原核生物转录及调控课件

原核生物转录及其调控原核生物转录及其调控原核生物转录及其调控原核生物转录及其调控l l原核生物转录和翻译是偶联的，其原核生物转录和翻译是偶联的，其mRNAmRNA为编码多种蛋白的为编码多种蛋白的多顺反子。原核生物多顺反子。原核生物 因子协助因子协助RNARNA聚合酶识别启动子基聚合酶识别启动子基本元件并由此起始转录本元件并由此起始转录 ，并在具有发卡结构的终止子处，并在具有发卡结构的终止子处（或在（或在因子协助下）结束转录。因子协助下）结束转录。因子是基因选择性因子是基因选择性转录的调控因子。启动子上游具有能结合转录激活因子如转录的调控因子。启动子上游具有能结合转录激活因子如CAPCAP的调控元件从而大幅度地提高转录效率。的调控元件从而大幅度地提高转录效率。l l操纵子是原核生物转录调控的主要模式，其中最典型的代操纵子是原核生物转录调控的主要模式，其中最典型的代表为乳糖操纵子和色氨酸操纵子。除了调控蛋白（阻遏蛋表为乳糖操纵子和色氨酸操纵子。除了调控蛋白（阻遏蛋白）与操纵元件结合阻止白）与操纵元件结合阻止RNARNA聚合酶前进达到降低转录效聚合酶前进达到降低转录效率主要调控途径外，还存在一种称之为率主要调控途径外，还存在一种称之为“弱化子弱化子”特殊调特殊调控模式。弱化子通过前导肽的翻译过程中核糖体占位是否控模式。弱化子通过前导肽的翻译过程中核糖体占位是否影响前导影响前导mRNAmRNA的终止子形成而控制后续的终止子形成而控制后续mRNAmRNA分子合成。分子合成。原核生物转录和翻译是偶联的，其原核生物转录和翻译是偶联的，其mRNA为编码多种蛋白的多顺反为编码多种蛋白的多顺反转录单位Figure8.2编码链/+链模板链/-链转录起始不需要引物。RNA聚合酶不具备识别启动子的能力，需要基本转录因子的协助。转录过程如下：起始-延伸-终止。转录单位转录单位Figure 8.2编码链编码链/+链模板链链模板链/-链转录链转录启动子（启动子（启动子（启动子（promoterpromoterpromoterpromoter）是能启动转录的一段）是能启动转录的一段）是能启动转录的一段）是能启动转录的一段DNADNADNADNA片段。片段。片段。片段。常含有转录因子识别和结合的保守的和特异顺式元常含有转录因子识别和结合的保守的和特异顺式元常含有转录因子识别和结合的保守的和特异顺式元常含有转录因子识别和结合的保守的和特异顺式元件（件（件（件（cis-elementscis-elementscis-elementscis-elements），用以控制基因的转录起始。），用以控制基因的转录起始。），用以控制基因的转录起始。），用以控制基因的转录起始。上游特异元件上游特异元件 TTGACA TATAAT CA/GT-35序列序列-10序列序列+1特异转录因子结合元件特异转录因子结合元件基本转录因子结合元件基本转录因子结合元件转录起始位点转录起始位点控制基因特异表达（控制基因特异表达（何时何地多少何时何地多少）招募招募RNA聚合酶组装转录起始复合物聚合酶组装转录起始复合物启动子（启动子（promoter）是能启动转录的一段）是能启动转录的一段DNA片段。常含片段。常含原核生物转录调控模型原核生物转录调控模型原核生物转录调控模型原核生物转录调控模型原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件RNARNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶聚合酶3.3.在转录期间在转录期间在转录期间在转录期间RNARNA聚合酶的结构和功能位点聚合酶的结构和功能位点聚合酶的结构和功能位点聚合酶的结构和功能位点（+）链）链()（-）链）链EnzymeMovement解旋解旋()复旋复旋()覆盖约覆盖约40bp,其中约其中约17bp解链解链区区 3.在转录期间在转录期间RNA聚合酶的结构和功能位点（聚合酶的结构和功能位点（+）链）链(The channel through the enzyme(denoted c)is closed in the core and open in the holoenzyme.Overall shapes of E.coli RNA polymerase core(a)and holoenzyme(b)deduced from electron microscopy studies on two-dimensional crystals of the enzymes.25The channel through the enzyme原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件BindingofRNApolymerasetopromoterClosedpromotercomplexOpenpromotercomplex-factor selects the promoters to which RNA polymerase will bind tightly.The genes adjacent to these promoters will then be transcribed.Binding of RNA polymerase to p延伸延伸l l起始成功后，聚合起始成功后，聚合起始成功后，聚合起始成功后，聚合酶释放出酶释放出酶释放出酶释放出 因子，因子，因子，因子，形成核心酶形成核心酶形成核心酶形成核心酶-DNA-DNA-新生新生新生新生RNARNA链三元链三元链三元链三元（三聚）复合物。（三聚）复合物。（三聚）复合物。（三聚）复合物。随着转录泡的移动，随着转录泡的移动，随着转录泡的移动，随着转录泡的移动，不断地解螺旋和再不断地解螺旋和再不断地解螺旋和再不断地解螺旋和再螺旋（解螺旋区域螺旋（解螺旋区域螺旋（解螺旋区域螺旋（解螺旋区域的大小稳定地保持的大小稳定地保持的大小稳定地保持的大小稳定地保持在在在在17bp17bp），），），），RNARNA链不断的延长。链不断的延长。链不断的延长。链不断的延长。Figure 8.16延伸起始成功后，聚合酶释放出延伸起始成功后，聚合酶释放出因子，形成核心酶因子，形成核心酶-DNA-新生新生终止子终止子l l终止序列的特点：1 1）发夹结构）发夹结构(减速减速)22）4 4个或更多的个或更多的U U残基残基（脱离）（脱离）Figure8.6终止子终止子Figure 8.6原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件依赖的转录终止l l不形成强的发夹结构，不形成强的发夹结构，必须一种辅助因子即必须一种辅助因子即蛋白来帮助转录终蛋白来帮助转录终止。六聚体蛋白，识止。六聚体蛋白，识别别72bp序列（特异序列（特异结构），依赖单链结构），依赖单链RNA水解水解ATP。依赖依赖的转录终止不形成强的发夹结构，必须一种辅助因子即的转录终止不形成强的发夹结构，必须一种辅助因子即蛋白蛋白依依赖赖 的的转录终转录终止止Rho factor()-dependent termination依赖依赖的转录终止的转录终止Rho factor()-depende原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件操纵子与乳糖操纵子操纵子与乳糖操纵子1.1.1.1.提出：提出：19611961年年,Jacob,Jacob（雅格布）（雅格布）-Monod-Monod（莫诺）（莫诺）.l l2.2.操操纵纵子子：操操纵纵子子是是基基因因表表达达和和调调控控的的单单元元，典典型型的的操操纵纵子包括：子包括：结构基因、调控元件和阻遏蛋白编码基因结构基因、调控元件和阻遏蛋白编码基因。l l大大肠肠杆杆菌菌K12K12中中共共有有41364136个个基基因因，以以操操纵纵子子结结构构存存在在的的基基因因接接近近1/41/4（256256操纵子操纵子 控制控制879879基因）基因）操纵子与乳糖操纵子操纵子与乳糖操纵子1.提出：提出：1961年年,Jacob（雅格（雅格操纵子结构l l 结构基因：控制某一代谢途径关键酶的多顺反子。结构基因：控制某一代谢途径关键酶的多顺反子。l l调控元件：启动子调控元件：启动子 和操纵区（覆盖在启动子和编码区交叉和操纵区（覆盖在启动子和编码区交叉区，是阻遏调节蛋白质的结合位点）。区，是阻遏调节蛋白质的结合位点）。l l调节基因：编码阻遏蛋白质独立的基因。调节基因：编码阻遏蛋白质独立的基因。操纵子结构操纵子结构 结构基因：控制某一代谢途径关键酶的多顺反子。结构基因：控制某一代谢途径关键酶的多顺反子。乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子转录激活因子CAP转录激活因子转录激活因子CAP启动区启动区PlaclacZlacAlaclOlaclacY调控元件调控元件结构基因结构基因-半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶分解乳糖分解乳糖半乳糖和葡萄糖半乳糖和葡萄糖运送乳糖透过细胞壁运送乳糖透过细胞壁乙酰辅酶乙酰辅酶A A 乙酰半乳糖乙酰半乳糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶-半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷转乙酰酶乳糖转化乳糖转化异乳糖异乳糖调节基因调节基因A YZ操纵区操纵区转录方向转录方向转录单元转录单元转录单元转录单元lacZYAlacZYAlacZYAlacZYA分解分解X-gal蓝色蓝色启动区启动区PlaclacZlacAlaclOlaclacY调控元调控元乳糖阻抑物乳糖阻抑物RNAlaclPlacI乳糖阻抑物单体乳糖阻抑物单体乳糖阻抑物四聚体乳糖阻抑物四聚体lacZlacYlacA透性酶透性酶-半乳糖苷酶半乳糖苷酶转乙酰酶转乙酰酶PlaclacZlacAlaclOlaclacY含回文结构（含回文结构（-5/+21-5/+21）乳糖阻抑物乳糖阻抑物RNAlaclPlacI乳糖阻抑物单体乳糖阻抑物四乳糖阻抑物单体乳糖阻抑物四PlaclacZlacAlaclOlaclacYPlaclacZlacAlaclOlaclacY异乳糖异乳糖诱导物诱导物安慰诱导物安慰诱导物IPTGRNA聚合酶聚合酶iRNARNA聚合酶聚合酶lacZlacYlacA被激活的乳糖阻抑物四聚体被激活的乳糖阻抑物四聚体乳乳 糖糖转化转化PlaclacZlacAlaclOlaclacYPlacla色氨酸阻抑物色氨酸阻抑物Ptrp Otrp色氨酸所需的酶色氨酸所需的酶TrpETrpDTrpCTrpBTrpA7kbRNA弱化子弱化子(162 nt）TrpETrpATrpRTrpBTrpCTrpD前导序列前导序列结构基因结构基因被激活色氨被激活色氨酸阻抑物酸阻抑物色氨酸色氨酸mRNA色氨酸阻抑物色氨酸阻抑物PtrpOtrp色氨酸所需的酶色氨酸所需的酶TrpETrpDT色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸含量色氨酸含量色氨酸含量色氨酸含量高高高高的时候的时候的时候的时候:色氨酸含量色氨酸含量色氨酸含量色氨酸含量低低低低的时候的时候的时候的时候:色氨酸含量高的时候色氨酸含量高的时候:色氨酸含量低的时候色氨酸含量低的时候:原核生物转录及调控课件原核生物转录及调控课件2929