp —) • 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)
O HN H2N N
CH3
N N
+
O H2C O O
O
O
N
P O P O P O CH 2 O OOO-
OH OH
O O P O O-
5 pppGp…
磷酸酶
5 ppGp…
帽 子 结 构 的 生 成
切离加尾
翻译起始点 转录起始点 增强子 TATA盒 OCT-1 GC盒 CAAT盒 内 含 子
外显子 转录终止点
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
目录
General Transcription Factors and Initiation
Eukaryotic RNA polymerase II: “I need help from other proteins.”
mRNA
3加尾
核酸酶 5 3
3 5
AATAAA
GTGTGTG
RNA-pol
转录终止的修饰点
3’端加尾
多聚腺苷酸尾巴
AAUAAA： ★准确切割
★加poly（A）
目录
2
mRNA的剪接
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。 • 核内的初级mRNA称为核不均一RNA (hetero-nuclear RNA, hnRNA)
Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、H
目录
参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ
转录因子 亚基组成，分子量(kD) TFⅡD TBP* 38 TAF** TFⅡA TFⅡB TFⅡF TFⅡE TFⅡH 12，19，35 33 30，74 57（） 34（） 功 能 结合TATA盒 辅助TBP-DNA结合 稳定TFⅡD-DNA复合物 促进RNA-polⅡ结合及作 为其他因子结合的桥梁 解螺旋酶 ATPase 蛋白激酶活性，使CTD磷 酸化
第二节 真核生物转录
邱郑 qiuzheng754@
目录
一 真核生物转录酶及相关因子
（一）真核生物的RNA聚合酶
三种RNA聚合酶Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,它们专一地转录不同 的基因,其转录过程和产物已各不相同.三种 RNA聚合酶对鹅膏覃碱的敏感性反应不同.
目录
种类 转录产物
Ⅰ 45S-rRNA
•snRNP与hnRNA结合成为剪接体
目录
•snRNP与hnRNA结合成为剪接体
•U1,U2，U4，U5，U6