第三章转录及其调控课件.ppt

1、第三章转录及其调控第三章转录及其调控2021/2/42重点难点v转录、启动子、增强子的概念v转录反应体系v原核生物转录的大致过程v真核生物转录后加工v转录水平的调节方式 原核生物的操纵子模式 真核生物的顺式作用元件与反式作用因子2021/2/43生物体在遗传信息传递过程中，以生物体在遗传信息传递过程中，以DNADNA为模板，在为模板，在DNADNA依赖的依赖的RNARNA聚合酶（聚合酶（DNA-dependent RNA DNA-dependent RNA polymerasepolymerase）催化下，以）催化下，以4 4种三磷酸核苷（种三磷酸核苷（ATPATP、GTPGTP、CTPCTP

2、、UTPUTP）为原料，合成）为原料，合成RNARNA的过程称为的过程称为转录（转录（transcriptiontranscription）。）。2021/2/44复制和转录的区别复制和转录的区别复制复制转录转录模板模板两股链均复制两股链均复制全部基因组被复制全部基因组被复制只有模板链转录（不对称转录）只有模板链转录（不对称转录）任一种细胞内仅部分基因转录任一种细胞内仅部分基因转录原料原料dNTPNTP酶酶DNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶产物产物子代双链子代双链DNAmRNA，tRNA，rRNA等等碱基配对碱基配对A-T，G-CA-T，G-C，A-U2021/2/45目录第一节第一节 原核

3、生物原核生物转录转录第二节第二节 真核生物转录真核生物转录第三节第三节 转录调控转录调控第四节第四节 转录及其调控系统与药物转录及其调控系统与药物2021/2/462021/2/47目录一、原核生物转录模板、酶及相关因子（一）原核生物转录模板（二）原核生物RNA聚合酶（三）原核生物转录相关因子二、原核生物转录过程（一）原核生物转录起始（二）（二）原核生物转录延长（三）原核生物转录终止2021/2/48一、转录模板、酶及相关因子v 在在DNADNA分子的双链上，按碱基配对规律能指导分子的双链上，按碱基配对规律能指导转录生成转录生成RNARNA的一股链作为模板指导转录，另的一股链作为模板指导转录，

4、另一股链则不转录，这种模板的选择性称为一股链则不转录，这种模板的选择性称为不对不对称转录（称转录（asymmetric transcriptionasymmetric transcription）。（一）转录模板（一）转录模板2021/2/495GCAGTACATGTC33cgtgatgtacag55GCAGUACAUGUC3NAlaValHisValC编码链编码链（codingstrand）模板链（模板链（templatestrand）mRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译一、转录模板、酶及相关因子2021/2/410（二）原核生物（二）原核生物RNARNA聚合酶聚合酶v在模板链在模板链DNA

5、DNA碱基序列的指导下，按碱基配对碱基序列的指导下，按碱基配对规律把四种核糖核苷三磷酸聚合成规律把四种核糖核苷三磷酸聚合成RNARNA链。链。v需二价金属离子，如需二价金属离子，如MnMn2+2+、ZnZn2+2+。v不需要引物并且也没有校正活性。不需要引物并且也没有校正活性。一、转录模板、酶及相关因子2021/2/411亚基亚基分子量分子量每分子酶中所含数目每分子酶中所含数目功功能能365122决定哪些基因被转录决定哪些基因被转录1506181与转录全过程有关（催化）与转录全过程有关（催化）1556131结合结合DNA模板模板110001功能尚不清楚功能尚不清楚702631辨认起始位点辨认起

6、始位点大肠埃希菌（大肠埃希菌（Ecoli）RNA聚合酶各亚基的功能聚合酶各亚基的功能2称为全酶（称为全酶（holoenzyme），），称为核心酶（称为核心酶（coreenzyme）。）。一、转录模板、酶及相关因子2021/2/412（三）原核生物转录相关因子（三）原核生物转录相关因子v 由相同亚基组成的六聚体蛋白质，亚基分子量46kD。v 能结合RNA，以对poly C的结合力最强，对poly dC/dG组成的DNA的结合能力低得多。v ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。1.因子因子一、转录模板、酶及相关因子2021/2/4132.2.调节基因所编码的调节基因所编码的因子因子特

7、异因子：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力；阻遏蛋白：可识别、结合特异DNA序列，抑制基因转录，介导负调节；激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列，提高RNA聚合酶与启动序列结合能力，增强RNA聚合酶的转录活性，是一种正调控。CAP一、转录模板、酶及相关因子2021/2/414v分解代谢物基因激活蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）就是一种典型的激活蛋白。有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或根本不能结合启动序列，无法转录。3.3.其他因子其他因子 除上述因子外，还有一些蛋白质参与转录过程。例如，大肠埃希菌的nu

8、sA蛋白能协助RNA聚合酶识别某些特征性的终止位点。一、转录模板、酶及相关因子2021/2/415二、原核生物转录过程（一）原核生物转录起始（一）原核生物转录起始1.1.原核生物原核生物RNARNA聚合酶与模板的辨认结合聚合酶与模板的辨认结合原核生物通常是以操纵子（原核生物通常是以操纵子（operon）作为转录和）作为转录和调控的基本单位。调控的基本单位。结构基因结构基因启动子启动子其他调控序列其他调控序列(promoter)RNA-pol2021/2/416vRNARNA聚合聚合酶保酶保护法护法二、原核生物转录过程2021/2/417二、原核生物转录过程开始转录开始转录TTGACAAACTG

9、T-35区区(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10区区1-30-5010-10-40-205 3 3 5 RNA-pol辨认位点辨认位点(recognitionsite)5 5 RNA聚合酶保护区聚合酶保护区结构基因结构基因3 3 2021/2/4182.2.原核生物转录起始过程原核生物转录起始过程闭合转录复合体（闭合转录复合体（closedtranscriptioncomple）形成；）形成；开放转录复合体（开放转录复合体（opentranscriptioncomplex）形成；）形成；转录起始复合物形成。转录起始复合物形成。二、原核生物转录过程RNApol(2)-D

10、NA-pppGpN-OH3 转录起始复合物转录起始复合物:5-pppG-OH+NTP5-pppGpN-OH3+ppi2021/2/419二、原核生物转录过程nE.coli的转录起始和延长2021/2/420（二）原核生物转录延长（二）原核生物转录延长二、原核生物转录过程1.亚基脱落，亚基脱落，RNApol聚合酶核心酶变构，与模板结聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着合松弛，沿着DNA模板前移；模板前移；2.在核心酶作用下，在核心酶作用下，NTP不断聚合，不断聚合，RNA链不断延链不断延长。长。(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi2021/2/421二、原核生物转录过程大肠埃希菌的转录

11、泡局部结构示意图转录泡转录泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）（核心酶）DNARNA2021/2/422二、原核生物转录过程原核生物转录延长与蛋白质的翻译同时进行5 3 DNA核糖体RNARNA聚合酶在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行；转录尚未完成，翻译已在进行。2021/2/423（三）原核生物转录终止（三）原核生物转录终止v当当RNARNA聚合酶核心酶（聚合酶核心酶（）滑行到操纵）滑行到操纵子的终止部位时，就在子的终止部位时，就在DNADNA模板上停顿下来不再前模板上停顿下来不再前行，转录生成的行，转录生成的RNARNA产物链从转录复合物上脱落下产物

12、链从转录复合物上脱落下来，即转录终止（来，即转录终止（terminationtermination）。）。v原核生物转录终止包括依赖原核生物转录终止包括依赖因子的与非依赖因子的与非依赖因子的二种转录终止机制。因子的二种转录终止机制。二、原核生物转录过程2021/2/424二、原核生物转录过程1.1.依赖依赖 因子的转录终止因子的转录终止2021/2/425二、原核生物转录过程2.2.非依赖非依赖 因子的转录终止因子的转录终止2021/2/4262021/2/427目录一、真核生物转录酶及相关因子一、真核生物转录酶及相关因子（一）真核生物（一）真核生物RNARNA聚合酶聚合酶（二）真核生物转录相

13、关因子（二）真核生物转录相关因子二、真核生物转录过程二、真核生物转录过程（一）真核生物转录起始（一）真核生物转录起始（二）真核生物转录延长（二）真核生物转录延长（三）真核生物转录终止（三）真核生物转录终止三、真核生物三、真核生物RNARNA成熟成熟（一）真核生物（一）真核生物mRNAmRNA的成熟的成熟（二）真核生物（二）真核生物tRNAtRNA的成熟的成熟（三）真核生物（三）真核生物rRNArRNA的成熟的成熟（四）非编码（四）非编码RNARNA的加工成熟的加工成熟（五）（五）RNARNA编辑编辑2021/2/428一、真核生物转录酶及相关因子v真核生物真核生物的的RNARNA种类种类 编码

14、编码RNARNA（mRNAmRNA）非编码非编码RNARNA 管家非编码管家非编码RNARNA：直接或间接参与蛋白质合成：直接或间接参与蛋白质合成（tRNAtRNA，rRNArRNA，snRNAsnRNA，snoRNAsnoRNA等）等）调控非编码调控非编码RNARNA短链非编码短链非编码RNARNA（非编码小（非编码小RNARNA）中链非编码中链非编码R RNANA长链非编码长链非编码R RNANA2021/2/429一、真核生物转录酶及相关因子（一）真核生物（一）真核生物RNARNA聚合酶聚合酶种类种类转录产物转录产物rRNA的前体的前体45SrRNAmRNA前体前体hnRNA,lncRN

15、A,piRNA,miRNAtRNA,5SrRNAsnRNA对鹅膏蕈碱对鹅膏蕈碱的反应的反应耐受耐受敏感敏感高浓度下敏感高浓度下敏感细胞内定位细胞内定位核仁核仁核内核内核内核内2021/2/430一、真核生物转录酶及相关因子v 是真核生物中最活跃的RNA聚合酶；v 最大亚基肽链的C末端氨基酸残基序列为（YSPTSPS）n。不同生物种属的n值不同，一般在2060。主要由含羟基氨基酸组成的重复序列，称为羧基末端结构域（carboxyl terminal domain，CTD）。CTD上的酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基可被蛋白激酶作用发生磷酸化，在从转录起始过渡到延长时有重要作用。RNA聚合酶2021/2

16、/431一、真核生物转录酶及相关因子（二）真核生物转录相关因子（二）真核生物转录相关因子1.1.转录因子转录因子v在真核细胞核中，能够协助在真核细胞核中，能够协助RNARNA聚合酶转录聚合酶转录RNARNA的的蛋白质被统称为蛋白质被统称为转录因子转录因子（transcriptional transcriptional factorfactor，TFTF）。）。v人类基因组约编码人类基因组约编码2 0002 000种转录因子。真核生物转种转录因子。真核生物转录因子种类很多，有多种分类方式。录因子种类很多，有多种分类方式。2021/2/432参与参与RNA-polRNA-pol转录的转录的TFTF

17、的作用的作用转录因子转录因子功能功能TFDTBP亚基结合亚基结合TATA盒盒TFA辅助辅助TBP-DNA结合结合TFB稳定稳定TFD-DNA复合物，结合复合物，结合RNApolTFE解螺旋酶解螺旋酶,结合结合TFHTFF促进促进RNApol结合及作为其他因子结结合及作为其他因子结合的桥梁合的桥梁TFH解旋酶、作为蛋白激酶催化解旋酶、作为蛋白激酶催化CTD磷酸化磷酸化2021/2/433一、真核生物转录酶及相关因子2.2.其他因子其他因子 v与启动子上游元件结合的蛋白质，称为上游因子与启动子上游元件结合的蛋白质，称为上游因子（upstream factorupstream factor）。上游因

18、子可协助调节转录的效）。上游因子可协助调节转录的效率。率。v与远隔调控序列如增强子等结合的反式作用因子；与远隔调控序列如增强子等结合的反式作用因子；v在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的可诱导在某些特殊生理或病理情况下被诱导产生的可诱导因子。因子。2021/2/434二、真核生物转录过程（一）真核生物转录起始（一）真核生物转录起始v真核生物的转录起始阶段，主要是RNA聚合酶、转录因子TF与DNA模板形成转录起始前复合物（pre-initiation complex，PIC）的过程2021/2/435二、真核生物转录过程（二）真核生物转录延长（二）真核生物转录延长v真核生物转录延长过程与原核生

19、物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象。vRNA-pol前移处处都遇上核小体。v转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。2021/2/436二、真核生物转录过程（三）真核生物转录终止（三）真核生物转录终止v真核生物的转录终止与转录产物的加工密切相关。真核生物的转录终止与转录产物的加工密切相关。v真核生物真核生物RNARNA聚合酶聚合酶转录产生转录产生hnRNAhnRNA的过程，直至的过程，直至出现多聚腺苷酸信号为止，即转录终止的修饰点序出现多聚腺苷酸信号为止，即转录终止的修饰点序v成熟成熟mRNAmRNA的的55端端“帽子帽子”结构和结构和33端的端的poly Apoly

20、A尾尾是在加工过程中产生的是在加工过程中产生的2021/2/437三、真核生物RNA成熟v在真核生物中，几乎所有的初级转录产物都需一定程度的加工才能成为具有生物学功能的RNA分子v真核生物初级转录产物的成熟主要在细胞核内进行。v成熟过程包括核苷酸的部分水解、剪接反应、5端和3端的“加帽”和“加尾”，以及核苷酸的修饰等。2021/2/438三、真核生物RNA成熟n几种主要的修饰方式：几种主要的修饰方式：1.剪接剪接(splicing)2.剪切剪切(cleavage)3.修饰修饰(modification)5.RNA RNA编辑编辑(RNAediting)4.添加添加(addition)2021/

21、2/439三、真核生物RNA成熟（一）真核生物（一）真核生物mRNAmRNA的成熟的成熟1.mRNA1.mRNA的剪接的剪接v 去除初级转录产物上的内含子，把外显子连接起来使之成为成熟mRNA的过程称为剪接。v 剪接过程中内含子区段弯曲，使相邻的两个外显子互相靠近而利于剪接，称为套索RNA。v 内含子近3端的嘌呤甲基化是形成套索所必需的。v 大多数内含子序列的5端都以GU开始，而以3端AG-OH结束。5-GUAG-OH-3称为剪接接口（splicing junction）或边界序列。2021/2/440三、真核生物RNA成熟vhnRNAhnRNA的剪接发生在剪接体（的剪接发生在剪接体（spli

22、cesomesplicesome），自），自2020世纪世纪7070年代后期年代后期RNARNA剪接现象发现以来，科学家们剪接现象发现以来，科学家们一直在探索其中的分子奥秘，中国科学家施一公一直在探索其中的分子奥秘，中国科学家施一公研究组研究组20152015年年8 8月月2121日，在日，在科学科学(Science)(Science)发发表论文阐述了单颗粒冷冻电子显微技术（冷冻电表论文阐述了单颗粒冷冻电子显微技术（冷冻电镜）解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构镜）解析的酵母剪接体近原子分辨率的三维结构，并在此结构基础上分析了剪接体对前体信使，并在此结构基础上分析了剪接体对前体信使RNARN

23、A执行剪接的基本工作机理。执行剪接的基本工作机理。2021/2/441三、真核生物RNA成熟v剪接体的装配和剪接过程2021/2/442三、真核生物RNA成熟v剪接过程需两次转酯反应2021/2/443三、真核生物RNA成熟2.mRNA 52.mRNA 5端端“加帽加帽”和和33端端“加尾加尾”v绝大部分真核细胞成熟mRNA的5端通常都有一个以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7G-5ppp5-N-3）作为起始结构的“帽子”结构，3端有一段长为80250个核苷酸的多聚腺苷酸（polyA）尾。5端“帽子”结构和3端多聚腺苷酸尾是通过对mRNA前体的加工形成的，并且都先于中段的剪接过程。2021/2/

24、444三、真核生物RNA成熟mRNA的5端帽结构2021/2/445三、真核生物RNA成熟mRNA的5端帽结构的形成2021/2/446AAUAAAG/U53Poly(A)信号信号Poly(A)位点位点mRNACPSFG/U53CPSFCFI,CFII,CStFCPSFCStFCFICFIIPAPCPSFCStFCFICFIIPAPATPG/UPPPiCFIICFICStF慢速多腺苷酸化慢速多腺苷酸化PABCPSFAAAAAAAAAAOHPAPATPPPiPAB快速快速多腺苷酸化多腺苷酸化CPSFAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAHOAAAAAAAAAAPAPCPSFAAAAAAAAA

25、AOHPAP多多聚聚腺腺苷苷酸酸尾尾的的形形成成2021/2/447三、真核生物RNA成熟（二）真核生物（二）真核生物tRNAtRNA的成熟的成熟DNAtRNA前体前体2021/2/448三、真核生物RNA成熟2021/2/449三、真核生物RNA成熟碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应如：如：UDHU（4）脱氨反应）脱氨反应如：如：AI如：如：AAm（1）甲基化）甲基化（3 3）（4 4）（3）核苷内的转位反应）核苷内的转位反应如：如：U（1 1）（1 1）（2 2）2021/2/450三、真核生物RNA成熟v（三）真核生物（三）真核生物rRNArRNA的成熟的成熟2021/2/451三

26、、真核生物RNA成熟（四）非编码（四）非编码RNARNA的加工成熟的加工成熟1.lncRNA lncRNA1.lncRNA lncRNA结构上类似于结构上类似于mRNAmRNA，但序列中不存在开放，但序列中不存在开放阅读框。许多已知的阅读框。许多已知的lncRNAslncRNAs由由RNARNA聚合酶聚合酶催化转录并经可催化转录并经可变剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。变剪切形成，通常被多聚腺苷酸化。2.2.短链非编码短链非编码RNA RNA 短链非编码短链非编码RNARNA又称为非编码小又称为非编码小RNARNA，这，这些些RNARNA除了具有催化活性的除了具有催化活性的RNARNA（核酶）、细

27、胞核小分子（核酶）、细胞核小分子RNA(snRNA)RNA(snRNA)以及核仁小分子以及核仁小分子RNARNA（snoRNAsnoRNA）以外，目前人们）以外，目前人们广泛关注的非编码广泛关注的非编码RNARNA还有还有miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA。2021/2/452三、真核生物RNA成熟 miRNA miRNA 是一类长度在是一类长度在22nt22nt左右的内源性左右的内源性snoRNAsnoRNA。由一股具。由一股具有发夹环结构的前体加工后形成。转录合成是由有发夹环结构的前体加工后形成。转录合成是由RNARNA聚合聚合酶酶负责催化的。负责催化的。siRNAsiRNA是生

28、物宿主对于外源侵入基因表达的双链是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNARNA进行切进行切割所产生的具有特定长度（割所产生的具有特定长度（21-23bp21-23bp）和特定序列的小片）和特定序列的小片段段RNARNA。siRNAsiRNA是由细胞内一类双链是由细胞内一类双链RNARNA，通过酶切转变而，通过酶切转变而来。来。2021/2/453三、真核生物RNA成熟（五）（五）RNARNA编辑编辑v 有些蛋白质产物的氨基酸序列并不完全与基因的编码序列相对应。研究发现，某些mRNA前体的核苷酸序列经过编辑过程发生了改变。所谓RNA编辑（RNA editing）是指在mRNA水平上，通过核苷酸

29、的缺失、插入或替换而改变遗传信息的过程。v 通过RNA编辑，使得一个基因可以产生多种氨基酸序列不同、功能不同的蛋白质，RNA编辑的结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物能更好地适应生存环境。2021/2/4542021/2/455目录一、原核生物转录调控一、原核生物转录调控（一）原核生物转录调控的特点（二）原核生物转录起始调控（三）原核生物转录终止调控二、二、真核生物转录调控真核生物转录调控（一）真核生物转录调控的特点（二）真核生物转录前调控（三）真核生物转录水平调控（四）真核生物转录后调控2021/2/456一、原核生物转录调控（一）原核生物转录调控的特点（一）原核生物转录调控的特点v因子识别的

30、特异性因子识别的特异性：在转录起始阶段，亚基识别特异启动子，不同的因子决定特异基因的转录激活。v操纵子学说的普遍性操纵子学说的普遍性：操纵子学说在原核基因的表达调控中具有普遍意义。v负性调节的主导性负性调节的主导性：特异的阻遏蛋白对操纵子基因转录起始的阻遏机制即负性调节十分普遍。2021/2/457（二）原核生物转录起始调控（二）原核生物转录起始调控1乳糖操纵子的诱导型调控一、原核生物转录调控1）乳糖操纵子）乳糖操纵子(lacoperon)的结构的结构调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基

31、转移酶ZYAOPDNA2021/2/4582）乳糖操纵子的转录调控机制（1）阻遏蛋白的负性调节：一、原核生物转录调控2021/2/459（2）CAP的正性调节一、原核生物转录调控+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP2021/2/460（3）协 调 调 节一、原核生物转录调控2021/2/4612.色氨酸操纵子的阻遏型调控一、原核生物转录调控2021/2/462（三）原核生物转录终止调控（三）原核生物转录终止调控一、原核生物转录调控色色氨氨酸酸操操纵纵子子转转录录的的衰衰减减调调节节

32、2021/2/463（一）真核生物转录调控的特点（一）真核生物转录调控的特点1.1.有多种有多种RNARNA聚合酶聚合酶：RNA pol RNA pol、2.2.转录激活状态的染色质结构发生明显变化转录激活状态的染色质结构发生明显变化对核酸酶敏感；DNA拓扑结构变化；DNA碱基的甲基化修饰变化；组蛋白变化3.3.正性调节占主导正性调节占主导二、真核生物转录调控2021/2/464（二）真核生物转录前调控（二）真核生物转录前调控1.1.染色体结构对转录的影响染色体结构对转录的影响v 常染色质上，结构比较疏松的常染色质上，结构比较疏松的DNADNA能很活跃地进行转录，而能很活跃地进行转录，而在高度

33、凝缩的异染色质上很少出现在高度凝缩的异染色质上很少出现RNARNA的合成。的合成。2.DNA2.DNA的修饰的修饰v 转录活跃区则很少甲基化，而不表达的基因则高度甲基化。转录活跃区则很少甲基化，而不表达的基因则高度甲基化。3.3.组蛋白的修饰组蛋白的修饰v 组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构，同时也可能组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构，同时也可能募集了其他调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋募集了其他调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。白结合搭建了一个平台。二、真核生物转录调控2021/2/465vDNADNA和组蛋白的修饰都是在基于非基因序列改

34、变基和组蛋白的修饰都是在基于非基因序列改变基础上导致了基因表达的变化，通常把这种研究基础上导致了基因表达的变化，通常把这种研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传变化称为表观遗传学。表观遗传的现象的可遗传变化称为表观遗传学。表观遗传的现象很多，已知的有很多，已知的有DNADNA甲基化，基因组印记，母体效甲基化，基因组印记，母体效应，基因沉默（应，基因沉默（gene silencinggene silencing），核仁显性，），核仁显性，休眠转座子激活和休眠转座子激活和RNARNA编辑等。编辑等。二、真核生物转录调控2021/2/466

35、（三）真核生物转录水平调控（三）真核生物转录水平调控1.1.真核生物转录起始调控真核生物转录起始调控（1）顺式作用元件：1）启动子：指RNA聚合酶结合位点及其周围的一组转录调控组件。二、真核生物转录调控CCAAT盒盒GC盒盒TATA盒盒转录起始点转录起始点高等真核生物高等真核生物2021/2/4672）增强子增强基因转录的效应明显；作用方式与其方向，或与其所在部位与转录起始点的距离无关；多数为重复序列，有完整或部分回文结构；效应有严格的组织细胞特异性；没有基因专一性；活性与其在DNA双螺旋中的空间方向性有关；许多增强子是否发挥作用受外部信号驱使。二、真核生物转录调控2021/2/4683 3）

36、沉默子：沉默子是一类负性转录调控元件。与增）沉默子：沉默子是一类负性转录调控元件。与增强子的作用恰恰相反，当其结合特异蛋白因子时，强子的作用恰恰相反，当其结合特异蛋白因子时，对基因的转录发挥抑制作用。已有的证据显示沉默对基因的转录发挥抑制作用。已有的证据显示沉默子与增强子类似，其作用亦不受序列方向的影响，子与增强子类似，其作用亦不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用。也能远距离发挥作用。二、真核生物转录调控2021/2/469（2）反式作用因子v真核细胞核中大多数的转录因子皆以反式作用的方式调节基因转录。二、真核生物转录调控DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋

37、白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域2021/2/4701）转录因子的DNA结合域锌指结构结合域二、真核生物转录调控常结合常结合GC盒盒C=半胱氨酸；半胱氨酸；H=组氨酸；组氨酸；F=苯丙氨酸；苯丙氨酸；L=亮氨酸；亮氨酸；Y=酪氨酸；酪氨酸；Zn=锌离子锌离子锌指结构锌指结构2021/2/471亮氨酸拉链结构域二、真核生物转录调控常结合常结合CAAT盒盒（a）碱性亮氨酸拉链模体结构示意图；（）碱性亮氨酸拉链模体结构示意图；（b）bZIP模体与模体与DNA结合的结合的示意图。两个示意图。两个-螺旋上的亮氨酸残基彼此接

38、近，形成了类似拉链的结构螺旋上的亮氨酸残基彼此接近，形成了类似拉链的结构，而富含碱性氨基酸残基的区域与，而富含碱性氨基酸残基的区域与DNA骨架上的磷酸基团结合骨架上的磷酸基团结合2021/2/472碱性螺旋-环-螺旋结构域二、真核生物转录调控（a）独立的碱性螺旋）独立的碱性螺旋-环环-螺旋模体结构螺旋模体结构示意图；（示意图；（b）bLHL模体二聚体与模体二聚体与DNA结合的示意图。两个结合的示意图。两个-螺旋的碱性螺旋的碱性区分别嵌入区分别嵌入DNA双螺旋的大沟内双螺旋的大沟内常结合常结合CAAT盒盒2021/2/4732）转录因子的转录激活域：v一般由30100个氨基酸残基组成。v根据氨基

39、酸组成特点，转录激活域分为如下4种类型：富含谷氨酰胺的结构域；富含脯氨酸的结构域；带负电荷的-螺旋结构域；含有双性-螺旋和酸性氨基酸的结构域。二、真核生物转录调控2021/2/474（3）真核生物转录起始复合物的形成二、真核生物转录调控PolTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBPDNATATAEBPTBP2021/2/4752.2.真核生物转录终止调控真核生物转录终止调控（1）HIV基因组转录终止调节v抗转录终止机制与病毒蛋白Tat有关。（2）热休克蛋白基因的转录终止调节v热激转录因子快速地由无活性转变为活性状态。二、真核生物转录调控2021/2/476（四）真核生物转录后调控（四）

40、真核生物转录后调控1.mRNA1.mRNA的稳定性的稳定性v所有RNA类型中，mRNA寿命最短。mRNA稳定性是由合成速率和降解速率共同决定的。v大多数高等真核生物细胞mRNA半衰期较原核生物长，一般为几个小时。vmRNA的半衰期可影响蛋白质合成的量，通过调节某些mRNA的稳定性，即可使相应蛋白质合成量受到一定程度的控制。二、真核生物转录调控2021/2/4772.2.转录后基因沉默转录后基因沉默 v 成熟的成熟的miRNAmiRNA可以与其他蛋白质一起组成可以与其他蛋白质一起组成RNARNA诱导的沉默复诱导的沉默复合体（合体（RNA-induced silencing complexRNA-

41、induced silencing complex，RISCRISC），通过），通过与其靶与其靶mRNAmRNA分子的分子的33端非翻译区域（端非翻译区域（3UTR3UTR）互补匹配）互补匹配，再以目前尚不清楚的机制抑制该，再以目前尚不清楚的机制抑制该mRNAmRNA的基因表达。的基因表达。v 双链的双链的siRNAsiRNA也参与也参与RISCRISC组成，与特异的靶组成，与特异的靶mRNAmRNA完全互补完全互补结合后，能够导致靶结合后，能够导致靶mRNAmRNA降解，阻断其进一步的基因表达降解，阻断其进一步的基因表达。这种由。这种由siRNAsiRNA介导的基因表达抑制作用称为介导的基因

42、表达抑制作用称为RNARNA干扰（干扰（RNA interferenceRNA interference，RNAiRNAi）。）。二、真核生物转录调控2021/2/4782021/2/479目录一、与一、与DNADNA形成复合体从而影响转录的药物形成复合体从而影响转录的药物（一）放线菌素D（二）蒽环类抗肿瘤药（三）原核生物转录终止调控二、选择性结合原核生物二、选择性结合原核生物RNARNA聚合酶的药物聚合酶的药物2021/2/480（一）放线菌素Dv 又称更生霉素，抗肿瘤药物，分子的苯氧环连接两个等位的环状肽链。肽链与DNA分子的脱氧鸟嘌呤发挥特异性相互作用，使放线菌素D嵌入DNA双螺旋的小沟

43、中，与DNA形成复合体，阻碍RNA聚合酶的功能，抑制RNA的合成，特别是mRNA的合成。一、与DNA形成复合体从而影响转录的药物2021/2/481（二）蒽环类抗肿瘤药药物分子能嵌入到DNA的双链中形成稳定复合物，影响DNA的功能，阻止DNA复制和RNA的转录；还具有抑制拓扑异构酶功能，引起DNA断裂；对DNA依赖性RNA聚合酶也有抑制作用。在细胞内还可形成自由基，造成细胞膜及其他细胞器的损伤。包括多柔比星(doxorubicin)、柔红霉素(daunorubicin)、伊达比星(idarubicin)、阿柔比星（aclambicin）、米托蒽醌（mitoxantrone）和表柔比星（epir

44、ubicin）等。一、与DNA形成复合体从而影响转录的药物2021/2/482（二）蒽环类抗肿瘤药 多柔比星柔红霉素伊达比星伊达比星阿柔比星2021/2/483利福霉素类抗生素v利福霉素类药物可以选择性的与原核生物的依赖DNA的RNA聚合酶的亚单位牢固结合，抑制细菌RNA的合成，防止该酶与DNA连接，从而阻断RNA转录过程，使DNA和蛋白的合成停止。二、选择性结合原核生物RNA聚合酶的药物利福霉素类抗生素2021/2/484小结1.转录相关的概念2.转录所需反应体系3.转录反应过程4.真核生物转录后加工5.转录的调控6.转录与调控相关药物2021/2/485Thank You世界触手可及世界触手可及携手共进，齐创精品工程携手共进，齐创精品工程