分子生物学PPT

2. RNA聚合酶Ⅱ启动子的结构

RNA聚合酶Ⅱ主要负责编码蛋白质和部分核 内小rRNA（small nuclear RNA，snRNA）的 基因的转录，其启动子结构最为复杂。
RNA聚合酶Ⅱ单独并不能起始转录，必须和 其他的辅助因子共同作用形成转录起始复合 物才能起始转录。


RNA聚合酶Ⅱ的启动子位于转录起始点 的上游，由多个短的序列元件组成，主 要有三个保守序列： （1）帽子位点，又称转录起始位点，其 碱基大多数为A，这与原核生物相似。 （2）TATA框， 位于－30处，又称 Hogness框。一致序列TATAA（T）AA （T）。有些TATA框的突变不影响转录 的起始，但可以改变转录起始位点。说 明TATA框具有定位转录起始点的功能。


在转录过程中，RNA聚合酶需要与其他 蛋白质辅助因子（转录因子）共同作用， 才能保证转录的顺利进行。如转录终止 时的终止因子和抗终止因子。 大肠杆菌RNA聚合酶多亚基的复杂结构 主要是为酶提供了与多种因子相互作用 的能力，从而可以识别多种启动子。

2. 因子Байду номын сангаас

RNA聚合酶要负责所有基因的转录，也 就是说要识别所有转录单位的启动子。 因此， 因子在RNA聚合酶识别启动子 的过程中起关键作用。 因子的二级结构属于螺旋，是通过识 别启动子上的某一序列来控制RNA聚合 酶与启动子的结合的。
－35区和－10区之间的距离在绝大多数 原核生物启动子为16到18 bp。该区域的 碱基序列并不重要，但该距离的长短是 至关重要的。 适宜的距离可以为RNA聚合酶提供合适 的空间结构，便于转录的起始。

典型的原核生物的启动子的结构为：－ 35区、16～19 bp的间隔区、－10区和转 录起始点，－10区到转录起始点的距离 为7 bp。 转录起始点左右的碱基也可影响转录的 起始。例如，＋1至＋30的转录区可以影 响RNA聚合酶对启动子的清除，从而影 响启动子的强度。

转录起始于RNA聚合酶和启动子 (promoter)结合之后，转录起始的第一个 碱基称为转录起始点(start point) 。在 RNA聚合酶的作用下合成RNA，至终止 子(terminator)终止。

由启动子到终止子之间的序列称为转录 单位(transcription unit)。转录起始点前面 的序列称为上游(upstream)，后面的序列 称为下游(downstream)。

1. 原核生物启动子的结构
在原核生物的启动子中有4个区域：转录 起始点、－10区、－35区、－10与－35 之间的序列。
转录起始点 转录起始点在多数情况下为嘌呤，常见 的序列为CAT，A为转录起始点。
－10区 在转录起始点的上游有一个6 bp的保守 序列，几乎在目前已知的所有启动子中 均存在。 保守序列的中心位于转录起始点上游约 －10 bp处，这一保守序列又称为－10 序列。其一致序列为TATAAT，又称 Pribnow框、结合位点，在RNA聚合酶 的作用下首先解链。
－35区
在转录起始点上游－35 bp处，有另一个 保守序列，称为－35序列。其保守序列 为TTGACA， RNA聚合酶的σ因子可以 识别该位点，所以称为识别位点，又称 为Sextama框。 RNA聚合酶首先与识别位点结合，然后 与结合位点相互作用。 该区域是启动子强弱的决定因素。
－10区与－35区间的距离


3. RNA聚合酶与启动子的结合

研究RNA聚合酶与DNA之间的识别以及 结合常常采用足迹法（footprinting）。 经测定，RNA聚合酶与启动子结合的区 域为－50至＋20，这段序列包括了结合 及起始所需的序列。

另一种研究启动子的方法是采用碱基 修饰的方法。
可先用碱基修饰试剂如DMS对DNA和 RNA聚合酶的复合物进行修饰，未与 RNA聚合酶结合的DNA，其相应的碱 基被修饰。而结合了RNA聚合酶的碱 基则不被修饰。
第一节 转录酶和转录因子
一、原核生物的RNA聚合酶

大部分原核生物的RNA聚合酶的结构十 分相似，在聚合酶的表面形成一条约 2.5nm的通道，是容纳DNA分子的场所。

细菌RNA聚合酶的大小约为9.5 nm 9.5 nm 16 nm。
1. 大肠杆菌RNA聚合酶

大肠杆菌RNA聚合酶由多亚基组成，全 酶组装过程为2+ +’+ ，分子量为480 KDa左右。亚基与全酶结合疏松，很容 易与全酶分离。
（3）CAAT框， 位于－75处，一致序列 为GGC（T）CATCT。CAAT框内的突 变对转录起始的影响很大，决定了启动 子起始转录的效率及频率。 另外还有GC框（GC box）、八聚核苷 酸元件（octamer element）等元件。

在不同的启动子中，这些元件的组合情 况是不同的。

大肠杆菌有两种类型的终止子：
内在终止子（intrinsic terminator）
又称为不依赖ρ因子的终止子。只有核心酶 和终止子就足以使转录终止，不依赖其他 其他辅助因子的作用。 不依赖ρ因子的终止子在结构上有两个特征， 一个是转录生成的RNA形成发夹结构，二 是发夹结构末端紧跟着6个连续的U串。
发夹结构中的突变可阻止转录的终止，说 明了发夹结构在转录终止中的重要作用。 研究发现，发夹结构只是使转录过程暂停， 为转录的终止提供了机会。如果没有终止 子序列，聚合酶可以继续转录，而不发生 转录的终止。 6个连续的U串可能为RNA聚 合酶与模板的解离提供了信号。
依赖ρ
因子的终止子
依赖ρ因子的终止子必须在ρ因子的存在下
各种元件将相应的蛋白因子结合到启动 子上，而这些蛋白因子共同组合成起始 复合物。

3. RNA聚合酶Ⅲ启动子的结构

RNA聚合酶Ⅲ转录5S rRNA、tRNA和部分 snRNA。这三种启动子的结构是不同的， RNA聚合酶Ⅲ也必须和其他的辅助因子共 同作用，才能识别不同的启动子。 5S rRNA和tRNA基因的启动子位于转录起 始点的下游，称为内部启动子（internal promoter）。snRNA基因的启动子位于转 录起始点的上游，和其他基因的启动子比 较相似。
才能终止核心酶的转录作用。 依赖ρ因子的终止子序列，特别是实际终 止位点之前的序列富含C，而G含量相对 较少。大肠杆菌种依赖ρ因子的终止子相 对较少。
二、真核生物的终止子

与原核生物相比，对真核生物的终止子了 解较少。
不同的RNA聚合酶有不同的终止子。RNA 聚合酶Ⅰ和Ⅲ有类似于原核生物的终止元 件。RNA聚合酶Ⅱ是否有类似的终止元件 还不是很清楚。

’亚基可能与模板结合。 肝素可与’亚基结合而抑制转录，并且可 以和’亚基竞争DNA的结合位点。 亚基和’亚基提供了RNA聚合酶的活性 中心，其一级结构与真核生物RNA聚合酶 大亚基有同源性。 亚基的功能是帮助全酶识别启动子并与之 结合。 亚基也可被看作一种辅助因子，因 此又可称为因子（ sigma factor）。
第五章 转录

转录（transcription）是以DNA为模板， 在依赖DNA的RNA聚合酶的催化下，以4 种rNTP（ ATP、CTP、GTP和UTP ）为 原料，合成RNA的过程。转录是DNA将 遗传信息传递给蛋白质的中心环节。
在有些RNA病毒中，RNA也可以指导 RNA的合成。


转录过程中，DNA双链中的一条链为模板 链（template/antisense strand ），而另一 条链为编码链（coding/sense strand）。

真核生物的RNA聚合酶的分子量都很大， 由8至14个亚基组成。经纯化的RNA聚合 酶具有以DNA为模板合成RNA的能力， 但不能正确地选择启动子。 目前尚不能完成RNA聚合酶的体外重建， 无法确定哪些亚基是活性所必需的。

第二节 启动子

启动子(promoter)是指DNA分子上被RNA聚 合酶识别并结合，形成起始转录复合物的 区域。启动子上还包括一些调节蛋白因子 的结合位点。

这些分析方法可以确定与RNA聚合酶紧 密结合的位点。 有趣的是，在－10区上游的所有紧密结 合位点均位于一条DNA链上。这可使 RNA聚合酶从DNA的一个侧面接近并识 别启动子并与之结合。

二、真核生物的启动子 1. RNA聚合酶Ⅰ启动子的结构
RNA聚合酶Ⅰ的启动子主要由两部分组成的 (bipartite)：核心启动子（core promoter）位 于－45至＋20的区域内，足以使转录起始。 上游调控元件（upsream control element）位 于－180至－107，可提高转录起始效率。
第三节 终止子

在转录的过程中，提供转录终止信号的 序列称为终止子（terminator）。 无论是原核生物还是真核生物都可以通 过控制转录的终止来对转录进行调控。 这也是基因表达调控的重要手段。

一、原核生物的终止子
大肠杆菌和噬菌体中进行的体内和体外实 验表明，真正起终止作用的不是DNA序列 本身，而是转录生成的RNA。在这一点上， 终止子和启动子不同。新生的RNA中可有 多处发夹结构。 比较不同原核生物的终止子序列，发现其 同源性很差。

启动子是控制转录起始的序列，并决定着 某一基因的表达强度。与RNA聚合酶亲和 力高的启动子，其起始频率和效率均高。
一、原核生物的启动子

在原核生物的基因组中，能够被RNA聚 合酶识别的最小DNA片段为12 bp。
研究启动子特性的方法之一是比较不同 启动子的序列，从中发现一些同源性比 较强的部分，又称为保守序列。

全酶可以起始RNA的合成，之后亚基从 全酶解离下来。

亚基可能参与全酶的组装及全酶识别启 动子。另外， 亚基还参与RNA聚合酶与 一些转录调控因子间的作用。 亚基具有与底物（NTP及新生的RNA链） 结合的能力。利福霉素可以阻断转录的起 始，链霉溶菌素可抑制延伸反应，二者均 是通过与亚基的结合而发挥作用的。