原核生物基因的表达及其调控.pptx

第八章 原核生物基因的表达及其调控;第一节 原核生物基因的转录和翻译;;基因调控主要在三个水平上进行: ①. DNA水平 ②. 转录水平 ③. 翻译水平 ;一、转录的起始 转录是原核生物基因表达的主要调控点，主要涉及两个方面：1、RNA合成的酶系；2、RNA合成起始和终止信号，即DNA分子上的特定序列。 通过RNA聚合酶、转录因子和启动子的相互作用实现转录调控，改变细胞的表型，从而实现细胞生理状态和环境的变化。 ;（一）RNA聚合酶(RNA polymerase)： 大肠杆的的RNA聚合酶：由5个亚基组成，即α2ββ’σ，有时还有2个ω 亚基。以α2ββ’σ组成的酶称全酶。 σ亚基与其他亚基结合较松弛，易从全酶上解离；其余部分α2ββ’称为核心酶(core enzyme)。;在大肠杆菌中还发现一种新的σ因子，称为σ’因子，因此将含有σ亚基的全酶称为全酶I，含有σ’亚基的称为全酶Ⅱ。二者的不同在于：全酶Ⅱ可以利用双链DNA为模板合成po1y〔A)。 σ亚基作用：参与启动子的识别和结合以及转录起始复合物的异构化。细胞内哪条DNA链被转录、转录方向与转录起点的选择都与σ亚基有关。 ;离体实验表明：全酶所转录的RNA和细胞内所转录出的RNA，其起始点相同，序列相同，若仅用核心酶进行转录，则模扳链和起始点的选择都有很大的随意性，而且往往同一段DNA的两条链都被转录。 由此可见：σ亚基对识别DNA链上的转录信号是不可缺少的，它是核心酶和启动子之间的桥梁。 σ因子的取代在细胞发育和对环境应答的反应中起主导作用。如在枯草杆菌中就有不同相对分子质量的σ因子(P227表9—1);; 核心酶的β亚基作用：对RNA聚合酶的功能至关重要，参与RNA合成、终止信号的识别。由于β亚基与RNA的前体核昔三磷酸具有很高亲和力，推测它可能参与底物的结合，以及催化磷酸二酯键的形成。 β’亚基作用：可使聚合酶结合到模板DNA上。 α亚基作用：游离状态，常以二聚体的形式存在，参与全酶同启动子的牢固结合。;RNA聚合酶体积很大，横跨近60个碱基，而解旋的DNA区域可能不到17个碱基。当聚合酶按5′→3′方向延伸RNA链时，解旋的DNA区域也随之移动。靠近3′端的DNA不断解旋。同时在5′端重新形成DNA双链，不断将RNA-DNA杂合链中的RNA链挤出。 ;（二）启动子 (promoter)： 转录的起始是基因表达的关键阶段，启动子就是连接在基因3’端上游的DNA序列，其长度从100 bp到200 bp不等，是转录起始时RNA聚合酶识别、结合的特定部位，但其本身并不被转录。;在启动子与终止子之间是一个转录单位，通常将mRNA开始的一个核苷酸定为o点(即+1)．由此向右常称为下游(downstream)，其核苷酸依次编为正序号；起始点左例称为上游(upstream)．其核苷酸则依次以负号表示．紧接起始点左侧的核昔酸为-1。 ;原核生物启动子结构含有同源序列。整个启动子包括两个部分：其上游部分是CAP-cAMP结合位点，下游部分是RNA聚合酶的进入位点。 ;二、转录的终止 （一）终止子及其结构： 1、概念： DNA上提供转录停止信号的一段序列称为终止子(terminator)，是一个基因的末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。 2、类型：强终止子和弱终止子 强终止子：不依赖于Rho蛋白质辅助因子而能实现终止作用，这类终止子属于强终止子； 弱终止子：依赖于Rho蛋白糖助因子才能实现终止作用，这类终止子属于弱终止子。蛋白质辅助因子称为释放因子，通常称为ρ因子。;所有原核生物的终止子共同的序列特征：即在转录终止点之前有一段回文结构，因而所产生的mRNA可形成茎环状的发夹结构，它可使RNA聚合酶的移动停止或减缓。回文结构中富含GC对，在回文序列的下游常有6—8个AU对，因此这段终止子转录后形成的RNA具有与A相对应的寡聚U，是使RNA聚合酶脱离模板的信号。 ;依赖子ρ因子的终止子其回文序列中GC对含量较少，回文序列下方没有固定结构，其AU对含量也较低，因而是弱终止子，必需有ρ因子存在时才发生终止作用；这也就是说依赖于ρ因子的终止子由于其茎环结构常较短，在没有ρ因子时这种茎环结构不稳定。即如果没有ρ因子存在．RNA聚合酶会继续转录下去，这就称为通读(read through)，当ρ因子存在时，转录才能终止。 ;在强终止子中，由于其DNA模板上富含GC而使转录出的RNA上富含C和G，于是RNA与模板之间可以形成较强的氢键，成为DNA—RNA杂合分子，从而阻碍DNA聚合酶的前进而有利于终止。 （二） ρ因子辅助终止作用的机理 ;(三)基因表达的极性现象 在正常情况下原核基因表达时，其转录出来的mRNA随即进行翻译，这时整个mRNA都覆盖着核糖体， ρ因子