转录和转录水平的调控要点讲课讲稿

SECTION 5

转录和转录水平的调控

重点：

转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。

难点：

转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类内含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。

一．模板和酶：

要点

1．模板

RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，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），不对称转录有两方面含义:一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。

2．RNA聚合酶

转录需要RNA聚合酶。原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。α2ββ'σ称为全酶,转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA 和tRNA。

3.模板与酶的辨认结合

转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA 序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列。真核生物的转录上游调控序列统称为顺式作用元件,主要有TATA盒、、CG盒、上游活化序列(酵母细胞)、增强子等等。和顺式作用元件结合的蛋白质都有调控转录的作用,统称为反式作用因子。反式作用因子已发现数百种,能够归类的称为转录因子(TF),相应于RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ的是TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。TFⅡ又有A、B、C、D、E、F多种及其亚类。

基本概念：

1.不对称转录: 两重含义,一是指双链DNA只有一股单链用作转录模板(模板链);二是对不同基因同一单链上某些区段作为模板链而另一些区段作为编码链，即模板链并非永远在同一单链上。

2.编码链: DNA双链上不用作转录模板的那一段单链,因其碱基序列除由T代

替U而外,其他与转录产物mRNA序列相同而得名。

3．σ（sigma）因子: 原核生物RNA聚合酶全酶的成份,功能是辨认转录起始区,这种σ因子称σ70,此外还有分子量不同,功能不同的其他σ因子。

基本要求：掌握转录与复制的区别，转录的不对称性，原核生物的RNA聚合酶的组成及各亚基的功能，真核生物RNA聚合酶的分类、性质及功能，原核生物启动子的结构特点，了解真核生物RNA聚合酶的组成，研究转录起始区的方法。

二．转录过程

1．转录起始：

转录的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和转录5'端首位核苷酸组成的起始复合物。原核生物RNA5'端是嘌呤核苷酸(A、G),而且保留三磷酸核苷的结构,所以其起始复合物是:pppG-DNA-RNA聚合酶。

真核生物起始,生成起始前复合物(PIC)。例如RNA-pol-Ⅱ转录,是由各种TFⅡ相互辨认结合,再与RNA聚合酶结合,并通过TF结合到TATA盒上.

2. 转录延长:

转录的延长是以首位核苷酸的3'-OH为基础逐个加人NTP即形成磷酸二醋键,使RNA逐步从5'向3'端生长的过程。在原核生物,因为没有细胞膜的分隔,转录未完成即已开始翻译,而且在同一DNA模板上同时进行多个转录过程。电镜下看到的羽毛状图形和羽毛上的小黑点(多聚核糖体),是转录和翻译高效率的直观表现。

3．录终止：

转录的终止在原核生物分为依赖Rho因子与非依赖Rho因子两类。Rho因子有ATP酶和解螺旋酶两种活性,因此能结合转录产物的3'末端区并使转录停顿及产物RNA脱离DNA模板。非依赖Rho因子的转录终止,其RNA产物3'-端往往形成茎环结构,其后又有一串寡聚U。茎环结构可使因子聚合酶变构而不再前移,寡聚U则有利于RNA不再依附DNA模板链而脱出。因此无论哪一种转录终止都有RNA聚合酶停顿和RNA产物脱出这两个必要过程。真核生物转录终止是和加尾(mRNA的聚腺昔酸poly A)修饰同步进行的。 RNA上的加尾修饰点结构特征是有AAAUAA序列。

基本概念：

1．转录起始前复合物 (pre-initiation complex,PIC):是真核生物转录因子与RNA聚合酶一同结合于转录起始前的DNA区域而成的复合物。

2．加尾修饰点：真核生物mRNA转录不是在mRNA的位置上终止，而是在数百个核苷酸之后，研究发现在编码链读码框架的3'端之后，常有一组共同序列AATAAA，再下游还有相当多GC的序列，这些序列称为加尾修饰点,转录越过修饰点后，mRNA在修饰点处被切断，随即加入polyA。

3．Rho因子：是原核生物转录终止因子,有ATP酶和解螺旋酶活性。转录终止也可不依赖Rho因子。

基本要求：

掌握原核生物的转录起始复合物的形成过程，真核生物转录起始及起始前复合物(PIC)的生成，RNA聚合酶Ⅱ催化的转录起始过程中各种TFⅡ的作用，转录延伸过程中的化学反应，原核生物的转录终止的两种形式，真核生物的转录终止的修饰点。了解原核生物RNA聚合酶的各种亚基与真核生物的各种转录因子之间的关系即拼版理论，原核生物转录空泡的形成及转录产物的释放过程。