复旦大学：《基因组学》课程教学资源（课件讲稿）第07章 基因的转录调控

第7章基因的转录调控

第7章 基因的转录调控

原核生物与真核生物基因转录的差别 原核生物与真核生物基因表达的方式有很大差别,主要 表现在: )原核生物基因的转录与mRNA的翻译偶联,转录与翻 译同步进行,因此原核生物不存在mRNA的加工问题 2)真核生物基因的转录与mRNA的翻译在空间上是分开 的,转录在细胞核中进行。转录的产物加工后输出 到细胞质,由游离在胞质中或内质网上的核糖体将 mRNA翻译成蛋白质。真核生物的转录初级产物要经 过许多加工与修饰才能成为成熟的mRNA,未成熟的 mRNA不能输出细胞核

原核生物与真核生物基因转录的差别 原核生物与真核生物基因表达的方式有很大差别，主要 表现在： 1) 原核生物基因的转录与mRNA的翻译偶联，转录与翻 译同步进行，因此原核生物不存在mRNA的加工问题； 2) 真核生物基因的转录与mRNA的翻译在空间上是分开 的，转录在细胞核中进行。转录的产物加工后输出 到细胞质，由游离在胞质中或内质网上的核糖体将 mRNA翻译成蛋白质。真核生物的转录初级产物要经 过许多加工与修饰才能成为成熟的mRNA，未成熟的 mRNA不能输出细胞核

大肠杆菌基因表达调控的方式 大肠杆菌基因的转录起始控制有2种截然不 同的方式: 1)组成型调控一主要依赖于启动子的结构 2)调节型控制一主要依赖于调控蛋白的活 性. 由于原核生物的转录与翻译是偶联的,因此原核生 物的转录可以通过翻译机制进行调控,如衰减调控

大肠杆菌基因表达调控的方式 大肠杆菌基因的转录起始控制有2种截然不 同的方式： 1) 组成型调控--主要依赖于启动子的结构. 2）调节型控制--主要依赖于调控蛋白的活 性. 由于原核生物的转录与翻译是偶联的,因此原核生 物的转录可以通过翻译机制进行调控,如衰减调控

细菌转录起始调控的特点 1)RNA多聚酶全酶包含与启动子互作的成分 西格玛因子和RNA多聚酶转录起始后,RNA 多聚酶脱离西格玛因子合成mRNA,西格玛因 子仍然保留在启动子位置 2)启动子的专一性可由西格玛因子识别,它们之 间的互作决定基因是否表达 3)启动子的组成决定了转录起始的基准水平 )细菌转录调控元件(-35bp位置)的顺序比真核 生物调控元件要长,可提高识别的专一性

细菌转录起始调控的特点 1) RNA多聚酶全酶包含与启动子互作的成分--- 西格玛因子和RNA多聚酶. 转录起始后, RNA 多聚酶脱离西格玛因子合成mRNA, 西格玛因 子仍然保留在启动子位置. 2) 启动子的专一性可由西格玛因子识别, 它们之 间的互作决定基因是否表达. 3) 启动子的组成决定了转录起始的基准水平. 4) 细菌转录调控元件(-35bp位置)的顺序比真核 生物调控元件要长, 可提高识别的专一性

大肠扦菌RNA多聚酶 定点突变表 上游,下游 明,35位影 σ因子 响RNA聚 DNA 合酶与 转录方向 DNA结合, Sigma protein recognizes promoter 称为识别域 Core RNA polymerase DNA complementary strand D Sigma 10位影响 x双链的解链, 称为解旋域 CTGTTGACAAT TAATCATCGAACTAGTATAATAGTACGCA 35 box 10 box mRNA start

大肠杆菌RNA多聚酶 定点突变表 明, -35位影 响RNA聚 合酶与 DNA结合, 称为识别域. -10位影响 双链的解链, 称为解旋域

启动子的结构规定了转录起始的基准水平 大肠杆菌启动子35盒和-10盒的一致顺序在不同 的基序允许的范围内有很大的变化。这些变化与 转录起始点周围以及下游50bp内的核苷酸顺序的 组成共同影响启动子的工作效率,它们限定了单 位时间内转录起始的次数,与RNA多聚酶离开启动 子开始合成全长转录物直接相关: 1)-35盒的组成主要影响σ亚基的识别以及RN多 聚酶附着的速率; 2)-10盒的组成同转录起始复合物从封闭状态转 向开放状态有关。 问题:细胞中转录因子如果寻找启动子序列?

启动子的结构规定了转录起始的基准水平 大肠杆菌启动子-35盒和-10盒的一致顺序在不同 的基序允许的范围内有很大的变化。这些变化与 转录起始点周围以及下游50 bp内的核苷酸顺序的 组成共同影响启动子的工作效率，它们限定了单 位时间内转录起始的次数，与RNA多聚酶离开启动 子开始合成全长转录物直接相关： 1）-35盒的组成主要影响σ 亚基的识别以及RNA多 聚酶附着的速率； 2）-10盒的组成同转录起始复合物从封闭状态转 向开放状态有关。 问题:细胞中转录因子如果寻找启动子序列?

大肠杆菌o因子 σ因子识别的启动子 启动子一致顺序 35盒框 10盒框 70 大多数基因 TTGACA TATAAT 热激诱导基因 TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA 运动与趋化性基因 CTAAA CCGATA 38 稳定期表达基因 ? ? 24盒框 12盒框 氮代谢与其它功能 CTGGNA TTGCA Prinbnow box: tataat of six nucleotides 据报道大肠杆菌基因组含有至少8个Sgma因子

大肠杆菌σ因子 σ因子 识别的启动子 启动子一致顺序 －35盒框 －10盒框 ________________________________________ σ70 大多数基因 TTGACA TATAAT σ32 热激诱导基因 TCTCNCCCTTGAA CCCCATNTA σ28 运动与趋化性基因 CTAAA CCGATAT σ38 稳定期表达基因 ？ ？ －24盒框 －12盒框 σ54 氮代谢与其它功能 CTGGNA TTGCA Prinbnow Box: TATAAT of six nucleotides. 据报道大肠杆菌基因组含有至少8个Sigma因子

大肠杆菌西格玛因子的组成 Sigma factors in E coli: o G(RpoD)-the"housekeeping"sigma factor, transcribes most genes in growing cells Makes the proteins necessary to keep the cell alive. 4(RpoN-the nitrogen-limitation sigma factor (Rpos)-the starvation/stationary phase sigma factor (RpoH)-the heat shock sigma factor, it is turned on when exposed to heat 028(RpoF)-the flagellar sigma factor (RpoE)-the extracytoplasmic/extreme heat stress sigma factor 9(FecI)-the ferric citrate sigma factor, regulates the fec gene for iron transport There are also anti-sigma factors that inhibit the function of sigma factors

大肠杆菌西格玛因子的组成 Sigma factors in E.coli:  σ 70 (RpoD) - the "housekeeping" sigma factor, transcribes most genes in growing cells. Makes the proteins necessary to keep the cell alive.  σ 54 (RpoN) - the nitrogen-limitation sigma factor  σ 38 (RpoS) - the starvation/stationary phase sigma factor  σ 32 (RpoH) - the heat shock sigma factor, it is turned on when exposed to heat  σ 28 (RpoF) - the flagellar sigma factor  σ 24 (RpoE) - the extracytoplasmic/extreme heat stress sigma factor  σ 19 (FecI) - the ferric citrate sigma factor, regulates the fec gene for iron transport  There are also anti-sigma factors that inhibit the function of sigma factors

大肠杆菌的转录终止 细菌采用2种不同的转录终止策略 1)倚赖终止信号顺序:大肠杆菌中促使转录终止的DNA位置有一段 反向互补顺序,其后紧接一串腺嘌呤苷核酸,称为内终止子 intr ins ic terminator),形成终止信号。内终止子的转录物 与模板的结合很不稳定,可促使多聚酶离开DNA。原因有二:其· 反向互补序列被转录后,立即形成一个茎环结构,使转录物与模 板之间配对的碱基数降低,整个减弱了RNA与DNA的互作;其 由于在茎环3'端紧接一串A/U的配对,稳定性较差,有利于转录终 止而不利于转录延续。 2)倚赖蛋白质与终止信号顺序: 第二种终止信号是Rho,这种终止策略称为Rho依赖型(Rho dependent)。Rho信号顺序可形成发夹结构,但不太稳定,其后 也缺少一串腺嘌呤,尚需借助另一称为Rho蛋白的帮助促使转录终 止。转录起始后Rho蛋白即附着于转录物并沿新生的RNA分子向多 聚酶方向移动。如果多聚酶一直合成RNA,因其前进速度较快跑在 Rho蛋白的前面,不会出现转录终止。倘若多聚酶遇上终止信号 由于发夹结构的形成使多聚酶被迫暂时停止,此时Rho蛋白正好赶 上。Rho蛋白是一个解旋酶,它可使RNA与DNA之间的配对碱基分开 导致多聚酶离开模板

大肠杆菌的转录终止 细菌采用2种不同的转录终止策略： 1）倚赖终止信号顺序：大肠杆菌中促使转录终止的DNA位置有一段 反向互补顺序，其后紧接一串腺嘌呤苷核酸，称为内终止子 （intrinsic terminator），形成终止信号。内终止子的转录物 与模板的结合很不稳定，可促使多聚酶离开DNA。原因有二：其一， 反向互补序列被转录后，立即形成一个茎环结构，使转录物与模 板之间配对的碱基数降低，整个减弱了RNA与DNA的互作；其二， 由于在茎环3'端紧接一串A/U的配对，稳定性较差，有利于转录终 止而不利于转录延续。 2）倚赖蛋白质与终止信号顺序： 第二种终止信号是Rho，这种终止策略称为Rho依赖型（Rho dependent）。Rho信号顺序可形成发夹结构，但不太稳定，其后 也缺少一串腺嘌呤，尚需借助另一称为Rho蛋白的帮助促使转录终 止。转录起始后Rho蛋白即附着于转录物并沿新生的RNA分子向多 聚酶方向移动。如果多聚酶一直合成RNA，因其前进速度较快跑在 Rho蛋白的前面，不会出现转录终止。倘若多聚酶遇上终止信号， 由于发夹结构的形成使多聚酶被迫暂时停止，此时Rho蛋白正好赶 上。Rho蛋白是一个解旋酶，它可使RNA与DNA之间的配对碱基分开， 导致多聚酶离开模板

A)DNA编码区3′端的终止信号 TGTCGGCGG 模板DNA 转录 CCCACAG A GUUCCGCUGGCGGCAUUUU 大肠杆菌基因转录终止调控 转录的RNA R№A迅速折叠 折叠的RNA 促使转录终止 OH 3' B)依赖Rho蛋白的转录终止 Rh。蛋白 RNA多聚酶 L。。p > OH RNA多聚嗨离开模板链

大肠杆菌基因转录终止调控