第三章 转录及转录调控
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mRNA的合成极为重要。
12/26/2014
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 3 5 3 5
-50
-40
-30
-20
-10
1
10
T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
特点：不同的启动子，其位置略有不同 不同的启动子，每个碱基出现的频率不 同。
12/26/2014
—35序列
3、—35序列：位于转录起始位点上游35bp处， 故称—35序列，有一个6个碱基组成的保守序 列TTGACA.
不同启动子的—35序列的每个碱基出现的频率
不同。 —35序列是RNA聚合酶初始结合的部位 —35序列的核苷酸结构决定了启动子的强度
31 12/26/2014
因子的终止的作用机制
12/26/2014
33 12/26/2014
2. 不依赖因子的终止
终止子富含GC反向序列出现转录延宕；
RNA聚合酶是由一个挂在DNA上滑行的环带动着前进的，而这个环恰好可以容下DNA单连，不能 通过比较粗的茎环结构
终止子poly(U)与模板链的poly(A)相互作用力较弱，
12/26/2014
核小体
RNA-Pol
转 录 延 长 中 的 核 小 体 移 位
转录方向
RNA-Pol
RNA-Pol
12/26/2014
（三）转录终止
—— 和转录后修饰密切相关。
转录终止修饰点: DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同 序列, 参与转录终止过程, 这些序列称之为转录终 止修饰点。
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
2、断 裂 基 因 、外显子 和 内含子 断裂基因(splite gene )
真核生物的结构基因，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。 A B C D 非编码区 12/26/2014
12/26/2014
转录起始过程：
2. DNA局部解链 RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约 12~17个核苷酸， 拓扑异构酶参与。 形成开放转录复合物(二元复合物)
12/26/2014
转录起始过程：
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，
形成转录起始复合物。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
12/26/2014
亚基
分子量
36512 150618 155613
功 能
决定哪些基因被转录 催化功能 结合DNA模板
ω
11000
70263
功能尚不清楚
辨认起始点
σ亚基结合位点：-35序列 β‘亚基结合位点：-10序列
（二） ρ因子
1969年Roberts研究发现的控制转录终止的蛋白质。
12/26/2014
对鹅膏蕈 （xun）碱
耐受
极敏感
的反应
（二）转录因子( TF )
RNA聚合酶
D
F
A
TATA
B
E
DNA
转录因子(TF)：能与顺式作用原件识别、结合，调节真 核基因转录的蛋白质，称为转录调节因子，简称转录 因子，也称反式作用因子。
12/26/2014
12/26/2014
（二）转录因子( TF )
12/26/2014
4、作用部位间隔区
-35序列和-10序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并 不重要。
-35序列和-10序列之间的间隔区长度对转录很重要。
实验结果表明： -35序列和-10序列之间的间隔区长度
为17bp时转录效率最高。
大多数启动子为16~18bp
12/26/2014
一、原核生物转录的起始
模板链 编码链
12/26/2014
转录方向
高度的忠实性(high fidelity)
转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有 固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪
基序列，严格遵守碱基互补原则。
然而，转录出错率高于复制出错率 原因：RNA聚合酶没有校读功能
12/26/2014
高度的进行性(highly progressive)
转录单位 启动子 +1
终止子
编码区(开放阅读框)
转录起点
转录终点
12/26/2014
不对称转录（asymmetric
transcription）
* 在DNA分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录；
* 模板链并非永远在同一单链上。
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
（三）顺式作用元件
12/26/2014
三、真核生物的转录起始
（一）转录起始 转录起始上游区段比原核生物多样化，
转录起始时，RNA-pol不直接结合模板的启
动子，其起始过程比原核生物复杂，
12/26/2014
12/26/2014
转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)
编码区 A、B、C、D
12/26/2014
12/26/2014
RNA
RNA聚合酶
核糖体
原核生物转录过程中的现象
12/26/2014
三、转录终止
RNA 聚合酶在 DNA 模板上停止前进，
转录产物RNA链从转录复合物上脱落。
依赖Rho (ρ)因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止
机制
12/26/2014
1.依赖因子的终止
因子：又称释 放因子，六聚体 蛋白，可以水解 NTP，其解旋酶 促使新生RNA链 从三元转录复合 物中解离出来， 从而终止转录。
新生的RNA链很容易从模板链上解离下来
34 12/26/2014
发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元 复合物中解离出来。
35 12/26/2014
终止效率与 二重对称序列 （至少6bp）和 寡聚U（至少4个 U）的长短有关， 长度↑，终止效 率↑。
36 12/26/2014
12/26/2014
基本转录因子：是RNA聚合酶结合启动子所必
需的一组蛋白质因子，决定三种RNA(mRNA、 tRNA、rRNA)转录的类别。
有人将其视为RNA聚合酶的组成成分或亚基。
特异转录因子：为个别基因转录所必需，决定
该基因的时间、空间特异性表达。此类特异因 子中起转录激活作用的称转录激活因子，起转 录抑制作用的称转录抑制因子。
转录起始需解决两个问题：
1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起 始区域。
2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的 模板。
12/26/2014
转录起始过程：
1. 辨认起始位点：
亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全 酶(2)与模板疏松结合。 酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固 结合。 形成闭合转录复合物(二元复合物)
12/26/2014
（二）转录因子( TF )
12/26/2014
12/26/2014
顺式作用元件
修饰点
切离加尾
AATAAA
翻译起始点 增强子 转录起始点 -25bpTATA盒 OCT-1 GC盒 CAAT盒 内 含 子
外显子 转录终止点
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
12/26/2014
-110区
12/26/2014
mRNA
3加尾
Poly (A)
核酸酶
3’
5’
5’ AATAAA
GTGTGTG
RNA-pol
3’
转录终止的修饰点
12/26/2014
一、 mRNA的转录后加工
（一）首、尾的修饰
1、5 端形成 帽子结构
5 m7GpppGp
— ( NTP ) n
12/26/2014
帽子结构: (m7GpppGp —) 磷酸鸟苷
12/26/2014
相关概念
模板链(template strand)有意义链或Watson链： DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的 一股单链。 编码链(coding strand)反义链或Crick链： DNA双链 中碱基序列与RNA一致的一股链。
结构基因
编码链 模板链
转录方向
因子：又称释放因 子，六聚体蛋白， 可以水解NTP，
其解旋酶促使新生 RNA链从三元转录复 合物中解离出来， 从而终止转录。
14 12/26/2014
（三）启动子结构
启动子是基因表达不可缺少的重要调控序列。没
有启动子，基因就不能转录。原核生物启动子是由两
段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成，对
正常的转录一旦发生，就不会中途停止，转录终止 前RNA聚合酶不从模板链解离下来
一旦RNA聚合酶从模板链解离，则解离下来的
酶不可能与解离点重新结合
12/26/2014
第二节 原核生物转录
12/26/2014
一、原核生物转录相关结构和酶
（一）原核生物的RNA聚合酶
核心酶 core enzyme 全酶 holoenzyme
第三章
转录及其调控
湖北理工学院医学院 教师： 苏振宏
生物化学 Biochemistry
第一节 转录的基本原理
转录 ( transcription ) ——生物体以DNA为
模板合成RNA的过程。
转录 DNA RNA
12/26/2014
转录单位
转录单位：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的调控序列。
2. 不依赖因子的终止
12/26/2014
12/26/2014
不依赖因子的终止机制
12/26/2014
第三节 真核生物转录
12/26/2014
一、真核生物转录酶及相关因子
（一）真核生物的RNA聚合酶 种类
转录产物
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
45S-rRNA hnRNA
某些 snRNA
5S-rRNA tRNA、snRNA 中度敏感
原核生物启动子保守序列
12/26/2014
转录起始点
1、 转录开始的位置
超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录
起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录
始点。 M：A或C或G
12/26/2014
—10序列
2、 —10序列，位于转录起始位点上游— 10bp左右，有一个6个碱基组成的保守 序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部 位，又称为TATA盒或Pribnow盒。
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构， 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 3. 转录空泡的形成：
12/26/2014
转录空泡(transcription bubble)：
7-甲基鸟嘌呤-三
12/26/2014
此外还可以形成帽子1，帽子2等 第一第二位的核苷酸的2’-O位上被甲基化形成帽子1，
帽子2，
12/26/2014
帽子结构的功能:
核内生成, 保护mRNA不被核酸外切酶水解。
与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻
译起始必需的因子。
促进某些RNA的合成。
12/26/2014
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结 合，而需依靠众多的转录因子。
拼版理论：一个真核生物基因的转录需要3-5 个不同的转录因子，它们之间相互作用与结合， 形成专一性的活性复合物，再与RNA聚合酶搭配 而特异性地结合并转录相应的基因。
12/26/2014
（二）转录延长
1. 与原核生物大致相似， 没有转录与翻译同步的现象。 2. RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。
DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转 录复合物。
RNA-pol：40-60 bp； 解链：小于20 bp； RNA/DNA：8-9 bp。
12/26/2014
稳定性存在差异
DNA/DNA双链比DNA/RNA杂化双链稳定
稳定性: G≡C>A=T>A=U
12/26/2014
DNAFra Baidu bibliotek
-10序列及起始位点处发生局部解链，形成 开放转录复合物
在β亚基的催化下，形成RNA的第一个磷酸 二酯键，由DNA模板、RNA聚合酶、新生RNA 链组成转录起始复合物（三元复合物）。
σ因子从全酶上解离，核心酶与DNA的亲和 力下降，三元复合物在DNA链上移动，继续 合成RNA.
12/26/2014
二、转录延长
转录起始复合物(三元复合物): RNA聚合酶-DNA 模板-四磷酸二核苷酸
RNApol (2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3
12/26/2014
● 原核生物转录起始复合物
σ因子与核心酶形成全酶，σ因子发现起始 位点，全酶与-35序列结合，酶分子向-10序 列转移并牢固结合。形成闭合转录复合物
12/26/2014
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 3 5 3 5
-50
-40
-30
-20
-10
1
10
T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)
特点：不同的启动子，其位置略有不同 不同的启动子，每个碱基出现的频率不 同。
12/26/2014
—35序列
3、—35序列：位于转录起始位点上游35bp处， 故称—35序列，有一个6个碱基组成的保守序 列TTGACA.
不同启动子的—35序列的每个碱基出现的频率
不同。 —35序列是RNA聚合酶初始结合的部位 —35序列的核苷酸结构决定了启动子的强度
31 12/26/2014
因子的终止的作用机制
12/26/2014
33 12/26/2014
2. 不依赖因子的终止
终止子富含GC反向序列出现转录延宕；
RNA聚合酶是由一个挂在DNA上滑行的环带动着前进的，而这个环恰好可以容下DNA单连，不能 通过比较粗的茎环结构
终止子poly(U)与模板链的poly(A)相互作用力较弱，
12/26/2014
核小体
RNA-Pol
转 录 延 长 中 的 核 小 体 移 位
转录方向
RNA-Pol
RNA-Pol
12/26/2014
（三）转录终止
—— 和转录后修饰密切相关。
转录终止修饰点: DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同 序列, 参与转录终止过程, 这些序列称之为转录终 止修饰点。
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
2、断 裂 基 因 、外显子 和 内含子 断裂基因(splite gene )
真核生物的结构基因，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。 A B C D 非编码区 12/26/2014
12/26/2014
转录起始过程：
2. DNA局部解链 RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约 12~17个核苷酸， 拓扑异构酶参与。 形成开放转录复合物(二元复合物)
12/26/2014
转录起始过程：
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，
形成转录起始复合物。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
12/26/2014
亚基
分子量
36512 150618 155613
功 能
决定哪些基因被转录 催化功能 结合DNA模板
ω
11000
70263
功能尚不清楚
辨认起始点
σ亚基结合位点：-35序列 β‘亚基结合位点：-10序列
（二） ρ因子
1969年Roberts研究发现的控制转录终止的蛋白质。
12/26/2014
对鹅膏蕈 （xun）碱
耐受
极敏感
的反应
（二）转录因子( TF )
RNA聚合酶
D
F
A
TATA
B
E
DNA
转录因子(TF)：能与顺式作用原件识别、结合，调节真 核基因转录的蛋白质，称为转录调节因子，简称转录 因子，也称反式作用因子。
12/26/2014
12/26/2014
（二）转录因子( TF )
12/26/2014
4、作用部位间隔区
-35序列和-10序列之间的间隔区碱基序列对转录起始并 不重要。
-35序列和-10序列之间的间隔区长度对转录很重要。
实验结果表明： -35序列和-10序列之间的间隔区长度
为17bp时转录效率最高。
大多数启动子为16~18bp
12/26/2014
一、原核生物转录的起始
模板链 编码链
12/26/2014
转录方向
高度的忠实性(high fidelity)
转录的忠实性是指一个特定基因的转录具有 固定的起点和固定的终点，而且被转录产生的剪
基序列，严格遵守碱基互补原则。
然而，转录出错率高于复制出错率 原因：RNA聚合酶没有校读功能
12/26/2014
高度的进行性(highly progressive)
转录单位 启动子 +1
终止子
编码区(开放阅读框)
转录起点
转录终点
12/26/2014
不对称转录（asymmetric
transcription）
* 在DNA分子双链上某一区段，一股 链可转录，另一股链不转录；
* 模板链并非永远在同一单链上。
12/26/2014
12/26/2014
12/26/2014
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（三）顺式作用元件
12/26/2014
三、真核生物的转录起始
（一）转录起始 转录起始上游区段比原核生物多样化，
转录起始时，RNA-pol不直接结合模板的启
动子，其起始过程比原核生物复杂，
12/26/2014
12/26/2014
转录起始前复合物(pre-initiation complex, PIC)
编码区 A、B、C、D
12/26/2014
12/26/2014
RNA
RNA聚合酶
核糖体
原核生物转录过程中的现象
12/26/2014
三、转录终止
RNA 聚合酶在 DNA 模板上停止前进，
转录产物RNA链从转录复合物上脱落。
依赖Rho (ρ)因子的转录终止 非依赖Rho因子的转录终止
机制
12/26/2014
1.依赖因子的终止
因子：又称释 放因子，六聚体 蛋白，可以水解 NTP，其解旋酶 促使新生RNA链 从三元转录复合 物中解离出来， 从而终止转录。
新生的RNA链很容易从模板链上解离下来
34 12/26/2014
发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元 复合物中解离出来。
35 12/26/2014
终止效率与 二重对称序列 （至少6bp）和 寡聚U（至少4个 U）的长短有关， 长度↑，终止效 率↑。
36 12/26/2014
12/26/2014
基本转录因子：是RNA聚合酶结合启动子所必
需的一组蛋白质因子，决定三种RNA(mRNA、 tRNA、rRNA)转录的类别。
有人将其视为RNA聚合酶的组成成分或亚基。
特异转录因子：为个别基因转录所必需，决定
该基因的时间、空间特异性表达。此类特异因 子中起转录激活作用的称转录激活因子，起转 录抑制作用的称转录抑制因子。
转录起始需解决两个问题：
1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的起 始区域。
2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录的 模板。
12/26/2014
转录起始过程：
1. 辨认起始位点：
亚基辨认启动子的-35区，RNA聚合酶全 酶(2)与模板疏松结合。 酶滑行到-10区，通过亚基与模板牢固 结合。 形成闭合转录复合物(二元复合物)
12/26/2014
（二）转录因子( TF )
12/26/2014
12/26/2014
顺式作用元件
修饰点
切离加尾
AATAAA
翻译起始点 增强子 转录起始点 -25bpTATA盒 OCT-1 GC盒 CAAT盒 内 含 子
外显子 转录终止点
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
12/26/2014
-110区
12/26/2014
mRNA
3加尾
Poly (A)
核酸酶
3’
5’
5’ AATAAA
GTGTGTG
RNA-pol
3’
转录终止的修饰点
12/26/2014
一、 mRNA的转录后加工
（一）首、尾的修饰
1、5 端形成 帽子结构
5 m7GpppGp
— ( NTP ) n
12/26/2014
帽子结构: (m7GpppGp —) 磷酸鸟苷
12/26/2014
相关概念
模板链(template strand)有意义链或Watson链： DNA双链中，能按碱基配对规律指引转录，生成RNA的 一股单链。 编码链(coding strand)反义链或Crick链： DNA双链 中碱基序列与RNA一致的一股链。
结构基因
编码链 模板链
转录方向
因子：又称释放因 子，六聚体蛋白， 可以水解NTP，
其解旋酶促使新生 RNA链从三元转录复 合物中解离出来， 从而终止转录。
14 12/26/2014
（三）启动子结构
启动子是基因表达不可缺少的重要调控序列。没
有启动子，基因就不能转录。原核生物启动子是由两
段彼此分开且又高度保守的核苷酸序列组成，对
正常的转录一旦发生，就不会中途停止，转录终止 前RNA聚合酶不从模板链解离下来
一旦RNA聚合酶从模板链解离，则解离下来的
酶不可能与解离点重新结合
12/26/2014
第二节 原核生物转录
12/26/2014
一、原核生物转录相关结构和酶
（一）原核生物的RNA聚合酶
核心酶 core enzyme 全酶 holoenzyme
第三章
转录及其调控
湖北理工学院医学院 教师： 苏振宏
生物化学 Biochemistry
第一节 转录的基本原理
转录 ( transcription ) ——生物体以DNA为
模板合成RNA的过程。
转录 DNA RNA
12/26/2014
转录单位
转录单位：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的调控序列。
2. 不依赖因子的终止
12/26/2014
12/26/2014
不依赖因子的终止机制
12/26/2014
第三节 真核生物转录
12/26/2014
一、真核生物转录酶及相关因子
（一）真核生物的RNA聚合酶 种类
转录产物
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
45S-rRNA hnRNA
某些 snRNA
5S-rRNA tRNA、snRNA 中度敏感
原核生物启动子保守序列
12/26/2014
转录起始点
1、 转录开始的位置
超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录
起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录
始点。 M：A或C或G
12/26/2014
—10序列
2、 —10序列，位于转录起始位点上游— 10bp左右，有一个6个碱基组成的保守 序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部 位，又称为TATA盒或Pribnow盒。
1. 亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构， 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 3. 转录空泡的形成：
12/26/2014
转录空泡(transcription bubble)：
7-甲基鸟嘌呤-三
12/26/2014
此外还可以形成帽子1，帽子2等 第一第二位的核苷酸的2’-O位上被甲基化形成帽子1，
帽子2，
12/26/2014
帽子结构的功能:
核内生成, 保护mRNA不被核酸外切酶水解。
与翻译过程有关，帽子结构结合蛋白是翻
译起始必需的因子。
促进某些RNA的合成。
12/26/2014
真核生物RNA-pol不与DNA分子直接结 合，而需依靠众多的转录因子。
拼版理论：一个真核生物基因的转录需要3-5 个不同的转录因子，它们之间相互作用与结合， 形成专一性的活性复合物，再与RNA聚合酶搭配 而特异性地结合并转录相应的基因。
12/26/2014
（二）转录延长
1. 与原核生物大致相似， 没有转录与翻译同步的现象。 2. RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。
DNA解开的两条单链与RNA聚合酶及其转录产物RNA构成的转 录复合物。
RNA-pol：40-60 bp； 解链：小于20 bp； RNA/DNA：8-9 bp。
12/26/2014
稳定性存在差异
DNA/DNA双链比DNA/RNA杂化双链稳定
稳定性: G≡C>A=T>A=U
12/26/2014
DNAFra Baidu bibliotek
-10序列及起始位点处发生局部解链，形成 开放转录复合物
在β亚基的催化下，形成RNA的第一个磷酸 二酯键，由DNA模板、RNA聚合酶、新生RNA 链组成转录起始复合物（三元复合物）。
σ因子从全酶上解离，核心酶与DNA的亲和 力下降，三元复合物在DNA链上移动，继续 合成RNA.
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二、转录延长
转录起始复合物(三元复合物): RNA聚合酶-DNA 模板-四磷酸二核苷酸
RNApol (2) - DNA - 5'pppGpN- OH 3
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● 原核生物转录起始复合物
σ因子与核心酶形成全酶，σ因子发现起始 位点，全酶与-35序列结合，酶分子向-10序 列转移并牢固结合。形成闭合转录复合物