第三章_1__生物信息的傳遞(上)從DNA到RNA

1、第三章第三章 生物信息的傳遞生物信息的傳遞（上）（上）從從DNA到到RNA RNARNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄 啟動子與轉(zhuǎn)錄起始啟動子與轉(zhuǎn)錄起始 原核生物與真核生物原核生物與真核生物mRNAmRNA 的特征比較的特征比較 終止和抗終止終止和抗終止 RNARNA加工加工第一節(jié)第一節(jié) RNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄一、概述一、概述二、轉(zhuǎn)錄機器的主要成分二、轉(zhuǎn)錄機器的主要成分三、轉(zhuǎn)錄的基本過程三、轉(zhuǎn)錄的基本過程基基 因因蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯生物性狀控制生物性狀控制RNARNA一、概述一、概述轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：在細胞核內(nèi)，以在細胞核內(nèi)，以DNADNA的的一條鏈為一條鏈為模板模板，按照堿基互補配對原則合，按照堿基互補配對原

2、則合成一條與成一條與DNADNA鏈互補的鏈互補的RNARNA單鏈單鏈的過程。的過程。TCATG A TT AAG T AC T A A T DNADNA的平面結(jié)構(gòu)圖的平面結(jié)構(gòu)圖細胞核中細胞核中AG T AC T A A T DNADNA的的一條鏈一條鏈AGCUGACGGUUU游離的核糖核苷酸游離的核糖核苷酸 (原料）原料）DNA DNA 解旋，以一條鏈為模板合成解旋，以一條鏈為模板合成RNARNA細胞核中細胞核中AG T AC T A A T AGCUGACGGUUU DNADNA與與RNARNA的堿基互補配對：的堿基互補配對：AUAU； TA TA； CG CG； GC GCRNA RNA

3、聚合酶聚合酶細胞核中細胞核中AG T AC T A A T AGCGACGGUUU U 組成組成 RNA 的核糖核苷酸一個個連接起來的核糖核苷酸一個個連接起來細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GCGACGGUUU UA細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GCGACGUUGU UA細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GCGACGUGU UAA細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA U細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA UA細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GCGCGGU U

4、AA UA U細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U C細胞核中細胞核中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U CDNADNA上的遺傳信息就傳遞到上的遺傳信息就傳遞到mRNAmRNA上上mmRNARNADNADNA細胞核中細胞核中AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 細胞質(zhì)細胞質(zhì) 細胞核細胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在細胞核中合成在細胞核中合成AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 細胞質(zhì)細胞質(zhì) 細胞核細胞核mRNAmRNA通過核孔進入細胞質(zhì)通過核孔進入細胞質(zhì)UCAUG A

5、 UUAmRNAlmRNA：(messenger)編碼了一個或多編碼了一個或多個蛋白質(zhì)序列；個蛋白質(zhì)序列；ltRNA：(transfer)把把mRNA上的遺傳信上的遺傳信息變?yōu)槎嚯闹械陌被嵝畔?；息變?yōu)槎嚯闹械陌被嵝畔ⅲ籰rRNA：(ribosomal)是合成蛋白質(zhì)的工是合成蛋白質(zhì)的工廠核糖體中的主要成分。廠核糖體中的主要成分。 lhnRNA：(heterogeneous nuclear)由由DNA轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，即前轉(zhuǎn)錄生成的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，即前體體mRNA。l snRNA：(small nuclear)在前體在前體mRNA加工中，參與去除內(nèi)含子。加工中，參與去除內(nèi)含子。 l sno

6、RNA：(small nucleolar)核仁小核仁小RNA，主要參與，主要參與rRNA及其它及其它RNA 的修的修飾、加工、成熟等過程。飾、加工、成熟等過程。l scRNA：細胞質(zhì)?。杭毎|(zhì)小RNA(small cytoplasmic )主要在蛋白質(zhì)合成過程起作用。主要在蛋白質(zhì)合成過程起作用。l其他非編碼其他非編碼RNA：按大小分：按大小分：(1) 2125 個核苷酸的個核苷酸的RNA, 包括包括microRNA(miRNA) 和小干擾和小干擾RNA ( small interferin RNA（siRNA）。）。(2) 100200個核苷酸的個核苷酸的small RNA (sRNA) ,往

7、往在細菌細胞起翻譯調(diào)節(jié)子功能。往往在細菌細胞起翻譯調(diào)節(jié)子功能。(3) 大于大于 10000個核苷酸的非編碼個核苷酸的非編碼RNA，參與，參與更高級真核生物的基因沉默。更高級真核生物的基因沉默。微小微小RNA(microRNA, miRNA)小干擾小干擾RNA (small interfering RNA, siRNA)相同點相同點: (1)二者的長度都約二者的長度都約22 nt左右左右; (2)二者同是二者同是Dicer（一種具有（一種具有RNAase活活性的核酸酶）產(chǎn)物性的核酸酶）產(chǎn)物; (3)二者同是二者同是RISC(RNAinduced silencing complex)的組分，因此在

8、的組分，因此在siRNA 和和miRNA 介導(dǎo)的介導(dǎo)的沉默機制上有重疊。沉默機制上有重疊。不同點：不同點： (1) 二者的來源不同，二者的來源不同，miRNA 來來源于內(nèi)源轉(zhuǎn)錄本，即單鏈源于內(nèi)源轉(zhuǎn)錄本，即單鏈RNA；siRNA 來來源于內(nèi)源或外源的同源雙鏈源于內(nèi)源或外源的同源雙鏈RNA； (2) miRNA 參與動植物正常的生長發(fā)育基因參與動植物正常的生長發(fā)育基因調(diào)控，而現(xiàn)在一般認為調(diào)控，而現(xiàn)在一般認為siRNA 不參與正常不參與正常的基因調(diào)控，只在病毒或其他的基因調(diào)控，只在病毒或其他dsRNA 誘誘導(dǎo)的情況下才產(chǎn)生導(dǎo)的情況下才產(chǎn)生; (3) miRNA 主要在翻主要在翻譯水平起作用，而譯水平

9、起作用，而siRNA 為轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)為轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控。控。端體酶端體酶RNA(telomerase RNA):RNA(telomerase RNA):與染色體與染色體末端的復(fù)制有關(guān)；末端的復(fù)制有關(guān)；反義反義RNA(antisense RNA): RNA(antisense RNA): 是指與是指與mRNAmRNA互補的互補的RNARNA分子分子, , 也包括與其它也包括與其它RNARNA互補互補的的RNARNA分子。它參與基因表達的調(diào)控。分子。它參與基因表達的調(diào)控。 轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄與DNA復(fù)制的異同復(fù)制的異同 相同點：相同點： 合成反應(yīng)的化學本質(zhì)合成反應(yīng)的化學本質(zhì) 模板的使用模板的使用 合成的方向

10、合成的方向 發(fā)生的部位發(fā)生的部位 不同點：不同點： （1 1）轉(zhuǎn)錄：一條）轉(zhuǎn)錄：一條DNA鏈為模板鏈為模板 復(fù)制：兩條鏈都可作模板；復(fù)制：兩條鏈都可作模板；（2）DNA-RNA雜合雙鏈不穩(wěn)定，雜合雙鏈不穩(wěn)定，RNA合合成后釋放，而成后釋放，而DNA復(fù)制結(jié)束后，新鏈和復(fù)制結(jié)束后，新鏈和母鏈形成雙鏈；母鏈形成雙鏈；（3）RNA合成不需引物，而合成不需引物，而DNA復(fù)制需復(fù)制需引物；引物；（4) 轉(zhuǎn)錄的底物是轉(zhuǎn)錄的底物是rNTP，復(fù)制的底物是復(fù)制的底物是dNTP；堿基由復(fù)制時的堿基由復(fù)制時的T替換為轉(zhuǎn)錄時替換為轉(zhuǎn)錄時的的U。（5）聚合酶系統(tǒng)不同。聚合酶系統(tǒng)不同。有義鏈的確定有義鏈的確定 把與把與mR

11、NA序列相同的那條序列相同的那條DNA鏈稱鏈稱為為編碼鏈編碼鏈（coding strand）或稱或稱有意有意義鏈義鏈（sense strand）（）（+）；）； 把另一條根據(jù)堿基互補原則指導(dǎo)把另一條根據(jù)堿基互補原則指導(dǎo)mRNA合成的合成的DNA鏈稱為鏈稱為模板鏈模板鏈（template strand）或稱或稱反義鏈反義鏈（antisense strand）（）（-）。）。 在體外在體外DNA的兩條鏈都可作為的兩條鏈都可作為RNA合成的模板合成的模板。轉(zhuǎn)錄的基本特點：轉(zhuǎn)錄的基本特點：（1 1）以核糖核苷三磷酸（）以核糖核苷三磷酸（rNTPrNTP）為底物，以為底物，以MgMg2+2+/Mn/Mn

12、2+2+為輔助因子；為輔助因子；（2 2）僅以一條）僅以一條DNADNA鏈為模板；鏈為模板；（3 3）按）按5 35 3方向合成；方向合成；（4 4）無需引物的存在能單獨起始鏈的合成）無需引物的存在能單獨起始鏈的合成；（5 5）第一個引入的）第一個引入的rNTPrNTP是以三磷酸形式存在；是以三磷酸形式存在；（6 6）RNARNA的序列和模板是互補的。的序列和模板是互補的。（7 7）需要）需要RNARNA聚合酶和多種輔助因子參與。聚合酶和多種輔助因子參與。DNA啟動子區(qū)啟動子區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)終止區(qū)終止區(qū)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始+1-10-35RNA轉(zhuǎn)錄單元的模式圖轉(zhuǎn)錄單元的模式圖原核大約原核大約20-2

13、00 bp，真核不同基真核不同基因差別比較大，一般小于因差別比較大，一般小于2 kb53啟動子：基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段啟動子：基因轉(zhuǎn)錄起始所必需的一段DNA序列序列二、轉(zhuǎn)錄機器的主要成分二、轉(zhuǎn)錄機器的主要成分RNA聚合酶：依賴聚合酶：依賴DNA合成合成RNA1.原核生物（大腸桿菌）的原核生物（大腸桿菌）的RNA聚合酶聚合酶（RNApol）RNA pol和和DNA pol有有2點不同：點不同：（1）RNA pol沒有任何校對功能；沒有任何校對功能；（2）能起始新的）能起始新的RNA鏈。鏈。 圖12-5 E.coli RNA聚 合 酶 的 亞 基 組 成 核心酶核心酶全酶全酶亞基亞基 基因基因相

14、對分子量相對分子量 亞亞基基數(shù)數(shù)組分組分功能功能 rpoArpoBrpoC?rpoD3.65104 1.51105 1.55105 11104 7.0104 21111核心酶核心酶核心酶核心酶核心酶核心酶核心酶核心酶 因子因子核心酶組裝，啟動子識別核心酶組裝，啟動子識別和和共同共同 形成形成RNA合成合成的活性中心的活性中心未知未知模板鏈的識別，轉(zhuǎn)錄起始，模板鏈的識別，轉(zhuǎn)錄起始，存在多種存在多種 因子，用于識別因子，用于識別不同的啟動子不同的啟動子: 二聚體存在，核心酶組裝，啟動子識二聚體存在，核心酶組裝，啟動子識別，參與別，參與RNA聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的聚合酶和部分調(diào)節(jié)因子的相互作用。相互

15、作用。: 能與模板能與模板DNA、新生新生RNA鏈及核苷酸鏈及核苷酸底物相結(jié)合。催化磷酸二酯鍵的形成。底物相結(jié)合。催化磷酸二酯鍵的形成。和和共同共同 形成聚合酶的催化中心形成聚合酶的催化中心：負責模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，是負責模板鏈的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始，是酶的別構(gòu)效應(yīng)物，使酶和專一性酶的別構(gòu)效應(yīng)物，使酶和專一性識別識別模板模板上的上的啟動子啟動子，起始轉(zhuǎn)錄。，起始轉(zhuǎn)錄。 某些細菌含有能識別不同啟動某些細菌含有能識別不同啟動子的子的因子，調(diào)控不同基因轉(zhuǎn)錄的因子，調(diào)控不同基因轉(zhuǎn)錄的起始，起始，如枯草桿菌有如枯草桿菌有6種不同的種不同的因子：因子：55、 29等。等。 E.coli中不同的因子 可識

16、別不同的啟動子RNApolpol執(zhí)行多種功能執(zhí)行多種功能(1) 識別識別DNA雙鏈上的啟動子；雙鏈上的啟動子；(2) 使使DNA變性，在啟動子處解旋成單鏈；變性，在啟動子處解旋成單鏈；(3)通過閱讀啟動子序列，通過閱讀啟動子序列，RNApol確定它自確定它自己的轉(zhuǎn)錄方向和模板鏈。己的轉(zhuǎn)錄方向和模板鏈。(4) 起始，延伸起始，延伸RNA鏈，最后當它達到終止鏈，最后當它達到終止子時，通過識別終止序列停止轉(zhuǎn)錄。子時，通過識別終止序列停止轉(zhuǎn)錄。真核生物三種真核生物三種RNARNA聚合酶的特點聚合酶的特點RNA PolRNA Pol 位置位置 產(chǎn)物產(chǎn)物 相對活性相對活性 對對-鵝膏蕈堿的敏感性鵝膏蕈堿的

17、敏感性Pol Pol 核仁核仁2828S,18S,5.8S rRNAs 50S,18S,5.8S rRNAs 5070% 70% 不敏感不敏感Pol Pol 核質(zhì)核質(zhì)hnRNA,mRNA,hnRNA,mRNA,某些某些SnRNA 20SnRNA 2040%40% 高度敏感高度敏感Pol Pol 核質(zhì)核質(zhì)tRNA,5SrRNA,tRNA,5SrRNA,某些某些SnRNAs SnRNAs 10% 10% 存在特異性，中等敏感存在特異性，中等敏感 一般由一般由8-16個亞基組成，相對分子量超過個亞基組成，相對分子量超過5105 。共同點共同點:(1)聚合酶中有兩個相對分子質(zhì)量超過聚合酶中有兩個相對分

18、子質(zhì)量超過1105 的大亞基的大亞基;(2)同種生物三類聚合酶有同種生物三類聚合酶有“共享共享”小亞基的傾向，幾個小亞基是其中小亞基的傾向，幾個小亞基是其中3類或類或2類聚合類聚合酶所共有的。酶所共有的。2.真核的真核的RNA聚合酶聚合酶除了細胞核除了細胞核RNA聚合酶外，真核生物線聚合酶外，真核生物線粒體和葉綠體中存在不同的粒體和葉綠體中存在不同的RNA聚合酶。聚合酶。線粒體線粒體RNA聚合酶：一條多肽鏈，小，聚合酶：一條多肽鏈，小，小于小于7104，不受，不受-鵝膏蕈堿抑制鵝膏蕈堿抑制；葉綠體葉綠體RNA聚合酶：多亞基，部分亞基聚合酶：多亞基，部分亞基由葉綠體基因編碼，較大，不受由葉綠體基

19、因編碼，較大，不受-鵝膏鵝膏蕈堿抑制蕈堿抑制。三、轉(zhuǎn)錄的基本過程三、轉(zhuǎn)錄的基本過程模板識別模板識別轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始通過啟動子通過啟動子轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄延伸轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 全酶識別啟動子，全酶識別啟動子，與其可逆性結(jié)合形與其可逆性結(jié)合形成封閉復(fù)合物成封閉復(fù)合物DNA為雙鏈。為雙鏈。 DNA構(gòu)象變化，開構(gòu)象變化，開放復(fù)合物形成，全放復(fù)合物形成，全酶結(jié)合的一小段雙酶結(jié)合的一小段雙鏈解開鏈解開 。 開放復(fù)合物與最初開放復(fù)合物與最初2個個NTP結(jié)合，短結(jié)合，短RNA鏈形成。鏈形成。模板識別模板識別和轉(zhuǎn)錄起始和轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始：第一個核苷酸鍵的形成轉(zhuǎn)錄起始：第一個核苷酸鍵的形成通過啟動子：通過啟動子：2-9

20、核苷酸短鏈形成核苷酸短鏈形成啟動子的強弱：通過啟動子的時間，時間越短，啟動子的強弱：通過啟動子的時間，時間越短，起始頻率越高。起始頻率越高。真正的起始真正的起始釋放釋放 因子，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通因子，轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物通過啟動子區(qū)，并生成由核心酶、過啟動子區(qū)，并生成由核心酶、DNA和新生和新生RNA所組成的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。所組成的轉(zhuǎn)錄延伸復(fù)合物。 因子決定轉(zhuǎn)錄的起始，不參與延伸。因子決定轉(zhuǎn)錄的起始，不參與延伸。真核生物還需要至少真核生物還需要至少7種輔助因種輔助因子子轉(zhuǎn)錄因子參與，形成復(fù)轉(zhuǎn)錄因子參與，形成復(fù)雜的前起始復(fù)合物雜的前起始復(fù)合物。 轉(zhuǎn)錄因子 轉(zhuǎn)錄復(fù)合體TBPTAFsTFIIATFIIB T

21、FIIF Pol IITFIIE RNA pol 的轉(zhuǎn)錄起始 表表12-5 12-5 人類人類型啟動子的轉(zhuǎn)錄因子型啟動子的轉(zhuǎn)錄因子因子因子 分子量分子量 功能功能RNAPol 10KRNAPol 10K 依賴模板合成依賴模板合成RNARNATFATFA12,19,35K 12,19,35K 穩(wěn)定穩(wěn)定TFDTFD和和DNADNA的結(jié)合，激活的結(jié)合，激活TBPTBP亞基亞基TFBTFB33K33K 結(jié)合模板鏈（結(jié)合模板鏈（-10-10+10+10），起始），起始PolPol結(jié)合，和結(jié)合，和TFE/FTFE/F 相互作用相互作用TFDTFD(TBP,30K) TBP(TBP,30K) TBP亞基識別

22、亞基識別TATATATA，將聚合酶組入復(fù)合體中，將聚合酶組入復(fù)合體中，TAFsTAFs識別識別 特殊啟動子特殊啟動子TFETFE34K() 34K() 結(jié)合在結(jié)合在PolPol的前部，使復(fù)合體的保護區(qū)延伸到下游的前部，使復(fù)合體的保護區(qū)延伸到下游 57 57K()K()TFFTFF38, 74K38, 74K 大亞基具解旋酶活性（大亞基具解旋酶活性（RAP74RAP74）, ,小亞基和小亞基和PolPol結(jié)合，結(jié)合， 介導(dǎo)其加入復(fù)合體介導(dǎo)其加入復(fù)合體TFHTFH 具激酶活性，可以磷酸化具激酶活性，可以磷酸化PolCPolC端的端的CTDCTD，使使PolPol逸出，延伸逸出，延伸TFITFI12

23、0K120K 識別識別InrInr，起始起始TFF/DTFF/D結(jié)合結(jié)合TFJTFJ 在在TFFTFF后加入復(fù)合體，不改變后加入復(fù)合體，不改變DNADNA的結(jié)合方式的結(jié)合方式TFSTFS RNA RNA合成延伸合成延伸聚合酶橫跨約40 bp，解旋的DNA約17 bp。轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的延伸：延伸：RNA鏈不斷鏈不斷伸長，速度不伸長，速度不均一。均一。大腸桿菌：大腸桿菌：50-90個核苷個核苷酸酸/秒。秒。解鏈區(qū)：解鏈區(qū)：RNA-DNA雜雜合鏈解開，合鏈解開，DNA雙鏈重雙鏈重新形成。新形成。轉(zhuǎn)錄的終止：轉(zhuǎn)錄到終止位點，不再形轉(zhuǎn)錄的終止：轉(zhuǎn)錄到終止位點，不再形成磷酸二酯鍵，成磷酸二酯鍵，RNA-DNA

24、雜合鏈分開，雜合鏈分開，DNA雙鏈形成，聚合酶及雙鏈形成，聚合酶及RNA單鏈釋放。單鏈釋放。第二節(jié)第二節(jié) 啟動子與轉(zhuǎn)錄起始啟動子與轉(zhuǎn)錄起始啟動子是一段位于結(jié)構(gòu)基因啟動子是一段位于結(jié)構(gòu)基因5端上端上游區(qū)的游區(qū)的DNADNA序列，能與序列，能與RNARNA聚合酶結(jié)合，聚合酶結(jié)合，起始基因的轉(zhuǎn)錄。起始基因的轉(zhuǎn)錄。啟動子的結(jié)構(gòu)影響其與啟動子的結(jié)構(gòu)影響其與RNARNA聚合酶的聚合酶的結(jié)合，從而影響基因表達的水平。結(jié)合，從而影響基因表達的水平。 啟動子的結(jié)構(gòu)啟動子的結(jié)構(gòu) (1) (1)結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)典型, ,都含識別（都含識別（R),R),結(jié)合結(jié)合（B)B)和起始（和起始（I I）位點位點; ; (2) (

25、2)存在保守序列存在保守序列; ; (3) (3)保守序列的位置和距離都比較恒定；保守序列的位置和距離都比較恒定； (4) (4)與多聚酶相結(jié)合；與多聚酶相結(jié)合； ( (5)5)位于基因的位于基因的55端；端； ( (6)6)決定轉(zhuǎn)錄的起始和方向。決定轉(zhuǎn)錄的起始和方向。 1. -10序列：序列：-10序列是由序列是由Pribnow和和Schaller（1975）發(fā) 現(xiàn) ， 故 也 稱 為發(fā) 現(xiàn) ， 故 也 稱 為 P r i b n o w 框 盒框 盒（Pribnow box）。）。保守序列為保守序列為T80A95T45A60A50T96位于位于-10bp左右，左右，A T較豐富，易于解鏈。

26、較豐富，易于解鏈。其功能是其功能是: (1) RNA pol緊密結(jié)合緊密結(jié)合; (2) 形成開放起始復(fù)合物；形成開放起始復(fù)合物； (3) 使使RNA pol定向轉(zhuǎn)錄。定向轉(zhuǎn)錄。一、原核生物啟動子的基本結(jié)構(gòu)一、原核生物啟動子的基本結(jié)構(gòu)2. -352. -35序列序列 -35序列又稱為序列又稱為Sextama盒（盒（Sextama box），）， 其保守序列為（其保守序列為（T82T84G78A65C54A45） 其功能是其功能是:(1) 為為RNA pol的識別位點。的識別位點。 亞基識別亞基識別-35序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板序列，為轉(zhuǎn)錄選擇模板(2)-35和和-10序列的距離是穩(wěn)定的，此與序列的距

27、離是穩(wěn)定的，此與RNA pol的結(jié)合有關(guān)。的結(jié)合有關(guān)。4. 轉(zhuǎn)錄起始位點（轉(zhuǎn)錄起始位點（I） 轉(zhuǎn)錄開始時模板上的第一個堿基轉(zhuǎn)錄開始時模板上的第一個堿基 在原核中常為在原核中常為A或或G 而且位置固定而且位置固定 10區(qū)和區(qū)和35區(qū)的最佳間距區(qū)的最佳間距 1619 bp典型啟動子的結(jié)構(gòu) -35 -10 轉(zhuǎn)錄起點TTGACA 16-19bp TATAAT 5-9bp聚合酶通過氫鍵互補識別啟動子。聚合酶通過氫鍵互補識別啟動子。二、啟動子區(qū)的識別二、啟動子區(qū)的識別三、酶與啟動子區(qū)的結(jié)合三、酶與啟動子區(qū)的結(jié)合1.全酶與模板的全酶與模板的DNA接觸，生接觸，生成非專一的成非專一的,不穩(wěn)定的復(fù)合不穩(wěn)定的復(fù)合

28、物；物；2. 起始識別：全酶與起始識別：全酶與35序列序列結(jié)合，產(chǎn)生封閉的酶結(jié)合，產(chǎn)生封閉的酶-啟動啟動子二元復(fù)合物子二元復(fù)合物；3.全酶緊密地結(jié)合在全酶緊密地結(jié)合在-10序列處，序列處，模板模板DNA局部變性，形成局部變性，形成開放的啟動子二元復(fù)合體；開放的啟動子二元復(fù)合體；解鏈區(qū)：解鏈區(qū)：913 晚期區(qū) SV40 無 核小體區(qū) 早期區(qū) T3 T2 T1 72bp 72bp 21 21 22 Ori 250 107 103 47 TATA 0/5245 GGTGTGGAAAG CCGCCC 圖圖12- SV40復(fù)制起始中的增強子復(fù)制起始中的增強子 四、增強子四、增強子 它是在它是在1981年

29、由年由Benerji, Rusconi小組和小組和Chambom等發(fā)現(xiàn)的，其特點是：等發(fā)現(xiàn)的，其特點是： 具有遠距離效應(yīng)。具有遠距離效應(yīng)。 無方向性。無方向性。 順式調(diào)節(jié)。順式調(diào)節(jié)。 無物種和基因的特異性。無物種和基因的特異性。 具有組織的特異性。具有組織的特異性。 其作用和其作用和DNA的構(gòu)象有關(guān)。的構(gòu)象有關(guān)。 有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)。有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)。 機理：機理： 增強子可能通過影響染色質(zhì)增強子可能通過影響染色質(zhì)DNA-DNA-蛋蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或改變超螺旋的密度而改變白質(zhì)結(jié)構(gòu)或改變超螺旋的密度而改變模板的整體結(jié)構(gòu)，從而使得模板的整體結(jié)構(gòu)，從而使得RNARNA聚合聚合

30、酶更容易與模板酶更容易與模板DNADNA相結(jié)合，起始基相結(jié)合，起始基因轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄。 除除SV40外，還有許多基因的啟動區(qū)外，還有許多基因的啟動區(qū)中發(fā)現(xiàn)有增強子存在。中發(fā)現(xiàn)有增強子存在。五、真核生物的啟動子和轉(zhuǎn)錄起始五、真核生物的啟動子和轉(zhuǎn)錄起始 （一）（一） 型啟動子和轉(zhuǎn)錄起始型啟動子和轉(zhuǎn)錄起始 負責蛋白質(zhì)基因和部分負責蛋白質(zhì)基因和部分snRNA，結(jié)結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，由核心元件和上游元構(gòu)最為復(fù)雜，由核心元件和上游元件組成。件組成。 1.核心元件：核心元件：（1 1）轉(zhuǎn)錄起始位點或起始子）轉(zhuǎn)錄起始位點或起始子 起始點起始點mRNA的第一個堿基傾向的第一個堿基傾向A，兩側(cè)兩側(cè)各有若干個嘧啶核苷酸各有若

31、干個嘧啶核苷酸. 提供提供RNA pol 識別。識別。 無論無論TATA是否存在，起始子對啟動子的是否存在，起始子對啟動子的強度和起始位點的選擇都是重要的強度和起始位點的選擇都是重要的 。 現(xiàn)已純化了起始子結(jié)合蛋白?，F(xiàn)已純化了起始子結(jié)合蛋白。（2）保守序列）保守序列TATA框：又稱框：又稱Hogness 或或Goldberg-Hogness框框， -25-35 ，其一致，其一致序列為：序列為： A63 A50 T82A97T93A85 A83 T37 T37基本由基本由A A和和T T組成，框兩側(cè)富含組成，框兩側(cè)富含GCGC堿基。結(jié)堿基。結(jié)構(gòu)和功能類似原核的構(gòu)和功能類似原核的PribnowPr

32、ibnow框?？?。功能：決定了大多數(shù)真核基因轉(zhuǎn)錄起始點功能：決定了大多數(shù)真核基因轉(zhuǎn)錄起始點的選擇。的選擇。2.2.上游元件：上游元件：（1 1）CAATCAAT框：一致序列為框：一致序列為GGC(T)CAATCT, GGC(T)CAATCT, 一般位于一般位于-70-70-80-80。 功能：控制著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。功能：控制著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。（2 2）GCGC框：保守序列為框：保守序列為C C（T T）GGGCGGGGGGCGGG（A A）G G（A A）G G（T T） ，常以多拷貝形式常以多拷貝形式存在于存在于-80-80-110-110。 功能：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。功能：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。

33、（3 3）還有一些其它保守序列，如八聚體）還有一些其它保守序列，如八聚體（octameroctamer）和和B B等等上游啟動子元件（上游啟動子元件（UPEUPE） 表表12-4 12-4 哺乳動物哺乳動物RNA Pol RNA Pol 上游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的元件上游轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的元件 元件元件保守序列保守序列結(jié)合結(jié)合DNADNA的長度的長度 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子TATAboxTATAboxTATAAAATATAAAA 10bp10bp TBP TBPCAAT boxCAAT boxGGCCAATCTGGCCAATCT 22bp22bp CTF/NF1 CTF/NF1GC boxGC boxGGG

34、CGGGGGCGG 20bp20bp SP1 SP1OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT 20bp20bp Oct-1 Oct-1OctamerOctamerATTTGCATATTTGCAT 23bp 23bp Oct-2 Oct-2B B GGGACTTTCCGGGACTTTCC 10bp10bp NFKB NFKBATFATF GTGACGT GTGACGT 20bp20bp ATF ATF B. Lewin: B. Lewin:GENESGENES.1997,Table 28.2.1997,Table 28.2型型啟動子含有的不同組件啟動子含有的不同組件SV40

35、早期啟動子早期啟動子胸苷激酶胸苷激酶組蛋白組蛋白H2B140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 Oct CAAT GC TATA3.3.遠端調(diào)控區(qū)遠端調(diào)控區(qū)（1 1）增強子。許多基因具有不止一個增）增強子。許多基因具有不止一個增強子強子（2 2）減弱子：在某些基因的上游遠端或）減弱子：在某些基因的上游遠端或下游遠端具有負調(diào)節(jié)序列，其作用不受距下游遠端具有負調(diào)節(jié)序列，其作用不受距離和方向的影響。離和方向的影響。（3 3）靜息子：在酵母中發(fā)現(xiàn)，與阻遏蛋）靜息子：在酵母中發(fā)現(xiàn)，與阻遏蛋白結(jié)合，抑制基因表達。白結(jié)合，抑制基因表達。（4 4）上游激活序列（）上游激活序列（UASs

36、UASs）：）：在酵母中在酵母中發(fā)現(xiàn)，僅影響轉(zhuǎn)錄強度，類似增強子，但發(fā)現(xiàn)，僅影響轉(zhuǎn)錄強度，類似增強子，但有方向性。有方向性。型基因的啟動子和調(diào)控區(qū)小結(jié) TATATATA框框 核心元件核心元件 起始子（起始子（initiatorinitiator，InrInr）: :一般由一般由P PY2Y2CAPCAPY5Y5構(gòu)成，構(gòu)成， 位于位于-3-3+5 +5 ，可能提供，可能提供RNA pol RNA pol 識別。識別。 CAAT box CAAT box、類啟動子類啟動子 上游元件組成上游元件組成 GC boxGC box Oct Oct 增強子（增強子（enhencerenhencer） 遠端調(diào)

37、控區(qū)遠端調(diào)控區(qū) 減弱子（減弱子（dehancerdehancer） 靜息子（靜息子（sisencersisencer） 上游激活序列（上游激活序列（upstream activatingupstream activating sequences UASs sequences UASs） 轉(zhuǎn)錄特點：轉(zhuǎn)錄特點：（1 1）RNARNA聚合酶不直接和啟動子結(jié)合；聚合酶不直接和啟動子結(jié)合；（2 2）結(jié)合需多種轉(zhuǎn)錄因子介入。與）結(jié)合需多種轉(zhuǎn)錄因子介入。與不同保守序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目及不同保守序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目及種類不盡相同。種類不盡相同。（1 1）直接與）直接與DNADNA結(jié)合結(jié)合A A、與啟動子結(jié)

38、合：基本轉(zhuǎn)錄因子與啟動子結(jié)合：基本轉(zhuǎn)錄因子B B、與增強子結(jié)合：轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與增強子結(jié)合：轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子（2 2）非直接結(jié)合）非直接結(jié)合DNA的的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 與其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，通過蛋白質(zhì)與其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，通過蛋白質(zhì)之間的相互作用，改變其他蛋白質(zhì)結(jié)合之間的相互作用，改變其他蛋白質(zhì)結(jié)合DNADNA的專一性和親和性。的專一性和親和性。轉(zhuǎn)錄因子的種類轉(zhuǎn)錄因子的種類轉(zhuǎn)錄的起始機制：轉(zhuǎn)錄的起始機制：具體機制不清楚，有證據(jù)顯示，具體機制不清楚，有證據(jù)顯示，RNARNA聚聚合酶合酶除了需要除了需要TATATATA框及其蛋白質(zhì)結(jié)合框及其蛋白質(zhì)結(jié)合因子因子TFDTFD外，至少還需要兩種啟動子外，至少還需要兩種啟動子及其蛋白質(zhì)結(jié)合因子及其蛋白質(zhì)結(jié)合因子( (二二) )型啟動子和轉(zhuǎn)錄起始型啟動子和轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄rRNArRNA基因基因 核心啟動子核心啟動子(近啟動子近啟動子)：位于：位于-40到到+5，決定轉(zhuǎn)，決定轉(zhuǎn)錄起始的精確位置。錄起始的精確位置。 上游控制區(qū)上游控制區(qū)(遠啟動子遠啟動子)：（：（upstream,control element UCE），），從從 -165延伸到延伸到-40，影響轉(zhuǎn)錄，影響轉(zhuǎn)錄的頻