原核生物转录及调控

关于原核生物转录及调控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子。原核生物σ

因子协助RNA聚合酶识别启动子基本元件并由此起始转录，并在具有发卡结构的终止子处（或在ρ因子协助下）结束转录。σ

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CAP的调控元件从而大幅度地提高转录效率。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（阻遏蛋白）与操纵元件结合阻止RNA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“弱化子”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影响前导mRNA的终止子形成而控制后续mRNA分子合成。第2页,共30页，2024年2月25日，星期天转录单位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。第3页,共30页，2024年2月25日，星期天启动子（promoter）是能启动转录的一段DNA片段。常含有转录因子识别和结合的保守的和特异顺式元件（cis-elements），用以控制基因的转录起始。···上游特异元件

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··

··

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TTGACA······

TATAAT······

CA/GT-35序列-10序列+1

特异转录因子结合元件基本转录因子结合元件转录起始位点控制基因特异表达（何时何地多少

）招募RNA聚合酶组装转录起始复合物

第4页,共30页，2024年2月25日，星期天原核生物转录调控模型

第5页,共30页，2024年2月25日，星期天第6页,共30页，2024年2月25日，星期天RNA聚合酶第7页,共30页，2024年2月25日，星期天3.在转录期间RNA聚合酶的结构和功能位点（+）链(β’)（-）链EnzymeMovement解旋(α)复旋(α)覆盖约40bp,其中约17bp解链区

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

OverallshapesofE.coliRNApolymerasecore(a)andholoenzyme(b)deducedfromelectronmicroscopystudiesontwo-dimensionalcrystalsoftheenzymes.25Å第9页,共30页，2024年2月25日，星期天第10页,共30页，2024年2月25日，星期天BindingofRNApolymerasetopromoterClosedpromotercomplexOpenpromotercomplexσ-factorselectsthepromoterstowhichRNApolymerasewillbindtightly.Thegenesadjacenttothesepromoterswillthenbetranscribed.第11页,共30页，2024年2月25日，星期天延伸起始成功后，聚合酶释放出σ因子，形成核心酶-DNA-新生RNA链三元（三聚）复合物。随着转录泡的移动，不断地解螺旋和再螺旋（解螺旋区域的大小稳定地保持在17bp），RNA链不断的延长。Figure8.16第12页,共30页，2024年2月25日，星期天终止子终止序列的特点：

1）发夹结构(减速)2）4个或更多的U残基（脱离）Figure8.6第13页,共30页，2024年2月25日，星期天第14页,共30页，2024年2月25日，星期天第15页,共30页，2024年2月25日，星期天依赖ρ的转录终止不形成强的发夹结构，必须一种辅助因子即ρ蛋白来帮助转录终止。六聚体蛋白，识别72bp序列（特异结构），依赖单链RNA水解ATP。第16页,共30页，2024年2月25日，星期天依赖ρ的转录终止Rhofactor(ρ)-dependenttermination第17页,共30页，2024年2月25日，星期天第18页,共30页，2024年2月25日，星期天操纵子与乳糖操纵子1.提出：1961年,Jacob（雅格布）-Monod（莫诺）.2.操纵子：操纵子是基因表达和调控的单元，典型的操纵子包括：结构基因、调控元件和阻遏蛋白编码基因。大肠杆菌K12中共有4136个基因，以操纵子结构存在的基因接近1/4（256操纵子

控制879基因）第19页,共30页，2024年2月25日，星期天操纵子结构

结构基因：控制某一代谢途径关键酶的多顺反子。调控元件：启动子和操纵区（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）。调节基因：编码阻遏蛋白质独立的基因。第20页,共30页，2024年2月25日，星期天乳糖操纵子第21页,共30页，2024年2月25日，星期天转录激活因子CAP第22页,共30页，2024年2月25日，星期天启动区PlaclacZlacAlaclOlaclacY调控元件结构基因

β-半乳糖苷透性酶分解乳糖半乳糖和葡萄糖运送乳糖透过细胞壁乙酰辅酶A乙酰半乳糖β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷转乙酰酶

乳糖转化异乳糖调节基因A

YZ操纵区转录方向转录单元lacZYA分解X-gal蓝色第23页,共30页，2024年2月25日，星期天乳糖阻抑物RNAlaclPlacI乳糖阻抑物单体乳糖阻抑物四聚体lacZlacYlacA透性酶β-半乳糖苷酶转乙酰酶

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

异乳糖诱导物安慰诱导物IPTGRNA聚合酶iRNARNA聚合酶lacZlacYlacA被激活的乳糖阻抑物四聚体乳糖转化第25页,共30页，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前导序列结构基因被激活色氨酸阻抑物色氨酸mRNA第26页,共30页，2024年2月25日，星期天色氨酸操纵子第27页,共