基因的转录和调节-课件P讲义PT(演示稿)

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➢原核生物中的RNA聚合酶全酶由五个亚基构成，即
2'。
➢ 亚 基 与 转 录 起 始 点 的 识 别 有 关 ， 在 转 录 合 成 开 始 后 被
释放；余下的部分（2'）被称为核心酶，与RNA链
的聚合有关。
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• 真核生物的RNA聚合酶
真核生物中的RNA聚合酶可按其对-鹅膏蕈 碱的敏感性而分为三种，它们均由10~12个大 小不同的亚基所组成，结构非常复杂，其功能 也不同。
聚合酶向下游移动延伸RNA链。
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• 真核生物转录延长：与原核生物 类似，但由于存在核小体的高级 结构，故在转录延长过程中可观 察到核小体移位和解聚现象。
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• 真核生物转录终止： 在poly A修饰位点的下游存在一组共同序列AATAAA和GTGTGT……，为转 录终止的识别修饰位点。 在转录越过修饰点后，RNA链在修饰点处被切断，随即进行加帽和加尾修饰。
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原核生物启动子的保守序列
RNA聚合酶保护区 结构基因
5
3
3
5
5
3
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3
5
-35 区
开始转录 -10 区
TTGACA
AA C T G T
T A T A A T Pu
RNA-pol辨认位点
A T A T T A Py
(recognition site)
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一 级 结 构
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二 级 结 构
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信使RNA（mRNA）
种
转运RNA（tRNA）

遗传与变异原理
一、DNA的结构与功能 二、基因与基因的转录 三、遗传信息的翻译
-
1
细菌的遗传和变异
• 遗传（heredity）
– 遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传 ，使其种属得以保存。
• 变异（variation）
– 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子 代之间的差异称为变异。
-
2
变异
– 能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代噬菌 体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体。
• 温和噬菌体(temperate phage)
– 噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代 噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并 随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原 性噬菌体(lysogenic phage)。
-
14
（三）噬菌体（bacteriophage, phage）
• 噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微 生物的病毒，在葡萄球菌和志贺菌中首先发现。
• 病毒的特性：
– 个体微小，可以通过细菌滤器 – 没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成 – 专性细胞内寄生的微生物
• 分布极广
-
15
噬菌体的生物学性状
• 某些噬菌体的基因组含有异常碱基，如大肠埃希菌T2噬菌体无胞嘧啶， 而代以5-羟甲基胞嘧啶与糖基化的5-羟甲基胞嘧啶；某些枯草芽胞杆菌 噬菌体无胸腺嘧啶，而代以尿嘧啶、 5-羟甲基尿嘧啶。因宿主细胞内 没有这些碱基，可成为噬菌体DNA的天然标记。
-
20
毒性噬菌体
• 毒性噬菌体(virulent phage)
-
26
温和噬菌体
• 溶原性转换（lysogenic conversion）

(一) 基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活 性的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，转录 依然是真核生物基因表达调控的主要环节。
但真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的转录 在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开 的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基 化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控

3.6 转录后加工
3.6.1 原核生物mRNA加工
3.6.2真核mRNA前体的加 工
( 一 ) 核 内 不 均 一 RNA （ heterogenous nuclear RNA,hnRNA ） 平 均 分 子 长 度 为 810Kb(2Kb~14Kb)左右。比mRNA的平均长 度（ 1.8-2Kb）要大4-5倍。
晚期区
SV 40
无 核小体区
早期区
72bp
72bp
21 21 22
T3
T2
T1
O ri
250
107 103
4 7 TATA 0 /5 2 4 5
GGTGTGGAAAG
CCGCCC
图 12- SV40复 制 起 始 中 的 增 强 子
增强子为什么具有远距离作用呢？ （1）拓朴效应；拓朴效应说认为增强子的
表12-3 转录的抑制剂
抑制剂
靶酶
抑制作用
利福霉素 细菌全酶
和β亚基结合，抑制起始
链霉溶菌素 细菌核心酶 和β亚基结合，抑制起始
放射线素D 真核PolⅠ
和DNA结合，阻止延伸
α-鹅膏蕈 真核PolⅡ
和RNA PolⅡ结合
当于原核 RNA Pol的β′亚基C端含有羧基末端功能区
大亚基 核RNA Pol β
表12-5 人类Ⅱ型启动子的转录因子
因子
分子量
功能
RNAPolⅡ ≥10K
依赖模板合成RNA
TFⅡA 12,19,35K 稳定TFⅡD和DNA的结合，激活TBP亚基
TFⅡB 33K
结合模板链（-10～+10），起始PolⅡ结合，和TFⅡE/F
相互作用
TFⅡD (TBP,30K) TBP亚基识别TATA，将聚合酶组入复合体中，TAFs识别

The Rho transcription terminator
第二节 真核生物基因转录
真核生物具有三种RNA聚合酶；与原核生物RNA聚合酶需要σ因子来启动特定染 色体区段转录不同，真核生物通常需要多种不同起始因子来协助RNA聚合酶在特 定启动子序列有效起始转录，这些起始因子统称为普通转录因子（general transcription factors，GTFs）. 在体外条件下， GTFs与RNA聚合酶足以启动特定DNA模板 的转录；而在胞内条件下，还需要其它蛋白因子如mediator复合物，DNA结合调 控蛋白及chromatin-modifying enzymes来启动促进转录。
Rho非依赖型终止子含有两段特征性序列元素, 第一段为长度20bp的 倒转重复序列; 第二段为紧随其后的富含A:T区(7-8对). 终止子本身对 转录无任何影响, 只有在其被聚合酶转录后会造成转录终止. 被转录 的倒转重复序列区段可以通过自身碱基配对形成发夹结构(Hairpin), 可以对转录三维复合物产生一种张力而容易引起复合物的解体; 当 此种茎环结构与富含A:U区相邻时, 由于A:U配对间较弱的作用力, 可以最终促使上游形成的茎环结构使转录复合物解体而终止转录.
PolⅡ core promoter
二、转录前复合物的形成
普通转录因子可以协助RNA聚合酶Ⅱ结合到启动子并协助实现从闭合复合物向
开放复合物的转化；同时还协助聚合酶脱离启动子顺利进入延伸阶段。把结合在 启动子上准备起始转录的一整套GTFs及RNA聚合酶Ⅱ称为前起始复合物（preinitiation complex）. 前起始复合物的形成位点是核心启动子的TATA元素。GTFs中的TFⅡD首先通过 TBP亚基结合到TATA序列上而形成一个其它GTFs与RNA聚合酶Ⅱ对启动子结合 的平台。体外实验结果显示，其它GTFs与RNA聚合酶Ⅱ按照一定的顺序在启动子 上完成组装。

启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列 蛋白质因子
操纵序列 (operator)
特异DNA序列
.
15
目录
1、启动序列
-35区
trp
TTGACA
是RNA聚合酶结合并启动转录
的特异DNA序列。
-10区
RNA转录起始
N17 TTAACT
N7
A
tRNATyr
TTTACA
N16 TATGAT
N7
第13章
基因表达调控
Regulation of Gene Expression
.
1
目录
第一节
基因表达调控的基本概念
Basic Conceptions of Gene Expression Regulation
.
2
目录
一、基因表达是指基因转录及翻译的过程
➢ 基因组(genome) 来自一个生物体的一整套遗传物质。
.
13
目录
二、基因转录激活受到转录调节蛋白 与启动子相互作用的调节
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
（一）特异DNA序列决定基因的转录活性 （二）转录调节蛋白可以增强或抑制转录活性
.
14
目录
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
➢ 基因表达(gene expression) 是基因转录及翻译的过程，即：生成具 有生物学功能产物的过程。
➢ 基因表达是受调控的。
.
3
目录
二、基因表达具有时间特异性和空间特异性
（一）时间特异性
➢ 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。

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➢uORF对翻译的调控
• 上游开放读码框 (uORFs)是 细胞增殖和分化的重要调控 元件，编码脊椎动物生长调 控因子的mRNA约有2/3含 uORF。
• 酵母的GCN4 mRNA的翻译。 GCN4作为一种转录激活因 子，通过与启动子上 TGACTC元件的结合，调控 酵母细胞中包括氨基酸生物 合 成 酶 系 基 因 在 内 的 表 达 调第32页/共33页
RNA 编 辑 基因转录后水平上的又一种表达调控方式
• 核苷酸替换：C
U
• 核苷酸的插入和缺少
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• mRNA在编辑中插入了4个U，不仅增加了一个氨基酸密码子，而且因此变动了 阅读框架，形成-1的移码突变
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翻译和翻译后调控
➢ N-末端信号肽的切除 ➢ 二硫键的形成 ➢ 氨基酸共价修饰：乙酰化，甲基化，磷酸化 ➢ 蛋白质的糖基化
• 第二步：第一步释放的游离5’外显子的 3’-OH ，亲核攻击3’剪接位点的磷酸基，
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• 剪接体的组成与循环
• 剪接体splicesome：剪接由RNA介导、各种蛋白质参与。参与剪
接的RNA和蛋白质共同构成一个庞大的颗粒复合体。 • 50－60 S的核糖核蛋白颗粒 • 主要组成单位：富含鸟苷酸的核内小核糖核蛋白U sn RNPs，由核内小分子RNA-
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• 内含子加工的种间差别
不同的双子叶植物种也呈现出加工活性的差异
玉米转座子En / Spm在不同
双子叶植物种表达En-1编码的两个基因，tnpA和tnpD可通过选择性剪接产生。
• 在天然寄主玉米中表达时tnpA转录物与和