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(RNApolymerase)：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(coreenzyme)。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100bp到200bp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(readthrough)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因子无法接近mRNA．而RNA聚合酶早已越过前面的基因的依赖ρ因子的终止子所以转录实际上并不停止．而是继续转录后续基因。如果在某一基因的依赖于ρ的终止子之前发生无义突变核糖体便从无义密码子上解离下来翻译