原核生物基因表达

原核生物的基因表达
基因和基因表达
• 基因：产生一条多肽链或功能 RNA 所需的全部核苷酸序列。它包括编 码区和其上下游区域，以及在编码 片段（外显子）的间断切割序列 （内含子）。
• 基因表达：基因经过转录、 翻译，产生具有特异生物学 功能的蛋白质分子或 RNA 的 过程。
目 前 研 究 发 现 有 13 种 RNA ， 在 转 录 时 ， 信 使 RNA(mRNA) 、 转 运 RNA(tRNA)、核糖体 RNA(rRNA)和一些小 RNA(sRNA)等发挥作用。
转录终止
RNA 链延伸到转录终止位点时，RNA 聚合酶不再形成新的磷酸二酯键 RNA--DNA 杂合物分离，DNA 恢复成双链状态，而 RNA 聚合酶和 RNA 链从模板上释放出来，原 核生物转录终止有两种模式：
1
2
依赖Rho因子的转录终止：
Rho 因子具有 RNADNA 杂合链的解螺旋酶， 可引发转录复合物与模板 解离而转录终止。
转录过程(从DNA到RNA)
模板识别 转录起始 转录延伸
转录终止
转录过程
RNA 链合成方向：5’端--3’端
场所：在细胞质 模板：DNA 链中的模板链
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原料：RNA 聚合酶、4种三磷酸核苷（ATP、GTP、CTP、UTP）
根据碱基互补配对（A-U、T-A、G-C）原则，各核苷酸之间通过形成
1 RNA 链不断延伸。
2
3
DNA 和聚合酶分子发生 构 像 变 化 ， RNA 聚 合 酶从起始阶段全酶构 像演变成延伸阶段的 核心酶构像，核心酶 与 DNA 模板是非特异 性结合，有利于核心 酶的移动。
σ 因子存在时，β与 β‫ﹸ‬的构像是与 DNA 专 一性结合所要求的构 想，不含有σ因子的 核心酶失去特异性识 别和结合的能力。
对真核生物）； 参与基因的调控，与生物生长发育密切相关，在某些病毒中RNA可作为遗传
物质。
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三种 RNA 示意图
• RNA 聚合酶全酶：大多数原核生物的 RNA 聚合酶是相同的，由5种（α、β、
β'、σ、ω ） 不同的多肽组成，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；σ 亚基与 RNA 聚合酶的核心酶(α2ββ')的形成有
关。
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• RNA 聚合酶核心酶：由2个α亚基、β亚请基在、此β输'亚入基您、的ω文亚本基。组成，催化链的延
伸。
请在此输入您的文本。
• σ因子：σ因子家族（σ70、σ32、σ54）中请的在σ因此子输负入责您调的节文不本同。基因的转录，其
中σ70是最重要的，负责常规基因的转录，σ 因子辨识起始位点，它只与 RNA
开放复合物与最初 的两个NTP相结合并 在这两个核苷酸之 间形成磷酸二酯键 后转变成（RNA聚合 酶 、 DNA 、 新 生 RNA ） 三元复合物
转录延伸
新生的 RNA 链长度达到9-10个核苷酸，σ 因子从复合物 RNA 聚合酶全
酶上脱落下来，RNA 聚合酶离开启动子，核心酶沿模板 DNA 链移动并使新生
• 结合位点：-10位的TATA和-35位的TTGACA是RNA聚合酶与启动子的结合位点，
能与σ因子识别具有很强的亲和力。
转录起始
1
2
3
RNA聚合酶全酶对启 动子识别，聚合酶 与启动子可逆性结 合形成封闭复合物。 此时，DNA双链仍然 处于双链状态。
DNA构像发生变化， 封闭复合物转变成 开放复合物，DNA序 列中有一段双链解 开。
不依赖Rho因子的内在型转录 终止：
不依赖 Rho 因子的终止 是在转录出的 RNA 中有富含 GC 的茎-环结构和紧接着连 续 U 的特定序列(即终止子)， 促使转录复合物与模板解离 而转录终止。
Rho因子
6个相同的亚基构成,分子量均为47kD,这6个相 同的亚基两两组成二聚体(图1),再由三个相同的二聚 体组成六角形环状的六聚体(图2）。
磷酸二酯键相连，不需要引物的参加，合成的 RAN 带有与 DNA 编码链
相同的序列。转录的过程基本包括模板识别、转录起始、通过启动子及
转录的延伸和终止。
RNA 聚合酶与启动子 DNA 双链相互作用并与之结合的过程。
• RNA 聚合酶：是转录过程中最关键的酶，主要以 DNA 双链为模板，四种核苷
三磷酸作为活性前体并以Mg2＋、Mn2＋为辅助因子，催化RNA链的起始，延伸 和终止，它不需要任何引物。
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
的延伸则由核心酶催化。所以，σ 因子的作用是识别转录的起始位置，并使
RNA聚合酶结合在启动子部位。
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原核生物基因表达过程
基因表达
转录
翻译
模板识别 转录起始 氨基酸活化 翻译的起始
转录延伸 转录终止 肽链的延伸 肽链的终止
• 启动子：是一段位于结构基因5‫ﹸ‬端上游区的 DNA 序列，能活化 RNA 聚合酶，
使之与模板 DNA 准确相结合并具有转录起始的特异性。
• 转录起点：指与新生链第一个核苷酸相对应的 DNA 链上的碱基，通常是一个
嘌呤。起点前面5Hale Waihona Puke Baiduﹸ‬末端为上游序列，其后3‫ﹸ‬末端序列为下游序列，起点记为＋1， 下游为＋2、＋3等，上游为-1、-2、-3等。
RNA 的合成是一个连续的过 程 ， 进 入 延 伸 阶 段 后 ， NTP 不 断 被 添 加 到 新 生 的 RNA 链的3‫ﹸ‬-OH端，RNA 聚合酶的 移动，DNA 链持续解开，暴 露 出 新 的 单 链 DNA 模 板 ， 新 生 RNA 链的3‫ﹸ‬末端不断延伸， 在解 链区形成 DNA-RNA 杂 合物，在解链区的后面， DNA 模板链与其原先配对的 非模板链重新结合成双螺旋， RNA 链被重新释放。
：编码特定的蛋白质序列。
：特异性的解读 mRNA 中的遗传信在息此，添携带加氨小基标酸进题入核糖体，转化
相应氨基酸加入多肽链中。 ：原核生物的 rRNA 分三类（5 SrRNA、16 SrRNA 和23 SrRNA），是
细胞中含量最多的，在核糖体中起装配和催化作用，不编码蛋白质。
的部分功能
蛋白质合成的主要参与者； 可作为核酶在细胞中起催化作用，主要作用于转录起始的加工剪切（主要针