分子生物学_转录
药学分子生物学转录
RNA-pol I————TF I RNA-pol II————TF II RNA-pol III————TF III
参与RNA-polⅡ转录的TFⅡ
转录因子 亚基组成 分子量 (kD)
TFⅡD TBP*
38
TAF**
TFⅡA
12 ，19，35
TFⅡB
33
转录（transcription）
生物体以DNA为模板合成RNA的过程
DNA
RNA转录
成熟的mRNA
转录是遗传信息表达的第一步
复制 VS 转录
转录与复制的共同点
✓ 核苷酸聚合反应，生成磷酸二脂键
✓ 以DNA为模板 酶 ✓ 促反应 ✓ 遵从碱基配对规律
✓ 方向：从5’→3’
转录与复制的区别
RNA
UUUU...…
UUUU...…
茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构
茎环结构使转录终止的机理
回文序列导致RNA形成茎环 结构
改变了RNA-pol的构象，使 其停顿
RNA和DNA各自形成双链， 使RNA/DNA杂化短链分开， 释放RNA
第二节 真核生物的转录
RNA聚合酶
RNA-pol辨认位点 (recognition site)
(Pribnow box)
转录的过程
转录起始 RNA的延长 转录终止
原核生物与真核生物转录的聚合酶、 起始、终止都有所不同
原核生物转录的过程
转录起始需解决两个问题：
1. RNA聚合酶必须准确地结合在转录模板的 起始区域。
2. DNA双链解开，使其中的一条链作为转录 的模板。
录
转录
分子生物学转录
分子生物学转录分子生物学是研究生命过程的学科，其中转录是一个非常重要的过程。
转录被定义为转化DNA链上的信息成为RNA链上的信息。
这个过程分为三个主要步骤：启动、延伸和终止。
启动阶段在转录开始之前，转录起始复合物（transcriptional initiation complex）必须被形成。
这个复合物由多种核酸酶和蛋白质组成。
最关键的一点是RNA聚合酶（RNA polymerase）必须存在。
RNA聚合酶是一个大型的多亚基蛋白质，在真核生物中有三种类型（RNA polymerase I，RNA polymerase II和RNA polymerase III）。
在细菌中，只有一种RNA polymerase。
RNA polymerase的活性需要很多辅助因子，其中最重要的是TATA结合蛋白（TBP）。
TBP是一个通过与DNA上的TATA盒子结合来启动转录的转录因子。
延伸阶段在转录启动后，RNA polymerase开始沿着DNA链扫描，实现RNA链的合成。
RNA链是DNA链的互补链，这意味着RNA链上的每个碱基都与DNA链上的一个特定碱基有钙镁离子的配对。
在RNA聚合酶的过程中，RNA链是相对不稳定的。
因此，在mRNA合成的早起阶段，特别是在细菌中，当新合成的RNA链长出来时，它通常会形成一个近似U型的结构，被称为“剪切线(loop)”。
这个结构可以通过转录因子的协同作用来解开。
终止阶段一旦RNA polymerase合成的RNA链已经达到终点，终止因子开始发挥作用，让RNA链从DNA链分离。
这个过程在不同的生物体内发生有所不同，但是终止因子通常是核糖核酸的一段序列，它会诱导RNA polymerase停止转录，并释放新合成的RNA链。
总结转录是许多基因表达过程中的重要步骤。
其过程涉及到许多转录因子和蛋白质，并需要多种辅助因子的协作作用。
研究转录的结构和机制已经成为分子生物学研究的重要领域，这将有助于增进我们对基因表达的理解，并为基因治疗的发展提供更多的思路和方法。
《现代分子生物学》第五章 1 转录
表 12-1 E.coli RNA Pol 的结构和功能 亚基 基因 分子量 数目 组分 可能的功能 （KDa） α rpoA 40 2 核心酶 酶 组 装 及 与 调 节 蛋白作用 β rpoB 155 1 核心酶 和底物（核苷酸） 结合 β ’ rpoC 160 1 核心酶 模板结合 ω 10 1 核心酶 σ rpoD 70 1 σ 因子 和启动子结合， 识 别模板链 参照 B. Lewin:《GENES》Ⅴ.1994, Table 14.1 14.2
转录过程中，DNA双链中的一条链为模板链 （template/antisense strand ），而另一条链为 编码链（coding/sense strand）。
转录起始于RNA聚合酶和启动子(promoter) 结合之后，转录起始的第一个碱基称为转录 起始点(start point) 。在RNA聚合酶的作用下 合成RNA，至终止子(terminator)终止。 由启动子到终止子之间的序列称为转录单位 (transcription unit)。转录起始点前面的序列 称为上游(upstream)，后面的序列称为下游 (downstream)。
亚基可能参与全酶的组装及全酶识别启 动子。另外， 亚基还参与RNA聚合酶与 一些转录调控因子间的作用。 亚基具有与底物（NTP及新生的RNA链） 结合的能力。利福霉素可以阻断转录的起 始，链霉溶菌素可抑制延伸反应，二者均 是通过与亚基的结合而发挥作用的。
’亚基可能与模板结合。 肝素可与’亚基结合而抑制转录，并且可 以和’亚基竞争DNA的结合位点。 亚基和’亚基提供了RNA聚合酶的活性 中心，其一级结构与真核生物RNA聚合酶 大亚基有同源性。 亚基的功能是帮助全酶识别启动子并与之 结合。 亚基也可被看作一种辅助因子，因 此又可称为因子（ Sigma factor）。
分子生物学第五章原核转录
原核生物的RNA聚合酶（核心酶）按照5’ － 3’方向延伸RNA链，解旋区域也随之移 动，即边解旋，边合成，边重新螺旋。
转录过程-终止（Termination）
RNA聚合酶延伸到终止位点时，转录 结束，包括转录泡瓦解，RNA聚合酶 和DNA、RNA分开等。
终止子即转录终止位点，即提供终止 信号的DNA序列。
结构典型，都含有识别（R），结合（B）和起始 （I）三个位点；
序列保守，如-35序列，-10序列结构都十分保守； 位置和距离都比较恒定； 直接和多聚酶相结合； 常和操纵子相邻； 都在其结构基因的5端； 决定转录的启动和方向。
转录过程-起始（Initiation）
转录起始：RNA聚合酶与dsDNA的结合 启动子：位于结构基因5’-端上游区的DNA
大肠杆菌RNA聚合酶的组成分析
亚基 基因 分子量 亚基数 组分
功能
α rpoA 36500
2
核心酶 核心酶组装，启动子识别
β rpoB 151000
1
核心酶 β和β‘共同形成RNA合成的
活性中心，形成磷酸二酯键
β' rpoC 155000
1
核心酶
ω？ σ rpoD
11000 70000
1
核心酶
与DNA模板结合
从噬菌体的左、右启动子PL及PR和SV40启 动子的–35 bp附近找到了另一段共同序列： TTGACA。
与-10区序列相隔16-19bp。
-10区和-35区在转录起始中的作用
利用定点诱变技术突变启动子，研究-10、35区的功能。
结果：-10区的突变不影响RNA聚合酶与启 动子的结合速度，但是降低双链DNA解链 速度；-35区的突变降低RNA聚合酶与启动 子的结合速度，但是不影响降低双链DNA 解链速度。
分子生物学知识：转录控制因子的作用及调控机制
分子生物学知识：转录控制因子的作用及调控机制转录控制因子的作用及调控机制转录是生物体内基因表达的第一步，通过转录过程，DNA上的信息被转录为RNA分子，从而让基因得以表达。
转录控制机制是生命现象中至关重要的一环，这种机制的作用是调节基因的表达量，并在细胞发育和分化过程中发挥重要的作用。
在这个过程中，转录调控因子是必不可少的。
这些因子就是活跃在基因结构特定区域的蛋白质，它们能够影响DNA转录活性，从而调节特定基因的表达。
本篇文章将讨论转录控制因子的作用及调控机制。
转录控制因子的作用转录控制因子是蛋白质，通过识别和结合基因区域的特定序列，来调节DNA转录的可感性。
这些转录调控因子可以分为两种类型：激活因子和抑制因子。
激活因子的作用是增强转录的活性，从而提高基因表达水平；而抑制因子则被用来减少或者阻断RNA转录，降低基因表达水平。
在许多不同领域，亲核酸技术的发展也极大地推进了大规模基因表达的分析，以及转录调控因子在基因调控中的作用。
转录控制因子的调控机制转录调控因子与DNA上的特定序列区域结合，进而调控基因的表达。
这个过程是通过转录因子与其他生化分子的互作来实现的。
例如，转录因子的翻译后修饰和酶的催化反应以及螺旋框架上的某些局部伸展活动，都会对DNA转录的可感性产生影响。
特别是在生物的发育过程中，转录因子的变量可以被激活或抑制，继而调控分化，进而影响特定的细胞功能和特性。
下面是一些特定的转录调控机制，我们以实例来加以阐述。
1.跨膜转录调控因子的角色：跨膜转录调控因子是一些遍布在细胞膜表面的蛋白，具有感知环境信号的功能，进而影响某些特定的细胞转录调控。
学术界通过基因敲除和自然受精实验，发现在小鼠卵母细胞的发育过程中，一些包括LEP (立体正电性粒子)在内的跨膜转录调控因子可以调节基因活性，从而影响卵母细胞的发育、分化和功能。
2.组蛋白结构对转录因子的作用：组蛋白是一种蛋白质，和基因的组织结构有关。
组蛋白酶网络通过加入或去除特定碱基的甲基化或乙酰化等化学修饰，调节染色体的表观遗传学，并影响转录因子和转录机器的进入。
名词解释-分子生物学
1、转录（Transcription）：以某一DNA链为模板，按照碱基互补原则形成一条新的RNA链的过程，是基因表达的第一步。
2、编码链：与mRNA 有相同序列的DNA 链3、下游：沿着表达方向的序列。
例如，编码区是在起始区的下游。
4、上游：转录起点之前的序列，例如，细菌启动子在转录单位的上游，起始密码在编码区上游。
5、启动子：结合RNA 聚合酶并起始转录的DNA 区域。
6、RNA聚合酶：使用DNA作为模板合成RNA的酶(正式应为DNA-依赖性RNA 聚合酶)7、终止子：是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。
DNA分子中终止转录的核苷酸序列。
8、转录单位：指RNA聚合酶起始位点和终止位点间的距离，可能包括不止一个基因。
9、初级转录本：与一个转录单位相对应的未修饰的RNA 产物。
10、组成型表达constitutive expression：个体发育的任一阶段，在所有细胞中都持续进行的表达。
一般是生命过程必需的基因。
11、负调控：在没有任何调节蛋白或其失活的情况下，基因表达；存在repressor的时候基因表达受阻。
12、正调控：在没有任何调节蛋白或其失活的情况下，基因关闭；存在activator的时候基因表达开启。
一般原核生物偏向负调控，原核生物的DNA裸露无保护，很容易启动转录，并翻译。
因此其细胞内的基因可以说是基本全部默认开启，因此在正常情况下原核细胞内存在大量不同的reressor阻遏着大量基因的转录。
细胞必须根据不同的条件，对一些被阻遏的基因进行去阻遏的调控，或对一些基因的表达进行阻止。
13、顺式作用元件cis-acting element DNA分子上的一些与基因转录调控相关的特定序列。
14、反式作用因子trans-acting factor一些与基因表达调控有关的蛋白因子。
15、顺式调控cis-acting regulation 一段非编码DNA序列对基因转录的调控作用，顺式正调控（启动子、增强子）；顺式负调控（沉默子）16、反式调控trans-acting regulation 转录因子作用于顺式作用元件对基因转录的调控。
分子生物学转录知识点总结
分子生物学转录知识点总结一、转录的过程在转录过程中，DNA的一部分被复制成RNA。
转录包括几个步骤：启动、延伸和终止。
启动是指RNA聚合酶结合到DNA的启动子上，并开始合成RNA的过程。
在这个过程中，RNA聚合酶将DNA模板上的核苷酸与互补的核苷酸配对，合成RNA链。
在延伸阶段，RNA聚合酶依次进行核苷酸配对合成RNA链，直到到达终止密码子位置。
在终止步骤中，RNA聚合酶到达终止密码子后停止合成RNA链，然后与DNA分子分离。
二、转录的调控在细胞内，转录是由一系列转录因子和启动子共同调控的。
转录因子是一类可以结合到DNA并调控基因转录的蛋白质。
它们可以促进或抑制RNA聚合酶的结合，从而控制基因的表达。
通过这种方式，细胞可以根据需要来调节基因的转录，进而调控蛋白质的合成。
三、转录因子转录因子是一类可以结合到DNA并调控基因转录的蛋白质。
它们可以通过不同的方式调控转录过程，包括直接结合到DNA上、与RNA聚合酶结合、调控染色质结构等。
转录因子的功能非常复杂，它们可以与DNA的启动子、增强子和沉默子结合，从而促进或抑制基因的转录。
四、转录启动转录启动是转录的第一步，也是调控转录的重要环节。
在启动阶段，RNA聚合酶首先与转录因子结合到DNA上，形成转录复合物。
然后，RNA聚合酶在转录因子的辅助下开始合成RNA链，直到达到终止密码子位置。
结语通过本文的介绍，我们了解了分子生物学转录的基本知识点，包括转录的过程、调控、转录因子和转录启动。
转录是生物体内的一种基本生物学过程，它在细胞中起着至关重要的作用。
通过对这些知识点的了解，我们可以更好地理解生物体内的基因表达调控机制，从而为生物学研究和生物技术应用提供理论依据。
分子生物学中的转录和翻译过程
分子生物学中的转录和翻译过程转录和翻译是分子生物学中的两个重要过程。
转录是指从DNA模板合成RNA分子的过程，其中RNA作为信息的中介传递到细胞内的核外，然后供翻译使用。
翻译是指将RNA翻译成蛋白质序列的过程，是生命体系中产生多种功能蛋白质的基础。
本文将分别介绍这两个过程的机制和重要性。
一、转录过程转录是一种基因表达过程，它涉及到模板DNA的开放和RNA合成。
本质上，转录是一种DNA依赖性RNA合成过程，能够启动生物体内大多数核苷酸序列的表达。
相比DNA，RNA分子更易于合成和分解，并且具有许多不同类型：传递RNA（tRNA）、转运RNA（rRNA）和信使RNA（mRNA）等。
转录过程的主要步骤如下：1. 启动子序列的结合：RNA聚合酶必须与某种DNA序列结合才能启动合成RNA的过程。
启动子序列通常位于基因的起始位置，用于指示RNA酶具体在哪一片段开始转录。
2. 开链：RNA酶从DNA双链中打开某一区段，从而产生一个开放的DNA单链。
该单链被稳定地保护，以避免在转录期间被其他元件损坏。
3. 合成RNA：RNA聚合酶沿着单链DNA向前移动，并利用进入口处的核苷酸再合成一个反义核苷酸链的RNA分子。
RNA聚合酶仅将核苷酸添加到5'末端，仅被用作RNA合成起始部分的碱基标志在3'末端停止合成。
整个过程持续到RNA合成末端的终止序列，然后RNA成品释放，并RNA聚合酶从DNA模板中离开。
二、翻译过程翻译是将RNA序列转化为蛋白质的序列的过程，可以分为三个主要步骤：启动、延长和终止。
启动从AUG（起始）密码子开始，在三联码（一种由三个核苷酸组成的密码子，每个三联码都代表一条氨基酸）的作用下继续进行。
翻译过程必须稍微转换一下信息：DNA中的碱基序列被翻译成RNA中的天然核苷酸单元，然后转变为氨基酸的多肽链中的化学信号。
然而，在许多细胞中，许多会影响翻译机制的复杂调节机制也存在。
三、结论转录翻译是基因表达的重要过程，可实现生命中原始信息的继承、分化和增加。
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RNA的生物合成
RNA Biosynthesis
学习目标
掌握：DNA复制和转录的区别 掌握：转录模板的特点和所需的酶 理解：原核和真核生物转录的过程及二者间的差
异 熟悉：真核生物mRNA的加工过程（掌握断裂基
因、内含子、外显子的概念） 了解：tRNA和rRNA的加工
在生物界，RNA合成有两种方式：
2. DNA 双 链 局 部 解 开 ， 形 成 开 放 转 录 复 合 体 (open transcription complex) ；
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应，形 成转录起始复合物：
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
转录起始复合物:
第一节
模板和酶
Templates and Enzymes
一、转录模板
不对称转录
转录方向
5
编码链
3
模板链
模板链
3
编码链
5
转录方向
不对称转录(asymmetric transcription)
• 在DNA分子双链上某一区段，一股链用作 模板指引转录，另一股链不转录 ；
• 模板链并非永远在同一条单链上。
复制和转录的区别
复制
转录
模板 两股链均复制 模板链转录（不对称转录）
原料 dNTP
NTP
酶
DNA聚合酶
RNA聚合酶（RNA-pol）
产物 子代双链DNA mRNA，tRNA，rRNA
（半保留复制）
配对 A-T，G-C
A-U，T-A，G-C
引物
需要
不需要
参与转录的物质
原料: NTP (ATP, UTP, GTP, CTP) 模板: DNA 酶: RNA聚合酶(RNA polymerase, RNA-pol) 其他蛋白质因子
转录 (transcription)
生物体以DNA为模板合成RNA的过程(原料 、原则、酶、方向） 。
转 录
DNA
RNA
复制和转录的相同点
❖ 酶促的核苷酸聚合； ❖ DNA为模板； ❖ 依赖DNA的聚合酶； ❖ 生成3’，5’磷酸二酯键； ❖ 5’ →3’方向聚合； ❖ 遵从碱基配对规律。
目录
5′···GCAGTACATGTC ···3′ 编码链 3′··· c g t g a t g t a c a g ···5′ 模板链
转录 5′···GCAGUACAUGUC ···3′
翻译
mRNA
N······Ala ·Val ·His ·Val ······C 蛋白质
二、 RNA聚合酶
Roger Kornberg Won Nobel Prize for
（death cap）
α-amanitin
目录
真核生物RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，所 有真核生物的RNA聚合酶都有两个不同的大亚基 和十几个小亚基.
RNA聚合酶Ⅱ由12个亚基组成，其最大的亚基称 为RBP1。
RNA聚合酶Ⅱ最大亚基的羧基末端有一段共有序 列 (consensus sequence) 为 Tyr-Ser-Pro-Thr-SerPro-Ser的重复序列片段，称为羧基末端结构域
chemistry 2006.
目录
（一）RNA聚合酶催化RNA链合成的机制
RNA合成的化学机制与DNA依赖的DNA聚合酶 催化DNA合成相似。
( NMP )n + NTP → ( NMP ) n+1 + PPi
RNA
延长的RNA
DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引 物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能 直接启动RNA链的延长。
(carboxyl-terminal domain, CTD)。 CTD对于维
持细胞的活性是必需的。
第二节
原核生物的转录过程
The Process of Transcription in Prokaryote
一、原核生物的转录过程
起始 延长 终止
（一）转录起始
转录起始过程：
1. RNA聚合酶全酶(2)与模板结合，形成闭 合转录复合体(closed transcription complex) ；
板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。
原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的 启动子上而起动转录，其中由σ亚基辨认启 动子，其他亚基相互配合。
（二）原核生物的RNA聚合酶（1种）
亚基
分子量
36512 150618 155613 70263
功能
决定哪些基因被转录 催化功能
结合DNA模板 辨认起始点
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
参与转录延伸
参与转录起始
利福平和β亚基结合抑制 RNA聚合酶
（三）真核生物的RNA聚合酶 （3种）
• DNA分子上能转录出RNA的区段，称为结构基因 (structural gene)。
• DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA 的一股单链，称为模板链(template strand)，也称 作无意义链或Watson链。相对的另一股单链是编 码链(coding strand)，也称为有意义链或Crick链 。
•均由多个亚基构成，抑制剂——鹅膏蕈碱（毒 蘑菇“死亡之伞”）
种类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
转录产物
rRNA的前体45S mRNA前体hnRNA, tRNA, 5S rRNA
rRNA
lncRNA, piRNA, snRNA
miRNA
对鹅膏蕈碱 的反应
耐受
敏感
高浓度下敏感（ 中度敏感）
细胞内定位
核仁
核内
核内
) - DNA - pppGpN- OH 3
4. 亚基脱落
1、模板上酶的辨认、结合
调节序列
结构基因
5
RNA-pol
3
3
5
转录是不连续、分区段进行的。
每一转录区段可视为一个转录单位，称为操纵
子(operon)。操纵子包括若干个结构基因及其
上游(upstream)的调控序列。
调控序列中的启动子是RNA聚合酶最先结合模
一是DNA指导的RNA合成，也叫转录，此为生物
体内的主要合成方式，也是本章介绍的主要内 容。
另一种是RNA指导的RNA合成(RNA-dependent RNA synthesis)，也叫RNA复制(RNA replication), 由RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)催化，常见于病毒，是逆转录病毒以 外的RNA病毒在宿主细胞以病毒的单链RNA为模 板合成RNA的方式。