原核生物的转录及调控课件.ppt
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1、 转录:转录:在在DNADNA指导的指导的RNARNA聚合酶催化下,以聚合酶催化下,以DNADNA链链的一条链为模板,按照碱基配对原则合成的一条链为模板,按照碱基配对原则合成RNARNA链链的过程的过程。 不对称转录不对称转录:在:在DNADNA双链分子中,转录通常只在双链分子中,转录通常只在DNADNA的一条链上进行,另一条链则不能转录,但的一条链上进行,另一条链则不能转录,但可能对转录起调节作用,这种转录方式称不对可能对转录起调节作用,这种转录方式称不对称转录。称转录。 转录单位转录单位:就是从启动子到终止子的一段:就是从启动子到终止子的一段DNADNA序序列。列。第一节第一节 转录概述转
2、录概述一、基因的编码链和有意义链一、基因的编码链和有意义链 模板链:模板链:用于转录用于转录RNARNA的链称为模板链,或负的链称为模板链,或负()链,又称无义链。()链,又称无义链。 编码链编码链:与模板链互补的:与模板链互补的DNADNA链称为编码链,链称为编码链,或正()链,又称有义链。或正()链,又称有义链。二、转录的基本要点二、转录的基本要点 底物:底物:NTP; 模板:反义链;模板:反义链; 方向:方向:53 ; 酶:酶:RNA pol ; 产物:产物:RNA单链单链转录和复制:转录和复制:都是遗传信息的传递都是遗传信息的传递三、转录起始位点三、转录起始位点转录起点位点核苷酸为转录
3、起点位点核苷酸为1 1。上游序列上游序列upstreamupstream :转录起点的前面的序列:转录起点的前面的序列,用负数码()表示,用负数码()表示,起点前一个核苷酸为起点前一个核苷酸为1 1。下游序列下游序列downstreamdownstream: 转录起点的后面的序列转录起点的后面的序列,用正数码()表示。用正数码()表示。没有编号为的碱基。没有编号为的碱基。第二节第二节 原核生物转录的相关酶类原核生物转录的相关酶类 一、一、E.coli RNA聚合酶聚合酶 E.coli只有一种聚合酶;只有一种聚合酶; E.coli RNA pol全酶全酶由由5种亚基组成,即种亚基组成,即2,48
4、0kD; 2 构成核心酶构成核心酶,核心酶与核心酶与因子构成因子构成全酶全酶。 E.coli RNA聚合酶的基本性质聚合酶的基本性质亚亚基基 基基因因 全全酶酶中中的的数数量量 分分子子量量(dalt) 部部位位 可可能能功功能能 rpoA 2 40000*2 多多样样 rpoB 1 155000 结结合合核核苷苷酸酸 rpoC 1 160000 核核心心酶酶 结结合合模模板板 rpoD 1 85000 因因子子 起起始始识识别别因因子子 RNA polymerase in prok. Core EnzymeHolo Enzyme for elongationfor initiation依靠静
5、电作用力依靠静电作用力依靠空间结构依靠空间结构非专一性与非特异非专一性与非特异DNA 结合结合专一性与专一性与 特异特异DNA结合结合半衰期;半衰期;60半衰期;数小时半衰期;数小时cover60bp Richard Burgess and Andrew Travers (1969) 150 kD160 kD 70 kD 40 kDCartoon illustrating separation of the subunits of E. coli RNA polymerase by SDS-PAGE1、核心酶:催化磷酸二酯键的形成、核心酶:催化磷酸二酯键的形成 亚基亚基:2个,功能多样(核心酶
6、的组建因子、个,功能多样(核心酶的组建因子、促进双链的解开和重新聚合、启动子识别、促促进双链的解开和重新聚合、启动子识别、促进进RNA pol与与DNA 模板链上游转录因子结合)模板链上游转录因子结合) 亚基亚基:1个,结合核苷酸底物,催化磷酸二酯个,结合核苷酸底物,催化磷酸二酯键的形成;键的形成; 亚基亚基:碱性强,与模板链结合;:碱性强,与模板链结合;二、二、RNA聚合酶各亚基的功能聚合酶各亚基的功能2、因子因子: Reusable; 修饰修饰 RNA pol 的构型;的构型; 识别启动子,但无催化活性。识别启动子,但无催化活性。 不同原核生物具有不同原核生物具有基本相同的核心酶基本相同的
7、核心酶,但,但亚基亚基有所差别有所差别,决定了原核生物基因的选择性表达。,决定了原核生物基因的选择性表达。3、原核生物、原核生物RNA聚合酶抑制剂聚合酶抑制剂: 利福平(利福平(Rifampin):与细菌:与细菌RNA pol 亚基结合,阻碍转录的亚基结合,阻碍转录的起始起始作用;作用; 利链菌素利链菌素( streptolydigin):与细菌与细菌RNA pol 亚基结合,抑制转录的亚基结合,抑制转录的延伸延伸。 肝素肝素:与细菌:与细菌RNA pol 亚基结合,阻亚基结合,阻碍其与碍其与模板模板DNA的结合的结合。第三节第三节 原核生物转录的过程原核生物转录的过程 RNA的转录包括的转录
8、包括promotion,elongation,termination 三过程;三过程; 从从promoter到到terminator称为称为transcriptional unit; 原核生物中的转录单位多为原核生物中的转录单位多为 polycistron ; 转录起始点记为转录起始点记为+1,其上游记为,其上游记为负值负值,下游记为,下游记为正值正值。+1 -10 +10upstreamstart pointdownstream一、转录的起始一、转录的起始 关键:全酶能以关键:全酶能以很高的亲和性很高的亲和性结合在结合在启启动子动子promoter ; 启动子启动子:RNA聚合酶识别、结合并
9、起始聚合酶识别、结合并起始转录的一段转录的一段DNA序列。序列。promoter 由两个重要部分组成由两个重要部分组成 (一)原核启动子的结构(一)原核启动子的结构 -70 -40 :up element(上游元件)上游元件) CAP-cAMP binding site -35 -10:core promoter(核心启动子)核心启动子) RNA pol. binding site 基因表达调控的正控制位点基因表达调控的正控制位点CAP: Catabolite gene Activator ProteincAMP Acceptor Protein(cAMP受体蛋白受体蛋白)(分解代谢基因激活蛋
10、白分解代谢基因激活蛋白) 1、核心启动子:核心启动子: Sextama Box:(R site)TTGAC(Sextama Box)-35 site。RNA pol. loosely binding sitePribnow Box: TATAAT(pribnow Box)-10 site。RNA pol. firmly binding site(B site)Initiation site :+1 site。RNA transcriptional startpoint (I site)A/G-35 (R)-10 (B)+1 (I)RNAl Sextama Box与与Pribnow Box间距间
11、距17bp,有利于有利于RNA pol启动启动l -35 Box or -10 Box mut. 间距间距趋近趋近于于17 bp,up mutation间距间距远离远离于于17 bp,down mutation17bp的的间距间距比比17bp的的序列序列对转录更为重要对转录更为重要-35 Box and -10 Box mut. 转录效率下降转录效率下降100倍倍 转录效率下降转录效率下降1000倍倍2、上游元件:上游元件: CAP-cAMP binding site (Activator region,AR)当:当:ARI + CAP-cAMP AR I: CAP-cAMP 的强结合位点(的
12、强结合位点(-70 -50) AR II:CAP-cAMP 的弱结合位点(的弱结合位点(-50 -40)cooperative effect提高提高ARII 的结合效率的结合效率IR-70 ARI-40ARII IR -50 RNA pol AR II + CAP-cAMP 复合体:复合体: 促使促使-35 box附近附近GC岛区的双螺旋结构稳定性降低,岛区的双螺旋结构稳定性降低,-10 box的解链温度降低,有利于转录启动的解链温度降低,有利于转录启动 ARI ARII GC Island -35 -10 Null AR II RNA pol. into -10 Box but transc
13、ription off ARII + CAP-cAMPpromotionRNA pol. into -35 Boxinto -10 Boxstarting transcription RNA pol RNA pol-CTDCAP-cAMPARI ARIIARI ARIIActivation transcription Up element + CAP-cAMP RNA PolymeraseRNA Polymerase复合体复合体 CAP-cAMP CAP-cAMP 与与RNA PolymeraseRNA Polymerase的的-CTD结合,激活转录结合,激活转录 (二)(二)原核基因转录的起
14、始原核基因转录的起始 1、因子的作用:因子的作用: 降低降低全酶与一般全酶与一般DNA的的非专一性非专一性结合力结合力(20000倍倍);); 增强增强全酶与启动子全酶与启动子R site、B site的的专一性专一性结结合力合力 (100倍倍);); 导致导致RNA链的延伸缓慢链的延伸缓慢Promoter与与 factor 间的结合专效性间的结合专效性决定了决定了 strong promoter & weak promoter; -35 box, -10 box的差异影响启动子与的差异影响启动子与RNA pol 中中因子的因子的结合能力结合能力;不同启动子的不同启动子的-35,-10 box
15、间存在较为间存在较为保守的标保守的标准序列(标准启动子)准序列(标准启动子); factor is responsible for recognition of consensus sequence of promoter and only required for initiation.2、RNA pol与启动子的结合与启动子的结合 因子识别启动子上结合位点。因子识别启动子上结合位点。 RNA pol全酶全酶与与-35 box结合结合封闭型启动复合物封闭型启动复合物; 酶向酶向-10 box移动,并与之牢固结合,促使移动,并与之牢固结合,促使-10 box及起始位点处发生局部解链及起始位点处
16、发生局部解链开放型启动开放型启动复合物复合物; DNA解螺旋扩展到解螺旋扩展到-10 box下游下游17bp范围。范围。3、转录起始位点的决定、转录起始位点的决定 酶与酶与-10 box 的结合,决定了第一个起始碱基的结合,决定了第一个起始碱基的选择。的选择。 第一个被转录的碱基离第一个被转录的碱基离-10 box 的保守的保守T约约69nts。 mRNA的起始位点多为的起始位点多为G,其次为其次为A ,很少很少为为U, 起始点核苷酸的两侧分别为起始点核苷酸的两侧分别为C 和和T。4、三元复合物的形成和、三元复合物的形成和因子的解离因子的解离 RNA合成一开始,就形成合成一开始,就形成模板模板
17、-RNA pol-RNA的的三元复合物三元复合物。 因子解离,核心酶与模板的亲和性下降到因子解离,核心酶与模板的亲和性下降到非特异性结合的水平,非特异性结合的水平,RNA pol在在DNA链上链上变得容易移动,为链的延伸创造了条件;变得容易移动,为链的延伸创造了条件; 游离的游离的因子可以重新进行功能循环。因子可以重新进行功能循环。 转录的起始转录的起始 核心酶在核心酶在因子帮助下特异性结合到因子帮助下特异性结合到DNA上;上; RNA pol与启动子与启动子-35 box 结合,形成结合,形成封闭型起始封闭型起始复合物复合物; 酶滑动到酶滑动到-10 box,转变成为转变成为开放型起始复合物
18、开放型起始复合物,启动子活化,双链解开,模板链暴露,插入最初启动子活化,双链解开,模板链暴露,插入最初的的2个核苷酸;个核苷酸; 酶继续加上开头的几个酶继续加上开头的几个NTP,形成形成三元起始复合三元起始复合物物,在,在RNA链合成了链合成了89个碱基后,个碱基后,因子解离,因子解离,转录开始。转录开始。 Model of the interaction between E. coil RNA polymerase holoenzyme and a promoterDNAIncorporating the first few Nt二、原核生物转录的延伸二、原核生物转录的延伸 RNA pol沿
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