原核转录及调控

分子生物学；原核生物转录；RNA聚合酶；转录调控

原核转录及调控

• E.coli的σ70启动子
  • 结构
    • +1：翻译起始
    • 两个保守序列：-10，-35（共有序列），接近这些的启动子统常更强（一定时间转录起始量）
    • 上游元件：可提供RNA Pol更多相互作用位点，提高其结合
    • extended -10：存于无-35的启动子上，补偿缺失
  • σ70因子
    • αCTD识别上游元件
    • 区域4：识别-35
      • 螺旋转角螺旋
    • 区域2：识别-10
    • 区域3：识别extended -10
    • σ3.2：在RNA出口通道中间
• 起始
  • 形成闭合复合物
  • 转变为开口复合物
    • DNA融化：-11-+3
    • 聚合酶结构改变
  • 另外
    • 起始需要起始NTP（常为A）置入活性位点
    • 流产式起始：需要将σ3.2区域逐出RNA出口通道，酶要多次尝试
      • 启动子逃脱
  • 起始调节
    • activator
      • RNA Pol结合后帮助其结合
      • 机制
        • 协同结合
          • CAP与RNA Pol，阿拉伯糖操纵子AraC
        • 变构
          • NtrC
            • 当N水平低时，磷酸化构象改变，结合DNA，与σ54作用使ATP水解，聚合酶构象改变->转录起始
          • MerR
            • Hg2+存在时MerR作用使RNA构象改变，扭曲-35和-10到一侧使能同时与一个蛋白质作用
          • 乳糖操纵子抑制物
        • DNA弯曲，远距离作用
    • repressor
      • 与DNA结合区域与启动子重叠部分，阻碍Pol结合
        • 乳糖操纵子，AraC
      • 阻止形成开放复合物
        • 半乳糖操纵子
      • 锁定启动子使停留在流产式起始
    • 可变σ因子
      • 不同的σ亚基结合相同的RNA聚合酶，却结合启动子不同位点
      • E.coli当温度高时热休克σ32耐高温；噬菌体早中晚期的转变
    • 乳糖操纵子，半乳糖操纵子，阿拉伯糖操纵子实例：如左侧
• 延伸
  • DNA进入蟹钳；分叉链分离；NTP加入；后方DNA退火
  • 起始后调控：色氨酸操纵子，见左侧
• 终止
  • 不依赖Rho的（强）
    • ①短的反向重复序列形成发卡结构
    • ②一段富含U的序列
      • 使释放
  • Rho依赖性（弱）
    • Rho有ATPase和解旋酶活性
    • 与RNA产物结合，使Pol、Rho蛋白构象改变，易脱离
• 其他
  • λ噬菌体不同基因表达模式控制它的溶源裂解
• 操纵子
  • 原核基因表达和调节的基本单位
  • 通常包括
    • 结构基因
      • 用于编码蛋白质（酶）
    • 操控元件，如操控序列
    • 调控基因
      • 翻译成regulator，识别操控元件
  • 典例
    • 乳糖操纵子
      • 合成能利用乳糖的酶
      • 当无乳糖时lac repressor结合抑制转录；有乳糖时与乳糖结合构象改变离开DNA
      • 当外界无葡萄糖是还有activator：CAP结合至CAP位点
        • CAP被cAMP激活，而葡萄糖会抑制腺苷酸环化酶活性
    • 半乳糖操纵子
      • 参与半乳糖分解
      • 只有半乳糖时P1启动，只有葡萄糖时P2启动
        • 双重控制系统
      • 两者都没有时，抑制物结合启动子两侧，对启动子不占位但抑制开放复合物形成
    • 阿拉伯糖操纵子
      • AraC为抑制蛋白结合启动子两侧抑制转录
      • 阿拉伯糖存在时诱导AraC构象改变作为激活物促使Pol的结合
    • 色氨酸操纵子
      • 合成色氨酸
      • 起始调控
        • 色氨酸浓度高时结合激活Repressor，阻止Pol结合
      • 衰减作用
        • 1区密码子有连续两个色氨酸，浓度影响tRNA影响合成速度。较快则3,4区配对形成终止结构，较慢则2,3配对继续合成
• 组合调控
  • CAP能与多种regulator分别一起调控不同基因