藥學分子生物學

藥學分子生物學第1頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基本概念生物體以DNA為模板合成RNA的過程。轉錄RNADNA

轉錄(transcription)：第2頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月參與轉錄的物質原料:NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:DNA酶:RNA聚合酶其他蛋白質因子RNA合成方向：5'3'第3頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復鏈解鏈編碼鏈（反義鏈）模板鏈（有意義鏈）延長部位轉錄空泡(transcriptionbubble)：第4頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)原核生物轉錄DNA聚合酶在啟動DNA鏈延長時需要引物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能直接啟動RNA鏈的延長。原核生物RNA聚合酶能直接與模板DNA的啟動序列結合而啟動轉錄。第5頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月一、原核生物轉錄酶及相關因子（一）原核生物RNA聚合酶●原核生物RNA聚合酶（大腸桿菌為例）全酶=核心酶+σ因子第6頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因相對分子量亞基數組分功能αrpoA365002核心酶決定哪些基因被轉錄βrpoB1510001核心酶β和β'共同形成RNA合成的活性中心β'rpoC1550001核心酶ω？110001核心酶？σrpoD700001σ因子存在多種σ因子，辨認起始位點第8頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月辨認典型轉錄起始點的蛋白質σ32σ70辨認熱休克基因起始點的蛋白質σ的作用負責模板鏈的選擇和轉錄的起始它是酶的別構效應物，可以極大的提高RNA聚合酶對啟動子區(qū)DNA序列的親和力。在某些細菌內含有能識別不同啟動子的σ因子，以適應不同生長階段的要求，調控不同基因轉錄的起始。如大腸桿菌：第9頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月原核生物RNA聚合酶的活性，可被某些抗生素特異性的抑制。如抗結核分枝桿菌藥物利福平或利福霉素專一性的結合β亞基。第10頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月ρ因子是由相同亞基組成的六聚體蛋白質，亞基分子量46kD。ρ因子能結合RNA，又以對polyC的結合力最強。ρ因子還有ATP酶活性和解鏈酶(helicase)的活性。（二）原核生物轉錄相關因子1.ρ因子：

第11頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.其他因子還有一些蛋白參與、調節(jié)轉錄終止。如nusA蛋白協(xié)助RNA聚合酶識別某些特征性的終止位點。他們的共性是：所識別的終止信號位于新合成的RNA分子中，而并非在DNA模板上。第12頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月二、原核生物轉錄過程轉錄的起始（模板識別、轉錄起始）轉錄的延伸轉錄的終止第13頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5335結構基因調控序列RNA-polRNA聚合酶結合模板DNA的部位，稱為啟動子(promoter)。是控制轉錄的關鍵部位。1.模板的識別：RNA聚合酶全酶結合到DNA的啟動子上啟動轉錄（一）原核生物的轉錄起始：第14頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月●原核生物啟動子結構Pribnow41-44bp第15頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌RNA聚合酶全酶所識別的啟動子區(qū)T85T83G81A61C69A52T89A89T50A65A100第16頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月編碼鏈AACTGTATATTA模板鏈TTGACATATAAT3’5’DNA轉錄起始點Probnow盒子啟動子35

10

+1轉錄區(qū)5’3’RNA轉錄起點與新生RNA鏈第一個核甘酸相對應DNA鏈上的堿基。第17頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

TTGACA區(qū)：提供了RNA聚合酶全酶識別的信號Probnow盒子：酶的緊密結合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開）第18頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月原核典型啟動子的結構

-35-10轉錄起點TTGACA16-19bpTATAAT5-9bp第19頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.DNA雙鏈局部解開1.RNA聚合酶與模板結合。3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物：5-pppG-OH+NTP

5-pppGpN-OH3+ppi轉錄起始過程：四磷酸二核苷酸2.原核生物轉錄起始過程：第20頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）原核生物轉錄延長●（大腸桿菌）亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；●在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi第22頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA鏈的延伸圖解3′5′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復鏈解鏈編碼鏈（反義鏈）模板鏈（有意義鏈）延長部位轉錄空泡(transcriptionbubble)：第23頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月53DNA原核生物轉錄過程中mRNA的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多個轉錄同時在進行；mRNA轉錄尚未完成，翻譯已在進行。這種形狀說明：第24頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月依賴Rho因子的轉錄終止非依賴Rho因子的轉錄終止轉錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。原核生物（大腸桿菌）依據是否需要蛋白質因子的參與，轉錄終止分為：（三）原核生物轉錄終止第25頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.依賴ρ因子的轉錄終止Rho因子與RNA轉錄產物結合后，ρ因子和RNA聚合酶均發(fā)生構象變化解螺旋酶活性使DNA/RNA雜化雙鏈拆離第26頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.非依賴因子的終止（強終止子－內部終止子）終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，RNA形成發(fā)夾結構；在終止位點前面有一段由4-8個A組成的序列，RNA的3’端為寡聚U第28頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結構第29頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)夾式結構和寡聚U的共同作用使RNA從三元復合物中解離出來。第30頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月莖環(huán)結構使轉錄終止的機理莖環(huán)結構使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；DNA和RNA都要各自形成雙鏈，使轉錄復合物趨于解離，RNA產物3端多個連續(xù)的U，促進RNA產物從模板鏈脫落。5′pppG5335RNA-pol第31頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月終止效率與二重對稱序列和寡聚U的長短有關，長度效率第32頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物原核生物第二節(jié)真核生物轉錄第33頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）真核生物RNA聚合酶酶位置轉錄產物相對活性對α-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁45S-rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核質hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核質tRNA、5S-rRNA、snRNA約10%存在物種特異性真核細胞的三種RNA聚合酶特征比較一、真核生物轉錄酶及相關因子第34頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物RNA聚合酶的結構比原核生物復雜，所有真核生物的RNA聚合酶都有兩個不同的大亞基和十幾個小亞基。RNA聚合酶Ⅱ由12個亞基組成，其最大的亞基稱為RBP1。RNA聚合酶Ⅱ最大亞基的羧基末端有一段共有序列(consensussequence)以羥基氨基酸為主體組成的重復序列(YSPTSPS)n，稱為羧基末端結構域(carboxyl-terminaldomain,CTD)。CTD對于維持細胞的活性是必需的。第35頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）真核生物轉錄相關因子能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋白質，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptionalfactors,TF)。1.轉錄因子第36頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月參與RNA-polⅡ轉錄的TFⅡ第37頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA聚合酶II與啟動子的結合、啟動轉錄需要多種蛋白質因子的協(xié)同作用。通常包括：可誘導因子或上游因子與增強子或啟動子上游元件的結合；通用轉錄因子在啟動子處的組裝；輔激活因子和/或中介子在通用轉錄因子/RNA聚合酶II復合物與可誘導因子、上游因子之間的輔助和中介作用。因子和因子之間互相辨認、結合，以準確地控制基因是否轉錄、何時轉錄。第38頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月為了保證轉錄的準確性，不同基因需不同轉錄因子。拼板理論(piecingtheory)

：少數幾個反式作用因子（主要是可誘導因子和上游因子）之間互相作用，再與基本轉錄因子、RNA聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因?？烧T導因子和上游因子常常通過輔激活因子或中介子與基本轉錄因子、RNA聚合酶結合，但有時也可直接與基本轉錄因子、RNA聚合酶結合。第39頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物的轉錄過程

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子，形成轉錄起始復合物(pre-initiationcomplex,PIC)。真核生物的轉錄終止過程也不相同。

第40頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB（一）真核生物轉錄起始

POL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成，TFⅡH使CTD磷酸化第41頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月PIC的形成TFⅡH使CTD磷酸化第42頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物轉錄延長真核生物轉錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。第43頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月核小體移位

用含核小體結構的DNA片斷作模板，具備酶、底物及合適反應條件下進行轉錄。轉錄中以DNA酶水解法去檢測，從DNA電泳圖象觀察，能保持約200bp及其倍數的電泳條帶。核小體解聚

組蛋白中含量豐富的精氨酸發(fā)生了乙?；姾山档?；DNA分子中AMP—ADP—聚ADP，負電荷減少。而核小體組蛋白－DNA是靠堿性氨基酸提供正電荷和核苷酸磷酸根上的負電荷來維系的。第44頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉錄延長中的核小體移位轉錄方向第45頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）真核生物轉錄終止真核生物的轉錄終止，是和轉錄后修飾密切相關的。真核生物mRNA有聚腺苷酸(polyA)尾巴結構，是轉錄后才加進去的。轉錄不是在polyA的位置上終止，而是超出數百個乃至上千個核苷酸后才停頓。已發(fā)現(xiàn)，在讀碼框架的下游，常有一組共同序列AATAAA，再下游還有相當多的GT序列。這些序列稱為轉錄終止的修飾點。轉錄越過修飾點后，mRNA在修飾點處被切斷，隨即加入polyA尾巴及5’帽子結構。下游的RNA雖然繼續(xù)轉錄，但很快被RNA酶降解。第46頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3hnRNA轉錄終止修飾點：AATAAA及相當多的GT序列。第47頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月起始：真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結合，而需依靠眾多的轉錄因子。轉錄起始前復合物(PIC)的組裝。延長：類似原核生物。（核小體移位和解聚）終止：與轉錄后修飾有關，轉錄終止修飾點切斷加尾。真核生物轉錄過程：第48頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物轉錄生成的RNA分子是初級RNA轉錄物(primaryRNAtranscript)，幾乎所有的初級RNA轉錄物都要經過加工，才能成為具有功能的成熟的RNA。加工主要在細胞核中進行。三、真核生物RNA成熟第49頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月hnRNA:

核內的初級mRNA稱為雜化核RNA或非均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA)分子量比mRNA大幾倍、幾十倍；核酸序列實驗mRNA來自hnRNA，但去掉中間相當部分片段；核酸雜交實驗hnRNA與DNA模板完全配對,mRNA與DNA模板部分配對。1.

mRNA的剪接第50頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月真核生物的結構基因由若干編碼區(qū)和非編碼區(qū)相間排列而成，因編碼區(qū)不連續(xù)，稱斷裂基因。

斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)根據上述實驗結果，20世紀70年代提出:第51頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月外顯子(exon)和內含子(intron)

分別代表基因的編碼和非編碼序列外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。第52頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4的核苷酸突變發(fā)生在內含子第53頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月GU—AG法則（chambon法則）：大多數內含子都以GU為5端起始，以AG為3端末尾，5GU……

AG

3稱為剪接接口或邊界序列內含子內部的部分保守序列也可能參與內含子的剪切如：3‘端AG附近有一段富含嘧啶的區(qū)域

5’端有一保守序列GUPuAGU

發(fā)生分叉剪接的核mRNA內含子3‘端上游18-50核苷酸處，存在保守區(qū)，其中的A絕對保守，且具有2’—OH，是參與形成分叉剪接中間物的特定腺嘌呤。（分支點的序列）

第54頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.有利于物種進化的選擇2.基因表達中有調控功能3.有些內含子可編碼酶內含子功能第55頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月內含子的分類根據基因的類型和剪接的方式分類：I類：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因中。II類：也存在于線粒體、葉綠體中III類：大多見于mRNA基因中IV類：存在于tRNA基因中自身剪接第56頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月核內的蛋白質小分子核糖核酸蛋白體(snRNP)snRNAsnRNA(smallnuclearRNA)1.100-300個核苷酸組成2.分子中以U含量最豐富以U作分類命名：U1、U2、U4、U5、U63.snRNA與核內的蛋白質結合組成小分子核糖核酸蛋白體（snRNP）作為RNA剪接的場所mRNA的剪接：第57頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月①snRNP與hnRNA結合成為剪接體第58頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月②③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5U4、U5、U6加入,形成完整的剪接體U2、U6形成催化中心第59頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月剪接過程的二次轉酯反應(twicetransesterification)

第60頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

mRNA5’端“帽子”和3‘端的polyA5’端存在“帽子”結構3‘端的polyA結構第61頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5’端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的這種結構稱為帽子（cap）。在5’端加帽第62頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶(SAM)+CH3帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶

Pi第63頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月m7Gppp鳥甘酸轉移酶第64頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月帽子結構功能：①能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結合；②m7Gppp結構能有效地封閉mRNA5’末端，以保護mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。核內的hnRNA也有帽子結構，因此加帽是在核內完成，并且先于mRNA的剪接過程。第65頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.不依賴DNA模板2.由多聚腺苷酸聚合酶催化，ATP逐個加上。3.核內完成。4.長度在100-200核苷酸之間也有沒有尾巴結構的mRNA：如組蛋白基因的轉錄產物，無論是初級的或成熟的，都沒polyA有尾巴前體mRNA在3’端特異位點斷裂并加上多聚腺苷酸尾(polyAtail)第66頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月維持mRNA模板的活性,增加mRNA模板的穩(wěn)定性。

尾巴結構功能：隨著尾巴的縮短，mRNA的翻譯的活性下降了；當mRNA由細胞核轉移到細胞質中時，其polyA尾部常有不同程度的縮短，可見polyA尾巴至少起到某種緩沖作用，可防止核酸外切酶對mRNA信息序列的降解作用。第68頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）真核前體tRNA的轉錄后加工成熟的tRNA可以局部形成雙鏈，是類似于三葉草結構的。有4個環(huán)：具有識別功能的雙氫尿嘧啶環(huán)（DHU)

，含有反密碼序列的反密碼子環(huán)，含4－5個堿基的可變環(huán)及含有假尿嘧啶的TψC環(huán)。稀有堿基存在于tRNA含量10％－20％。第69頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA16142酵母酪氨酸－tRNA的轉錄后加工第70頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月RNaseP內切酶第71頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月ATPADPtRNA核苷酸轉移酶連接酶ATP第72頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月堿基修飾（2）還原反應如：UDHU（3）核苷內的轉位反應如：Uψ（4）脫氨反應如：AI如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）第73頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）真核生物rRNA的成熟轉錄45S-rRNA剪接18S-rRNA5.8S和28S-rRNA內含子內含子28S5.8S18S豐富基因族基因:染色體上一些相似或完全一樣的縱列串聯(lián)基因單位重復。每個基因被不能轉錄的基因間隔分開,可轉錄片段7-13Kb.rDNA基因間隔基因間隔RNApol-I第74頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）RNA編輯(RNAediting)人類apoB基因

mRNA（14500個核苷酸）肝臟apoB100（分子量為513000）腸道細胞apoB48（分子量為250000）mRNA編輯在6666位C脫氨基生成U，原來CAA變成UAA，翻譯終止，產物為apoB48。這種加工過程是遺傳信息在轉錄水平發(fā)生改變，由一個基因產生不止一種蛋白質。第75頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月RNA編輯的生物學意義增加了基因產物的多樣性，擴大了遺傳信息使生物能更好的適應生存環(huán)境。

RNA編輯作用說明，基因的編碼序列經過轉錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工(differentialRNAprocessing)。第76頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月中國科學院2001年碩士研究生入學考試：名詞解釋：Transcription;Reversetranscription第77頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)轉錄調控第78頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月基因表達調控呈現(xiàn)多層次和復雜性基因表達的多級調控基因激活拷貝數重排甲基化程度轉錄起始轉錄后加工mRNA降解蛋白質翻譯翻譯后加工修飾蛋白質降解等轉錄起始第79頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月——調節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉錄起始。一、原核基因轉錄調節(jié)特點1.σ因子決定RNA聚合酶識別特異性在轉錄起始階段，σ因子識別特異啟動序列；不同的σ因子決定特異基因的轉錄激活，決定mRNA、rRNA和tRNA基因的轉錄。第80頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.操縱子模型的普遍性原核生物絕大多數基因按功能相關性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個轉錄單位──操縱子（operon）。一個操縱子只含一個啟動序列（promoter）及數個可轉錄的編碼基因。通常，這些編碼基因可轉錄出多順反子mRNA。原核基因的協(xié)調表達就是通過調控單個啟動基因的活性來完成的。第81頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.原核操縱子受到阻遏蛋白的負性調節(jié)原核基因調控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的開、關調節(jié)機制。當阻遏蛋白與操縱序列結合或解聚時，就會發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。第82頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.乳糖操縱子(lacoperon)的結構

調控區(qū)CAP結合位點啟動序列操縱序列

結構基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D移酶ZYAOPDNA（二）原核生物轉錄起始調控

——乳糖操縱子第83頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）阻遏蛋白的負性調節(jié)

沒有乳糖時：

I序列在P1啟動序列操縱下表達的阻遏蛋白與O序列結合，阻礙RNA聚合酶與P序列結合，抑制轉錄起動，Z、Y、A基因不能轉錄，處于關閉狀態(tài)。阻遏蛋白2.乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調節(jié)第84頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時阻遏基因1、阻遏蛋白的負性調節(jié)第85頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月

乳糖存在時：

Lacoperon被誘導表達。

阻遏蛋白的阻遏作用并非絕對，偶有阻遏蛋白與O序列解聚、因此每個細胞中可能有寥寥數分子β-半乳糖苷酶、透酶生成。乳糖可經過這數分子的透酶催化進入細胞，再經過β-半乳糖苷酶催化轉變?yōu)榘肴樘?，半乳糖作為一種誘導劑（inducer)與阻遏蛋白結合，使之構象改變，導致阻遏蛋白與O序列解離，而發(fā)生轉錄。(異丙基硫代半乳糖苷)半乳糖乳糖阻遏蛋白結合半乳糖后阻遏蛋白構象發(fā)生改變第86頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶圖13-4lac

操縱子與阻遏蛋白的負性調節(jié)第87頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月++++轉錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時（2）CAP的正性調節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第88頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）協(xié)調調節(jié)當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子仍無轉錄活性。單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。其表達既需要乳糖存在又需要缺乏葡萄糖。第89頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌中存在三種轉錄終止機制：

1、依賴Rho因子的轉錄終止：它需要RNA聚合酶和Rho因子的共同參與。（常見噬菌體）

2、不依賴Rho因子的轉錄終止：它只需要RNA聚合酶而不需要其他蛋白質成分的參與。

3、衰減子介導的轉錄終止調節(jié)機制（常見于色氨酸操縱子）

（三）原核生物轉錄終止調控第90頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.色氨酸操縱子的結構大腸桿菌色氨酸操縱子結構較簡單,也是研究得最清楚的操縱子,結構基因依次排列為trpEDCBA。他們編碼的酶類催化從分支酸合成色氨酸的一系列反應：

trpE和trpD編碼鄰氨基苯甲酸合酶,trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶,trpA和trpB分別編碼色氨酸合酶的α和β亞基。第91頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第92頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）阻遏蛋白的調控作用：合成色氨酸所需要酶類的基因頭尾相接串連排列組成結構基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操縱子O的調控，調控基因trpR的位置遠離P-O-結構基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成性方式低水平表達其編碼調控蛋白R，R并沒有與O結合的活性，當環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結合后構象變化而活化，就能夠與O特異性親和結合，阻遏結構基因的轉錄。2.色氨酸操縱子的轉錄調控機制第93頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.色氨酸操縱子轉錄的衰減調節(jié)trp操縱子中的L前導序列，可轉錄出mRNA前導序列。前導序列內含4個短序列，按次序稱為序列1、序列2、序列3及序列4。序列1轉錄后立即翻譯成含10、11位兩個Trp殘基的14氨基酸短肽，稱作前導肽(1eaderpeptide)，細菌中轉錄可與前導肽翻譯過程偶聯(lián)進行。第94頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月當Trp濃度高，供應充足時，此前導肽翻譯順利進行，核蛋白體迅速通過序歹U1并覆蓋序列2，此時mRNA前導序列3，端的序列3、4可形成一個不依賴P因子的莖—環(huán)樣終止結構——衰減子結構，使RNA聚合酶脫落，停止轉錄。反之，當Trp缺乏時，沒有色氨?！猼RNA供給，含Trp前導肽翻譯阻斷，核蛋白體停止在Trp密碼子前，序列2與序列3形成發(fā)夾，從而阻止了序列3、4形成衰減子結構，RNA轉錄持續(xù)進行。第95頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月衰減子attenuator

[莖環(huán)結構緊接約6個U]uuuuuu第96頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月第97頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月trp操縱子受阻遏蛋白和衰減子兩種調節(jié)機制控制。阻遏蛋白的負調控起到粗調的作用，而衰減子起到細調的作用。細菌其它氨基酸合成系統(tǒng)的許多操縱子(如組氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等操縱子)中也有類似的衰減子存在。第98頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物轉錄調控兩大類：瞬時調控（可逆性調控）發(fā)育調控（不可逆性調控）第99頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月1.RNA聚合酶

真核RNA聚合酶有三種：RNAPoLⅠ、Ⅱ、Ⅲ，分別負責三種RNA轉錄Ⅰ--45SrRNA，Ⅱ--hnRNA，Ⅲ--5srRNA、tRNA、snRNA

每種RNA聚合酶約有10種亞基，TATA盒結合蛋白（TBP)為三種酶所共有，對mRNA來說TFⅡD起核心作用，TFⅡD是一種由TBP和TBP相關因子TAF(TBP-associatedfactor)組成的多蛋白質復合物，TBP相關因子對傳遞上游激活序列（UAS）的信息至關重要。（一）真核生物轉錄調控的特點第100頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2.轉錄激活狀態(tài)的染色質結構發(fā)生明顯變化1)對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調節(jié)蛋白結合位點附近。第101頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月2)DNA拓撲結構變化天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負超螺旋轉錄方向3)DNA堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，常發(fā)生在5＇側翼區(qū)的CpG序列（稱CpG島）甲基化范圍與基因表達程度呈反比。第102頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月4)組蛋白變化①富含Lys組蛋白水平降低，即H1樣組蛋白減少。②H2A,H2B二聚體不穩(wěn)定性增加③組蛋白修飾。H3、H4乙?；姿峄?。組蛋白修飾對于基因表達影響的機制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直接影響染色質或核小體的結構，以及化學修飾征集了其他調控基因轉錄的蛋白質，為其他功能分子與組蛋白結合搭建了一個平臺。這些理論構成了“組蛋白密碼”的假說。第103頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月3.在真核基因表達調控中以正性調節(jié)占主導采用正性調節(jié)機制更精確：一個負性調節(jié)元件的結合足可阻斷RNA聚合酶的結合，因此同時采用幾個負性調節(jié)元件一般不會改變特異性；相反，如果采用多種正性調節(jié)元件、正性調節(jié)蛋白可提高基因表達調節(jié)的特異性和精確性。采用負性調節(jié)不經濟：在正性調節(jié)中，大多數基因不結合調節(jié)蛋白，所以是沒有活性的；只要細胞表達一組激活蛋白時，相關靶基因即可被激活。第104頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）真核生物轉錄前調控1.染色體結構對轉錄的影響（核小體）2.DNA的修飾（少甲基化）第105頁，課件共118頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）真核細胞基因轉錄的調節(jié)1.真核生物轉錄起始調控（1