第3章 RNA的转录-启动子.ppt

第一节 DNA结合蛋白第二节 RNA的转录第三节 启动子第四节 终止与抗终止第五节 原核生物和真核生物mRNA的特征比较第六节 内含子的剪接、编辑及化学修饰第三章 生物信息的传递从DNA到RNA DNA是遗传信息的贮存是遗传信息的贮存者，蕴藏于者，蕴藏于DNA的遗传信的遗传信息传递到息传递到RNA分子，然后分子，然后再传给蛋白质，蛋白质是遗再传给蛋白质，蛋白质是遗传信息的体现者，这就是遗传信息的体现者，这就是遗传信息流向的传信息流向的中心法则中心法则，也，也是基因表达的基本步骤。是基因表达的基本步骤。第二节 RNA的转录一、基本过程一、基本过程模板识别模板识别 转录起始转录起始 转录的延伸转录的延伸 转录的终止转录的终止大肠杆菌中依赖于DNA的RNA转录过程图二、转录酶和转录因子二、转录酶和转录因子1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶v大肠杆菌大肠杆菌RNA聚合酶：聚合酶：2二、转录酶和转录因子二、转录酶和转录因子1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶v因子因子RNA聚合酶全酶结合在启动子上二、转录酶和转录因子二、转录酶和转录因子1.原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶v因子的更替对转录起始的调控因子的更替对转录起始的调控基因基因用途用途-35区区识别序列间隔识别序列间隔-10区区rpoD-70rpoH-32rpoE-24rpoN-54fliA普通普通热激热激热激热激氮缺乏氮缺乏芽孢芽孢TTGACACCCTTGAA不详不详CTGGNACTAAA16-18bp13-15bp不详不详6bp15bpTATAATCCCGATNT不详不详TTGCAGCCGATAA大肠杆菌因子及其特性酶酶定位定位转录产物转录产物相对活力相对活力对鹅膏蕈碱的对鹅膏蕈碱的敏感性敏感性RNAPolRNAPol RNAPol 核仁核仁核质核质核质核质rRNAhnRNAtRNA，5S rRNA，SnRNA50%-70%20%-40%约约10%不敏感不敏感敏感敏感存在物种特异性存在物种特异性2.真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶 线粒体和叶绿体的线粒体和叶绿体的RNA聚合酶活性较小，与细菌的聚合酶活性较小，与细菌的RNA聚合聚合酶更为相似。其功能也较真核生物的酶更为相似。其功能也较真核生物的RNA聚合酶简单，只需转录为聚合酶简单，只需转录为数不多的几个特定的基因，而不需要更为复杂的功能来适应环境的数不多的几个特定的基因，而不需要更为复杂的功能来适应环境的变化。活性不受鹅膏蕈碱的抑制。变化。活性不受鹅膏蕈碱的抑制。酵母RNA聚合酶的结构出孔出孔马鞍区马鞍区拱形区拱形区钳形区钳形区墙体墙体RNA骨架骨架顶盖区顶盖区船舵区船舵区叉环叉环12.转录复合物转录复合物原核生物转录起始复合物：原核生物转录起始复合物：含有含有因子的因子的RNA聚合酶聚合酶全酶结合在启动子上，完成转全酶结合在启动子上，完成转录起始后，录起始后，因子脱落，由核因子脱落，由核心酶继续延伸新生心酶继续延伸新生RNA链。链。真核生物转录起始复合物的形成：真核生物转录起始复合物的形成：TFD首先与首先与TATA盒结合，盒结合，其余其余6个因子陆续接入，构成起始复个因子陆续接入，构成起始复合物。合物。2.转录复合物转录复合物2.转录复合物转录复合物转录泡（transcription bubble）启动子启动子(promoter)是指是指DNA分子上被分子上被RNA聚合酶识聚合酶识别并结合形成起始转录复合物的区域，它还包括一些调节别并结合形成起始转录复合物的区域，它还包括一些调节蛋白因子的结合位点。无论是原核生物还是真核生物，启蛋白因子的结合位点。无论是原核生物还是真核生物，启动子是控制转录起始的序列，并决定着某一基因的表达强动子是控制转录起始的序列，并决定着某一基因的表达强度。与度。与RNA聚合酶亲和力高的启动子，其起始频率和效率聚合酶亲和力高的启动子，其起始频率和效率均高。启动子的均高。启动子的DNA序列本身就可以提供特定的信号，而序列本身就可以提供特定的信号，而转录区域的转录区域的DNA序列要转变成序列要转变成RNA或蛋白质后才能体现出或蛋白质后才能体现出它所贮存在信息。它所贮存在信息。第三节 启动子转录区域转录区域启动子启动子终止子终止子转录起点转录起点11编码链编码链模板链模板链DNARNA第三节 启动子RNA的转录单元示意图1.原核生物的启动子原核生物的启动子uRNA聚合酶与启动子的结合聚合酶与启动子的结合 在在RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子相互作用的过程中，聚合酶相互作用的过程中，聚合酶首先与启动子闭合双链首先与启动子闭合双链DNA相结合，形成二元闭合复合相结合，形成二元闭合复合物，然后经过解链得到二元物，然后经过解链得到二元开链复合物。开链复合物。第三节 启动子1.原核生物的启动子原核生物的启动子u原核生物启动子的结构原核生物启动子的结构转录起始点：转录起始点：在多数情况（在多数情况（90）下为嘌呤，常见序列为）下为嘌呤，常见序列为CAT，A为转录起始点，有时为为转录起始点，有时为G。-10区：区：T80A95t45A60a50T96Pribnow框，结合位点框，结合位点-35区：区：T82T84G78A65C34a45 Sextama框，识别位点框，识别位点-10区和区和-35区间的距离：区间的距离：90为为1618bp第三节 启动子 典型的原核生物的启动子结构典型的原核生物的启动子结构：-35区、区、16-19bp的间隔区、的间隔区、-10区区和转录起始点，和转录起始点，-10区到转录起始点的距离为区到转录起始点的距离为7bp。1.原核生物的启动子原核生物的启动子第三节 启动子 典型的原核生物的启动子结构典型的原核生物的启动子结构：-35区、区、16-19bp的间隔区、的间隔区、-10区区和转录起始点，和转录起始点，-10区到转录起始点的距离为区到转录起始点的距离为7bp。开始转录开始转录(起始位点起始位点)T T G A C AA A C T G T-35 区区Pribnow box(结合位点结合位点)T A T A A T Pu A T A T T A Py-10 区区Sextama框框(识别位点识别位点)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 1-30-5010-10-40-205 3 3 5 由RNA聚合酶指导的真核生物基因转录第三节 启动子2.真核生物的启动子真核生物的启动子uRNA聚合酶聚合酶的的启动子结构启动子结构 由两部分组成：由两部分组成：核心启动子核心启动子(core promoter)位于位于-45至至+20区区域内，这段序列足以使转录起始。在其上游有一序列，从域内，这段序列足以使转录起始。在其上游有一序列，从-180至至-107，称为，称为上游调控元件上游调控元件(upstream control element,UCE)，可以可以大大提高核心启动子的转录起始效率。大大提高核心启动子的转录起始效率。第三节 启动子2.真核生物的启动子真核生物的启动子uRNA聚合酶聚合酶的启动子结构的启动子结构（1）帽子位点：）帽子位点：帽子位点又称转录起始位点，其碱基大多为帽子位点又称转录起始位点，其碱基大多为A。（2）TATA框：框：位于位于-30处，又称处，又称Hogness框。一致序列为框。一致序列为TATAA(T)AA(T)，转录起始效率最低。具有定位转录起始点，转录起始效率最低。具有定位转录起始点的功能。有些启动子缺少的功能。有些启动子缺少TATA框。框。（3）CAAT框：框：位于起始点上游的位于起始点上游的-75bp处，一致序列为处，一致序列为GGC(T)CAATCT，其头两个，其头两个G的作用十分重要。它决定了启的作用十分重要。它决定了启动子起始转录的效率及频率。动子起始转录的效率及频率。第三节 启动子2.真核生物的启动子真核生物的启动子uRNA聚合酶聚合酶的启动子结构的启动子结构（4）GC框：框：位于位于-90bp附近，核心序列为附近，核心序列为GGGCGGG，一个启，一个启动子中可有多个拷贝，并且可以正反两个方向排列。动子中可有多个拷贝，并且可以正反两个方向排列。八聚核苷酸元件八聚核苷酸元件(OCT element)，一致序列为，一致序列为ATTTGCAT；ATF元件元件；起始子起始子等。等。起始子（起始子（initiator,Inr)：最初用于描述海胆组蛋白最初用于描述海胆组蛋白H2A基因基因中一包括转录起始点在内的中一包括转录起始点在内的60bp长的长的DNA片段，缺失此片段时，片段，缺失此片段时，启动子能正常起始转录，但强度下降了启动子能正常起始转录，但强度下降了4倍。倍。在含或不含在含或不含TATA框框的启动子中，均有起始子发现。的启动子中，均有起始子发现。第三节 启动子 转录起始位点没有广泛的序列同源性，但第一个碱转录起始位点没有广泛的序列同源性，但第一个碱基为腺嘌呤，而两侧是嘧啶碱基。这个区域被称为基为腺嘌呤，而两侧是嘧啶碱基。这个区域被称为起始起始子子（initiator，Inr），序列可表示为），序列可表示为Py2CAPy5。Inr元元件位于件位于-3+5。仅由。仅由Inr元件组成的启动子是具有可被元件组成的启动子是具有可被RNA聚合酶聚合酶II识别的最简单启动子形式识别的最简单启动子形式 2.真核生物的启动子真核生物的启动子uRNA聚合酶聚合酶的启动子结构的启动子结构第三节 启动子2.真核生物的启动子真核生物的启动子uRNA聚合酶聚合酶的启动子结构的启动子结构第三节 启动子2.真核生物的启动子真核生物的启动子uRNA聚合酶聚合酶 的启动子结构的启动子结构（1）5S rRNA和和tRNA基因的启动子位于转录起始点的下游，称基因的启动子位于转录起始点的下游，称为为内部启动子内部启动子(internal promoter)，含有两个短序列元件：，含有两个短序列元件：A框和框和C框框 A框和框和B框框（2）snRNA基因的启动子位于转录起始点的上游，与其他基因基因的启动子位于转录起始点的上游，与其他基因的启动子相似，称为的启动子相似，称为上游启动子上游启动子(upstream type of promoter)。启动子含有可被辅助因子识别的特殊序列，只有辅助因子与启动子含有可被辅助因子识别的特殊序列，只有辅助因子与相应当序列结合后，相应当序列结合后，RNA聚合酶才能与启动子结合起始转录。聚合酶才能与启动子结合起始转录。第三节 启动子RNA聚合酶聚合酶 的启动子结构的启动子结构第三节 启动子