基础分子生物学Chapter9

Chapter9Transcription转录RNA聚合酶的作用是将双链体DNA的一条链拷贝成RNA链.9.1Introduction引言一个转录单位被转录为一条RNA链.9.2TranscriptionoccursbybasepairinginabubbleofunpairedDNA.转录发生在没有配对的DNA转录泡中,并根据碱基互补配对原则进行.•RNA聚合酶将两条DNA链暂时分开,形成“转录泡”,接着使用其中的一条链作为模板,指导合成互补的RNA.•“转录泡”的长度是12-14bp,其中RNA-DNA杂合链长度是8-9bp.DNA链分开形成转录泡.以DNA一条链为模板按碱基互补配对原则合成RNA.在转录中,细菌RNA聚合酶维持着转录泡的构象,它使DNA解旋,又重新聚合,并维持着DNA模板链,伴随链和合成的RNA链三者的状态.9.3Thetranscriptionreactionhasthreestages.转录的三个阶段.•RNA聚合酶结合DNA启动子序列后,转录启动.•在延伸过程中,转录泡沿着DNA移动,RNA链从5′向3′方向增长.•在终止子转录终止,DNA双链重新聚合,RNA聚合酶从DNA链上解离下来.转录有4个阶段,各阶段RNA聚合酶和DNA发生不同的作用.酶先结合到启动子上,然后破坏DNA结构,在转录起始时酶保持固定,延伸时沿着DNA移动,并在终止处解离.9.4PhageT7RNApolymeraseisausefulmodelsystem.T7噬菌体的RNA聚合酶---一个好的模型系统.•T3和T7噬菌体的RNA聚合酶由一条肽链构成,仅能识别少数噬菌体的启动子序列.•他们合成RNA的速度为约200核苷酸/秒,远远快于细菌RNA聚合酶.9.6BacterialRNApolymeraseconsistsofmultiplesubunits.细菌RNA聚合酶由多个亚基组成.•细菌RNA聚合酶的核心酶是500kDa大小的多亚基复合物,一般结构为2结构.•DNA夹在一个通道中,和以及亚基接触.9.7RNApolymeraseconsistsofthecoreenzymeandsigmafactor.RNA聚合酶包括核心酶和因子.•细菌RNA聚合酶可以分成具有催化转录活性的2核心酶以及仅在起始转录时所需的亚基•因子改变了RNA聚合酶结合DNA的性质,使得它对一般的DNA亲和力降低,而对启动子的亲和力增加核心酶均等地结合到任意DNA序列上.因子降低了这种非序列依赖性结合,而增加了与启动子序列的特异性结合.9.12Promoterrecognitiondependsonconsensussequences.启动子的识别依赖于一些共有序列.•启动子是一些特定位点的短保守序列.•启动子的保守序列包括起始点处的一个嘌呤,-10区的六聚体TATAAT以及-35区的另一个六聚体.•不同启动子之间通常在共有序列的一个或多个位置上存在差别.典型的启动子包括三个元件,-35区,-10区和起始点的保守序列.印迹法通过蛋白质保护DNA不被核酸酶切割来分析蛋白质新结合的DNA位点.9.16Substitutionofsigmafactorsmaycontrolinitiation.因子的替换可以控制启动.•大肠杆菌有多个因子,每一个都能使RNA聚合酶启动-35区到-10区的特殊启动子序列.•70是启动转录的通用因子,其他因子只有在特定条件下才能被激活.因子与核心酶的复合物决定了转录起始的启动子的选择.除了70,大肠杆菌还有其他受特殊环境诱导的因子.在大肠杆菌中,不同的因子识别具有不同共有序列的启动子.RseA作为内膜蛋白被合成.它的细胞质结构域结合E因子.RseA蛋白依次在外周间质和细胞质中被切割,而细胞质中的切割释放了E.9.18Sigmafactorsmaybeorganizedintocascades.因子可以组成级联反应.•当需要一个因子转录编码下一条因子的基因时,就形成因子级联反应.•SPO1噬菌体的早期基因是由宿主RNA聚合酶转录的.•一条编码因子的早期基因促使RNA聚合酶转录中期基因.•两条编码因子亚基的中期基因使RNA聚合酶转录晚期基因.SPO1噬菌体的基因转录是由两个相继更迭的因子来控制的,这种更迭改变了起始的特异性.9.19Sporulationiscontrolledbysigmafactors.芽孢形成由因子控制.•芽孢形成将细菌分裂成一个将被裂解的母细胞和一个将被释放的芽孢.•每一个区域化部位通过合成新因子取代原先的因子,从而进入到下一个发育阶段.•两个区域化部位之间的通讯调控了因子替换的时期.芽孢的形成包括从营养生长期细菌分化为将被裂解的母细胞和将被释放的孢子.芽孢形成包括控制RNA聚合酶起始特异性的几种因子的依次替换,在前孢子(右)和母细胞(左)之间的级联反应由一些穿过隔膜的信号相联系.9.20BacterialRNApolymeraseterminatesatdiscretesites.细菌RNA聚合酶的终止发生在不连续的位点.•终止可能既需要DNA上可识别的终止序列,也需要RNA产物的发夹结构.终止需要的DNA序列位于终止子序列之前.RNA发夹结构的形成也可能是必须的.9.21TherearetwotypesofterminatorsinE.coli.大肠杆菌的两种终止子.•内源性终止子包括RNA产物中一个G-C含量较高的发夹结构以及在它之后的富含U的区域.这一区域也是终止反应发生的位置.内源性终止子包括一个回文序列,形成长度在7-20bp之间的发夹结构.这些茎环结构包括一个G-C富集区,随后是一些U残基.9.22Howdoesrhofactorwork?.因子如何工作?•因子是一个终止蛋白,它结合到新生RNA上,再转位到位于真正的终止位点之前的富含C缺少G残基的序列上.-依赖型终止子在真正的终止序列之前有一个富含C和缺少G的序列.序列按照RNA的形式给出,它代表了RNA的3端.因子沿着RNA链追赶RNA聚合酶,当它在-依赖的终止子上追到聚合酶时,终止发生.9.23Antiterminationisaregulatoryevent.抗终止是一个受调控的过程.•当抗终止蛋白作用于RNA聚合酶,使其越过特殊的一个或多个终止子实现通读时,终止被阻抑.•噬菌体有两种抗终止蛋白pN和pQ,它们作用于不同的转录单位.抗终止蛋白可以作用在RNA聚合酶上,使之越过特定终止子而通读.9.24Antiterminationrequiressitesthatareindependentoftheterminators.抗终止需要和终止子无关的特殊序列.•抗终止蛋白在转录单位上的作用位点位于终止子上游.•在不同情况下,抗终止子的位置可以不同,或位于启动子序列中,或位于转录单位中.宿主RNA聚合酶转录噬菌体基因,并在t位点终止.pN允许聚合酶在L和R1转录单位中通读终止子,pQ则允许通读R终止子.pN作用的位点(nut)以及pQ作用的位电(qut)位于各自的转录单位中相对不同的位置.当RNA聚合酶结合到nut位点时,辅助因子结合上去.它们阻止了聚合酶到达终止子时因子的终止作用.复习题•原核RNA聚合酶的组成?•原核启动子的结构?•原核基因转录终止子的结构?