第十五章RNA生物合成.ppt

一些基本概念 基因 （gene）：负载特定遗传信息的DNA片段，可以编码单个具有生物功能的产物，如RNA和多肽链，其结构包括由DNA编码序列、非编码调节序列和内含子组成的DNA区域。 基因表达（gene expression）：指基因通过转录和翻译而产生其蛋白质产物，或转录后直接产生其RNA产物（如tRNA、rRNA等）的过程。 基因表达调控（Regulation of Gene Expression）：指在不同时期和不同条件下，基因表达的开或关以及基因表达速率均受到调节和控制。 一、原核细胞转录水平的调节—操纵子学说 操纵子（operon）：由几个功能相关的结构基因及其调控区组成一个基因表达单位。调控区由上游的启动子（promoter）和操纵区（operator）组成。 操纵子有两种类型： 一类是诱导操纵子，即诱导基因，这些基因能因环境中某些物质的出现而被活化。 另一类是阻遏操纵子，即阻遏基因，一般情况下处于表达状态，但当其产物大量出现时即关闭。 （一）乳糖操纵子 1. 乳糖操纵子的结构 调控区 CAP结合位点 启动序列 操纵序列 结构基因 Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶 Z Y A O P DNA （一）乳糖操纵子 2. 乳糖操纵子受到了阻遏蛋白的负性调控 mRNA 阻遏蛋白 pol 阻遏基因 无乳糖存在时 I DNA Z Y A O P （一）乳糖操纵子 2. 乳糖操纵子受到了阻遏蛋白的负性调控 mRNA 阻遏蛋白 有乳糖存在时 启动转录 mRNA 乳糖 半乳糖 β-半乳糖苷酶 I DNA Z Y A O P 3. 分解物基因激活蛋白（CAP）的正性调节 有葡萄糖，cAMP浓度低，CAP未被激活，不能结合CAP位点 无葡萄糖，cAMP浓度高，CAP被cAMP激活可结合CAP位点 （一）乳糖操纵子 + + + + 转录 Z Y A O P DNA CAP CAP CAP site CAP CAP激活RNA聚合酶示意图 没有CAP结合CAP位点，RNA聚合酶仅具有低转录起始活性；但CAP结合CAP后，能显著提高RNA聚合酶的转录起始活性。 （一）乳糖操纵子 4. 阻遏蛋白与CAP的协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对乳糖操纵子表达不起调控作用； 当阻遏蛋白失活，基因开放时，无CAP的正性调控，乳糖操纵子仅处于低表达或不表达状态； 当阻遏蛋白失活，基因开放时，CAP的正性调控使乳糖操纵子处于高表达状态。 乳糖操纵子协调表达示意图 mRNA 低乳糖时 高乳糖时 葡萄糖低 cAMP浓度高 葡萄糖高cAMP浓度低 RNA-pol O O O O 【阻遏蛋白关闭基因】 【基因高表达】 【阻遏蛋白关闭基因】 【无CAP，基因低表达】 葡萄糖与乳糖对乳糖操纵子的调节作用 葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 葡萄糖对乳糖操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。 乳糖操纵子 （二）色氨酸操纵子 色氨酸操纵子含有五个结构基因，E、D、C、B、A基因，它们所编码的酶类催化从分支酸合成色氨酸的一系列反应。其中E、D基因共同产生邻氨基苯甲酸合成酶，C基因产物是吲哚甘油磷酸合成酶，B、A基因共同产生色氨酸合成酶。 色氨酸操纵子 Trp Trp 高时 Trp 低时 mRNA O P trpR 调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 辅阻遏蛋白 （无活性） 辅阻遏蛋白 （激活） E D C B A 前导序列 二、真核细胞基因转录的调节 顺式作用元件（cis-acting element）：与相关基因同处一个DNA分子上，对基因转录起调控作用的一段DNA序列。顺式作用元件不转录任何产物，可位于基因的5’上游区、3’下游区或基因内部。启动子和增强子就是最常见的一类顺式作用元件。 反式作用因子（trans-acting factor）：与顺式作用元件进行特异性结合的蛋白质因子。转录因子（TF）就是最常见的一类反式作用因子。 螺旋-转角-螺旋（HTH） 一个α螺旋(羧基端)识别特异的顺式作用元件上的DNA序列， 另一个α螺旋(氨基端)则结合在DNA上，调控基因的转录。 锌指结构（zine finger） 结构示意图 作用示意图 亮氨酸拉链（leucine zipper） 结构示意图 作用示意图 三、 RNA聚合酶与起始复合物相互作用 真核基因表达调控的环状理论模型：转录因子可使DNA形成环状，将远处的顺式作用元件（增强子）拉到起始部位形成复合物，促进和调控基因表达。 顺式作用元件示意图 TATA盒（①） CAAT盒（②） GC盒（②） 增强子（③） 结构基因 -GCGC