分子生物学原核生物的转录
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
原核生物转录起始复合物的形成过程
原核生物转录起始复合物的形成过程
首先，启动子是转录起始复合物形成过程中的关键组成部分。
启动子
位于基因的上游区域，通常包括TATA盒、转录因子结合位点和脱氧核苷
酸结合位点等。
转录因子结合位点通常是一些特定的序列，例如CCAAT盒
和GC盒，它们可以与特定的转录因子结合。
启动子的序列和结构对于
TIC的形成非常重要。
其次，转录因子在TIC的形成过程中起到了关键作用。
最常见的转录
因子是TFIID、TFIIB、TFIIF、TFIIH和TFIIE等。
在转录因子的存在下，RNA聚合酶可以发挥作用并附着在启动子上。
转录因子在结合启动子的同时，也可以与RNA聚合酶相互作用，形成一个稳定的复合物。
然后，转录因子的结合可以促进染色质的开放。
染色质通常是通过核
小体的组装和折叠而紧密包装的。
当转录因子结合到启动子上时，一些辅
助因子可以加入并改变染色质的结构，使基因区域暴露出来。
这种染色质
的开放可以进一步促进TIC的形成。
最后，RNA聚合酶与转录因子的结合完成了TIC的形成。
RNA聚合酶
是一个复杂的酶，由多个亚单位组成。
转录因子的结合可以帮助RNA聚合
酶的正确装配和稳定。
一旦形成TIC，RNA聚合酶就可以开始向下游方向
在DNA上进行转录，合成出RNA分子。
总结起来，原核生物的转录起始复合物的形成过程包括启动子的识别
和转录因子的结合、染色质的开放以及RNA聚合酶的装配。
这一过程直接
影响基因的表达和调控，并且在细胞的正常功能和发育中起到重要作用。
分子生物学第七章原核生物基因表达调控
原核生物基因表达调控的特点
01
原核生物基因表达调控通常由特 定的转录因子、RNA聚合酶以及 其他调控蛋白介导，通过与DNA 的结合或解离来调节基因转录。
02
原核生物基因表达调控具有快速 响应环境变化的特点，能够在短 时间内调整基因表达模式，以适 应外界刺激和压力。
翻译后加工的调控
翻译后加工的调控
在翻译后加工阶段，新合成的蛋白质经过一系列修饰和加工，最终成为具有生物学活性的蛋白质。原 核生物通过控制翻译后加工酶的合成和活性来调控翻译后加工过程。此外，原核生物还可以通过控制 蛋白质的稳定性来影响其功能和表达水平。
总结
翻译后加工是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译后加工酶的合成和活性，以及蛋白质 的稳定性来精细调控基因表达。
翻译延伸的调控
翻译延伸的调控
在翻译延伸阶段，核糖体沿着mRNA移动，将氨基酸组装成蛋白质。原核生物通过控制翻译延伸因子的合成和活 性，以及核糖体的合成和组装来调控翻译延伸。此外，原核生物还可以通过控制mRNA的结构和稳定性来影响翻 译延伸。
总结
翻译延伸是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译延伸因子的合成和活性，以及核糖体的合成和组装， 以及mRNA的结构和稳定性来精细调控基因表达。
翻译起始的调控
原核生物通过控制翻译起始来调控基因表达。在翻译起始阶段， mRNA与核糖体结合，招募翻译所需的起始因子和其他成分。原 核生物通过控制起始因子的合成和活性，以及mRNA与核糖体的 结合来调控翻译起始。
总结
翻译起始是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译起 始因子的合成和活性，以及mRNA与核糖体的结合来精细调控基 因表达。
分子生物学
名词解释：1.操纵子：原核生物基因的一个基本转录单位，由编码序列及上游的调控序列组成。
编码序列通常包括几个功能相关的结构基因，调控序列由启动序列（启动子）、操纵序列（操纵基因）及其他调节序列构成。
2.顺式作用元件：真核基因表达时调控转录过程的特殊DNA序列，与转录因子结合而起作用，通常包括启动子、增强子、沉默子等。
3.反式作用因子：与其他基因的顺式作用元件结合，调节基因转录活性的蛋白质因子，根据功能不同可分为基本转录因子和特异性转录因子。
4.启动子：位于结构基因上游，与RNA聚合酶识别，结合的特异性DNA序列，与基因转录起始有关。
5.同源重组：是指发生在同源序列间的重组，它通过链的断裂和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。
又称基本重组。
6.DNA克隆：指在体外对DNA分子按照既定目的和方案进行人工重组，将重组分子导入适当细胞内，使其在细胞内扩增和繁殖，从而获得该DNA分子大量拷贝的过程称为分子克隆，又叫基因克隆或重组DNA技术。
7.基因工程：在体外将目的基因和载体DNA按照既定的目的进行人工重组，并将重组体导入宿主细胞，经过无性生殖和表达得到所需的核酸、蛋白质或生物新品种。
包括转基因动物、植物、基因工程生产药物、基因诊断、基因治疗等。
8.限制性核酸内切酶：一类能够识别和切割双链DNA分子内特定的碱基顺序的核酸水解酶，绝大多数是从原核细胞中提取的，可分三大类，其中II型是分子克隆中最常用的工具酶。
9.PBR322：是研究最早、最清楚的质粒，其全部顺序为4363bp，含有一个复制原点，一个Amp和Tet标记，有限制酶酶切位点，可供外源性基因插入，利用这种遗传标记，有利于筛选出重组转化菌10.gDNA文库：基因组DNA文库，是指存在于转化菌内、由克隆载体所携带的所有基因组DNA的集合。
它涵盖了基因组全部遗传信息。
11.cDNA文库：细胞总mRNA的克隆，文库只包含表达蛋白质或多肽的基因。
分子生物学-07-3-生物信息的传递-3转录后加工-小RNA-RNA拼接1
能够识别发夹 结构的内切酶
1
RNAase P 3
2 RNA酶D
4 4
4
4
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多种酶的处理
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23
tRNA的内含子去除
2020/10/28
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22
rRNA的转录后处理
1、原核生物和真核生物是较为相似的，分别由多种
rRNA组成它的核糖体，包括5S rRNA 、5.8S S rRNA、 18 S rRNA、 28 S rRNA
3.6原核生物RNA转录与真核生物的比较
Eukaryotes and prokaryotes produce mRNAs somewhat differently
2020/10/28
2020/10/28
1
3.6.1 原核生物mRNA的特征
1. 多顺反子，有共同的起始子和终止信号 2. 转录和翻译的时空性 3. 5′端无帽子结构， 3′端没有或只有较短的poly(A)结构 4. 起始密码子常为AUG，有时也为GUG，甚至UUG 5. 半衰期短
14
Poly(A)尾巴的功能：
（1）尾巴可能与核-质转运有关；但是无尾巴的 mRNA，如组蛋白的mRNA同样可以通过核膜 进入细胞质
（2）尾巴的长短对mRNA的翻译也无影响，因 此其功能无定论。
（3）细胞质中mRNA 的Poly(A)尾巴与蛋白质相 结合构成mRNP（一种蛋白质分子）。其功能 不清楚。
2020/10/28
帽子结构功能：
1.能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和 核糖体的结合；
2.m7Gppp结构能有效地封闭mRNA 5’末 端，以保护mRNA免受5’核酸外切酶的降解 ，增强mRNA的稳定。
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。
分子生物学简答题
第二章1、DNA二级结构的特点？答：（1）DNA分子是由两条互相平行的脱氧核甘酸长链盘绕而成的（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧.2.阐述Meselson和Stahl关于DNA半保留复制的证明实验？答：用普通培养基（含14N的氮源）培养15N标记的大肠杆菌，经过一代后，所有DNA 的密度都在15N-DNA和14N-DNA之间，即形成了一半15N和一半14N的杂合分子，两代后出现等量的14N分子和14N-15N杂合分子。
若再继续培养，可以看到14N-DNA分子增多，说明DNA分子复制时均可被分成两个亚单位，分别构成子代分子的一半，这些亚单位经过很多代复制仍然保持着完整性。
3.描述大肠杆菌DNA聚合酶I在DNA生物合成过程中的作用？答：该酶被认为在切除由紫外线照射而形成的嘧啶二聚体中起着重要的作用，它也可用以出去冈崎片段5,端RNA引物，使冈崎片段间缺口消失，保证连接酶将片段连接起来。
4.DNA的损伤原因是什么？答：DNA的损伤分自发性损伤、物理因素引起的DNA损伤、和化学因素引起的DNA损伤.自发性损伤是由于DNA复制中的错误和碱基的自发性化学变化造成DNA的损伤.物理因素引起的DNA损伤常是缘于紫外线引起的DNA损伤和电离辐射引起的DNA损伤.化学因素引起的DNA损伤是突变剂或致癌剂对DNA的作用,包括烷化剂对DNA的损伤和碱基类似物对DNA的损伤.5.组蛋白具有哪些特性？答：进化上的极端保守性，无组织特异性，肽链上氨基酸分布的不对称性，组蛋白的修饰作用（包括甲基化，乙酰化，磷酸化，范素化9口「核糖基化），富含赖氨酸的组蛋白H56.比较原核生物和真核生物DNA复制的不同点。
答：真核生物每条染色质上可以有多处复制起始点，而原核生物只有一个起始点；真核生物的染色体在全部完成复制之前，个个起始点上DNA的复制不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。
分子生物学复习7-9
第七章基因的表达与调控（上）——原核基因表达调控模式（一）基本概念1．基因表达：细胞在生命过程中，把蕴藏在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，转变成为蛋白质或功能RNA分子的过程称为基因表达。
2．基因表达调控：围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都统称为基因表达调控。
rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA 的基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。
3．组成型表达：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。
如ＤＮＡ聚合酶，ＲＮＡ聚合酶等代谢过程中十分必需的酶或蛋白质的表达。
管家基因：某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因。
管家基因无论表达水平高低，较少受到环境因素的影响。
在基因表达研究中，常作为对照基因适应型表达：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。
应环境条件变化基因表达水平增高或从无到有的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因；相反，随环境条件变化而基因表达水平降低或变为不表达的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。
4．结构基因：编码蛋白质或功能性RNA的任何基因。
所编码的蛋白质主要是组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、具有催化活性的酶和调节蛋白等。
原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。
结构基因簇由单一启动子共同调控。
调节基因：参与其他基因表达调控的RNA或蛋白质的编码基因。
①调节基因编码的调节物质通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键。
②调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式（启动或增强基因表达活性调节靶基因，也能以负调控的方式（关闭或降低基因表达活性）调节靶基因。
操纵子：由操纵基因以及相邻的若干结构基因所组成的功能单位，其中结构基因的转录受操纵基因的控制。
（二）原核基因调控的分类和主要特点一、原核生物的基因调控特点：（1）基因调控主要发生在转录水平上，形式主要是操纵子调控.（2）有时也从DNA水平对基因表达进行调控，实质是基因重排。
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RNA is transcribed 5 →3
3. 转录所需的模板
(1) 结构基因：DNA分子上，能编码RNA或蛋白质的 DNA片段。
➢原核生物的转录单位多为 多顺反子,真核生物 中的转录单位多为单顺反子。
➢转录起点即转录原点记为＋1，其上游记为负 值，下游记为正值 。
+1 Promoter
TerminaLeabharlann orDNATranscribed region Sense strand
Transcription
Antisense strand
The transfer RNA molecules used to add
e1a.chFnreowmamDinNoAac→id DtoNgrAowing proteins. Sm(aRll eRpNlAicmaotlieocunle)s are involved in r2eg. uFlartoinmg, pDroNceAssi→ngRanNd Adisposing of the cons(tTanrat tnrasffcicriopf tmioesnse)nger RNA.
不同点
replication
模板 两股链均作为模板
原料
dNTP
聚合酶
DNA聚合酶
产物
子代DNA双链
配对
A-T；G-C
引物
需RNA引物
方式(特点) 半保留复制
transcription 模板链作为模板
NTP RNA聚合酶 mRNA;tRNA;rRNA A-U；T-A；G-C
-------不对称转录
二、 RNA合成的过程
•Molecular Biology Course
第1节 转录的基本原则
一、转录概述 二、RNA合成的过程
一、转录概述
1. 转录(Transcription) : 生物体以DNA为模 板合成RNA的过程 。
DNA
Transcription
RNA
MCesesenntgrear lRDNoAgMmosat oof fthme RoNleAcinuclaelrls is foundbiniorilboogsoymIens-f-oourrmpraottieoinn- store synthesizing minacDhinNesA flows:
3. From RNA →Protein (Translation)
• Four types of RNA made
Messenger RNA Transfer RNA Ribosomal RNA Small Nuclear RNA (eukaryotes)
2. 转录所需的物质
The precursor ribonucleotides (前体核糖核酸): NTP (ATP, UTP, GTP, CTP)
RNA
Structure of a typical transcription unit
Is transcribed region equal to coding region? Why?
15 单林娜 制作
Regulatory gene
Structural Genes
lacI
lacZ
lacY
lacA
RNA polymerase
nonsense sense
ATP GTP CTP UTP
Structural gene
5
Coding strand
3
Template strand
Direction of transcription
Direction of transcription
Template strand
DNA
PlacI
Plac Olac
m-RNA
Protein
β -Galactosidase
Transacetylase
Permease
6.转录与复制的比较
相同点的：
➢ Template: DNA ➢ 底物: nucleotide ➢ Direction: 5′→3′ ➢ DNA-dependent polymerase 依赖DNA的聚合酶 ➢ Watson-Crick base pairing ➢ Product: polynucleotide chain 多聚核苷酸链
3
Coding strand
5
4. Asymmetric transcription (不对称转录)
• DNA链上只有部分的区段作为转录模板(反义链 或模板链),且模板链并非自始至终位于同一股 DNA单链上，称为转录的不对称性。
5. transcription unit（转录单元）
➢一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列。 包括上游调控区、结构基因区、下游转录终止区 三个部分。
分子生物学原核生 物的转录
教学要求
掌握一些基本概念: 转录的不对称性, 有义链, 反义链 , 转录单元
掌握大肠杆菌RNA聚合酶的组成及各部分的功 能
理解大肠杆菌σ因子尤其是σ70的功能和识别序 列
掌握原核生物转录的过程
主要内容
第1节 转录的基本原则 第2节 大肠杆菌RNA聚合酶 第3节 大肠杆菌σ70 启动子 第4节 转录过程
➢ RNA聚合酶识别启动子 ➢ Initiation 起始 ➢ Elongation 延伸 ➢ Termination 终止
第2节 大肠杆菌RNA聚合酶 以DNA为模板合成单链RNA
Kornbergs with the polymerases
Arthur Kornberg (left) with his son, Roger, after Roger received the Nobel Prize in Chemistry for 2006. Arthur Kornberg received the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1959. Both father and son are faculty members at the Stanford University School of Medicine. "There have got to be tens of thousands of people around the world today whose eyes are tearing up with the news that he's gone." "He was an extraordinary scientist. His accomplishments might be called legendary."
(2) Template strand (antisense strand or Watson strand) 模板链或反义链: 根据碱基互补原则指导RNA合成的 DNA链。
(3) Coding strand (sense strand or Crick strand) 编码链 或有义链: 与mRNA序列相同的那条DNA链