第5章 转录与转录后加工(上)

第五章转录与转录后加工第一节转录的基本原理第二节与转录起始和终止有关的DNA结构第三节原核生物和真核生物转录及抑制剂第四节转录后加工及其机制第一节转录的基本原理一、与转录有关的几个概念转录(transcription)：以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶作用下进行RNA合成的起始、延长、终止等步骤。转录的方向5‘3’E.coli在0C时需13秒钟才能加上一个核苷酸，但在37C每秒就可加上40个核苷酸;利用这个差别以14C来标记U,在0C培养E.coli;提取这种正在伸长的mRNA分子;发现14C标记首先出现在伸长的3’端，因此可以证明合成是延着5’3’方向进行的。怎样用实验证实mRNA的合成总是延着5’3’方向进行？--转录的起始有关的序列称启动子，终止有关的序列称终止子.因此,启动子和终止子皆指DNA序列.--将作为转录模板的DNA单链称为模板链或反义链(antisensestrand),非模板链称为有义链（sensestrand）或编码链。在体外,DNA的两条链都可作为RNA合成的模板。尖头的方向代表基因编码链的方向（1）转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两条链都可作为模板；（2）DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA合成后释放，而DNA复制叉形成后一直打开，新链和母链组成子链；（3）RNA合成不需引物，而DNA复制需引物；（4）转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP；（5）聚合酶系不同。二、转录和复制的异同三、原核和真核生物RNA聚合酶1、原核生物RNA聚合酶全酶Holoenzyme：β’，β，σ，α2σ因子负责模板链的选择和转录的起始RNA聚合酶分布合成的RNA成熟的RNAsI核仁长的rRNA前体28s,18s,5.8srRNAsII核质hnRNAssnRNAsmRNAs,snRNAsⅢ核质5sRNA,tRNA前体5sRNA,tRNA2、真核生物RNA聚合酶hnRNAs:核不均一RNA第一节转录的基本特征第二节与转录起始和终止有关的DNA结构第三节mRNA的合成与加工第四节非编码RNA的合成与加工第二节与转录起始和终止有关的DNA结构一、原核生物启动子和终止子二、真核生物启动子三、原核生物和真核生物转录启动子的结构异同基因可以以不同的效率表达。如图:基因A的转录远远高于基因B.为什么基因的表达效率会有不同?FromGenetoproteinFromGenetoprotein启动子(promoter)指RNA聚合酶识别、结合并其始转录的一段具有高度保守性DNA序列。关于上游和下游5’3’mRNA＋1上游下游一、原核生物启动子和终止子+1:第一个被转录的核苷酸几个概念RNA聚合酶与启动子的结合位点的鉴定DNase法Footprinting法硫酸二甲酯法E.coli中不同的因子可识别不同的启动子（一）原核生物启动子的结构典型原核生物启动子的结构TTGACATATAAT16-19bp5-9bp转录起点-35-10+1示例2.-10序列-10序列是位于-10bp左右的六核苷酸保守序列，A.T较丰富，是RNA聚合酶结合位点。保守序列为T80A95T45A60A50T96功能:与RNApol紧密结合，形成开放启动复合物1.转录起始点超过90%的转录起始点核苷酸为嘌呤核苷酸TATAAT→AATAAT，转录效率下降,称为下降突变（downmutation）。TATGTT→TATATT，转录效率上升，为上升突变（upmutation）。-10序列对转录的效率影响3.-35序列其保守序列为：T85T83G81A61C69A52----35box功能:RNApol的识别位点。σ亚基识别-35序列，为转录选择模板.4.作用部位和间隔区-35和-10序列的距离是稳定的，此与RNApol的结构有关。两序列之间距离为17bp最强。5.CAP结合位点环腺苷酸受体蛋白(cAMPreceptorprotein,CRP)也称为分解代谢物激活蛋白(cataboliteactivationprotein,CAP)结合位点当大肠杆菌生长在缺乏葡萄糖的培养基时,胞内cAMP升高,cAMP与CAP结合,所形成的复合物与CAP结合位点结合,从而激活gal,mal,lac等操纵子的启动子功能.AATGTGAGTTAGCTCACTCATTACACTCAATCGAGTGAGT保守序列对称轴(二)终止子结构终止子（terminator）强终止子——不依赖ρ因子的终止子。弱终止子——依赖ρ因子（rhofactor）的终止子,依赖蛋白辅助因子才能实现终止作用.不依赖ρ因子的终止子(1)有回文序列(2)茎的区域富内含G-C；(3)3’端上有6个U以上结构特点在终止中起何作用？依赖ρ因子的转录终止ρ因子的功能:NTP酶活性,解旋酶活性序列特征:终止序列有回文序列，但G-C很少，下游没有固定特征。二、真核生物启动子RNA聚合酶I只有一种启动子类型RNA聚合酶Ⅱ启动子复杂RNA聚合酶Ⅲ启动子位于转录的DNA之内，称为下游启动子真核生物中不同的RNA聚合酶识别不同的启动子：真核生物中不同的基因由不同的RNA聚合酶识别不同的启动子转录.(一).RNAPolymeraseI启动子近启动子,–45~+20,也称核心启动子,决定转录起始精确位置;上游启动子元件,-156~-107，可增加核心元件的转录起始的效率Coreelement-100UPE+1+20-45rRNA启动子分为两个部分:(二).RNAPolymeraseII启动子InrTATAA/TAT/T-25+1CCAATboxRNAPolymeraseII启动子-751.起始子Initiators（Inr）转录的第一个碱基大多为A,保守序列PyPyANT/APyPyRNAPolymeraseII启动子Note:A/TmeanseitherAorT2.TATAbox保守序列5’-TATAA/TAA/T,-30～-25.相当于原核的-10序列,其作用是：a.选择正确的转录起始位点，保证精确起始，也称为选择子（selector）。b.影响转录的效率RNAPolymeraseII启动子－－上游调控元件3.CCAATboxGGC/TCAATCT，一般为-75附近作用:控制转录起始的频率4.增强子EnhancersEnhancersareelementsthatstimulatetranscription，一般在-100以上,又称远上游序列（farupstreamsequence）。①具有远距离效应。②无方向性。③顺式调节。④无物种和基因的特异性。⑤具有组织的特异性。⑥有的增强子可以对外部信号产生反应。增强子的特点:基因内启动子起始位点boxAboxC基因内启动子boxAboxB基因外启动子OCTPSETATA图12-23真核RNAPolⅢ的基因内启动子和基因外启动子(三).RNAPolymeraseIII启动子tRNAgene5SrRNAgene带颜色的区域为启动子启动子在基因内部tRNA:boxA,boxB+1AboxBboxConservativesequencesinAbox5’-TGGN/NAGTGGistheofDloopoftRNA;Bbox5’-GGTTCGAN/NCCistheTCloopoftRNA.5SrRNA:boxA,boxCa、5SrRNA是核糖体大亚单位的组成分，唯一独立分开转录的rRNA。b、转录控制区boxC位于起始点下游80-90bp处。AboxCbox+1关于真核生物RNA聚合酶、启动子和转录因子的说明：RNApol仅仅是一台转录机器，该机器何时、何处、何种速度转录DNA，取决于转录因子与DNA顺式作用元件（启动子和增强子）的相互作用对聚合酶的活化或抑制作用。启动子不直接和RNApol结合；需多种转录因子介入。三原核生物和真核生物转录启动子的异同见教材p163