第14章RNA的合成与加工

即 mRNA基因的启动子，称Ⅱ类启动子
1、帽子位点（cap site）：
即转录起始位点，其碱基大多为 A 。
2、TATA 框：
又称Hogness 框，由含有TATA 的6～7个核苷酸组 成，保守序列为 TATA（A/T）A（A/T） 。 但TATA框的两侧富含G-C碱基对。
TATA 框位于－25 附近，精确决定转录起始位点。 其序列的完整与准确对维持启动子的功能是必需的。
（一）转录起始
真核生物的转录起始上游区段比原核生物 多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结合模 板，其起始过程比原核生物复杂。 顺式作用元件(cis-acting element) ： 存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。顺 式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导 元件等, 它们的作用是参与基因表达的调控。顺式作用 元件本身不编码任何蛋白质, 仅仅提供一个作用位点, 要与反式作用因子相互作用而起作用。
不依赖ρ因子 的终止子
转录方向
TCGGGCG 3´ 5´编码链 AGCCCGC 模板链 CGCCCGA AAAAAA GCGGGCT TTT TTT 5´
DNA
3´
CGCCCGA GCGGGCU
3´ 模板链 5´ 编码链 转录产物
5´
AAAAAA UUUUUU 3´ TTTTTT
5´
DNA
3´
第 十四 章
转录及转录后加工
主要内容：
第一节 转录的基本原理 第二节 DNA指导下的RNA聚合酶
第三节 与转录起始和终止有关的DNA结构
第四节 转录后加工过程及其机制
第一节 转录的基本原理
一、基本概念
转录 (transcription)
生物体以DNA为模板合成RNA的过程。
转录
DNA
RNA

参与转录的物质
3、CAP位点：（乳糖操纵子的启动子序列）

CAP即分解代谢物基因激活蛋白 (catabolite gene activation Protein)
也称环腺苷酸受体蛋白（CRP）。
CAP分子内有两个结构域：
羧基末端结构域是DNA结合区； 氨基末端结构域是cAMP结合位点。 CAP与cAMP的结合能提高CAP对双链DNA 的亲和力； CAP与启动子（CAP位点）的结合是激活乳 糖操纵子转录的必要条件。
第二节 DNA指导下的RNA聚合酶
一、原核生物的RNA聚合酶
大肠杆菌(E.coli)的RNA聚合酶是由4种亚基α、 β、β´和σ (sigma)组成的五聚体蛋白质， 分子量为480kD。 α2ββ´合称为核心酶(core enzyme)； 在试管内能催化NTP聚合生成RNA。 σ亚基加上核心酶(α2ββ´σ)称为全酶（holoenzyme)。
原核生物一个转录区段可视为一个转 录单位，称为操纵子(operon)，包括若干 个结构基因及其上游(upstream)的调控序 列。
调控序列
5 3
结构基因
3 5
RNA-pol
RNA聚合酶结合模板DNA的部位， 称为启动子(promoter)。
RNA聚合 酶保护法
RNA聚合酶保护区 结构基因
对鹅膏蕈碱反应 耐受

转录模板
• DNA分子上转录出RNA的区段，称为结构基因 (structural gene)。 • DNA双链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
称作反意义链或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。
RNA聚合酶——
大肠杆菌RNA聚合酶组分
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
RNA聚合酶——
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)



RNA聚合酶——
RNA聚合酶全酶在转录起始区的结合
RNA聚合酶——
二、真核生物的RNA聚合酶
真核生物的RNA聚合酶
种类 定 位 转录产物 Ⅰ 核 仁 45s-rRNA Ⅱ 核 质 hnRNA U1-13snRNA （U6除外） 极敏感 Ⅲ 核 质 5s-rRNA,tRNA, U6snRNA， 非UsnRNA 中度敏感
原核生物启动子保守序列
-35区 trp
tRNAtrp
-10区
+1
T T G A C A…N17…T T A A C T · N7 · A… T T T A C A…N16… T A T G A T · N7 · A… T T T A C A…N17…T A T G T T · N6 · A… T T G A T A…N16…T A T A A T · N7 · A… C T G A C G…N18…T A C T G T · N6 · A… TTGACA
1. 转录起始前的上游区段
修饰点
顺式作用元件(cis-acting element)
AATAAA
切离加尾
翻译起始点 转录起始点 增强子 TATA盒 OCT-1 CAAT盒 GC盒 内 含 子
外显子 转录终止点
OCT-1：ATTTGCAT八聚体
反式作用因子(trans-acting factor)
38 36 29 37 37 28
Lac recA ara
最大一致性 X/45
TATAAT
40 25 30 41 29 44
被RNA聚合酶保护的DNA区段碱基序列分析
1、Pribnow 框：
－10区，保守序列为 TATAAT。 Pribnow 框是RNA聚合酶的牢固结合位点， 简称结合位点。
σ的存在保证原核生物RNA聚合酶只能与启 动子区而不是其它区域形成稳定的二元复合物。
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
二、转录与复制的异同
转录与复制的相似之处：
⑴ 都是酶促的核苷酸聚合过程； ⑵ 都以DNA为模板； ⑶ 都需依赖DNA的聚合酶； ⑷ 聚合过程都是核苷酸之间生成磷酸二酯键； ⑸ 都从5′至3 ′方向延伸成新链多聚核苷酸； ⑹ 都遵从碱基配对规律—— 但转录忠实性要低于DNA复制。 ⑺ 转录与复制都受到严格的调控
切离加尾
GCGC-CAAT-TATA-ATG 内含子 翻译起始 AATAAA 外显子
修饰点 真正终止点
转录起始
TATA盒
CAAT盒
GC盒 增强子
真核生物RNApolⅡ的启动子
（三）RNA聚合酶 Ⅲ 的启动子
即 tRNA基因的启动子，称Ⅲ类启动子。 Ⅲ类启动子位于转录起始点下游，称 下游启动子或内部启动子。 Ⅲ类启动子包括：A盒、B盒 A盒靠近5′方向； B盒 靠近3 ′方向 。 Ⅲ类启动子需要的转录因子包括： TF Ⅲ C、TF Ⅲ B、TF Ⅲ A，前两者是共同 的，后者为5S rRNA基因转录所需。
二、真核生物的启动子
真核生物的三种RNA聚合酶，每一种都有自己 的启动子类型。
（一）RNA聚合酶Ⅰ的启动子
即 rRNA 基因的启动子，称Ⅰ类启动子。 Ⅰ类启动子分两部分： －40 ～ ＋5 称为近启动子，决定转录起始的位点； －165～－40 称为远启动子，影响转录的频率。
（二）RNA聚合酶Ⅱ的启动子
编码链 模板链
5´……G C A G T A C A T G T C……3´ DNA 3´…… c g t c a t g t a c a g……5´｝ 转录
5´……G C A G U A C A U G U C……3´
mRNA 翻译
N …… Ala · Val · His · Val ……C
肽
DNA模板、转录产物mRNA 和氨基酸序列之间的关系
乳糖启动子中有两个CAP结合位点：
一个在 －70 ～ －50位点，称位点Ⅰ； 一个在 －50 ～ －40位点，； 位点Ⅱ是弱结合位点。
AATGTGAGTT TTACACTCAA AGCTCACTCA TCGAGTGAGT
位点Ⅰ的反向重复序列

增强子作用特点：
⑴ 增强效应十分明显：使转录频率增加百倍或千倍。 ⑵ 增强效应与其所处的位置和取向无关： 增强子以5´→3´或 3´→5´排列对启动子都有作用。 ⑶ 大多为重复序列：长约50bp，适合与反式因子结合， 内部常有一个核心序列，为增强效应所必需。 ⑷ 增强效应具有严密的组织和细胞特异性。 ⑸ 没有基因专一性。 ⑹ 许多增强子受外部信号的调控。
依赖ρ因子 的终止子
转录方向
TAAGTAG 3´ 5´编码链 ATTCATC 模板链 CTACTTA AGCTAC GATGAAT TCGATG 5´
DNA
3´
CUACUUA GAUGAAU
3´ 模板链 5´ 编码链 转录产物
5´
AGCTAC UCGAUG 3´ TCGATG
5´
DNA
3´
二、真核生物的转录过程
转录和复制的区别
复制 模板 原料 酶 产物 配对 两股链均复制 dNTP DNA聚合酶 子代双链DNA （半保留复制） A-T，G-C A-U，T-A，G-C 转录 模板链转录（不对称转录） NTP RNA聚合酶（RNA-pol） mRNA，tRNA，rRNA
引物 高度进行性
有 中途不停止
无 可一段一段复制
5 3 5
-50 -40 -30 -20 -10 1 10
3 5 3 5 开始转录 -10 区 T A T A A T Pu A T A T T A Py (Pribnow box)