分子生物学（贾海燕）第八章.docxVIP

第八章　原核生物的转录和调控 转录 ( transcription ): 生物体以DNA为模板按5’→3’方向合成RNA的过程 参与转录的物质： 原料 : 4种NTP( ATP, UTP, GTP, CTP )模板 : DNA酶 : RNA聚合酶其他蛋白质因子A.原核生物的转录 一、转录概述 基本术语 起始点 (start point)：合成第一个RNA碱基的位置，用“+1”表示。 启动子 (promotor)：位于转录起始点前，和RNA聚合酶结合的一段DNA序列。 终止子 (terminator)：使RNA聚合酶终止转录的一段DNA序列。 转录单元 (transcription unit)：从启动子到终止子间的一段DNA序列。 上游序列：转录起始点前面的序列，用 “-” 表示 下游序列：转录起始点后面的序列，用 “+” 表示 初级转录本：刚转录完成的RNA产物 转录泡：RNA聚合酶与启动子结合后形成的DNA解旋区。转录泡可和RNA聚合酶一起沿DNA链移动，RNA合成在转录泡内进行。 转录泡的结构 当RNA聚合酶沿DNA模???移动时，它打开泡前的DNA双螺旋（ 在解链点打开），并在复链点使DNA复原。 转录泡的长度随反应阶段而异，在12-20bp之间 (17 bp)，但其中的RNA-DNA杂合双螺旋区域比这个长度要短 (12 bp)。 二、转录的基本过程 识别启动子 RNA聚合酶识别启动子，并在启动子处结合形成一个“转录泡”，转录泡内的DNA双链解开，为RNA合成提供模板。 转录起始 转录起始无需引物。 流产起始： 转录起始后直到形成9个核苷酸短链的过程是RNA聚合酶通过启动子的阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区域，新生RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始，这一过程称为流产起始。 启动子清除： 一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并离开启动子区域，转录就进入正常的延伸阶段，这一过程称为启动子清除（ 最短要1-2s，是一个较长的过程）。 通过启动子的时间代表一个启动子启动转录能力的强弱，时间越短表明该基因转录起始的频率越高。 链的延伸 RNA聚合酶沿DNA模板链移动并使新生RNA链不断伸长的过程。大肠杆菌RNA聚合酶的活性一般为每秒50-90个核苷酸。酶移动时局部解旋DNA；酶经过之后， DNA又重新形成双螺旋。 链的终止和释放 当RNA链延伸到终止子位置时，RNA聚合??不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复成双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都从模板上释放出来，这就是转录的终止。 三、大肠杆菌RNA聚合酶 RNA聚合酶的功能 a. RNA合成 b. 识别启动子和终止子 c. 确定与DNA结合位点的结合与脱离的时间等 转录复合物涉及很多蛋白质 其中识别所有基因启动子和终止子所必需的多肽称为RNA聚合酶。 仅为特殊基因转录的起始或终止所需的多肽被划分为辅助控制因子。 大肠杆菌RNA聚合酶全酶 全酶至少含5个亚基：α2、β、β’、σ，是转录起始所必需的。 α2、β和β’亚基组成核心酶，种间基本没有变化； σ因子存在广泛的种间变异，用于识别不同的启动子。 E.coli中RNA全酶分子量约465KD: α亚基，由r p o A 基因编码，与核心酶组装及启动子识别有关。 β亚基，由r p o B 基因编码，含有两个结构域，分别负责转录的起始和延伸； β’亚基，由r p o C基因编码，负责酶与模板DNA的结合； β与β’亚基一起构成催化中心。 σ因子，由r p o D基因编码，在启动子识别中起关键作用，但对转录延伸并不需要。 RNA聚合酶在细胞内的分布形式 1) 很少有游离的核心酶和全酶 2) 细胞内σ因子数量只有核心酶的30%，因此在任何时刻只有1/3的聚合酶能以全酶的形式存在。 四、转录的机制 启动子和转录起始 启动子是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特异性。 一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。 氢键互补学说：启动子区DNA双螺旋结构的碱基上既有氢键供体又有氢键受体。由于它们分别处于双螺旋的大沟和小沟内，因此具有特定的构象。而酶分子中也有处于特定空间构象的氢键受体和供体，当它们与启动子中对应的分子互补时就形成氢键，相互结合。 启动子和转录起始 RNA聚合酶与处于碱基配对状态的启动子序列结合形成闭合复合物。 DNA的初始解旋导致DNA与RNA聚合酶形成开链复合物，这一过程称为紧密结合。 进行多次流产起始 起始成功后，聚合酶释放σ因子，形成聚合酶-DNA-新生RNA的三元转录复合物，RNA链开始延伸。 σ因子的