第13.章 转录第一部分

依赖ρ因子的转录终止
2. 非依赖 Rho因子的转录终止
DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱
基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊
的结构来终止转录。
• RNA聚合酶到达终 止子的时候暂停。 • 暂停给发夹结构有 时间形成
• 发夹结构破坏了 RNA聚合酶和它的 RNA产物之间的作用
• 富含U-的序列很容 易与模板链解离
RNA聚合酶催化的反应通式
DNA 模板 Mg2+
RNA聚合酶本身能促进DNA双链解链
一、原核生物的RNA聚合酶
亚基 a b b s
分子量 36512 150618 155613 70263
功 能 聚合酶的组装，转录起始， 与调节蛋白相互作用 结合NTP,催化形成磷酸二酯键 结合DNA模板 辨认起始点，识别启动子
编码链 模板链 mRNA
蛋白质
结构基因
5
编码链 模板链
转录方向
模板链
3
3
编码链
5
转录方向
源自文库
2、不对称转录(asymmetric transcription)
• 在DNA分子双链上某一区段，一股链用作 模板指引转录，另一股链不转录 ； • 模板链并非永远在同一条单链上。
第二节 依赖DNA的RNA聚合酶
放线菌素D（Actinomycin D）

放线菌素D能够插入到DNA上的GC碱基对之间， 导致双螺旋小沟变宽和扭曲，从而阻止RNA聚合 酶的移动，既能抑制原核细胞也能抑制真核细胞 的DNA转录延伸； rDNA上的GC含量最高，RNA pol I对放线菌素D 最敏感。

第三节 转录过程
The Process of Transcription
定义：生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。
场所：原核细胞的细胞质，真核细胞的细胞核，
线粒体和叶绿体的基质。
转 录
DNA
RNA
二、复制和转录的区别
复制 模板 两股链均复制 dNTP DNA聚合酶 转录 模板链转录（不对称转录） NTP RNA聚合酶（RNA-pol） mRNA，tRNA，rRNA A-U，T-A，G-C 不需要(最先转录嘌呤核苷酸) 1/10^4 较多
一、原核生物的转录过程
（一）转录起始 转录起始需解决两个问题：
1. 转录起始点的确定
2. 转录起始复合物的确定
（1）启动子
原核生物一个转录单位（操纵子），包括若干 个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。
调控序列
5 3
结构基因
3 5
RNA-pol
启动子(promoter): RNA聚合酶识别、结 合和起始转录的一段特定DNA序列，一般位于 基因的上游。
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
b b a a b b
s
a a
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
原核细胞RNA聚合酶的 特异性抑制剂
原核生物RNA聚合酶可以被 利福霉素 （rifamycin）和利链霉素（streptolydigin）抑制。


利福霉素是从 链霉菌（streptomyces） 中分离得到的一 种抗生素，可以与细菌RNA pol的β亚基直接结合，抑制第 一个磷酸二酯键的形成，即抑制转录的起始。 人工合成的利福平 rifampicin，可供口服，用于细菌感染 的临床治疗。利福霉素是结核病的特效药 利链霉素也是与细菌RNA pol的β亚基直接结合，但抑制的 是转录的延伸。
成6-10个核苷酸的转录物长度后，s因子与核心 酶解离，转录进入延伸阶段
（二）转录延长
1. s因子脱落，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
转录泡(transcription bubble)：
* 如果一个基因的启动子序列与一致序列越相近，则该启动 子的效率就越高，为强启动子；如果一个基因的启动子序 列与一致序列相差越大，则该启动子的效率就越低，为弱 启动子。
* 不同基因在启动子序列上的差异也是基因表达调控的 一种手段。
（2）转录起始复合物的形成

转录的限速步骤，起始频率主要取决于启动子强度 转录的起始实际上是RNA聚合酶与启动子相互作用并 形成活性转录起始复合物的过程，整个反应可分为以 下几步： （1）RNA聚合酶全酶与dsDNA非特异性结合 （2）RNA 聚合酶全酶与启动子形成封闭复合物 （3）封闭复合物异构化，DNA双链解开，转变成开 放复合物 （4）生成第一个磷酸二酯键，形成转录起始复合物 （5）启动子清空
RNA聚合 酶保护法
RNA聚合酶保护区 结构基因
5 3 5 3 -35 区 TTGACA AA C T G T Sextama框： RNApol 辨认位点 (recognition site) 开始转录 -10 区 T A T A A T Pu A T A T T A Py Pribnow box：有助于 DNA局部解开双螺旋 3 5 3 5


二、真核生物的RNA聚合酶
种类 转录产物 Ⅰ rRNA snRNA Ⅱ mRNA Ⅲ 5S-rRNA tRNA 极敏感
对鹅膏蕈碱 的反应
耐受
snRNA 中度敏感
真核生物的RNA聚合酶抑制剂

真核细胞三种细胞核RNA聚合酶不受利福霉素和利 链霉素的抑制； 真核生物RNA聚合酶不同程度地对 a-鹅膏蕈碱（ a -amanitin）敏感；RNA pol II 最敏感；RNA pol I 不敏感； 真核生物叶绿体RNA聚合酶和线粒体RNA聚合酶对 a-鹅膏蕈碱不敏感，但可以被利福霉素抑制；
原料
酶
产物 配对
引物 忠实性 调控位点
子代双链DNA
（半保留复制） A-T，G G-C -C RNA 引物 1/10^8~ 1/10^10 较少
三、不对称转录
1、转录模板
• DNA 分子上转录出 RNA 的区段，称为结构基因 (structural gene)。 • DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成 RNA
-50
-40
-30
-20
-10
1
10
原核生物启动子性质
原核生物启动子性质
* “－35”区和“－10区”之间的间隔序序列的性质不重要， 但长度重要，一般为17±1bp。
* “增强元件”——发现在某些转录活性超强的rRNA基因 的上游－40和－60之间的区域，富含AT的启动子序列， 可将转录活性提高30倍。


RNA聚合酶 II 抑制剂
• 白毒伞含有有毒的环状八肽——鹅膏蕈碱
这种蘑菇口味不
错，但却是致命的！ 食用6 ~24小时之 后，开始出现强筋 挛和腹泻 第3天出现假恢复 第4或第5天，死 亡随时发生，除非 进行肝移植
α鹅膏蕈碱的化学结构
α鹅膏蕈碱作用机制：与聚合酶结合，阻止聚合酶 的移位，抑制转录延伸
单顺反子
一个顺反子就是一个基因，基因是遗传物质的最小功能单位。 单顺反子（monocistron）：真核细胞绝大多数基因都有自 己的调节元件（启动子），每个基因能独立进行转录，转录 产物为单顺反子，即一个基因编码一条mRNA链，然后一条 mRNA链再指导合成一条多肽链。
多顺反子
操纵子：在原核细胞中，功能相关的几个基因通常连在一起， 相互之间由一段短的不编码蛋白质的间隔序列所隔开，它们通 常共享一套调节元件（启动子），以一个共同转录单位进行转 录，这一转录单位就叫操纵子。 多顺反子：一个转录单位转录出来的一条mRNA编码多条多肽 链，叫做多顺反子。即一条mRNA链含有指导合成多种蛋白质 合成的信息。
第十一章
RNA的生物合成 （转录）
RNA Biosynthesis, Transcription
中 心 法 则 central dogma
本章主要内容

转录基本概念及一般特征


催化转录的RNA聚合酶
原核生物的转录过程 真核生物的转录过程 转录后的加工
第一节 DNA转录的一般特征
一、转录 (transcription)
的一股单链，称为模板链(template strand)，也称
作负链、反义链或Crick链。相对的另一股单链是
编码链(coding strand)，也称为正链、有意义链或
Watson链。
5′···GCAGTACATGTC ···3′ 3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′ 转录 5′···GCAGUACAUGUC ···3′ 翻译 N· · · · · · Ala · Val · His · Val · · · · · · C


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
转录起始复合物:
RNApol (a2bbs) - DNA - pppGpN- OH 3
启动子清空：在第一个磷酸二酯键基础上，形
不需要ρ因子的转录终止
• 转录复合物解体， 转录终止
RNA-pol （核心酶） · · · · DNA · · · · RNA
DNA
3 5
RNA
RNA聚合酶 核糖体 原核生物转录过程中的羽毛状现象
（三）转录终止
指 RNA 聚合酶在 DNA 模板上停顿下来不 再前进，转录产物 RNA 链从转录复合物上脱 落下来。
分类

依赖Rho (ρ)因子的转录终止 ρ因子具有解链酶和ATP酶活性 非依赖Rho因子的转录终止