真核生物转录特点与加工
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
RNA的转录及加工
1.真核生物基因为什么要进行RNA转录后加工？（P209）原核生物没有细胞器的分化，转录与翻译同时进行。
真核生物有细胞器的分化，基因表达在时间和空间上存在明显间隔。
转录在细胞核内进行，翻译在细胞质内完成。
真核生物基因的初始转录产物被非编码序列或间隔区段分开，转录产物不连续，需要转录后加工。
2.细胞内RNA原初转录物一般都需要经过哪些过程的加工修饰？（P209）真核生物细胞内转录的RNA原初转录物要经过一系列变化，包括：①5’端形成帽子结构；②3’端形成一段PolyA；③切去内含子；④反式剪接；⑤部分核苷酸修饰；⑥RNA 编辑；⑦RNA的再编辑；⑧RNA链的断裂等过程。
3.真核生物RNA前体内含子的剪接分为哪几类？简述其区别。
（P217，P232）内含子的剪接分为三类：①自我剪接内含子②蛋白质或酶参与的内含子剪接③依赖于snRNA剪接的内含子。
区别：4.写出下列英文缩写的含义：PNaseP(212)、hnRNA（217）、RISC（252）、RNAi(251)、剪接体（220）、自我剪接（228）、反义RNA（251或上课PPT）、RNA干涉（251）、siRNA(252)、选择性剪接（235）、核酶（229）PNaseP：催化切除5’端额外核苷酸的酶hnRNA：核内不均一RNARISC：沉默复合物RNAi：RNA干涉剪接体：是mRNA前提在剪接过程中组装形成的多组分复合物，由多种snRNA和蛋白质因子组成，即剪接体是具有催化剪接过程的核塘核蛋白复合体。
自我剪接：rRNA的内含子能够自我剪接，无需剪接体反义RNA：与mRNA互补的RNA分子，也包括与其它RNA互补的RNA分子RNA干涉：在双链RNA引导的抑制过程中存在某种扩增效应，且有某种没活性参与其中。
siRNA：短干涉RNA，发生转录后基因沉默的小的双链RNA选择性剪接：一个基因的初始转录产物在不同的分化细胞、不同的发育阶段乃至不同的生理状态下，可以有不同的剪接方式，得到不同的成熟mRNA和蛋白质产物核酶：RNA本身具有酶的活性称为核酶5.名词解释：套索结构（219）、转酯反应（227）、Dicer酶（253）、顺式剪接（239）、反式剪接（239）套索结构：RNA剪接过程中的中间结构，其中有形成的带尾巴的环形结构转酯反应：在剪接体上完成剪接反应的生化本质是磷酸二酯键的转移，又称转酯反应Dicer酶：能将双链RNA特异性切成大小均一的片段的酶称为Dicer酶顺式剪接：存在与同一基因中的两个或多个外显子和内含子的剪接，称为顺式剪接反式剪接：几个外显子不在同一基因甚至不在同意染色体上的剪接叫反式剪接6.什么是RNA的自我剪接？自我剪接有哪些类型？（217或232）RNA的自我剪接：能自发进行剪接，无需酶或蛋白质参与。
真核生物tRNA的转录后后加工
剪接过程需两次转酯反应
二次转酯反应
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三、真核生物前体tRNA的加工包括核
苷酸的碱基修饰
DNA
TGGCNNAGTGC
GGTTCGARNA核苷酸转移酶、 连接酶
ATP ADP
（2） （1）
碱基修饰
（1）甲基化
（1）
因此，mRNA的降解必须首先解除这些稳定因素，脱 腺苷酸化及帽结构的水解是其中的重要步骤，故称为依赖 于脱腺苷酸化的mRNA降解。
依赖于脱腺苷酸化 的mRNA降解
（二）无义介导的mRNA降解是重要的真核 细胞mRNA质量监控机制
真 核 细 胞 mRNA 的 异 常 剪 接 可 能 会 产 生 无 义 （nonsense）的终止密码子，由此产生的mRNA降解称为 无义介导的mRNA降解（nonsense-mediated mRNA decay, NMD），是广泛存在的mRNA质量监控的重要机制。
一些噬菌体的mRNA前体及细菌tRNA前体也发现有这 类 自 身 剪 接 的 内 含 子 ， 并 被 称 之 为 I 型 内 含 子 （ group I intron）。I型内含子以游离的鸟嘌呤核苷或鸟嘌呤核苷酸作 为辅因子完成剪接。鸟嘌呤核苷或鸟嘌呤核苷酸的3′-OH与 内含子的5′-磷酸共同参与转酯反应。这种转酯反应与前述的 mRNA内含子剪接的转酯反应类似，不过参与反应的不是分 支点A的2-OH，切除的内含子是线状，而不是“套索”状 。
那些含有提前终止密码子（premature translationaltermination codon, PTC）的mRNA会被选择性清除。
脱腺苷酸化的mRNA 降解； 后者包括无义介导的mRNA 降解、无终止降解、无停
真核生物基因的转录
(B’’, TBP, BRF)
TF III B
TF III A TF III C
Pol III
四、RNA 聚合酶 II 基因的转录
（一）RNA聚合酶 II 的启动子 1、组成：
核心启动子（core promoter）： TATA盒（Hogness box）： - 25 ~ -35bp
上游启动子（upstream promoter element，UPE） CAAT盒 ：-70 ~ -80区 GC盒：-80 ~ -110区
TF II B —— 覆盖靠近起始点的启动位置，C端与TFIID和DNA 的复合物结合，N-端与TFⅡF协同作用募集RNA聚 合酶II。
TF II F ——结合Pol II并带向启动子；RAP74（ATP依赖性解 旋酶），RAP30（与细菌因子有同源性）
TF II E —— 扩大DNA覆盖区至+30
Module Consensus DNA bound Factor Distribution
TATA box TATAAAA
~10bp
CAAT box # GGCCAATC ~22bp
GC box
GGGCGG
~20bp
Octamer # ATTTGCAT
~20bp
``
``
23bp
B
GGGACTTTCC ~10bp
（2） TFIIA
▪ 含有至少3个亚基 ▪ 与TFIID结合，稳定TFIID-DNA复合体；可能通过解除
TAFs的抑制而激活TBP
TF II A
（3） TFIIB ▪ 覆盖靠近起始点的启动位置，C端与TFIID和DNA的复
合物结合，N-端与TFⅡF协同作用募集RNA聚合酶II
细菌和真核生物转录机制的差异
细菌和真核生物转录机制的差异
1不同的转录机制
细菌和真核生物的转录机制存在一定的差异。
这些差异主要体现在以下几个方面:
1.1启动子
首先，启动子是转录反应开始的地方，其作用是连接RNA聚合酶与DNA模板上。
细菌只有一种RNA聚合酶，它能识别相对简单的DNA 启动子。
而真核生物有三类不同的RNA聚合酶，它们能够识别不同的DNA启动子。
1.2转录调节
其次，细菌的转录调节主要依赖启动子及其上游的启动子元件，而真核生物的调节除了启动子以外，还受到基因间まゝ数距离，和内部及外部环境因素的影响。
1.3转录加工
最后，细菌转录后不会经过加工就会被进行翻译，而真核生物经过mRNA加工后再被翻译，包括5'修饰(5'cap)、流式处理(polyA tail)、剪切(splicing)、转录本结构调节(RNA stability)等。
总之，细菌和真核生物的转录机制的主要差异体现在启动子的多样性、转录调节的复杂性及转录加工的必要性上。
《现代分子生物学》第五章 3 真核生物的转录后加工
各种参与剪接的成分形成一个剪接体系， 称为剪接体（spliceosome）。该体系由 几种snRNP和大量的其他的蛋白质分子 组成，这些蛋白质分子称为剪接因子， 估计有40多种。 剪接点和分支点序列由剪接体识别， snRNA和蛋白质都参与了识别，特别是 snRNA之间以及与mRNA间的碱基配对 起重要作用。
RNA印迹法（RNA blotting）可用于分析核 RNA剪接过程中的中间体，从而确定内含 子的去除顺序。 实验中可以发现含有不同内含子的中间产 物，因此内含子的去除似乎没有特定的顺 序，但也发现有一定的规律，说明剪接有 特定的途径。
剪接反应并不是按内含子在RNA前体上 的顺序进行的。 RNA的构象影响剪接点的选择。在去除 特定的内含子后，RNA的构象发生一定 的变化，再选择新的剪接点。
剪接体Splicesome： snRNA：U1， U2， U4， U5， U6 snRNP：U＋蛋白 质
剪接体按一定的顺序组装，已分离到一些 组装的中间体。只有组装完整的剪接体才 有功能。在剪接反应中，剪接体还会释放 和添加某些成分。 转酯反应只是磷酸酯键的直接转移，没有 水解反应的出现，因此不需要外部的能量， 也不需要供能物质如ATP或GTP的参与。 剪接体中起催化转酯反应的成分尚未弄清 楚，也不知道是蛋白质还是RNA在起作用。
一、核基因mRNA的剪接 一、核基因mRNA的剪接
mRNA的基因在低等真核生物中只有少数含 有内含子，为不连续基因。随着进化程度的 增高，不连续基因的数目不断增加。 细胞核中有一类RNA，十分不稳定，平均长 度比mRNA要长，序列的复杂程度非常高， 称为核内不均一RNA（ heterogeneous nuclear RNA，hnRNA ）。
RNA processing 1
真核生物转录特点
真核生物RNA的转录与原核生物RNA的转录过程在总体上基本相同，但是，其过程要复杂得多，主要有以下几点不同（图3-27）。
⒈真核生物RNA的转录是在细胞核内进行的，而蛋白质的合成则是在细胞质内进行的。
所以，RNA转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能指导蛋白质的合成。
⒉真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因，而除少数较低等真核生物外，一个mRNA分子一般只含有一个基因，编码一条多态链。
⒊真核生物RNA聚合酶较多在原核生物中只有一种RNA聚合酶，催化所有RNA的合成，而在真核生物中则有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ三种不同酶，分别催化不同种类型RNA的合成。
三种RNA聚合酶都是由10个以上亚基组成的复合酶。
RNA聚合酶Ⅰ存在于细胞核内，催化合成除5SrRNA 以外的所有rRNA的合成；RNA聚合酶Ⅱ催化合成mRNA前体，即不均一核RNA(hnRNA)的合成；RNA 聚合酶Ⅲ催化tRNA和小核RNA的合成。
⒋真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA 。
原核生物中RNA聚合酶可以直接起始转录合成RNA ，真核生物则不能。
在真核生物中，三种RNA聚合酶都必须在蛋白质转录因子的协助下才能进行RNA的转录。
另外，RNA聚合酶对转录启动子的识别，也比原核生物更加复杂，如对RNA聚合酶Ⅱ来说，至少有三个DNA的保守序列与其转录的起始有关，第一个称为TATA框(TATA box)，具有共有序列TATAAAA，其位置在转录起始点的上游约为25个核苷酸处，它的作用可能与原核生物中的－10共有序列相似，与转录起始位置的确定有关。
第二个共有序列称为CCAAT框（CCAAT box），具有共有序列GGAACCTCT，位于转录起始位置上游约为50-500个核苷酸处。
如果该序列缺失会极大地降低生物的活体转录水平。
第三个区域一般称为增强子（enhancer），其位置可以在转录起始位置的上游，也可以在下游或者在基因之内。
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
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• 转录因子与反式作用因子: 调节基因表达的蛋白为转录因子；
它们与特异的顺式作用元件相互作用, 并激活另一基因的转录
转录起始复合物
F
AD
TATA
结合顺序
B
RNApolⅡ
E
DNA
TF II D TF II A TF II B RNA-pol II/TF II F TF II E
一、mRNA前体的加工
（一）生成特点： 原核 ：mRNA是多顺反子
(polycistronic),每分子RNA中含几种蛋白 质信息，RNA寿命短，转录没完时翻译即开 始
例:乳糖操纵子，含Z,Y,A三个基因,分别 编码半乳糖苷酶、透过酶及乙酰基转移酶
• 真核：单顺反子,一个mRNA仅编码一种蛋白质 外显子: 在真核生物基因中编码蛋白质的
（一）特点： 1、rRNA拷贝多,原核5-10个拷贝;真核:
果蝇260个拷贝;Hela细胞1100个拷贝
2、rRNA基因之间以纵向串联的方式重复 排列
（二）加工过程
1、剪切作用：需核酸酶参与 2、甲基化修饰：修饰在碱基上 3、自我剪接：一种核酶的作用
5S的加工变化不大 原核rRNA加工：rRNA含非转录的间隔区，其产 物中含tRNA 真核rRNA加工： 1. 5S自成体系加工少无修饰和剪接。 2. 45S加工中含剪切和甲基化修饰，需核酸酶
序列
内含子:非编码蛋白的序列,因其插于外显 子之间又称插入序列,居间序列
hnRNA: 为mRNA的前体,转录物中外显子与 内含子间隔排列，需经剪接加工后生成mRNA
（二） mRNA前体加工过程
• 真核：
5‘末端帽子
部位：核内
3‘端多聚A尾 部位：核内,胞质有酶也可进行
剪接作用
部位：胞核
甲基化(甲基化发生在剪接之前,在非编码区分子 中含1-2个m6A )
3’加尾
转录的终止
加尾信号
GC丰富序列
AATAAA ----- GTGTGTG
AAUAAA GUGUGUG
酶切
加尾
AAUAAA
GUGUGUG
AAUAAA
AAAAAAAAA……….
polyA尾（约20～200个A）
绝大部分真核生物 mRNA 3`端含 poly(A) 尾巴
高等真核生物（不包括酵母）的mRNA的共同 特征：poly(A)添加位点上游11-30个核苷酸区域 内存在高度保守的AAUAAA序列。
RNA编辑(某些mRNA的核苷酸序列,在生成转录产 物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基,方能生 成具有正确翻译功能的模板,遗传信息在mRNA水平上 的改变过程，称为RNA编辑)
原核：多顺反子mRNA在RNaseⅢ作用下转变为单独的顺反子
5’加帽
磷酸酶
pppG
5’pppG…
5’pG
ppi …
pi
断裂基因：真核生物的基因由若干个编
码区和非编码区互相隔开但又连续镶嵌而成
外显子（exon): 基因中出现在mRNA的序列
内含子（intron）： 基因中不出现于mRNA而被剪接掉的序列
核内不均一RNA （hnRNA）：真核生物中编码蛋白 质基因的初级转录本，包括5’帽子、3’poly(A)尾、 外显子、内含子，经剪接加工成为mRNA
poly(A)尾巴生物学功能：
I: 保持mRNA的稳定性，防止被降解； II: 与翻译起始有关。
应用一： ★Poly(A用来
从总RNA中分 离mRNA
应用二：
可设计寡聚Oligo (dT)片段合成cDNA mRNA: 5` NNNN…..NNNNNNAAA…AA 3`
TTT…TT 5`
cDNA: 3` NNNN…..NNNNNNTTT…TT 5`
剪接
• 剪接:在细胞核内, hnRNA剪切掉内含子,将多个外 显子连接为成熟mRNA的过程为剪接 例:同一转录本, 在不同的组织, 因剪接差异 产生各自不同的mRNA
• 剪接的本质：磷酸酯键的转移 • 剪接特点 ：剪接部位的结构为内含子末端的特定
序列，分布在内含子的三个部位，5‘端剪切点为 GU;3’端剪切点为AG；靠近3‘端含A序列的分支点
甲基化酶
5’GpppG
mGpppG…
…
＋CH3
O
N
H2N
N
帽0
C H3
7N+
9 N
帽1 帽2
N1
N2
N3
2'
O C H3
OCH
3
OH
OOO
O CH 2 O P O P O P O
P
P
P
HH
OH OH OH
H
H
OH OH
甲基鸟苷5’，5’-三磷酸
mRNA 5`末端帽子特征的生物学功能：
I: 使mRNA免遭核酸酶的破坏，保持其结构的稳定性； II: 利于蛋白质起始因子的识别，从而促进翻译的起始。
TATA
PIC
12 3
4
5
转录后的加工
原核RNA不需加工，边转录边翻译
rRNA 真核RNA需要
加工
tRNA
mRNA
5’加帽 在转录过 3’加尾 程中
剪接 转录后进行
真核生物转录后的加工
• 意义：转录生成的前体RNA,无生物学活性, 需加工变为成熟、有活性的RNA
• 加工种类：剪切与剪接、末端添加核苷酸、 修饰、RNA编辑
内含子
外显子 套索结构
二、tRNA前体的加工
1、切除多余的核苷酸：RNase P切除5'端多 余的核苷酸；RNase D切除3'端多余的核苷酸 2、剪切内含子：核酸内切酶切除内含子,连 接酶进行连接 3、修饰与3‘末端加-CCA: 修饰包括甲基化,脱 氨基,还原反应等，在核苷酸基转移酶催化下 完成3’末端添加CCA
tRNA的加工
内含子编码区
5
PPP
Байду номын сангаас
DNA
3
外切核酸酶
-OH 3’
内切核酸酶
3端加CCA-OH
CCA-OH 3
P
初级转录物
•5’和3’端的酶切 •3’加上CCA •去掉内含子 •特异部位碱基的加工
内含子 5 CCA-OH 3
内含子 除去内含子 （内切酶与连接酶）
成熟 tRNA
三、rRNA前体的加工
• mRNA的剪接：
hnRNA被剪接体作用，剪除内含子、 连接外显子，产生成熟的mRNA的过程
剪接体
mRNA的剪接
DNA mRNA
转录
外显子 内含子
形成套索RNA，外显子靠近
去除套索RNA，外显子连接 成熟mRNA
内含子5’端断开 外显子
前一个外显子的3’末端攻 击下后个外显子的5末端’
前后外显子的连接