细菌的转录翻译调控

Posted 2020-12-02 wulc

转录机质

　　RNA聚合酶：包含核心酶和σ因子

　　σ因子：在体外转录时，如果没有σ因子，则转录不具有专一性，RNA聚合酶转录所有的DNA双链，而在加入σ因子后，转录开始变得具有特异性。

　　启动子：当我们用带有缺口的DNA转录时，RNA聚合酶可以正常转录，但是明显不具有特异性，然而在完整的T4DNA中是不具有缺口的，RNA聚合酶很难遇到这种天然的缺口，因此其转录活性必然大大下降，如果σ因子存在，那么RNA聚合酶就可以正常识别起始位点并进行结合转录，聚合酶结合的位点成为启动子，因此σ因子的作用是指导聚合酶在特异的启动子处开始转录DNA。

　　RNA聚合酶与启动子的结合：

　　　我们发现，RNA聚合酶全酶可以与DNA进行紧密结合，而核心酶只能松散的结合，这取决于是否含有σ因子，全酶结合半衰期为30-60h，而核心酶结合的半衰期只有1min，进一步实验发现，结合紧密的位点有8个，这与启动子数目相近，而结合松散的位置有1300个，并出现在任何位置，因此我们可以得出结论：核心聚合酶不可以特异性起始转录DNA，因为其实转录必须有启动子参与。继续研究发现，当我们提高温度时，可以增强结合的紧密程度，25°的解离速率明显高于37℃，因为温度高可以促进DNA解链，因此我们可以总结以下假说：RNA聚合酶先在DNA上进行松散的结合，直到发现启动子，全酶和启动子的松散结合复合体称为封闭起始复合物，然后，全酶使得一部分DNA解旋，这时的复合物称为开放起始复合物。

　　启动子结构：细菌需要怎样的DNA结构才能使RNA聚合酶与之结合呢？David Pribnow对E.coli和噬菌体多个启动子加以比较后，发现一个共有区域，其中心位于转录起始位点上方大概10bp处，长度大概6-7bp，我们现在称之为-10序列or-10框；其后，Mark Ptashne及其同事还发现一个短序列，其中心位于转录起点位置上游35pb，分析数千个启动子后发现，每个框都存在共有序列

--------------TTGACa-------------------------------TAtAaT----------------
--------------AACTGt-------------------------------ATaTtA----------------

大写字母表示这个碱基在这个位置出现的频率比较高，这种概率性使得很难有与共同序列完全一样的-10序列和-35序列，然而，只要出现完全匹配的，其转录一定非常活跃，实际上，越不匹配的序列，启动子活性越低。除此之外，启动子元件之间的距离也十分重要，-10与-35远离或者靠近都会使得转录活性下降。

　　除了-10和-35序列（我们称之为核心启动子元件）有些极具活性的启动子还存在一个额外的元件，称为UP元件，比如我们E.coli细胞有7个编码rRNA的基因，当快速生长需要大量rRNA时，这7个基因自身可以引导转录的大量发生，我们认为UP元件是真正的启动子，因为RNA聚合酶可以识别UP元件，并且仅在UP元件存在的情况下，转录活性就可以被提升30倍。那么什么时候才能决定是否增强转录呢？实际上，该启动子还涉及-60~-150之间的三个Fis位点，他们是转录激活蛋白Fis的结合位点，他们不与RNA聚合酶结合，因此不叫启动子，而是一类被称为增强子的转录激活DNA元件。

　　E.coli RNA基因启动子还被一对小分子所调控，既起始NTP（iNTP）和预警素鸟苷-5`-二磷酸-3`-二磷酸（ppGpp），当大量iNTP存在时说明核苷酸的浓度很高。

 

转录起始：