5.2 启动子及转录因子在线视频

同学们好

我们今天来学习一下第二部分

启动子及转录因子

启动子是能被RNA聚合酶识别

结合并启动基因转录的一段DNA序列

那么

这段DNA序列到底有什么特点呢

Pribnow设计了一个实验

他把RNA聚合酶全酶与模板DNA结合

然后用 DNase I水解DNA

再用酚抽提

沉淀纯化DNA

最后得到一个

被RNA聚合酶保护的DNA片段

这个片段大约含41-44个核苷酸对

Pribnow先后分离了fd噬菌体

T7噬菌体的A2及A3启动子

λ噬菌体的PR启动子

及大肠杆菌乳糖操纵子

的UV5启动子等5段被酶保护的区域

并进行了序列分析

之后又有人做了50多

个启动子的序列分析后发现

在被保护区内有一个由5个核苷酸

组成的共同序列TATAA

是RNA聚合酶的紧密结合点

现在称之为Pribnow区

这个区的中央大约位于

转录起始点上游10bp处

所以又称为-10区

提纯被保护的片段后发现

RNA聚合酶并不能重新结合这些片段

或不能选择正确的起始点

表明在保护区外可能还存在

与RNA聚合酶对启动子识别的有关序列

果然

科学家不久就从噬菌体的左

右启动子及SV40启动子

的-35bp附近找到了另一段共同序列

TTGACA

经过数年的努力

科学家们分析了46个大肠杆菌

启动子的序列后确证

绝大部分启动子都存在这两段共有的序列

即位于-10bp处的TATA区

和-35bp处的TTGACA区

原核生物启动子的特点

-10区的TATA box

是RNA聚合酶的紧密结合位点

富含AT碱基

氢键的键能较低

有利于双链打开

-35区是RNA聚合酶全酶的识别位点

与s因子相互识别而具有很高的亲和力

除此之外

两者之间的最佳间距是16-19bp

小于15或大于20bp

都会降低启动子的活性

因此

保持这两段序列之间的

最佳距离是十分重要的

否则就会改变它所控制基因的表达水平

为什么呢

因为两者间增加或减少一个碱基对

就会使两者之间的夹角发生36度的变化

若要使酶与DNA在

这个区域内保持正确的取向

就必须使两者之一发生扭曲

而这需要增加结合自由能

在细菌中

有两种常见的启动子突变

一种是下降突变

另一种是上升突变

如果把Pribnow区从TATAAT变成

AATAAT就会大大降低

其结构基因的转录水平

这就是下降突变

如果增加Pribnow区

共同序列的同一性

就会大大提高其结构基因的转录水平

如

在乳糖操纵子的启动子中

将Pribnow区从TATGTT变成TATATT

就会明显提高启动子的效率

大大提高乳糖操纵子基因的转录水平

这就是上升突变

好

我们讲完了原核生物的启动子

接下来我们看一下真核生物的启动子

我们上一节课讲过

真核生物有三种RNA聚合酶

因此

对应的真核生物就有三种不同的启动子

RNA聚合酶中以RNA聚合酶II最为复杂

同样启动子中也以启动子Ⅱ最为复杂

它包括了

核心启动子和上游启动子元件两部分

这是真核生物启动子II的结构示意图

这是转录起始位点

即与新生RNA链第一个核苷酸

相对应DNA链上的碱基

我们一般将其标+1

在其上游标-1 -2等

在下游则标+2 +3等

转录起始点和TATA box构成核心启动子

CAAT box和GC box

称为上游启动子元件

核心启动子是保证

RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的

最少的DNA序列

包括转录起始位点和TATA box

真核生物的TATA box

通常在-25bp左右

相当于原核的-10区

它的作用是

选择正确的转录起始位点

保证精确起始

上游启动子元件包括-80区

的CAAT box和-100区的GC box

它们的作用是

控制转录起始频率

其中CAAT box对转录起始频率的影响最大

任何一个碱基的改变

都将极大影响靶基因的转录强度

TATA box

CAAT box

GC box这3种保守序列

在转录中都起重要作用

但并不是每个基因的

启动子都同时包含这3种序列

如SV40 早期启动子只有GC box

组蛋白H2B启动子

只有TATA box 和CAAT box

除启动子外

还发现另一种序列转跟录起始相关

它能明显增强或促进转录的起始频率

这种序列我们称为增强子

增强子最早是在

SV40的转录单元上发现

增强子具有以下的作用特点

远距离效应

即使与启动子相距上万个碱基也能发挥作用

无方向性

无论位于靶基因的上游

下游或内部都可以发挥作用

顺式调节

只调节位于同一染色体上的靶基因

无物种和基因的特异性

那这个特点在基因工程当中

可以连接到异源基因上发挥作用

具有组织特异性

说明增强子的效应需要特定的蛋白因子参与

有相位性

它的作用与DNA构象有关

最后一个是

某些可以应答外部信号

如高温

激素等外部信号

好

我们讲完了启动子的部分

要求大家掌握原核生物启动子

和真核生物启动子的构成及特点

接下来我们要了解一下转录因子

原核生物RNA聚合酶

通过s因子识别启动子

而真核生物RNA聚合酶

不能直接识别启动子

至少需要7种因子参与识别

这些因子称为转录因子

转录因子按特定顺序结合

到靶基因的启动子区

与RNA聚合酶II形成转录前起始复合物

PIC相对分子量特别大

它能够保证转录有效的起始

表中列举了真核生物

7种转录因子的亚基数

分子量和功能

TBP是TATA区结合蛋白

转录开始时最先

与启动子的TATA区相结合

TFIIA有3个亚基

它能使TBP

TFIIB与启动子的结合更稳定

TFIIB与TBP相结合后

能吸引RNA聚合酶II和

TFIIF的复合物到启动子区

TFIID有12种亚基

能与各种调控因子相互作用

TFIIE能吸引TFIIH到启动子区

具有ATP酶及解链酶活性

TFIIF 与RNA聚合酶II结合

在TFIIB的帮助下

阻止RNA聚合酶的非特异性结合

TFIIH 可以在启动子区解开DNA双链

使 RNA聚合酶II磷酸化

并接纳核苷酸切除修复体系

以上各种转录因子

按特定的顺序结合到启动子上

首先TFIID中的 TBP 结合到TATA 区

随即

TFIIA 和 TFIIB 被募集到启动子区

TFIIB与TBP相结合

吸引RNA聚合酶II

和TFIIF复合物到启动子区

之后

TFIIE 和 TFIIH也被募集到启动子区

结合到RNA聚合酶II的上游

形成转录前起始复合物

TFIIH具有ATP酶及解链酶活性

可以解开DNA双链

促使 RNA聚合酶II CTD

重复序列上多个位点的磷酸化

CTD磷酸化与非磷酸化的互变

对转录延伸有非常重要的调节作用

CTD磷酸化促使延伸复合物离开启动子区

开始进入转录延伸

好

同学们

我们这节课到此结束

下节课再见