分子生物学转录与其调控
分子生物学
单亚基的因子（35 kD） 能把TFIID与TFIIF/Pol II相连在一起，即是聚合
酶II结合到预起始复合物所必需的 能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录
四、真核生物的基因转录及其调控
4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） TFIIF的结构及功能
TFIIA
在酵母中有2个亚基，在果蝇和人中有3个亚基 TFIIA可以看成是一种TAFII（与TBP结合，
能稳定TFIID与启动子之间的结合） 在体外体系中，TFIIA并非必不可少
四、真核生物的基因转录及其调控
4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） TFIIA与TFIIB的结构及功能
四、真核生物的基因转录及其调控
4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） TFIIE和TFIIH的结构及功能
TFIIH
最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子， 结构、功能均复杂
功能之一是使Pol II最大一个亚基的羧基末端域 （CTD）磷酸化，即使Pol IIA变为Pol IIO，从 而导致转录起始到转录延伸过渡
有些基因甚至没有TATA区
看家基因（housekeeping genes） 控制发育的基因
四、真核生物的基因转录及其调控
2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 起始子（initiator）
转录起始位点前后的保守序列 共同序列为：PyPyANT/APyPy
分子生物学
四、真核生物的基因转录及其调控
2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子，
分子生物学名词解释
分子生物学：从广义来讲，分子生物学是从分子水平阐明生命现象和生物学规律的一门新兴的边缘学科。
它主要对蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能以及遗传信息的传递过程进行研究。
DNA重组技术:DNA重组技术（又称基因工程）是将DNA片段或基因在体外经人工剪接后，按照人们的设计与克隆用载体定向连接起来，转入特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。
信号转导:是指外部信号通过细胞膜上的受体蛋白传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其它细胞功能方面的应答过程。
转录因子:是指一群能与基因5′端上游特定序列专一结合，从而保证目的基因以特定强度在特定时间和空间表达的蛋白质分子。
功能基因组：又称后基因组，是在基因组计划的基础上建立起来的，它主要研究基因及其所编码蛋白质的结构和功能，指导人们充分准确地利用这些基因的产物。
结构分子生物学:就是研究生物大分子特定空间结构及结构的运动变化与其生物学功能关系的科学。
生物信息学：是生物科学和信息科学重大交叉的前沿学科，它依靠计算机对所获得数据进行快速高效计算、统计分类以及生物大分子结构功能的预测。
染色体：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质构成。
染色质是由DNA、RNA和蛋白质形成的复合体。
染色体是一种动态结构，在细胞周期的不同阶段明显不同。
C-值（C-value）:一种生物单位体基因组DNA的总量。
C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。
核心DNA（core DNA）：结合在核心颗粒而不被降解的DNA。
连接DNA（linker DNA）：重复单位中除核心DNA以外的其它DNA。
DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性两类。
DNA的一级结构：是指4种核苷酸的排列顺序，表示了该DNA分子的化学组成。
又由于4种核苷酸的差异仅仅是碱基的不同，因此又是指碱基的排列顺序。
转录因子的控制和功能
转录因子的控制和功能转录因子是一类非常重要的蛋白质，它们可以连接到DNA上，激活或抑制基因的转录，从而对细胞的功能和特性进行调控。
转录因子的控制和功能在生物学研究中扮演着重要的角色，因此本文将介绍转录因子的控制和功能，并且探讨一些现有的研究成果。
转录因子的控制可以分为多个方面，包括基因表达和修饰、信号转导、蛋白质相互作用等。
其中，转录因子的基因表达和修饰是很重要的调控因素。
在细胞分化和发育过程中，一些转录因子的表达量和活性会发生变化，从而影响基因表达的水平。
此外，一些表观遗传因素，比如DNA甲基化和组蛋白修饰也可以影响转录因子的调控效力。
有些转录因子也可以通过互作，形成蛋白质复合体，在转录方面产生协同作用。
另一个影响转录因子控制的重要因素是信号转导。
在细胞内存在许多复杂的信号通路，当某些信号引起转录因子的活性变化时，就会影响细胞的基因表达。
比如，激素可以影响转录因子的活性，从而导致基因表达的变化。
一些外部因素，比如环境因素和化学物质也可以通过激活或抑制转录因子而对生物体的生理功能产生影响。
转录因子的功能也十分广泛，并且很多功能还需要进一步的研究。
其中一个重要的功能是影响细胞生命的决策，比如分化和增殖。
这些过程都需要转录因子的参与，在细胞内分化的过程中，一些皮肤细胞转录因子的表达会减少，而一些神经细胞的转录因子则会增加，从而导致细胞结构和功能上的差异。
此外，转录因子也在细胞周期中发挥着重要的作用，它可以在不同的细胞阶段影响细胞增殖和细胞周期的调控。
除了影响细胞本身之外，转录因子对整个有机体也有很大的影响。
比如转录因子可以影响生物体的免疫系统，促进或抑制抗体的产生，并且影响炎症反应的强度和时长等。
它们还可以促进或抑制细胞凋亡，从而影响组织和器官的发育和维持。
综上所述，转录因子在细胞生物学和分子生物学中的作用是十分重要的。
虽然我们已经深入了解了许多关于转录因子的控制和功能的信息，但它们的研究仍然有很多待解决的问题，比如差异性基因表达的机制以及转录因子如何与其靶基因相互作用的机制等等。
分子生物学：真核基因表达调控
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地或间接地识别或结合在各类顺式作用元
件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
分子生物学-转录
10个核苷酸的合成中，RNA聚合酶易从模板链上脱落，合成效率较低, 此阶段称为
流产转录(abortive trancription)；一旦合成的RNA链长度>10nt, 聚合酶可以与DNA、 RNA形成稳定的三维复合结构，进入转录延伸阶段，这一转变过程称为启动子逃
离（promoter escape）.
2)当RNA聚合酶成功脱离启动子后，进入转录延伸阶段（transcription elongation） 未转录的DNA双链从两蟹爪交接处进入聚合酶, 并分别进入酶分子中各自通道, 在
离开聚合酶后又重新恢复双链结构. 转录延伸中的RNA分子只有8～9nt与模板DNA
互补,其余的RNA链则从模板链上剥离, 并通过RNA通道离开RNA聚合酶. 在延伸过 程中, RNA聚合酶具有两种校正功能:
的平台。体外实验结果显示，其它GTFs与RNA聚合酶Ⅱ按照一定的顺序在启动子
上完成组装。
前起始复合物形成后在特定条件下，在TFⅡH解旋酶活性的催化下引起启动子区
域解链，并同时对RNA聚合酶Ⅱ大亚基羧基端(C-terminal domain,CTD)七肽重复序 列中（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）的Ser进行磷酸化修饰，使RNA聚合酶Ⅱ起始
PolⅡ core promoter
二、转录前复合物的形成
普通转录因子可以协助RNA聚合酶Ⅱ结合到启动子并协助实现从闭合复合物向 开放复合物的转化；同时还协助聚合酶脱离启动子顺利进入延伸阶段。把结合在
启动子上准备起始转录的一整套GTFs及RNA聚合酶Ⅱ称为前起始复合物（preinitiation complex）. 前起始复合物的形成位点是核心启动子的TATA元素。GTFs中的TFⅡD首先通过 TBP亚基结合到TATA序列上而形成一个其它GTFs与RNA聚合酶Ⅱ对启动子结合
分子生物学课件--真核生物表达调控
（4）DNA拓扑结构变化 天然双链DNA的构象大多 是负性超螺旋。当基因活跃转录时，RNA聚合酶转 录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，其后面的 DNA为负性超螺旋。正性超螺旋会拆散核小体，有 利于RNA聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋则有 利于核小体的再形成。
（5）DNA碱基修饰变化：真核DNA中的胞嘧啶约有 5%被甲基化为5甲基胞嘧啶(5methylcytidine,m5C)， 而活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。 这种甲基化最常发生在某些基因5′侧区的CpG序列中， 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录。 甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而 影响转录。
分子生物学课件--真核生物表达 调控
1
一、转录前调控
1、DNA水平的调控：是真核生物发育调控的一种形式,它包括：基因
丢失、甲基化、扩增、重排、等方式。 (1) 基因丢失：目前认为这种调节方式主要是在较低等的真核生物中。如
马蛔虫，只有在生殖细胞核中保持个体发育的全部基因，而体细胞核 中却失去了一部分基因。在原生动物和昆虫中也有类似现象，体细胞 不具有全能性。高等生物没有发现类似的现象，可进行体细胞核移植。
③碱性-亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP）
这结构的特点是蛋白质分子的肽链上 每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残 基，结果就导致这些亮氨酸残基都 在α螺旋的同一个方向出现。两个 相同的结构的两排亮氨酸残基就能 以疏水键结合成二聚体，这二聚体 的另一端的肽段富含碱性氨基酸残 基，借其正电荷与DNA双螺旋链上 带负电荷的磷酸基团结合。若不形 成二聚体则对DNA的亲和结合力明 显降低。
(1) 启动子
真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合 酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作 用。
分子生物学知识：RNA在植物和动物中的生物活性和调控机制
分子生物学知识：RNA在植物和动物中的生物活性和调控机制RNA在生物体内发挥着重要的生物活性，包括了mRNA、tRNA、rRNA和一些调控性质的miRNA、siRNA等，而在植物和动物中，这些RNA的生物活性和调控机制是与生俱来的，包含了基因转录、翻译、mRNA的稳定性保持、RNA交互和信号转导等等。
在植物和动物中，mRNA是进行基因转录和翻译的主要载体。
在基因转录过程中，RNA聚合酶从DNA的一个链中合成RNA分子，然后将这些RNA分子导入到细胞质中。
在转录后，mRNA需要经过剪切、修饰等多个步骤，才能保证它们的生物活性。
特别是在动物的胚胎发育中，在不同的发育阶段，mRNA的稳定性保持和控制是必要的。
此时，调控性的miRNA和siRNA通过对mRNA的降解和剪切来控制mRNA的表达量和翻译，从而影响细胞发育的过程。
在植物中，mRNA的交互和信号转导也具有重要的作用。
植物中一些特定的RNA分子被称为小RNA，它们能够参与植物体内不同细胞器的调控和信息传递。
比如，miRNA和siRNA能够结合到特异的基因位点，从而调控其表达和翻译；另外，tRNA也能够通过与mRNA的结合组成siRNA，从而发挥重要的调控功能。
此外，小RNA还能够介导植物对环境的应答反应，如在水稻干旱环境下，tRNAs能够参与活性氧的调控，从而保证水稻在干旱条件下的存活。
值得注意的是，RNA是动态的、具有时序的分子，其生物活性和调控机制也可能与不同细胞、不同组织有着不同的异质性差别。
比如，在动物胚胎发育中，不同细胞的miRNA和siRNA表达水平和模式是不同的。
另外，在动物的细胞凋亡过程中，一些特定的miRNA和siRNA 的表达也会发生变化，从而保证细胞凋亡时的顺利进行。
综上所述，在植物和动物中，RNA的生物活性和调控机制是非常复杂、分布广泛的。
随着人类对RNA分子的研究深入，RNA可能也将成为人类动植物健康和疾病发展诊治的重要标志物和治疗手段。
分子生物学中的转录调控机理
分子生物学中的转录调控机理转录是指将DNA从线性双链结构转录为单链RNA分子的过程。
它是生物体内基本的遗传过程之一，直接决定了生物体内基因表达的情况。
为了保证生物体正常生长发育和应对外界环境的变化，生物体内需要对基因表达进行调控。
其中，转录调控是一种重要的机制。
转录调控是指生物体通过各种方法来调节基因转录的过程，从而控制基因的表达量和时机。
转录调控机理具有多样性、复杂性、时空特异性等特点，其深层次的了解对于深入理解生物体生长发育和疾病发生机理具有重要意义。
转录调控的影响因素在生物体内，转录调控的影响因素主要有DNA序列、RNA聚合酶、转录因子、上游、下游基因或信号分子和环境因素等。
在这些调控因素中，转录因子是最为重要的一种。
转录因子是指一类可与DNA结合的蛋白质，它能够直接或间接地影响基因转录和表达的过程。
细胞内转录因子总数可能超过2000个，每一类转录因子又可能具有多个亚型。
DNA序列也是影响转录调控的重要因素之一。
DNA序列的不同，会直接影响RNA聚合酶与DNA之间的配对效率，从而影响基因的转录速率和转录因子的结合。
此外，上游、下游基因或信号分子和环境因素等也会影响转录调控。
上游基因指转录因子靠近基因的基因；下游基因是指在转录因子反向作用下相对远离基因的基因。
转录因子的调控可以对上游或下游基因产生影响，这种影响可能与疾病发生或者发展有着密切的联系。
环境因素，如温度、日照时间、营养成分等，可以影响基因的表达和转录水平，从而影响生物体的生长和发育。
转录调控机制基因表达的过程非常复杂，它包含了转录和翻译两个阶段。
其中，转录调控是基因表达调控的重要环节。
转录调控机制可以分为顺式调控和反式调控两种类型。
其中，顺式调控是指转录因子直接结合到基因上游的启动子区域，通过改变RNA聚合酶的结构或相互作用，调控基因的转录速率或沿着RNA链的方向模板使用；反式调控则是指存在于基因内部的调控区域，如启动子区域、转录抑制区域等，在转录因子调控下对基因转录产生影响。
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内部启动子的起始各阶段，涉及三个起始因子
1.原核生物聚合酶仅有一种，有多个亚基。 真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶，有两个不同的大亚
（2）没有校对能力； （3）催化的底物是核糖核苷三磷酸。
大肠杆菌只有一种RNA聚合酶，负责所有rRNA、mRNA和 tRNA的合成。该酶具有全能性，基本上不需要其他蛋白因 子的参与，即可独立的进行。 功能： （1）识别DNA双链上的启动子 （2）通过阅读启动子序列，确定转录方向和模板链 （3）解开DNA部分双螺旋，产生约17 bp的单链DNA模板 （4）选择正确的核糖核苷三磷酸（rNTP）底物并催化形成磷
酸二酯键，使合成的RNA链不断延伸。 （5）最后当它达到终止子时，识别转录终止信号，停止转录。
结构：
5种亚基组成：两个α亚基、1个β亚基、1个β′ 亚基 和1个δ亚基。
转录的起始阶段： δ亚基和核心酶（ α2ββ′）组装成全酶共同起作用。δ 亚基无催化活性，但它能识别启动子并将封闭的启动子 复合物转换成开放状态。 一旦转录起始，δ亚基就从全酶上脱离下来。核心酶与 模板DNA结合的亲和力弱，特异性差，这有利于它在模 板链上移动，促进转录延伸。
真核生物RNA聚合酶不与DNA分子直接结合，而需 依靠众多的转录因子，形成转录起始复合物（preinitiation complex,PIC).
第一类为普遍转录因子它们与RNA聚合酶Ⅱ共同组成转 录起始复合物，转录才能在正确的位置开始。 TFⅡD,TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH等，它们在转 录起始复合物组装的不同阶段起作用。
σ因子负责识别启动子的保守序列，不同的 σ因子识别不同的启动子。
许多细菌能产生多种可取代的σ因子，以识 别不同的启动子。
大肠杆菌只有一种RNA聚合酶，负责所有rRNA、 mRNA和tRNA的合成。并且该酶具有全能性， 基本上不需要其他蛋白因子的参与，即可独立 的进行转录的起始、延伸和终止。
一些抗生素，如利链菌素，可以抑制原核生物的 RNA聚合酶，使得原核生物的基因无法转录成 mRNA，从而达到杀死细菌等原核生物的效果。
遗传信息由DNA转换到RNA的过程。
蛋白质生物合成的第一步，合成mRNA以及非编码 RNA（tRNA、rRNA等）
多核苷酸链的合成都是以5’→3’的方向. 转录特点： （1）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基
因，而且每个基因的转录都受到相对独立的控制 （2）转录是不对称的
(3）转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。
当合成一段含有60-70个核苷酸的RNA时，TFIIＥ 和TF II H释放，RNA聚合酶II进入转录延长期。
转录单元是一段被转录成单链RNA的DNA序列，它 起始于启动子，结束于终止子。
一个转录单元可能包含不止一个基因。
一、所需因素 转录起始需要启动子，RNA聚合酶和转录因子参与。 1.转录起始前的上游区具有启动子核心序列。不同
物种、不同细胞或不同的基因转录起始点上游有不 同的DNA序列，统称为順式作用元件（cis-acting element).
一、所需因素
1.转录模板 DNA模板：指导RNA合成的一股DNA
链称为模板链（template strand），与 之相对的另一股链为编码链（coding strand）.
2.RNA聚合酶（RNA polymerase） RNA聚合酶有以下特点：
（1）无需引物的存在能独自起始新RNA链 的合成
达的DNA序列。
真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因 子的协助。
能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白 质，已发现数百种。统称为反式作用因子（transacting factors)
反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的称 为 转录因子（transcriptional factors,TF).
基和十几个不同的小亚基。 2.原核生物RNA聚合酶可直接结合DNA模板，而真核生物
RNA聚合酶与辅助因子结合后才结合模板。 3.转录起始： 原核生物RNA聚合酶要结合到DNA模板上，DNA双链局部
打开，使其中一条链作为转录模板。 真核生物转录起始前的上游区段具有启动子核心序列，RNA
聚合酶不能直接结合模板，RNA聚合酶II启动转录时需要转 录因子才能形成转录复合物。
1.转录起始 1）全酶与模板的DNA接触，生成非专一的，不稳定的复合物
在模板上移动。 2.起始识别：全酶与-35序列结合，产生封闭的酶-启动子二元复合
物。 3.全酶紧密地结合在-10序列处，DNA模板局部变性，形成开放的
启动子二元复合物。（RNA聚合酶与启动子结合后造成约10bp的 DNA解链） 4.合成短多聚核苷酸（<10nt),三元复合物形成。（酶-启动子-NTP） 5. σ因子从全酶中解离下来，聚合酶转变为延长构型。酶分子与启 动子特异性结合性的结合力下降，延伸阶段开始。
順式作用元件包括启动子、启动子上游元件等近端 调控元件和增强子等远隔序列。
起始点上游多数有共同的TATA序
順式作用
元件
列，称为TATA盒。（启动子核心
结构
基因
序列）
启动子上游元件是位于TATA盒上 游的DNA序列，多在转录起始点 约-40~-100nt的位置，常见的 是GC盒和CAAT盒。
增强子-能够结合特异基因调节蛋 白，促进邻近或远隔特定基因表
终止序列和释放因子
终止子：提供止作用。 依赖ρ因子才能实现终止作用。
ρ因子---蛋白质辅助因子
不依赖ρ因子终止作用： 在转录终止点之前有一段回文序列，回文序列的两 个重复部分之间由几个碱基对的不重复阶段隔开
依赖于ρ因子终止作用
ρ因子是55KDa蛋白，其活性形式为六聚体 1）促进转录终止活性 2）NTPase活性，需要RNA链。