基础分子生物学Chaer

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.9.2Transcriptionoccursbybasepairingina"bubble"ofunpairedDNA.

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聚合酶包包括核心心酶和因子.细菌RNA聚合酶可可以分成成具有催催化转录录活性的的2核心酶以以及仅在在起始转转录时所所需的亚基因子改变变了RNA聚合酶结结合DNA的性质,使得得它对一一般的DNA亲和力降降低,而而对启启动子的的亲和力力增加核心酶均均等地结结合到任任意DNA序列上.因子降低低了这种种非序列列依赖性性结合,而增增加了与与启动子子序列的的特异性性结合.9.12Promoterrecognitiondependsonconsensussequences.启动子的的识别依依赖于一一些共有有序列.启动子是是一些特特定位点点的短保保守序列列.启动子的的保守序序列包括括起始点点处的一一个嘌呤呤,-10区的六聚聚体TATAAT以及-35区的另一一个六聚聚体.不同启动动子之间间通常在在共有序序列的一一个或多多个位置置上存在在差别.典型的启启动子包包括三个个元件,-35区,-10区和和起始点点的保守守序列.印迹法通通过蛋白白质保护护DNA不被核酸酸酶切割割来分析析蛋白质质新结合合的DNA位点.9.16Substitutionofsigmafactorsmaycontrolinitiation.因子的替替换可以以控制启启动.大肠杆菌菌有多个个因子,每每一个个都能使使RNA聚合酶启启动-35区到到-10区的特特殊启动动子序列列.70是启动转转录的通通用因子子,其其他因子子只有在在特定条条件下才才能被激激活.因子与与核心酶酶的复合合物决定定了转录录起始的的启动子子的选择择.除了70,大肠肠杆菌还还有其他他受特殊殊环境诱诱导的因子.在大肠杆杆菌中,不同同的因子识别别具有不不同共有有序列的的启动子子.RseA作为内膜膜蛋白被被合成.它的的细胞质质结构域域结合E因子.RseA蛋白依次次在外周周间质和和细胞质质中被切切割,而而细胞胞质中的的切割释释放了E.9.18Sigmafactorsmaybeorganizedintocascades.因子可以以组成级级联反应应.当需要一一个因子转录录编码下下一条因子的基基因时,就形形成因子级联联反应.SPO1噬菌体的的早期基基因是由由宿主RNA聚合酶转转录的.一条编码码因子的早早期基因因促使RNA聚合酶转转录中期期基因.两条编码码因子亚基基的中期期基因使使RNA聚合酶转转录晚期期基因.SPO1噬菌体的的基因转转录是由由两个相相继更迭迭的因子来控控制的,这种种更迭改改变了起起始的特特异性.9.19Sporulationiscontrolledbysigmafactors.芽孢形成成由因子控制制.芽孢形成成将细菌菌分裂成成一个将将被裂解解的母细细胞和一一个将被被释放的的芽孢.每一个区域域化部位通通过合成新新因子取代原原先的因子,从从而进入到到下一个发发育阶段.两个区域化化部位之间间的通讯调调控了因子替换的的时期.芽孢的形成成包括从营营养生长期期细菌分化化为将被裂裂解的母细细胞和将被被释放的孢孢子.芽孢形成包包括控制RNA聚合酶起始始特异性的的几种因子的依次次替换,在在前孢子子(右)和和母细胞(左)之间间的级联反反应由一些些穿过隔膜膜的信号相相联系.9.20BacterialRNApolymeraseterminatesatdiscretesites.细菌RNA聚合酶的的终止发生生在不连续续的位点.终止可能既既需要DNA上可识别的的终止序列列,也需需要RNA产物的发夹夹结构.终止需要的的DNA序列位于终终止子序列列之前.RNA发夹结构的的形成也可可能是必须须的.9.21TherearetwotypesofterminatorsinE.coli.大肠杆菌的的两种终止止子.内源性终止止子包括RNA产物中一个个G-C含量较高的的发夹结构构以及在它它之后的富富含U的区域.这这一区域域也是终止止反应发生生的位置.内源性终止止子包括一一个回文序序列,形形成长度在在7-20bp之间的发夹夹结构.这这些茎环环结构包括括一个G-C富集区,随随后是一一些U残基.9.22Howdoesrhofactorwork?.因子如何何工作?因子是一个个终止蛋白白,它结结合到新生生RNA上,再转转位到位于于真正的终终止位点之之前的富含含C缺少G残基的序列列上.-依赖型型终止子在在真正的终终止序列之之前有一个个富含C和缺少G的序列.序序列按照照RNA的形式给出出,它代代表了RNA的3端.因子沿着着RNA链追赶RNA聚合酶,当当它在-依赖的的终止子上上追到聚合合酶时,终终止发生生.9.23Antiterminationisaregulatoryevent.抗终止是一一个受调控控的过程.当抗终止蛋蛋白作用于于RNA聚合酶,使使其越过过特殊的一一个或多个个终止子实实现通读时时,终止止被阻抑.噬菌体有两两种抗终止止蛋白pN和pQ,它们作作用于不同同的转录单单位.抗终止蛋白白可以作用用在RNA聚合酶上,使之越越过特定终终止子而通通读.9.24Antiterminationrequiressitesthatareindependentoftheterminators.抗终止需需要和终终止子无无关的特特殊序列列.抗终止蛋蛋白在转转录单位位上的作作用位点点位于终终止子上上游.在不同情情况下,抗终终止子的的位置可可以不同同,或或位于启启动子序序列中,或位位于转录录单位中中.宿主RNA聚合酶转转录噬菌体基基因,并并在t位点终止止.pN允许聚合合酶在L和R1转录单位位中通读读终止子子,pQ则允许通通读R终止子.pN作用的位位点(nut)以及pQ作用的位位电(qut)位于各各自的转转录单位位中相对对不同的的位置.当RNA聚合酶结结合到nut位点时,辅助助因子结结合上去去.它它们阻止止了聚合合酶到达