原核生物轉錄及調控

關于原核生物轉錄及調控原核生物轉錄和翻譯是偶聯(lián)的，其mRNA為編碼多種蛋白的多順反子。原核生物σ

因子協(xié)助RNA聚合酶識別啟動子基本元件并由此起始轉錄，并在具有發(fā)卡結構的終止子處（或在ρ因子協(xié)助下）結束轉錄。σ

因子是基因選擇性轉錄的調控因子。啟動子上游具有能結合轉錄激活因子如CAP的調控元件從而大幅度地提高轉錄效率。操縱子是原核生物轉錄調控的主要模式，其中最典型的代表為乳糖操縱子和色氨酸操縱子。除了調控蛋白（阻遏蛋白）與操縱元件結合阻止RNA聚合酶前進達到降低轉錄效率主要調控途徑外，還存在一種稱之為“弱化子”特殊調控模式。弱化子通過前導肽的翻譯過程中核糖體占位是否影響前導mRNA的終止子形成而控制后續(xù)mRNA分子合成。第2頁,共30頁，2024年2月25日，星期天轉錄單位Figure8.2編碼鏈/+鏈模板鏈/-鏈轉錄起始不需要引物。RNA聚合酶不具備識別啟動子的能力，需要基本轉錄因子的協(xié)助。轉錄過程如下：起始-延伸-終止。第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天啟動子（promoter）是能啟動轉錄的一段DNA片段。常含有轉錄因子識別和結合的保守的和特異順式元件（cis-elements），用以控制基因的轉錄起始?！ぁぁど嫌翁禺愒?/p>

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TTGACA······

TATAAT······

CA/GT-35序列-10序列+1

特異轉錄因子結合元件基本轉錄因子結合元件轉錄起始位點控制基因特異表達（何時何地多少

）招募RNA聚合酶組裝轉錄起始復合物

第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天原核生物轉錄調控模型

第5頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共30頁，2024年2月25日，星期天RNA聚合酶第7頁,共30頁，2024年2月25日，星期天3.在轉錄期間RNA聚合酶的結構和功能位點（+）鏈(β’)（-）鏈EnzymeMovement解旋(α)復旋(α)覆蓋約40bp,其中約17bp解鏈區(qū)

第8頁,共30頁，2024年2月25日，星期天Thechannelthroughtheenzyme(denotedc)isclosedinthecoreandopenintheholoenzyme.

OverallshapesofE.coliRNApolymerasecore(a)andholoenzyme(b)deducedfromelectronmicroscopystudiesontwo-dimensionalcrystalsoftheenzymes.25?第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共30頁，2024年2月25日，星期天BindingofRNApolymerasetopromoterClosedpromotercomplexOpenpromotercomplexσ-factorselectsthepromoterstowhichRNApolymerasewillbindtightly.Thegenesadjacenttothesepromoterswillthenbetranscribed.第11頁,共30頁，2024年2月25日，星期天延伸起始成功后，聚合酶釋放出σ因子，形成核心酶-DNA-新生RNA鏈三元（三聚）復合物。隨著轉錄泡的移動，不斷地解螺旋和再螺旋（解螺旋區(qū)域的大小穩(wěn)定地保持在17bp），RNA鏈不斷的延長。Figure8.16第12頁,共30頁，2024年2月25日，星期天終止子終止序列的特點：

1）發(fā)夾結構(減速)2）4個或更多的U殘基（脫離）Figure8.6第13頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天依賴ρ的轉錄終止不形成強的發(fā)夾結構，必須一種輔助因子即ρ蛋白來幫助轉錄終止。六聚體蛋白，識別72bp序列（特異結構），依賴單鏈RNA水解ATP。第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天依賴ρ的轉錄終止Rhofactor(ρ)-dependenttermination第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共30頁，2024年2月25日，星期天操縱子與乳糖操縱子1.提出：1961年,Jacob（雅格布）-Monod（莫諾）.2.操縱子：操縱子是基因表達和調控的單元，典型的操縱子包括：結構基因、調控元件和阻遏蛋白編碼基因。大腸桿菌K12中共有4136個基因，以操縱子結構存在的基因接近1/4（256操縱子

控制879基因）第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天操縱子結構

結構基因：控制某一代謝途徑關鍵酶的多順反子。調控元件：啟動子和操縱區(qū)（覆蓋在啟動子和編碼區(qū)交叉區(qū)，是阻遏調節(jié)蛋白質的結合位點）。調節(jié)基因：編碼阻遏蛋白質獨立的基因。第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天乳糖操縱子第21頁,共30頁，2024年2月25日，星期天轉錄激活因子CAP第22頁,共30頁，2024年2月25日，星期天啟動區(qū)PlaclacZlacAlaclOlaclacY調控元件結構基因

β-半乳糖苷透性酶分解乳糖半乳糖和葡萄糖運送乳糖透過細胞壁乙酰輔酶A乙酰半乳糖β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷轉乙酰酶

乳糖轉化異乳糖調節(jié)基因A

YZ操縱區(qū)轉錄方向轉錄單元lacZYA分解X-gal藍色第23頁,共30頁，2024年2月25日，星期天乳糖阻抑物RNAlaclPlacI乳糖阻抑物單體乳糖阻抑物四聚體lacZlacYlacA透性酶β-半乳糖苷酶轉乙酰酶

PlaclacZlacAlaclOlaclacY含回文結構（-5/+21）第24頁,共30頁，2024年2月25日，星期天PlaclacZlacAlaclOlaclacYPlaclacZlacAlaclOlaclacY

異乳糖誘導物安慰誘導物IPTGRNA聚合酶iRNARNA聚合酶lacZlacYlacA被激活的乳糖阻抑物四聚體乳糖轉化第25頁,共30頁，2024年2月25日，星期天色氨酸阻抑物PtrpOtrp色氨酸所需的酶TrpETrpDTrpCTrpBTrpA7kbRNA弱化子(162nt）TrpETrpATrpRTrpBTrpCTrpD前導序列結構基因被激活色氨酸阻抑物色氨酸mRNA第26頁,共30頁，2024年2月25日，星期天色氨酸操縱子第27頁,共