--RNA的转录与转录后加工(一)讲课教案课件

第五讲第五讲 RNA RNA的转录与转录后加工的转录与转录后加工RNARNA转录概述转录概述 以以DNADNA为模板合成为模板合成RNARNA的过程称为转录。转录以的过程称为转录。转录以DNADNA的一条链作为模板合成的一条链作为模板合成RNARNA分子，合成以碱基配分子，合成以碱基配对的方式进行，产生的对的方式进行，产生的RNARNA链与链与DNADNA模板链互补。模板链互补。转录转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做酶叫做DNADNA指导的指导的RNARNA聚合酶。聚合酶。RNARNA聚合酶的特点聚合酶的特点 以以DNADNA为模板为模板 都以四种三磷酸核苷为底物都以四种三磷酸核苷为底物 都遵循碱基配对原则都遵循碱基配对原则 RNA RNA链从链从5353连续合成连续合成 转录过程需要转录过程需要MnMn2+2+或或MgMg2+2+转录过程不需要引物转录过程不需要引物 RNA RNA聚合酶缺乏聚合酶缺乏3535外切酶活外切酶活性性 RNARNA转录与转录与DNADNA复制的异同复制的异同 相同点：相同点：多核苷链的合成都是以多核苷链的合成都是以5353的方向，在的方向，在3-3-OHOH末端加核苷酸。末端加核苷酸。不同点：不同点：对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基 因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制；转录是不对称的；转录是不对称的；转录时不需要引物，而且转录时不需要引物，而且RNARNA链的合成是连续的。链的合成是连续的。细菌的细菌的RNARNA聚合酶聚合酶 大肠杆菌大肠杆菌RNARNA聚聚合酶全酶至少由五合酶全酶至少由五个亚基（个亚基（2 2、）和）和亚亚基组成，去掉基组成，去掉亚亚基的部分称为核心基的部分称为核心酶。酶。RNARNA聚合酶的聚集聚合酶的聚集 无论在体外还是在体外，无论在体外还是在体外，RNARNA聚聚合酶都通过下列四步反应聚集而成：合酶都通过下列四步反应聚集而成：2 2 2 2；2 2+2 2；2 2+2 2；2 2+2 2 细菌细菌RNARNA的转录过程的转录过程l 识别模板识别模板l 转录起始转录起始l RNA RNA链延伸链延伸l 转录的终止转录的终止真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶聚合酶酶的种类酶的种类分布分布功能功能对抑制物的敏感性对抑制物的敏感性RNARNA聚合酶聚合酶核仁核仁转录转录45SrRNA45SrRNA前体，前体，经加工产生经加工产生5.8S 5.8S rRNArRNA、18SrRNA18SrRNA和和28SrRNA28SrRNA对对-鹅膏蕈碱不敏感鹅膏蕈碱不敏感RNARNA聚合酶聚合酶核质核质转录所有编码蛋白转录所有编码蛋白质的基因和大多数质的基因和大多数核内小核内小RNARNA对对-鹅膏蕈碱敏感鹅膏蕈碱敏感RNARNA聚合酶聚合酶核质核质转录小转录小RNARNA的基因，的基因，包括包括tRNAtRNA、5SrRNA 5SrRNA U6snRNAU6snRNA和和scRNAscRNA对对-鹅膏蕈碱中等敏感鹅膏蕈碱中等敏感线粒体线粒体RNARNA聚合酶聚合酶线粒体线粒体线粒体线粒体RNARNA对对-鹅膏蕈碱不敏感鹅膏蕈碱不敏感 可被利福平所抑制可被利福平所抑制叶绿体叶绿体RNARNA聚合酶聚合酶叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体RNARNA对对-鹅膏蕈碱不敏感鹅膏蕈碱不敏感 可被利福平所抑制可被利福平所抑制启动子启动子 RNA RNA聚合酶启动子是聚合酶启动子是RNARNA聚合酶结合聚合酶结合到到DNADNA分子上，发生结合的特殊位置。分子上，发生结合的特殊位置。不同的启动子对不同的启动子对RNARNA聚合酶的亲和力聚合酶的亲和力不同，所结合的反式作用因子也不同，不同，所结合的反式作用因子也不同，因此，基因转录活性也很不相同。因此，基因转录活性也很不相同。大肠杆菌的启动子顺序大肠杆菌的启动子顺序 -10 -10序列序列(Pribnow(Pribnow框框)：保守序列：保守序列TATAAT TATAAT -35 -35序列序列(识别区识别区)：保守序列：保守序列TTGACA TTGACA 根据其合成的蛋白质分子的多少，启动子根据其合成的蛋白质分子的多少，启动子可分为强启动子和弱启动子。可分为强启动子和弱启动子。原核生物启动子的共同点原核生物启动子的共同点u 结构典型结构典型u 序列保守序列保守u 位置和距离都比较恒定位置和距离都比较恒定u 直接和多聚酶相结合直接和多聚酶相结合u 常与操纵子相邻常与操纵子相邻u 都在其控制基因的都在其控制基因的55端端u 决定转录的启动和方向决定转录的启动和方向真核生物启动子真核生物启动子 型启动子型启动子 型启动子型启动子 型启动子型启动子 真核生物的三种真核生物的三种RNARNA聚合酶有三类转录起始聚合酶有三类转录起始所必需的启动子。它们均由转录因子而不是所必需的启动子。它们均由转录因子而不是RNARNA聚合酶所识别。聚合酶所识别。真核生物启动子真核生物启动子型启动子型启动子 型启动子是型启动子是RNARNA聚合酶聚合酶的启动子，它控制的启动子，它控制rRNArRNA前体基因转录，其产物经剪接加工后生成各前体基因转录，其产物经剪接加工后生成各种成熟种成熟rRNArRNA。型启动子可分核心启动子和上游控制元件型启动子可分核心启动子和上游控制元件（UCE）。真核生物启动子真核生物启动子型启动子型启动子 型启动子为型启动子为RNARNA聚合酶聚合酶所识别，序列多样。所识别，序列多样。涉及众多编码蛋白质基因表达的控制涉及众多编码蛋白质基因表达的控制 。型启动子包含四个控制单位：型启动子包含四个控制单位：基本启动子基本启动子 起始子起始子 上游元件上游元件 应答元件应答元件真核生物启动子真核生物启动子型启动子型启动子 型启动子为型启动子为RNARNA聚合酶聚合酶所识别，是由不同的所识别，是由不同的转录因子以不同的方法来识别的。转录因子以不同的方法来识别的。型启动子分为两类：基因内启动子和转录起点型启动子分为两类：基因内启动子和转录起点上游启动子（也称基因外启动子上游启动子（也称基因外启动子 ）。）。真核生物真核生物启动子启动子型启动子型启动子 基因内启动子基因内启动子 基因内启动子的起始的各个阶段需要三种转录基因内启动子的起始的各个阶段需要三种转录因子的参与，分别是因子的参与，分别是TFATFA、TFBTFB和和TFCTFC。TFA TFA和和TFCTFC仅是一种装配因子，而仅是一种装配因子，而TFBTFB才才是是RNARNA聚合酶聚合酶FF所必需的起始因子。所必需的起始因子。真核生物启动子真核生物启动子启动子的效率启动子的效率 生物中有许多启动子，如大肠杆菌约有生物中有许多启动子，如大肠杆菌约有20002000个启动子。启动子的效率高低不一。细胞内不同个启动子。启动子的效率高低不一。细胞内不同启动子的效率可有几个数量级的差别启动子的效率可有几个数量级的差别从每从每1010分种以上才有一次转录起始到每分种以上才有一次转录起始到每1 12 2秒即有一次秒即有一次起始。起始。转录因子转录因子 转录因子是转录起始过程中转录因子是转录起始过程中RNARNA聚合酶所需的聚合酶所需的辅助因子（主要是蛋白质），其作用或识别辅助因子（主要是蛋白质），其作用或识别DNADNA的的顺式作用位点，或识别顺式作用位点，或识别RNARNA聚合酶，或是识别其他聚合酶，或是识别其他因子。因子。根据转录因子的作用特点可大致分为三类：根据转录因子的作用特点可大致分为三类：通用因子、上游因子和可诱导因子。通用因子、上游因子和可诱导因子。转录因子转录因子通用因子通用因子 作用于基本作用于基本启动子上的辅助启动子上的辅助因子称为通用转因子称为通用转录因子。录因子。转录因子转录因子上游因子上游因子 基本启动子和转录因子对于基本启动子和转录因子对于RNARNA聚合酶聚合酶的转的转录是必需的，但它们单独作用时效率很低，要达录是必需的，但它们单独作用时效率很低，要达到较高水平的转录还需位于上游的一些调控元件到较高水平的转录还需位于上游的一些调控元件及识别因子参与作用。识别上游元件的转录因子及识别因子参与作用。识别上游元件的转录因子称为上游因子或转录辅助因子。称为上游因子或转录辅助因子。转录因子转录因子可诱导因子可诱导因子 在特异的组织细胞或是受到一些类固在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素、生长因子或其它刺激后需要一类醇激素、生长因子或其它刺激后需要一类转录因子，才开始表达某些特异蛋白质分转录因子，才开始表达某些特异蛋白质分子，这类转录因子称为组织细胞特异性转子，这类转录因子称为组织细胞特异性转录因子或者可诱导因子。录因子或者可诱导因子。转录终止与终止因子转录终止与终止因子终止子与终止因子终止子与终止因子 RNA RNA合成的终止发生在转录合成的终止发生在转录DNADNA特殊的特殊的碱基顺序中，能提供转录终止信号的碱基顺序中，能提供转录终止信号的DNADNA序序列称为终止子，协助列称为终止子，协助RNARNA聚合酶识别终止信聚合酶识别终止信号的蛋白因子则称为终止因子。号的蛋白因子则称为终止因子。原核生物的终止子原核生物的终止子原原核核生生物物转转录录终终止止的的机机制制原原核核生生物物转转录录终终止止的的机机制制真核生物的真核生物的转录终止转录终止 对于真核生物转录的终止信号和终止机制了解对于真核生物转录的终止信号和终止机制了解得很少，其主要困难在于很难确定原初转录物的得很少，其主要困难在于很难确定原初转录物的33末端，因为大多数基因在转录后很快进行加工，无末端，因为大多数基因在转录后很快进行加工，无论是论是mRNAmRNA、tRNAtRNA还是还是rRNArRNA都是如此。都是如此。对于对于RNARNA聚合酶聚合酶，体外转录与体内转录产物相，体外转录与体内转录产物相同，这就表明体内转录确实是在同，这就表明体内转录确实是在RNARNA末端处终止的。末端处终止的。转录的调节控制转录的调节控制原核生物转录的调控原核生物转录的调控 操纵子是原核生物转录调控的主要形式，相关操纵子是原核生物转录调控的主要形式，相关的基因排列成簇，由一个调节蛋白所控制，一开俱的基因排列成簇，由一个调节蛋白所控制，一开俱开，一闭俱闭，从而对环境条件的改变作出相应的开，一闭俱闭，从而对环境条件的改变作出相应的反应。反应。环腺苷酸（环腺苷酸（cAMPcAMP）在原核生物的基因表达调控）在原核生物的基因表达调控过程中有重要作用。过程中有重要作用。噬菌体的时序调控噬菌体的时序调控 有关噬菌体的时序调控一般都是通过转录水平有关噬菌体的时序调控一般都是通过转录水平来控制的。不同的噬菌体采的策略不同，常见的有来控制的。不同的噬菌体采的策略不同，常见的有三类：三类：因子的替换因子的替换 核心酶的修饰核心酶的修饰核心酶的替换核心酶的替换核心酶的修饰核心酶的修饰转录阶段时间聚合酶转录组别主要基因及功能早期转录前6分钟E.Coli RNA聚合酶转录物10个,0.3基因:抑制宿主限制酶0.7 基因:磷酸化E.coli RNA聚合酶J 基因:T7 RNA聚合酶,单链肽晚期转录612分钟T7 RNA聚合酶转录物14个，2基因：抑制宿主RNA聚合酶；合成复制酶系12分钟后T7 RNA聚合酶转录物15个：编码与噬菌体粒子结构与装配有关的基因T7 T7 噬菌体基因转录的时序控制噬菌体基因转录的时序控制转录的调节控制转录的调节控制真核生物转录的调控真核生物转录的调控 真核细胞基因组真核细胞基因组DNADNA的含量非常大，因此，相的含量非常大，因此，相似的似的DNADNA序列出现的次数增加，特异调控的难度加序列出现的次数增加，特异调控的难度加大。解决这个难题的途径有二个：大。解决这个难题的途径有二个：由组蛋白封闭有关的由组蛋白封闭有关的DNADNA序列；序列；多个调控因子同时与邻近的特异多个调控因子同时与邻近的特异DNADNA部位结合部位结合转录的调节控制转录的调节控制顺式作用元件与反式作用因子顺式作用元件与反式作用因子 基因的转录特别是转录起始作用取决于基因组基因的转录特别是转录起始作用取决于基因组中顺式调控元件与反式作用因子的相互作用。中顺式调控元件与反式作用因子的相互作用。顺式作用元件是反式作用因子的结合位点，其顺式作用元件是反式作用因子的结合位点，其调控基因转录的作用正是通过反式作用的作用来实调控基因转录的作用正是通过反式作用的作用来实现的。现的。反式作用因子反式作用因子DNADNA结合结构域结合结构域锌指结构锌指结构同源结构域同源结构域亮氨酸拉链亮氨酸拉链碱性碱性-螺旋螺旋螺旋螺旋-突环突环-螺旋螺旋反式作用因子反式作用因子转录激活结构域转录激活结构域酸性酸性螺旋螺旋富含谷氨酰胺结构富含谷氨酰胺结构富含脯氨酸结构富含脯氨酸结构 转录因子的转录因子的DNADNA结合结构域本身并不具有调控转录结合结构域本身并不具有调控转录活性的功能，其转录自学成才化功能是由另一种结构活性的功能，其转录自学成才化功能是由另一种结构域，即转录因子激活结构域所决定的。域，即转录因子激活结构域所决定的。反式作用因子激活转录的机制反式作用因子激活转录的机制几种假说几种假说成环假说成环假说扭曲假说扭曲假说滑动假说滑动假说渗流假说渗流假说RNA转录的抑制作用转录的抑制作用RNARNA转录的抑制剂转录的抑制剂嘌呤和嘧啶类似物嘌呤和嘧啶类似物DNADNA模板功能的抑制剂模板功能的抑制剂RNARNA聚合酶的抑制物聚合酶的抑制物 某些核酸代谢的拮抗物和抗生素可抑制核苷酸某些核酸代谢的拮抗物和抗生素可抑制核苷酸或核酸的合成，因而可以用于抗病毒或抗肿瘤药物，或核酸的合成，因而可以用于抗病毒或抗肿瘤药物，也可以用于核酸的研究。也可以用于核酸的研究。真核生物真核生物RNARNA转录的抑制因子转录的抑制因子核小体在转录中的抑制作用核小体在转录中的抑制作用 在转录过程中，核小体的结构往往会阻碍在转录过程中，核小体的结构往往会阻碍RNARNA聚合酶和其他转录因子与聚合酶和其他转录因子与DNADNA链的结合，并且在一链的结合，并且在一定程度上影响转录起始复合物沿定程度上影响转录起始复合物沿DNADNA链的移动。链的移动。在转录起始过程中，核小体的变化方式一般有在转录起始过程中，核小体的变化方式一般有两种：持续移位或排除和诱导移位。两种：持续移位或排除和诱导移位。