σ因子和RNA聚合酶
分子生物学名词解释
C值反常现象：也称C值谬误。
指C值往往与种系的进化复杂性不一致的现象，即基因组大小与遗传复杂性之间没有必然的联系，某些较低等的生物C值却很大，如一些两栖动物的C值甚至比哺乳动物的还大。
DNA的半保留复制：DNA在复制过程中，每条链分别作模板合成新链，产生互补的两条链。
这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。
因此，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式被称为DNA 的半保留复制。
DNA的半不连续复制：DNA复制过程中前导链的复制是连续的，而另一条链，即后随链的复制是中断的，不连续的。
RNA的编辑：是某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，如插入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编码的遗传信息发生改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。
RNA的再编码：是指RNA编码和读码方式的改变。
RNA干涉：是利用双链小RNA高效，特异性降解细胞内同源mRNA，从而阻断体内靶基因表达，使细胞出现靶基因缺失表型的方法。
RNA的剪接：从mRNA前体分子中切除被称为内含子的非编码区，并使基因中被称为外显子的编码区拼接形成成熟的mRNA的过程。
SD序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保守片段，它与16SrRNA 3’端反向互补，所以可将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。
根据首次识别其功能意义的科学家命名。
SNP：单核苷酸多态性，指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的物种多态性。
σ因子：是原核生物RNA聚合酶全酶的一个亚基，是聚合酶的别构效应物，帮助聚合酶专一性识别并结合模板链上的启动子，起始基因转录。
摆动假说：Crick为解释反密码子中某些稀有成分的配对及许多氨基酸有2个以上密码子的问题而提出的假说。
操纵子：是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
(整理)RNA的合成.
第二节RNA的生物合成RNA的生物合成包括RNA转录（transcription）与RNA复制。
除少数RNA病毒，以RNA复制的方式传递遗传信息外，大部分生物中遗传信息都是从DNA分子中以转录方式合成RNA而输出的，即以DNA为模板，以四种核糖核苷酸为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA。
转录是基因表达的第一步，是遗传信息传递的重要环节。
转录产物有：mRNA 、rRNA、tRNA、小RNA。
一、转录体系参与RNA合成的成分有多种，包括DNA模板、四种三磷酸核糖核苷（NTP）、RNA聚合酶、某些蛋白质因子及必要的无机离子等，这些总称为转录体系。
（一）DNA模板转录以DNA为模板，根据碱基配对原则，按照DNA模板中核苷酸的排列顺序合成互补的RNA分子。
DNA分子中的A、G、C、T分别对应于合成RNA分子中的U、C、G、A。
模板DNA的序列决定着转录RNA的序列，从而将DNA的遗传信息传给RNA。
与DNA复制不同，转录具有不对称性。
即在一个包含多个基因的双链DNA分子中（如称为A链及B 链），某个基因节段只以A链为模板进行转录，B链不转录，而在另一个基因节段可由B链为模板，A链不转录。
在转录中，基因的DNA双链中可以作模板的链称为模板链，不作为模板的另一条DNA链称为编码链。
转录的RNA序列与DNA模板链序列是互补的，而与DNA中编码链序列基本相同（U代替了T）。
（二）底物转录所需的底物（原料）是四种三磷酸核糖核苷（NTP），即ATP、GTP、CTP、UTP。
每聚合1分子核糖核苷酸需水解掉NTP的1个磷酸键以提供所需能量。
（三）RNA聚合酶RNA聚合酶是依赖DNA的RNA聚合酶（DNA dependent RNA polymerase，DDRP）。
RNA聚合酶在原核生物、真核生物、病毒及噬菌体中均普遍存在。
1、原核生物RNA聚合酶以大肠杆菌（E.coli）为例，E.coli和其它原核细胞一样，只有一种RNA聚合酶，合成各种RNA。
原核生物rna聚合酶的组成及功能
原核生物rna聚合酶的组成及功能原核生物RNA聚合酶是一类负责合成RNA分子的酶，在细胞核内起着重要的作用。
由于其复杂的组成和多样的功能，为了更好地理解原核生物RNA聚合酶，本文将详细介绍其组成和功能。
原核生物RNA聚合酶是由多个亚基组成的大分子复合物。
根据最新的研究，它主要包括核心酶（core enzyme）和辅助因子（auxiliary factors）两部分。
核心酶是RNA聚合酶的主体，由多个亚基组成。
其中，主要有α亚单位（alpha subunit）、β亚单位（beta subunit）、β'亚单位（beta prime subunit）和ω亚单位（omega subunit），它们共同组成了RNA聚合酶的基本结构。
辅助因子则是核心酶的支持系统，能够提供适宜的环境使RNA聚合酶正常工作。
辅助因子包括σ因子（sigma factor）和其他调控蛋白。
σ因子起到促进RNA合成的作用，它能够识别和结合到目标基因的启动子上，从而使RNA聚合酶定位并开始转录。
原核生物RNA聚合酶的主要功能是合成RNA分子。
它通过以下几个步骤完成RNA的转录过程：1. 识别和结合：在转录开始前，RNA聚合酶需要识别并结合到目标基因的启动子区域上。
这一过程主要依赖于σ因子的作用，σ因子与RNA聚合酶形成复合物，能够与启动子区域中特定的序列结合，从而准确定位转录起始点。
2. 解旋和转录：一旦RNA聚合酶定位到正确的启动子上，它的β'亚单位能够展开DNA的双螺旋结构，并使其中一条链暴露出来。
然后，RNA聚合酶开始合成RNA分子，通过将核苷酸逐一添加到正在生长的RNA链上，从而将DNA的信息转录为RNA。
3. 终止和释放：当RNA聚合酶在合成RNA过程中遇到特定的终止信号时，它会停止合成并释放RNA链。
这一过程不仅需要依赖于终止信号的识别，还需要其他辅助因子的参与，以确保RNA的正确合成和释放。
总之，原核生物RNA聚合酶是一类负责合成RNA分子的酶。
分子生物学
1.核小体：指由ＤＮＡ链缠绕一个组蛋白核构成的念珠状结构，是用于包装染色体的结构单位。
2.复制叉：复制时，双链DNA要解开成两股链分别进行，这个复制起点呈现叉子的形式，被称为复制叉。
3.半不连续复制：前导链的连续复制和后随链不连续复制的DNA复制现象。
4.C值：一种生物单倍体基因组DNA的总量值称为C值。
5.冈崎片段：DNA合成过程中，后随链的合成是不连续进行的，先合成许多片段，最后各段再连接成为一条长链。
这些小的片段叫做冈崎片段。
6.半保留复制：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。
7.复制子：DNA复制从起点开始双向进行直到终点为止，每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元。
8.DNA的修复:是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能"或"使细胞能够耐受DNA的损伤而能继续生存。
9.基因：能够表达和产生蛋白质和RNA的DNA序列，是决定遗传物质性状的功能单位。
10.组蛋白：是指所有真核生物的核中，与DNA结合存在的碱性蛋白质的总称。
组蛋白分为H1,H2A,H2B,H3及H4。
1.转录单元：是指一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。
2.单顺反子：只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子。
3.多顺反子：编码多个蛋白质的mRNA。
4.编码链：与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链。
5.启动子：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。
6.RNA的编辑：是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象7.SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。
8.转录：转录是以DNA中的一条单链为模板，游离碱基为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。
σ因子与-10区结合
σ因子与-10区结合
σ因子与-10区是细菌转录起始的重要组成部分，它们共同参
与了细菌基因转录的调控。
下面我将详细介绍σ因子和-10区的相
关知识。
σ因子是一种细菌转录起始因子，它能够与RNA聚合酶结合，
并在转录过程中起到识别启动子序列的作用。
细菌中存在多种类型
的σ因子，其中最重要的是σ70因子。
σ70因子能够识别具有保
守序列特征的启动子序列，其中包括-10区和-35区。
-10区是启动子序列中的一个重要元素，它位于转录起始点的
大约10个碱基对上游位置。
-10区一般具有保守的序列特征，通常
为TATAAT，这个序列被认为是σ70因子的主要识别位点。
当σ70
因子与-10区结合时，能够促使RNA聚合酶准确地识别启动子序列，并启动基因的转录过程。
σ因子与-10区的结合是转录起始的关键步骤之一。
当细菌需
要启动某个基因的转录时，σ70因子会识别并结合到目标基因的启
动子上，通过与RNA聚合酶的相互作用，促使RNA聚合酶准确地定
位在转录起始点，并开始合成RNA链。
这个过程是细菌基因表达的
重要调控步骤，能够确保基因的准确转录和适时表达。
总结来说，σ因子与-10区的结合是细菌基因转录起始的关键步骤之一。
σ因子通过识别和结合-10区，促使RNA聚合酶准确定位在启动子上，从而启动基因的转录过程。
这个过程对于细菌基因的调控和表达至关重要。
操纵子模型
学 专
生： 业：
指导老师：
日
期：2
主要内容
一、操纵子系统的组成 二、结构基因的转录 三、乳糖操纵子的诱导表达模型
一、操纵子系统的组成
二、结构基因的转录
图(a) 表示由一个启动子、一个结构基因和终止子构成的一个操纵子。 开始位点和终止点影响转录
二、结构基因的转录
图(b) Sigma(σ）因子（蛋白质）与RNA聚合酶结合并刺激聚合酶与启动 子位点结构。没有σ因子，就不能有效地结合。
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
cAMP受体蛋白 结合位点 RNA聚合 酶结合位 点 阻抑物结 合位点 乳糖通透酶 β半乳糖苷 酶 乳糖转乙 酰酶
图3-1 乳糖操纵子
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
cAMP 阻抑物蛋白
cAMP
cAMP 受体蛋 白
图3-3 E-Coli在缺葡萄糖，含有乳糖，cAMP充足，转录
二、结构基因的转录
图(c) RNA聚合酶开始转录后不久，sigma因子就与该酶分离。
二、结构基因的转录
图(d) 当RNA聚合酶到达终止位点，转录停止；Rho因子（蛋白质）与 RNA聚合酶结合并促进该酶与DNA分离和RNA的释放
二、结构基因的转录Fra bibliotek图(e) RNA聚合酶、Rho因子和从DNA分离出来的新 生的RNA
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
阻抑物蛋白
cAMP cAMP 受体蛋 白
图3-4 E-Coli在一般情况下，葡萄糖充足，阻抑 物蛋白与lacO结合，抑制转录。
三、乳糖操纵子的诱导表达模型
cAMP 阻抑物蛋白
cAMP 受体蛋 白
图3-5 E-Coli在含有葡萄糖下，进行诱导表达
分子生物学名词解释
一、名词解释1、分子生物学（狭义）：研究核酸和蛋白质等大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，主要研究基因的结构和功能及基因的活动。
2、分子生物学（广义):在分子的水平上研究生命现象的科学，涵盖了分子遗传学和生物化学等学科的研究内容。
3、基因：是具有特定功能、能独立发生突变和交换的、“三位一体”的、最小的遗传单位。
4、顺反子：基因的同义词，是一个具有特定功能的、完整的、不可分割的最小遗传单位。
5、增色效应：当进行DNA热变性研究时，温度升高单链状态的DNA分子不断增加而表现出A260值递增的效应。
6、变性温度：DNA双链在一定的温度下变成单链，将开始变性的温度至完全变性的温度的平均值称为DNA的变性温度。
7、DNA的复性：DNA在适当的条件下，两条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象。
8、C值：一种生物中其单倍体基因组的DNA总量。
9、C值悖论：C值和生物结构或组成的复杂性不一致的现象。
10、重叠基因：共有同一段DNA序列的两个或多个基因。
11、重复基因：基因组中拷贝数不止一份的基因。
12、间隔基因（断裂基因）：就是基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为不编码的序列所隔开。
13、转座子：在基因组中可以移动的一段DNA序列。
14、转座：一个转座子从基因组的一个位置转移到另一个位置的过程。
15、假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。
16:、DNA 复制：亲代双链的DNA分子在DNA聚合酶等相关酶的作用下，别以每条单链DNA为模板，聚合与模板链碱基对可以互补的游离的dNTP,合成两条与亲代DNA分子完全相同的子代双链DNA分子的过程。
17、复制子：从复制起点到复制终点的DNA区段称为一个复制子。
18、复制体：在复制叉处装备并执行复制功能的多酶复合体。
19、复制原点（复制起点）：DNA分子中能独立进行复制的最小功能单位。
20、端粒：染色体末端具有的一种特殊结构，对维持染色体的稳定起着十分重要的作用。
原核生物启动子的10区保守序列
原核生物启动子的10区保守序列什么是原核生物启动子的10区保守序列？在原核生物中，启动子是基因表达的关键调控元件之一。
启动子位于基因的上游区域，它是一段DNA序列，可以结合转录因子来启动基因的转录。
其中，位于启动子的核心区域称为10区保守序列。
10区保守序列是指一类启动子的10区域，这个区域在不同的原核生物中存在高度相似的DNA序列。
不同的原核生物有不同的保守序列，但在同一种原核生物的不同基因启动子中，这个10区保守序列是相似的。
这种保守序列的存在表明了它在基因转录中的重要性。
为了更好地理解原核生物启动子的10区保守序列，我们需要先了解原核生物基因转录的基本过程。
基因转录是基因表达的第一步，它是将DNA模板转录成RNA的过程。
这个过程由RNA聚合酶（RNA polymerase）和一系列辅助蛋白质（转录因子）共同完成。
在原核生物中，有两类基本的转录因子，分别是σ因子和RNA聚合酶核心酶。
σ因子是转录因子的一种，它能够识别和结合启动子的10区保守序列。
在基因转录的初始化阶段，σ因子和RNA聚合酶核心酶结合在一起，形成一个转录复合物。
这个复合物通过识别和结合到启动子的10区保守序列，确定了基因的起始转录位点。
在转录复合物结合到启动子后，RNA聚合酶开始进行链式合成，合成RNA 分子。
这个过程需要通过σ因子的识别和结合来启动。
那么，为什么原核生物启动子的10区保守序列是保守的呢？这是因为这个序列对于基因转录的正常进行非常重要。
10区保守序列在各个原核生物中高度相似，说明它具有一种保守性选择的趋势。
这种保守性选择主要有两个原因。
首先，10区保守序列是基因转录的起始点，它直接决定了RNA聚合酶的结合能力和启动基因转录的效率。
如果这个序列发生变异，可能会导致RNA聚合酶无法正常结合到启动子上，从而影响基因转录的进行。
其次，10区保守序列的保守性选择还与转录因子的识别和结合有关。
转录因子（如σ因子）能够通过识别和结合10区保守序列来选择性地启动特定的基因转录。
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σ因子和RNA聚合酶分分合合的关系
在细菌中，如大肠杆菌的RNA聚合酶主要由五个亚基组成，即2αββ，ωσ，其中α亚基与RNA聚合酶的四聚体核心的形成有关，β亚基含有核苷三磷
酸的结合位点，β，亚基含有与DNA模板的结合位点，而σ因子只与RNA转录的起始有关，与链的延伸无关，一旦转录开始，σ因子就被释放，而链的延伸则
由四聚体核心酶催化。
σ因子的特异性决定了它在细菌基因表达转录调控阶段的重要性，即σ因
子和启动子与RNAP的结合具有竞争性，对此，人们提出了σ循环模式，它参与形成延伸复合物，并形成转录延伸的结构基础，其中σ因子在起始和延伸阶段
均发挥作用，但其主要在起始阶段起作用。
此循环的主要过程是，①σ因子竞
争性的与核心酶结合形成全酶②全酶与启动子DNA结合形成开放型复合物③σ
因子从延伸阶段的全酶中释放，同时NusA与复合物结合④NusA释放，转录产
物RNA释放，转录终止⑤释放的σ因子又竞争性的与核心酶结合形成σ循环。
这一循环的主要特征是σ因子能快速的重新发挥作用，此循环在生物学在得到
支持，即噬菌体在体外培养时σ因子能与五个或更多的核心酶结合介导转录的
调控。
参与此循环的σ因子的数量不定，其数量主要取决于σ合成和降解的速率，以及翻译后的修饰与加工，即其活性与非活性形式之间的转变。
此循环的
作用是细胞在面对外界的变化和细胞信号时，此循环能快速的调整转录的形式
以优化细胞的代谢，使用不同启动特异性的σ因子来调控不连续的基因。
其中
主要有两大类，第一类是介导管家基因有关的转录，如大肠杆菌中的σ70，第二类主要是其它的因子，如大肠杆菌中的σ32，热激因子只介导合成蛋白质固定和折叠所需的蛋白等。
然而关于σ循环主要有两个版本，第一种是固定性释放，采用色谱或电泳
法比较结合RNAP或延伸复合物的启动子的不同，可以识别结合紧密但易于解离的σ因子，即转录产物RNA-DNA杂交链的长度到达8-9bp之前，σ因子就完全
的解离，此后核心酶参与链的延伸过程，σ因子进入σ循环。
第二种是随机释放，发现的机制是改变RNA合成的速度（通过改变转录所需的原料NTP的浓度），但σ因子释放的动力学不变，其主要机理即由于延伸复合物上的σ因子
与核心酶的亲和力降低，核心酶启动转录后σ因子释放就会发生，能降低σ因
子的有效浓度，基于对解离所需时间的运动学的测量，RNA合成的速率不会影
响σ因子解离的运动学时间，新生的RNA对σ因子的解离也无影响，解离是相
对随机，此种机制中可能发生第一种版本，即固定性释放。
此外还有一些其他
大的版本，如σ因子不解离或部分解离全酶纯化技术，能用来解释大多数的
转录在指数期，而σ70介导的转录大部分在稳定期，同样这也引发了一些思考，比如，因子的保留存在于体内还是在细胞溶解和RNAP纯化过程中形成的。
因子释放和保留的结构基础，与管家基因有关的σ因子被分成四个保守的序列
区，它们又被分为4个独立的结构域即σ
1.1 σ
2
σ
3
和σ
4
,相邻的结构域灵活连
接，它们与RNAP至少有五个不连续的结合区，如，σ
1.1
位于或靠近于下游的
DNA通道，σ
2
与β，形成卷曲螺旋的结构，这些相互作用既能稳定也能破坏百个以上氨基酸链的相互作用。
因子与RNAP不同部分之间的同时但又各自独立的结合，增加了σ因子与酶的亲和力，但会引起结构的改变，单个σ因子不同结
构域之间易于解离，例如从全酶到开放型起始复合物的过程中，σ
与RNAP间
1.1
的作用会消失。
σ因子在体内随机释放但可能重新结合延伸复合物，循环中因子被称作暂停-加强的延伸因子。
染色体免疫沉淀反应表明，σ因子和RNAP与DNA的相互作用直接支持了σ因子随机释放模型，实验中对剪切的DNA片段定量分析以及甲醛化交联的免疫沉淀，得到核蛋白。
在细菌生长的指数期，σ因子与启动子DNA 结合，但不与下游的乳糖操纵子等编码区的DNA结合。
在体内因子的有效浓度对于与RNAP的结合是必需的，高的因子浓度可能是细胞中的分子较多，比较拥挤，这种浓度下σ因子与起始复合物的结合是快速的。
一简单的动力学模型的结果表明在体内因子σ70充当延伸因子的角色来调控转录的延伸，但是它并不需要作为起始复合物一部分的因子σ70持续不断的保留。
最近一篇报道提出一种假设，即起始复合物对σ因子分子留有记忆，这种记忆能改变起始复合物对暂停和终止信号的识别和反应，σ因子对于RNAP的印记作用能保证二者结合的高效性、快速性，尽管不能消除暂停行为中的差别，但是起始复合物的纯度越高这种差别就越小。
目前起始复合物长寿命的构象模式被提出，在每一轮新核苷酸加入过程中，这种复合物的结构都会重新组合，这种改变可能是因为RNA折叠的改变，或者是RNAP分子间微妙的差别等。
对σ因子的体内外的实验表明大多数的因子是随机的从延伸复合物上解离的，使得转录复合物精巧的重组，同时优化调控的灵活性。
在细菌基因调控中存在一种包罗万象的进化，即自然能抓住每一个可能的机会依据细胞内外环境的变化来协调基因的表达。