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1、第三章 生物信息学的传递-从DNA到RNA(2),南昌大学生科院彭晓珏,原核生物,3.5 真核生物的转录,真核生物的转录和原核转录的不同点：(1) 原核只有一种RNA聚合酶，而真核细胞有三种聚合酶；(2) 启动子的结构特点不同，真核有三种不同的启动子和有关的元件；(3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。,3.5.1真核的RNA聚合酶,真核生物中的转录可以分为三类，每类转录分别由不同的RNA聚合酶执行： 1.RNA聚合酶I转录rRNA，与细胞的大 部分活动有关 2.RNA聚合酶II转录mRNA，结构基因，拥有最多的产物 3. RNA聚合酶III转录 tRNA和其它的sRNA（small RNA
2、）,3.5.1真核的RNA聚合酶,表12-2 真核生物的三种RNA聚合酶的特点 RNA Pol 位置 产物 相对活性 对-鹅膏蕈的敏 Pol 核仁 28s,18s,5.8s rRNAs 5070% 不敏感 Pol 核质 hnRNA,mRNA,某些SnRNA 2040% 高度敏感 Pol 核质 tRNA,5SrRNA,某些SnRNAs 10% 片段特异，中等敏感表12-3 转录的抑制剂 抑制剂 靶酶 抑制作用 利福霉素 细菌全酶 和亚基结合，抑制起始 链霉溶菌素 细菌核心酶 和亚基结合，抑制起始 放射线素D 真核Pol 和DNA结合，阻止延伸 -鹅膏蕈 真核Pol 和RNA Pol结合,B220
3、240Kda与模板结合，与链的起始，延伸有关，相当于原核 RNA Pol的亚基C端含有羧基末端功能区 大亚基 B140150Kda与DNA、底物和新生的RNA结合，相当于原核RNA Pol B44.5酶的连接，相当于原核RNA的亚基 RNA Pol ABC 27KDa 磷酸化蛋白， 1类三种RNA Pol共有，如 ABC 25.5KDa 与DNA结合有关 ABC 23KDa B 12.6 小亚基 2类Pol 特有 B 23B 14.5 B 103类在某些条件下可除去的亚基 B 23 参与酶的基本结构 B 16.5 细胞器的RNA Pol和噬菌体的RNA相似，因有单一固定的功能，分子量较小 表1
4、2-3 真核生物聚合酶的成分及功能,3.5.2真核生物的启动子,真核生物细胞中有三种转录方式，分别由三种RNA聚合酶(I 、II和)催化，因此有三种启动子。根据启动子的不同，将真核生物的基因分为三类，即I类、II类和III类基因。这三种基因分别由三种启动子控制，它们在结构上各有特点。,3.5.2.1 真核生物的启动子II,启动子最为复杂，它和原核的启动子有很多不同： （1）有多种元件：TATA框，GC框，CATT框，OCT等； （2）结构不恒定； （3）它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同； （4）有的有远距离的调控元件存在，如增强子； （5）这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作
5、 （6）不直接和RNA pol结合；(7) 需多种转录因子介入。,真核启动子含有不同的组件,SV40 早期启动子胸苷激酶组蛋白H2B-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1Oct CAAT GC TATA,(一)类基因的启动子和调控区,TATA框核心元件启始子（initiator，Inr）:一般由PY2CAPY5构成， 位于-3+5 ，可能提供RNA pol 识别。CAAT box、 类启动子 上游元件组成 GC boxOct 增强子（enhomcer）远端调控区 减弱子（dehancer）静息子（sisencer）上游激活序列（upstream activating
6、seguences UASs）,起始子,起始点一般没有同源序列 mRNA的第一个碱基倾向A，另一侧翼由Py组成称为起始子（initiator,Inr).（在原核CAT起始序列也有这种情况）。 一般由PY2CAPY5构成 位于-3+5 提供RNA pol 识别。 无论TATA是否存在，Inr对启动子的强度和起始位点的选择都是重要的 。 现已纯化了Inr 结合蛋白。,核心元件,TATA框合又称Hogness框，Goldberg-Hogness框，俚语 称为金砖（Goldbrick） 其一致序列是：T85A97T93A85A63A83A50 常在-25左右，相当于原核的-10序列。 其作用是：(1)
7、 选择正确的转录起始位点，保证精确起始，故也称为选择子（selector）。(2) 影响转录的速率。,.上游启动子元件（UPE）,表12-4 哺乳动物RNA Pol 上游转录因子结合的元 元件 保守序列 结合DNA的长度 蛋白质因子 TATAbox TATAAAA 10bp TBP CAAT box GGCCAATCT 22bp CTF/NF1 GC box GGGCGG 20bp SP1 Octamer ATTTGCAT 20bp Oct-1 Octamer ATTTGCAT 23bp Oct-2 KB GGGACTTTCC 10bp NFKB ATF GTGACGT 20bp ATF B.
8、 Lewin:GENES.1997,Table 28.2,增强子,它是在1981年由Benerji,Rusconi小组和Chambom等发现的，又称远上游序列 （far upstream seguence）。 其特点是： 具有远距离效应。 无方向性。 顺式调节。 无物种和基因的特异性。 具有组织的特异性。 有相位性。其作用和DNA的构象有关。 有的增强子可以对外部信号产生反应。,增强子为什么具有远距离作用呢？ （1）拓朴效应；拓朴效应说认为增强子的作用是诱导染色质结构变化，使核小体产生DNaseI敏感区。 （2）滑动模型； （3）成环模型。 EnhancerPromotor,Transcrip
9、tion regulate,转录因子 转录复合体 TBPTAFsTFIIATFIIB TFIIFPol IITFIIERNA pol 的转录起始,表12-5 人类型启动子的转录因子 因子 分子量 功能 RNAPol 10K 依赖模板合成RNA TFA 12,19,35K 稳定TFD和DNA的结合，激活TBP亚基 TFB 33K 结合模板链（-10+10），起始Pol结合，和TFE/F相互作用 TFD (TBP,30K) TBP亚基识别TATA，将聚合酶组入复合体中，TAFs识别特殊启动子 TFE 34K() 结合在Pol的前部，使复合体的保护区延伸到下游 57K() TFF 38, 74K 大
10、亚基具解旋酶活性（RAP74）,小亚基和Pol结合，介导其加入复合体 TFH 具激酶活性，可以磷酸化PolC端的CTD，使Pol逸出，延伸 TFI 120K 识别Inr，起始TFF/D结合 TFJ 在TFF后加入复合体，不改变DNA的结合方式 TFS RNA合成延伸,Transcription movie,NOTE,1 II类启动子为一个上游启动子 2 需要很多的转录因子（TFIIH) 3 RNA POL II CTD 4 TPB (TATA box),3.5.2.2 RNA pol启动子,核心启动子（core promoter）或核心元件（core element），位于-45到+20，负责
11、转录的起始。 上游控制元件（upstream,control element UCE），从-180延伸到-107，可增加核心元件的转录起始的效率。,3.5.2.3 RNA聚合酶的启动子,Pol III基因的产物为一些分子量较小的细胞质 RNA（cytoplasmic RNA scRNA ） 包括: tRNA5S rRNA 7SL RNA(参与细胞内蛋白质转移)U6 RNA(转录后加工) RNA polymerase III uses both downstream and upstream promoters,Pol 的启动子结构,小结,真核生物的转录(1) 真核细胞有三种聚合酶；(2) 启动
12、子的结构特点不同，真核有三种不同的启动子和有关的元件；(3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。,真核生物的转录,细菌的转录电镜图,3.6 转录后加工,3.6.1 原核生物mRNA加工,3.6.2真核mRNA前体的加工,(一)核内不均一RNA（heterogenous nuclear RNA,hnRNA）平均分子长度为8-10Kb(2Kb14Kb)左右。比mRNA的平均长 度（1.8-2Kb）要大4-5倍。 hnRNA仅有总量的1/2转移到细胞质内，其余的都在核内被降解掉。 hnRNA是mRNA的前体，证据是：(1) hnRNA和mRNA有相同的序列；(2) hnRNA在体外能作为模板翻译蛋白
13、；(3) 两者5端都有帽子结构；(4)表明二者为相同的聚合酶所合成；(5) 两者的3端都有多聚腺苷有尾巴。,hnRNA的结构的特点,(1)5端有帽结构； (2) 3端有poly（A）尾巴； (3)帽结构后有3个寡聚U区，每个长约30nt (4)有重复序列，位于寡聚U区后面； (5)有茎环结构，可能分布于编码区（非重复序列）的两侧； (6)非重复序列中有内含子区。,1加帽,(1) 剪接前加帽如呼肠病毒， 牛豆病毒 (2) 剪切后加帽如疱疹病毒和口炎病毒,帽子 的类型,在末端鸟苷的第7位上存在单个甲基化位点的称O型帽子（capO）； 在次末端核苷酸的核糖上的2-0位点上还有一个甲基位点的称1型帽子
14、(cap 1)； 此外，在第三个核苷酸的核糖上（2-0）有甲基化位点的称2型帽子（cap2）。 这三种帽子都有特殊面对面核苷酸结构（confrontde nucleotide structure）。,帽子结构的功能,(1)有助于mRNA越过核膜，进入胞质； (2)保护5不被酶降解； (3)翻译时供IF（起始因子）和核糖体识别。,(2) 加尾,(1)特殊组分(CPSF:剪切和多聚腺苷酸化特异因子)识别AAUAAA并指导其它的活性 (2) 剪切因子(CF)在加尾位点 AAUAAA下游1130nt 处剪切RNA； (3)PAP末端腺苷转移酶poly(A)聚合酶合成 poly(A)尾巴； (4)PBP与poly(A)结合，反应停止。,加Poly(A)的反应,第一步加一个短的寡聚A序列（10nt），此反应依赖于AAUAAA序列； 反应由poly（A）聚合酶在特殊因子指导下完成的。 第二步是寡聚A尾巴延伸到240nt的长度。 此反应并不需要AAUAAA序列，但需要一个识别寡聚A并指导poly（A）聚合酶延伸的刺激因子。,
