华东理工大学过程分子生物学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

华东理工大学硕士硕士学位课程华东理工大学硕士硕士学位课程过程分子生物学过程分子生物学张张 惠惠 展展第1页分子生物学是生命科学主导性学科分子生物学是生命科学主导性学科基因表示与调控是分子生物学主题思想基因表示与调控是分子生物学主题思想过程分子生物学是分子生物学理论发展高级阶段过程分子生物学是分子生物学理论发展高级阶段1953-19831953-1983 基础分子生物学阶段基础分子生物学阶段2020世纪世纪5050年代年代 DNADNA双螺旋模型建立双螺旋模型建立2020世纪世纪6060年代年代 遗传密码破译遗传密码破译2020世纪世纪7070年代年代 DNADNA重组技术诞生重组技术诞生1983-1983-？过程分子生物学阶段过程分子生物学阶段2020世纪世纪8080年代年代 动植物转基因技术问世动植物转基因技术问世2020世纪世纪9090年代年代 人类基因组计划实施人类基因组计划实施二十一世纪代二十一世纪代 RNA RNA干扰现象发觉干扰现象发觉第2页过程分子生物学5 2 3 4 1 6 基因表示与调控基因表示与调控细胞通讯分子机制细胞通讯分子机制基因组学与系统生物学基因组学与系统生物学免疫多样性分子识别免疫多样性分子识别胚胎发育基因表示谱胚胎发育基因表示谱肿瘤发生分子机制肿瘤发生分子机制第3页基因表示与调控B C D A E F 原核生物基因表示开启开关原核生物基因表示开启开关真核生物多转录因子协同作用真核生物多转录因子协同作用原核生物原核生物RNARNA结构调控结构调控真核生物真核生物RNARNA剪切调控剪切调控原核生物反义原核生物反义RNARNA调控调控真核生物真核生物sRNAsRNA介导介导RNARNA干扰干扰G 真核生物应答元件转录调控真核生物应答元件转录调控第4页1 1A A 原核生物基因表示开启开关原核生物基因表示开启开关 经过对经过对100100多个大肠杆菌开启子序列分析，结果表明：大多数含多个大肠杆菌开启子序列分析，结果表明：大多数含有普通生理生化功效基因所属开启子，含有统一特征序列。有普通生理生化功效基因所属开启子，含有统一特征序列。a 大肠杆菌开启子多样性TTGACATTGACAAACTGTAACTGTTATAATTATAATATATTAATATTA16-10 16-10 bpbp5-9 5-9 bpbp结构基因结构基因转录起始位点转录起始位点-35-35区区 T T8282T T8484GG7878AA6565CC5454AA4545-10-10区区 T T8080AA9595T T4545AA6060AA5050T T9696开启子开启子一个经典大肠杆菌开启子通常包含以下四个结构要素：一个经典大肠杆菌开启子通常包含以下四个结构要素：第5页1 1A A 原核生物基因表示开启开关原核生物基因表示开启开关 绝大多数原核生物绝大多数原核生物RNARNA聚合酶均由五个亚基组成聚合酶均由五个亚基组成：a a a a2 22 2b bb bb bb bs s s s（全酶全酶），其中，其中a a a a2 22 2b bb bb bb b称为（称为（关键酶关键酶）。各种原核细菌）。各种原核细菌a a a a、b b b b、b b b b亚基呈高度同源亚基呈高度同源性，唯独性，唯独s s s s因子因子差异较大。差异较大。RNARNA聚合酶关键酶对聚合酶关键酶对DNADNA链含有非特异性链含有非特异性亲和力（碱性蛋白与酸性亲和力（碱性蛋白与酸性DNADNA之间静电引力），但之间静电引力），但s s s s因子增强了因子增强了RNARNA聚 合 酶 与 开 启 子 区 域聚 合 酶 与 开 启 子 区 域特 异 性特 异 性结 合。结 合。s s s s 因 子 帮 助因 子 帮 助R N AR N Aa 大肠杆菌开启子多样性聚合酶识别开启子，同时开启转录。聚合酶识别开启子，同时开启转录。第6页大肠杆菌开启子与大肠杆菌开启子与s s s s因子对应关系因子对应关系rpo rpo DD普通生理生化普通生理生化TTGACATTGACATATAATTATAATrpo rpo HH热休克热休克CCCTTGAACCCTTGAACCCGATNTCCCGATNTrpo rpo NN氮源摄取代谢氮源摄取代谢CTGGNACTGGNATTGCATTGCAfli fli AA鞭毛生成鞭毛生成CTAAACTAAAGCCGATAAGCCGATAA基因基因分子量分子量-35-35区序列区序列70,00070,00032,00032,00054,00054,00028,00028,000性质性质间隔间隔区区16-18 bp16-18 bp13-15 bp13-15 bp6 bp6 bp15 bp15 bp-10-10区序列区序列第7页1 1A A 原核生物基因表示开启开关原核生物基因表示开启开关 枯草杆菌中存在着大约十类不一样开启子，其中枯草杆菌中存在着大约十类不一样开启子，其中有些隶属于正常生理代谢基因，有些则隶属于噬菌体有些隶属于正常生理代谢基因，有些则隶属于噬菌体感染、孢子生成、次级代谢过程中相关基因。感染、孢子生成、次级代谢过程中相关基因。b 枯草杆菌开启子多样性第8页在在SPO1SPO1噬菌体感染过程中噬菌体感染过程中RNARNA聚合酶及其聚合酶及其s s因子因子 SPO1 SPO1噬菌体感染枯草杆菌后，噬菌体感染枯草杆菌后，早期基因早期基因表示；表示；4-54-5分钟后，分钟后，中期中期基因表示基因表示，早期基因关闭；，早期基因关闭；8-128-12分钟后，分钟后，晚期基因晚期基因表示，中期基因关表示，中期基因关闭。早期基因开启子由闭。早期基因开启子由s s s s4343识别开启，这是枯草杆菌细胞内含有广泛生识别开启，这是枯草杆菌细胞内含有广泛生理生化功效理生化功效s s s s因子，与大肠杆菌中因子，与大肠杆菌中s s s s7070同源，组成同源，组成a a a a22b bb bb bb bs s s s4343型型RNARNA聚合聚合酶酶，转录中期基因表示所需转录中期基因表示所需s s s s因子编码基因因子编码基因gpgp2828。中期基因开启子由中期基因开启子由s s s sgp28gp28识别开启，它与枯草杆菌关键酶组成识别开启，它与枯草杆菌关键酶组成a a a a22b bb bb bb bs s s sgp28gp28型型RNARNA聚合酶全聚合酶全酶酶，负责转录晚期基因表示所需负责转录晚期基因表示所需s s s s因子编码基因因子编码基因gpgp3333和和gpgp3434。晚期基晚期基因 开 启 子 由因 开 启 子 由s s s sg p 3 3g p 3 3和和 s s s sg p 3 4g p 3 4识 别 开 启，分 别 组 成识 别 开 启，分 别 组 成RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶a a a a22bbbbbbbbs s s sgp33gp33和和a a a a22bbbbbbbbs s s sgp34gp34。第9页SPO1SPO1噬菌体基因表噬菌体基因表达级联调控模式达级联调控模式经过更换不一样经过更换不一样s s s s因子，因子，识别并作用于不一样基识别并作用于不一样基因因开启子，最终造成这开启子，最终造成这些基因有次序地级联表些基因有次序地级联表达。前一基因编码后一达。前一基因编码后一基因表示所需基因表示所需s s s s因子。因子。第10页枯草杆菌孢子生成过程枯草杆菌孢子生成过程 枯草杆菌在对数生长阶枯草杆菌在对数生长阶段结束后，培养基中营养物段结束后，培养基中营养物质耗尽，这时便开启孢子生质耗尽，这时便开启孢子生成过程：先是成过程：先是DNADNA复制，隔复制，隔膜形成，孢衣合成，母体裂膜形成，孢衣合成，母体裂解，孢子释放。最终在细胞解，孢子释放。最终在细胞内 约内 约40%40%mRNAmRNA是孢子生是孢子生专一性。专一性。第11页枯草杆菌孢子形成过程中枯草杆菌孢子形成过程中RNARNA聚合酶及其聚合酶及其s s因子因子 当环境压力（例如营养成份枯竭）时，枯草杆菌细胞内发当环境压力（例如营养成份枯竭）时，枯草杆菌细胞内发当环境压力（例如营养成份枯竭）时，枯草杆菌细胞内发当环境压力（例如营养成份枯竭）时，枯草杆菌细胞内发生一连串磷酸基团传递反应，最终导致转录调控因子生一连串磷酸基团传递反应，最终导致转录调控因子生一连串磷酸基团传递反应，最终导致转录调控因子生一连串磷酸基团传递反应，最终导致转录调控因子SpoOASpoOA磷酸化。磷酸化了磷酸化。磷酸化了磷酸化。磷酸化了磷酸化。磷酸化了SpoOASpoOA同时启动两种不一样操纵同时启动两种不一样操纵同时启动两种不一样操纵同时启动两种不一样操纵子转录，分别表达出子转录，分别表达出子转录，分别表达出子转录，分别表达出sproEsproE和和和和sFsF。sFsF一方面启动一方面启动一方面启动一方面启动sGsG表达，表达，表达，表达，其次又激活其次又激活其次又激活其次又激活SpoIIRSpoIIR，后者再激活隔膜结合型蛋白，后者再激活隔膜结合型蛋白，后者再激活隔膜结合型蛋白，后者再激活隔膜结合型蛋白SpoIIGASpoIIGA，活化了活化了活化了活化了SpoIIGASpoIIGA将母体细胞中表达将母体细胞中表达将母体细胞中表达将母体细胞中表达sproEsproE裂解为有活性裂解为有活性裂解为有活性裂解为有活性sEsE；而在前孢区域内产生而在前孢区域内产生而在前孢区域内产生而在前孢区域内产生sEsE均被前孢特有蛋白酶摧毁殆尽。母体均被前孢特有蛋白酶摧毁殆尽。母体均被前孢特有蛋白酶摧毁殆尽。母体均被前孢特有蛋白酶摧毁殆尽。母体细胞中细胞中细胞中细胞中sEsE活性是激活前孢区域活性是激活前孢区域活性是激活前孢区域活性是激活前孢区域sGsG所必需（经过所必需（经过所必需（经过所必需（经过SpoIIASpoIIA和一和一和一和一种未知蛋白因子）；而种未知蛋白因子）；而种未知蛋白因子）；而种未知蛋白因子）；而sGsG活性又能产生一种信号，跨隔活性又能产生一种信号，跨隔活性又能产生一种信号，跨隔活性又能产生一种信号，跨隔膜激活母体细胞中膜激活母体细胞中s s s sKK。即：即：s s s sFF s s s sEE s s s sGG s s s sKK 。第12页枯草杆菌孢子枯草杆菌孢子子交叉激活子交叉激活形成过程中两形成过程中两种路径种路径 s s因因s s s sFFs s s sEEs s s sGGs s s sKK激活激活表示表示第13页1 1A A 原核生物基因表示开启开关原核生物基因表示开启开关 链霉菌开启子结构含有很大离散性，经过对链霉菌开启子结构含有很大离散性，经过对100100多个开启子序列多个开启子序列比较，可将链霉菌开启子分成三大类：比较，可将链霉菌开启子分成三大类：c 链霉菌开启子多样性 含有经典原核生物开启子含有经典原核生物开启子-10-10区区和和-35-35区区特征开启子，仅占特征开启子，仅占21%21%含有经典原核生物开启子含有经典原核生物开启子-10-10区区而无保守而无保守-35-35区区开启子开启子 既无经典原核生物开启子既无经典原核生物开启子-10-10区区又无保守又无保守-35-35区区开启子开启子第14页1 1A A 原核生物基因表示开启开关原核生物基因表示开启开关 天蓝色链霉菌（天蓝色链霉菌（Streptomyces Streptomyces coelicolorcoelicolor）全基因组中存在多达）全基因组中存在多达6565种不一样种不一样s s s s因因c 链霉菌开启子多样性s ss s6666（hrdBhrdB）链霉菌最主要链霉菌最主要s ss s因子，因子，hrdhrdBB-突变是致死性。突变是致死性。hrdhrdBB基因全程基因全程表示，称为表示，称为看家基因看家基因。s ss sWhiGWhiG（whiGwhiG）链霉菌次级代谢基因转录所需链霉菌次级代谢基因转录所需s s s s因子。因子。s ss sFF链霉菌孢子生成基因转录所需链霉菌孢子生成基因转录所需s s s s因子。因子。s ss sBldNBldN（bldNbldN）链霉菌气生菌丝发育基因转录所需链霉菌气生菌丝发育基因转录所需s ss s因子。因子。s ss sRR（sigRsigR）链霉菌响应氧化压力基因转录所需链霉菌响应氧化压力基因转录所需s ss s因子。因子。s ss sEE（sigEsigE）链霉菌感应细胞膜完整性功效所需链霉菌感应细胞膜完整性功效所需s s s s因子。因子。子，其中已被判定有：子，其中已被判定有：第15页1 1B B 真核生物多转录因子协同作用真核生物多转录因子协同作用 真核生物尤其是高等真核生物（哺乳动物）因为真核生物尤其是高等真核生物（哺乳动物）因为其其细胞高度分化，决定了基因转录调控机制复杂性。细胞高度分化，决定了基因转录调控机制复杂性。与原核生物不一样，与原核生物不一样，哺乳动物细胞内共有三大类哺乳动物细胞内共有三大类RNARNA聚聚合酶合酶系统，它们均由多系统，它们均由多转录因子转录因子组成，识别三大类真核组成，识别三大类真核生物开启子，分别负担生物开启子，分别负担rRNArRNA、mRNAmRNA、tRNAtRNA转录。全转录。全部三种部三种RNARNA聚合酶均由聚合酶均由8-148-14个亚基组成，个亚基组成，500500kDkD，但它但它们并不能单独开启基因转录。们并不能单独开启基因转录。第16页1 1B B 真核生物多转录因子协同作用真核生物多转录因子协同作用开启子由两部分元件组成。开启子由两部分元件组成。a RNA聚合酶 I 开启转录程序 RNARNA聚合酶聚合酶 I I 定位于定位于核仁核仁，负责转录，负责转录rRNArRNA编码基编码基因。因。RNARNA聚合酶聚合酶 I I 只作用于一个类型开启子，这类只作用于一个类型开启子，这类第17页高等真核生物高等真核生物 I I 型开启子结构型开启子结构结构基因结构基因I I 型开启子型开启子转录起始位点转录起始位点上游控制序列（上游控制序列（UCEUCE）关键开启子关键开启子GCGC丰富区丰富区GCGC丰富区丰富区增强开启效果增强开启效果开启基因转录开启基因转录CCT TCCGCCGA AGTCGGTCGNNNNNNNNTNNNNNNTGGGCCGCCGGGGGCCGCCGG 人类这两个重复序列含有人类这两个重复序列含有85%85%同原性同原性第18页I I 型开启子介导型开启子介导rRNArRNA基因转录开启过程基因转录开启过程RNARNA聚合酶聚合酶 I I 在在 I I 型开启子型开启子处定位需要两种转录因子处定位需要两种转录因子并经历三个阶段：并经历三个阶段：UBF1UBF1（UCEUCE结合因子）结合因子）装配因子装配因子SL1SL1（四聚体蛋白复合物）四聚体蛋白复合物）定位因子定位因子其中之一为其中之一为TBPTBP第19页1 1B B 真核生物多转录因子协同作用真核生物多转录因子协同作用 RNARNA聚合酶聚合酶 II II 定位于核内定位于核内，负责转录，负责转录mRNAmRNA前体分前体分子子hnRNAhnRNA。RNARNA聚合酶聚合酶 II II 及其作用及其作用 II II 型开启子是型开启子是真核生物细胞中最广泛最经典最主要转录开启元件。真核生物细胞中最广泛最经典最主要转录开启元件。b RNA聚合酶 II 开启转录程序第20页高等真核生物高等真核生物 II II 型开启子结构型开启子结构结构基因结构基因II II 型开启子型开启子转录起始位点转录起始位点开启子附加区开启子附加区TATA BOXTATA BOX转录开启效率转录开启效率转录因子和转录因子和RNA pol II RNA pol II 识别位点识别位点转录时空特异性转录时空特异性开启基因转录开启基因转录转录起始子转录起始子 InrInr第21页高等真核生物高等真核生物 II II 型开启子结构型开启子结构结构基因结构基因II II 型开启子型开启子转录起始位点转录起始位点开启子附加区开启子附加区TATA BOXTATA BOXInrInrOCT BOXOCT BOXATTTGCATATTTGCAT单向性单向性Oct Oct 因子激活因子激活GC BOXGC BOXGGGCGGGGGCGG双向性双向性SP1 SP1 因子激活因子激活CAAT BOXCAAT BOXGGCCAATCTGGCCAATCT双向性双向性CTF/NF1 CTF/NF1 因子激活因子激活上述附加区元件并不一定同时存在，而且在间隔、排列次序、拷贝上述附加区元件并不一定同时存在，而且在间隔、排列次序、拷贝数上都有很大可变性。数上都有很大可变性。第22页高等真核生物高等真核生物 II II 型开启子结构型开启子结构结构基因结构基因II II 型开启子型开启子转录起始位点转录起始位点开启子附加区开启子附加区TATA BOXTATA BOXInrInr TATA BOX TATA BOX 位于位于-25-25区，普遍存在于全部真核生物细胞中，由区，普遍存在于全部真核生物细胞中，由八对碱基组成，两侧为八对碱基组成，两侧为GCGC碱基对。少数不含碱基对。少数不含TATA BOXTATA BOX 特征结构特征结构开启子成为开启子成为 TATA-less TATA-less 开启子。开启子。第23页RNARNA聚合酶聚合酶 II II 与转录因子复合物与转录因子复合物装配因子装配因子TF II A B E F H JTF II A B E F H J RNA RNA聚合酶聚合酶 II II 本身由十个以上亚基组成本身由十个以上亚基组成 ，这些亚基含有类这些亚基含有类似似于于原核细菌原核细菌RNARNA聚合酶中聚合酶中a a a a、b b b b、b b b b 亚基功效，但一样不能识亚基功效，但一样不能识别开启子。对别开启子。对开启子专一性识别由一系列开启子专一性识别由一系列转录因子转录因子负责。这负责。这些些转因子分为两大类：转因子分为两大类：装配因子装配因子和和定位因子定位因子。定位因子定位因子聚合酶聚合酶 II IITBP TAFTBP TAFa a a a22bbbbbbbb s s s s 因子因子真核生物：真核生物：原核生物：原核生物：第24页II II 型开启子介导型开启子介导基因转录开启过程基因转录开启过程第25页1 1B B 真核生物多转录因子协同作用真核生物多转录因子协同作用 RNARNA聚合酶聚合酶 IIIIII 定位于核内定位于核内，负责转录，负责转录tRNAtRNA和和小分子小分子 RNARNA（snRNAsnRNA）。）。对应对应 III III 型开启子有两种类型：型开启子有两种类型：tRNA tRNA编码基因所属开启子称为编码基因所属开启子称为内源型开启子内源型开启子；snRNA snRNA编码基因所属开启子称为编码基因所属开启子称为外源型开启子外源型开启子；c RNA聚合酶 III 转录开启调控系统第26页高等真核生物高等真核生物 III III 型开启子结构型开启子结构结构基因结构基因IIIIII 型内源型开启子型内源型开启子转录起始位点转录起始位点BOX ABOX ABOX CBOX CBOX ABOX ABOX BBOX BPSEPSEOCTOCTPol III Pol III 结合区结合区结合区结合区IIIIII 型外源型开启子型外源型开启子转录起始位点转录起始位点结构基因结构基因第27页III III 型开启子介导型开启子介导tRNA/snRNAtRNA/snRNA基因基因转录开启过程TFIIIB由TBP和另外两种蛋白因子组成，其功能相当于定位因子；TFIIIC和TFIIIF属于装配因子。boxAboxAboxCboxCboxAboxAboxBboxB转录起始位点（转录起始位点（1 1型）型）转录起始位点（转录起始位点（2 2型）型）TFIIIATFIIIATFIIICTFIIICTFIIIATFIIIATFIIICTFIIICTFIIICTFIIICTFIIIATFIIIATFIIICTFIIICTFIIICTFIIICTFIIIBTFIIIBTFIIIBTFIIIBRNA Pol IIIRNA Pol IIIRNA Pol IIIRNA Pol IIITFIIIBTFIIIBTFIIIBTFIIIB第28页1 1B B 真核生物多转录因子协同作用真核生物多转录因子协同作用 由此可见，由此可见，TBPTBP是全部三种类型是全部三种类型RNARNA聚合酶转录系聚合酶转录系统所必需。在含有统所必需。在含有TATA BOXTATA BOX开启子中，开启子中，TBPTBP特异性地特异性地结合在结合在DNADNA对应区域；在对应区域；在TATA lessTATA less 型型开启子中，开启子中，TBPTBP与其它蛋白因子协同作用，结合在与其它蛋白因子协同作用，结合在DNADNA特定区域内。特定区域内。第29页1 1C C 原核生物原核生物RNARNA结构调控结构调控 RNA RNA结构调控是一个转录开启后基因表示调控方式，结构调控是一个转录开启后基因表示调控方式，其主要形式表现为转录其主要形式表现为转录终止终止与与抗终止抗终止作用。作用。a RNA转录终止作用 原核细菌拥有两种机制终止原核细菌拥有两种机制终止RNARNA聚合酶转录，它们分聚合酶转录，它们分别称为别称为顺式终止顺式终止和和反式终止反式终止。第30页介导转录顺式终止内源性终止子介导转录顺式终止内源性终止子 内源性终止子结构组成内源性终止子结构组成为富含为富含GCGC碱基发夹结构以及碱基发夹结构以及下游寡聚下游寡聚U U链链（通常是通常是6 6个个U U）。它们由）。它们由DNADNA上终止子上终止子序列序列编 码，出 现 在 转编 码，出 现 在 转55 A U C G CA U C G CA UA UA UA UU AU AC GC GC GC GC GC GG CG CA UA UA UA UA UA UC GC GA GA GG CG CU AU AU AU AC UC UC GC GG CG CG CG CG UG UA AA AG G G G U A U A A UA UG UG URNARNA聚合酶聚合酶U U U U U UU U U U U U 33 录中录中RNARNA结构中。结构中。真核生物转录终止机真核生物转录终止机制也与顺式终止相同。制也与顺式终止相同。第31页介导转录反式终止介导转录反式终止RhoRho因子依赖性终止子因子依赖性终止子 基因转录反式终止多见于噬菌体中。终止位点为基因转录反式终止多见于噬菌体中。终止位点为CUUCUU中某个碱基，中某个碱基，其上游其上游 50-90 50-90 bp bp 序列中无茎环发夹结构，但碱基组成特殊：序列中无茎环发夹结构，但碱基组成特殊：C C 41%41%，G 14%G 14%，A 25%A 25%，U 20%U 20%。在这种。在这种RhoRho（r r）因子专一性识别终止子因子专一性识别终止子结 构 内，若 缺 失 若 干 个结 构 内，若 缺 失 若 干 个C C，甚 至 一 个甚 至 一 个C C，便 会 造 成 不 能 终 止便 会 造 成 不 能 终 止RNARNA聚合酶聚合酶RhoRho因子识别结合区因子识别结合区55 AUAUCCGGCCUAUACCCCUUCCAUAUAUAUCCCCGGCCAACCCCUUCCCCUUCCAAAAAACCGGCCUAUACCCCUUCCGAGACCCCAGAAAGGAGAAAGGCCGUGUCCUUCUUCUU 33 现象发生。现象发生。第32页反式终止机制反式终止机制 RhoRho因子呈六聚体，含有因子呈六聚体，含有ATPaseATPase活性。活性。当当RNARNA聚合酶转录出富含聚合酶转录出富含CCRhoRho因子识别位点时，因子识别位点时，RhoRho因子便与转因子便与转录出录出RNARNA链链结合；结合；Rho Rho因子沿因子沿RNARNA链向链向RNARNA聚合酶聚合酶方向移动，因为其移动速度快于方向移动，因为其移动速度快于RNARNA聚合酶，所以当聚合酶，所以当RNARNA聚合酶转录出终聚合酶转录出终止位点止位点CUUCUU时，时，RhoRho因子恰好赶上；因子恰好赶上；Rho Rho因子水解因子水解ATPATP释放能量，拆释放能量，拆开开DNA-RNADNA-RNA杂合链，转录遂终止。但杂合链，转录遂终止。但若在若在RhoRho因子与因子与RNARNA聚合酶之间存在聚合酶之间存在着核糖体，则着核糖体，则RhoRho因子不能终止转录因子不能终止转录第33页1 1C C 原核生物原核生物RNARNA结构调控结构调控b RNA转录抗终止作用 在一些特殊条件下，由在一些特殊条件下，由RNARNA聚合酶引导转录并不能在聚合酶引导转录并不能在终止子处顺利终止，这种现象称为终止子处顺利终止，这种现象称为“转录过头转录过头”，其发生，其发生 RNA RNA结构调控是一个转录开启后基因表示调控方式，结构调控是一个转录开启后基因表示调控方式，其主要形式表现为转录其主要形式表现为转录终止终止与与抗终止抗终止作用。作用。机制是细胞内转录机制是细胞内转录抗终止抗终止作用。作用。第34页细菌衰减子依赖性转录抗终止作用细菌衰减子依赖性转录抗终止作用一些细菌一些细菌结构基因含结构基因含有有两个顺式两个顺式终止子终止子，其，其中中一个一个位于位于基因上游基因上游编码区内，编码区内，另一个则位另一个则位于正常基因编码区下游。细胞内条件改变，可使基因转录在两个于正常基因编码区下游。细胞内条件改变，可使基因转录在两个顺式终止子结构某一个处终止。这种结构称为顺式终止子结构某一个处终止。这种结构称为衰减子衰减子。第35页细菌衰减子转录抗终止机制细菌衰减子转录抗终止机制大肠杆菌色氨酸操纵子中含有大肠杆菌色氨酸操纵子中含有一 个一 个衰减子衰减子结 构结 构。在基因。在基因5 5端端编码区有两个连续排列编码区有两个连续排列色氨酸色氨酸密密码子码子。当细胞内。当细胞内色氨酸匮乏时色氨酸匮乏时核糖体在核糖体在色氨酸密码子处暂停翻色氨酸密码子处暂停翻译，衰减子译，衰减子2 2链链和和3 3链链形成双链形成双链结构，第一个终止子结构不能形结构，第一个终止子结构不能形成，转录继续进行；成，转录继续进行；当细胞内当细胞内色色氨酸充分时，翻译不在氨酸充分时，翻译不在色氨酸密色氨酸密码子处停顿，结果产生终止子结码子处停顿，结果产生终止子结构，转录遂终止。构，转录遂终止。第36页噬菌体抗终止因子依赖性转录抗终止作用噬菌体抗终止因子依赖性转录抗终止作用 大肠杆菌大肠杆菌 l l 噬菌体噬菌体早早期基因和早期基因表示产物往往是晚期早早期基因和早期基因表示产物往往是晚期基因表示调控因子基因表示调控因子。早早期基因表示产物调控机制有两种：早早期基因表示产物调控机制有两种：一是作为一是作为 s s 因子因子识别早期基因和晚期基因开启子，开启表示这两识别早期基因和晚期基因开启子，开启表示这两组基因；二是作为转录组基因；二是作为转录抗终止因子抗终止因子，使宿主细胞，使宿主细胞RNARNA聚合酶转聚合酶转录过头，造成早期基因和晚期基因表示。这两种方式均为正调录过头，造成早期基因和晚期基因表示。这两种方式均为正调控作用。控作用。第37页噬菌体抗终止因子作用噬菌体抗终止因子作用 大肠杆菌大肠杆菌l l噬菌体感染大噬菌体感染大肠杆菌后，在肠杆菌后，在P PLL开启子介开启子介导导下表示出抗终止因子下表示出抗终止因子N N蛋蛋白，它以一个独特方式使白，它以一个独特方式使阻 止阻 止RhoRho因子转录终止作因子转录终止作用，使早早期基因转录过头用，使早早期基因转录过头并转录出早期基因并转录出早期基因mRNAmRNA N N蛋白半衰期只有五蛋白半衰期只有五分钟，它决定了早期基因表分钟，它决定了早期基因表达周期长短。达周期长短。ttL1L1ttR1R1PPLLPPRRNNcrocro左向转录单位左向转录单位右向转录单位右向转录单位抗终止因子抗终止因子 NNttL1L1ttR1R1第38页抗终止因子工作原理抗终止因子工作原理 大肠杆菌大肠杆菌 l l 噬菌体抗噬菌体抗终止因子终止因子N N特异性识别早早特异性识别早早期 基期 基因内部因内部nutnut位点，而且位点，而且在在RNARNA聚合酶抵达这里时与聚合酶抵达这里时与之结合，形成复合物。这种之结合，形成复合物。这种复合物能有效抑制复合物能有效抑制RhoRho因子因子结合作用，从而干扰结合作用，从而干扰RhoRho因因子介导转录终止效应，子介导转录终止效应，造成早早期基因转录过造成早早期基因转录过造成早早期基因转录过造成早早期基因转录过头头头头 Q Q因子以类似机制使因子以类似机制使得早期基因转录过头。得早期基因转录过头。开启子开启子终止子终止子RNARNA聚合酶聚合酶nut nut 位点位点r r 因子因子NusB NusB/S10S10NusANusANNCGCTCTTANNNNNNNNNAGCCCTGAAPuAAGGGCACGCTCTTANNNNNNNNNAGCCCTGAAPuAAGGGCAGCGAGAATNNNNNNNNNTCGGGACTTPyTTCCCGTGCGAGAATNNNNNNNNNTCGGGACTTPyTTCCCGT第39页1 1D D 真核生物真核生物RNARNA剪切调控剪切调控 真核生物大多数真核生物大多数分裂基因分裂基因（即含有内含子基因）在转录（即含有内含子基因）在转录后必须切除内含子序列。正常剪切时，外显子序列和个数是后必须切除内含子序列。正常剪切时，外显子序列和个数是恒定不变；但有些基因转录产物会出现恒定不变；但有些基因转录产物会出现剪切多样性剪切多样性，即一个，即一个基因转录物产生各种不一样基因转录物产生各种不一样mRNAmRNA其中包含外显子取代、加其中包含外显子取代、加入、缺失。甚至在一些细胞内，这些因为剪切多样性而产生入、缺失。甚至在一些细胞内，这些因为剪切多样性而产生不 一 样 蛋 白 质 会 同 时 出 现，不 一 样 蛋 白 质 会 同 时 出 现，而 且 均 为 细 胞 正而 且 均 为 细 胞 正正常生物功效所必需。正常生物功效所必需。第40页GUGUAGAGGUGUAGAGGUGUAGAGGUGUAGAGGUGUAGAGGUGUAGAG正常剪切模式正常剪切模式异常剪切模式异常剪切模式第41页1 1D D 真核生物真核生物RNARNA剪切调控剪切调控a 腺病毒E1A-RNA剪切中外显子缺失腺病毒在宿主细胞内腺病毒在宿主细胞内能利用一个基因同时能利用一个基因同时合成三种不一样大小合成三种不一样大小蛋白质，其机理包括蛋白质，其机理包括到病毒到病毒RNARNA剪切过程剪切过程中外显子缺失。中外显子缺失。第42页1 1D D 真核生物真核生物RNARNA剪切调控剪切调控b SV40病毒大小抗原与剪切多样性关系 SV40SV40病毒基因组含有三个外显子和一个内含子。病毒基因组含有三个外显子和一个内含子。在表示小在表示小 t t 抗原蛋白抗原蛋白时，转录物进行正常剪切，只有内含子被时，转录物进行正常剪切，只有内含子被切除，切除，E1-E2-E3E1-E2-E3外显子连成一个成熟外显子连成一个成熟mRNAmRNA分子，但分子，但E2E2末端含有一末端含有一个终止密码子，所以在翻译时，只翻译由个终止密码子，所以在翻译时，只翻译由E1E1和和E2E2编码小抗原编码小抗原 在表示在表示 T T 大抗原蛋白大抗原蛋白时，内含子和时，内含子和E2E2外显子均被切除，成熟外显子均被切除，成熟mRNAmRNA中只有中只有E1E1和和E3E3，但翻译出抗原蛋白分子反而大于但翻译出抗原蛋白分子反而大于 t t 抗原。抗原。在不一样动物感染细胞中，存在着不一样百分比在不一样动物感染细胞中，存在着不一样百分比t t/T T抗原蛋白，抗原蛋白，表表出不一样性状。出不一样性状。第43页RNARNA多样性剪切模式产生多样性剪切模式产生SV40SV40 t t/T T抗原抗原GUGUAGAGGUGU抗原蛋白编码基因抗原蛋白编码基因t t 抗原成熟抗原成熟mRNAmRNAt t 抗原多肽链抗原多肽链GUGUAGAGGUGU抗原蛋白编码基因抗原蛋白编码基因T T 抗原成熟抗原成熟mRNAmRNAT T 抗原多肽链抗原多肽链E1E1E2E2E3E3E1E1E2E2E3E3第44页1 1D D 真核生物真核生物RNARNA剪切调控剪切调控c 黑腹果蝇性别决定与剪切多样性关系 黑腹果蝇性别决定过程由三个性别特异性黑腹果蝇性别决定过程由三个性别特异性RNARNA剪切程剪切程序支配，包括到三个与性别决定相关基因：序支配，包括到三个与性别决定相关基因：sxlsxltratradsxdsx第45页sxl sxl 基因转录产物多样性剪切造成雌性细胞产生基因转录产物多样性剪切造成雌性细胞产生SxlSxl蛋白蛋白 sxl 基因外显子（E3）内含有一个终止密码子，它阻止功效Sxl蛋白质合成。这个外显子在雄性细胞mRNA中存在，但在雌性细胞中，被剪切多样性剔除，其结果是只有雌性细胞产生Sxl蛋白质。Sxl蛋白含有 高 百 分 比 碱 性 氨 基 酸，相 同 于 其 它R N A结 合 蛋 白，是 tra基因转录产物多样性剪切调控因子。第46页tra tra 基因转录产物多样性剪切造成雌性细胞产生基因转录产物多样性剪切造成雌性细胞产生TraTra蛋白蛋白 tra基因转录产物异样性剪切由Sxl蛋白控制，表示出Tra蛋白又调控tra2基因转录产物异常剪切，形成Tra2蛋 白。tra 和tra2两 基 因tra tra 基因基因雄性细胞雄性细胞 无功效蛋白无功效蛋白雌性细胞雌性细胞 有功效蛋白有功效蛋白E1E1E2E2E4E4E3E3Tra 200 aaTra 200 aa产物均含有剪切所必需 Arg-Ser RNA结合区。第47页dsx dsx 基因转录产物多样性剪切造成细胞产生基因转录产物多样性剪切造成细胞产生DsxDsx两性蛋白两性蛋白 dsx 是一个两性基因，Tra2蛋白促进其正常剪切，表示出雌性发育控制蛋白因子；在Tra2蛋白不存在细胞中，dsx发生异常剪切，表dsx dsx 基因基因雌性特异性蛋白雌性特异性蛋白雄性特异性蛋白雄性特异性蛋白E1E1E5E5E4E4E2E2E3E3E6E6达出雄性发育控制蛋白因子。第48页黑腹果蝇性别决定总程序黑腹果蝇性别决定总程序第49页1 1E E 原核生物反义原核生物反义RNARNA调控调控 反义反义RNARNA是指能与是指能与mRNAmRNA、DNADNA片段、片段、RNARNA引物互补引物互补RNARNA分分子。经过与子。经过与RNARNA引物、基因引物、基因DNADNA片段、片段、mRNAmRNA链互补配对，分别链互补配对，分别抑制基因复制、转录、翻译过程。原核生物反义抑制基因复制、转录、翻译过程。原核生物反义RNARNA由反义基因由反义基因编 码，其 本 身 转 录 可 为 蛋 白 因 子 开 启 转 录 而 正 调 控；编 码，其 本 身 转 录 可 为 蛋 白 因 子 开 启 转 录 而 正 调 控；亦可由蛋白因子降解反义RNA而负调控。反义反义RNARNA在原核生物中广泛存在，是一个较为普遍基因表示在原核生物中广泛存在，是一个较为普遍基因表示调控方式。当前，依据反义调控方式。当前，依据反义RNARNA原理设计各类反义核酸，在试验原理设计各类反义核酸，在试验生物学领域已被广泛用于基因表示特异性阻遏剂；在医学生物学领域已被广泛用于基因表示特异性阻遏剂；在医学药学领域也被用来治疗恶性肿瘤及病毒感染等疾病，即反义技术。第50页1 1E E 原核生物反义原核生物反义RNARNA调控调控a 反义RNA抑制DNA复制 直接抑制机理：直接抑制机理：反义反义RNAR