启动子与增强子

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1、第三章第二节启动子与增强子教学目标：教学重、难点：教学内容：一、原核生物启动子1启动子：是一段位于结构基因5'端上游区的DNA序列，在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子；启动子的结构影响它与RNA聚合酶的亲和力，决定基因表达强度。转录单元：是一段从启动子开始到终止子（terminator）结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链；在细菌中，一个转录单元可以是一个基因，也可以是几个基因。2转录起点：指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌呤。上游：常把起点前面

2、，即5'末端的序列称为（upstream）上游;下游：起点后面即3'末端的序列称为下游（downstream）。在描述碱基的位置时，起点为＋1，下游方向依次为＋2，＋3……，上游方向依次为－1，－2，－3……。3启动子结构：Pribnow框：在起始点上游，几乎在所有启动子都存在一个6bp富含A/T区域TATAAT。通常位于－18位到－9位，称为Pribnow框。该区域是RNA聚合酶牢固结合位点，RNA聚合酶结合后，这一富含A/T的DNA双链解开。Sextama框：位于－35区附近有一TTGACA序列，是RNA聚合酶中的σ因子识别位点。以上这两个位点对于转录起

3、始都是非常重要的。σ因子识别－35区并与之结合。由于RNA聚合酶分子覆盖面积能达到70bp，因此酶分子上的一个合适部位能接触－10区。酶分子一旦与－10区结合以后，就从识别位点上解离下来。此外，－35序列的重要性还在于在很大程度上决定了启动子的强度。。－10区和－35区的最佳距离：在原核生物中，－35区和－10区的距离大约是16～19bp，小于15bp或大于20bp都会降低启动子的活性；保持启动子这两段序列以及它们之间的距离是十分重要的，否则就会改变它所控制的基因表达水平。在细菌中常见两种启动子突变：下降突变：如果把Pribnow其从TATAAT变成AATA

4、AT，就会大大降低其结构基因的转录水平；上升突变:：即增加Pribnow区共同序列的同一性。突变后的-10区和-35区越接近共同序列，转录的RNA就越多；越远离共同序列，转录的RNA就越少。例如，在乳糖操纵子的启动子中，将其Pribnow区从TATGTT变成TATATT，就会提高启动子的效率，提高乳糖操纵子基因的转录水4启动子区的识别一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。在启动子区DNA双螺旋结构中，腺嘌呤分子上的N6、鸟嘌呤分子上的N2、胞嘧啶分子上的N4都是氢键供体，而腺嘌呤分子上的N7、N3，胸腺嘧啶分子上的O4

5、、O2，鸟嘌呤分子上的N7、O6、N3和胞嘧啶分子上的O2都是氢键受体。由于它们分别处于DNA双螺旋的大沟和小沟内，因此都具有特定方位，而酶分子中也有处于特定空间构象的氢键受体与供体，当它们与启动子中对应的分子在一定距离内互补时，就形成氢键，相互结合。这种氢键互补学说较为圆满地解释了启动子功能既受DNA序列的影响，又受其构象影响这一事实。二、真核生物启动子真核生物启动子有三类，分别由RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ进行转录。类别Ⅰ（classⅠ）启动子：只控制rRNA前体基因的转录，转录产物经切割和加工后生成各种成熟rRNA。类别Ⅰ启动子由两部分保守序列组成：核心启动

6、子（corepromoter）：位于转录起点附近，从-45至+20；上游控制元件（upstreamcontrolelement，UCE）：位于-180至-107；RNA聚合酶Ⅰ对其转录需要2种因子参与：UBF1：一条M为97000的多肽链，结合在上述两部分的富含GC区；1个TBP，即TATA结合蛋白（TATA-bindingprotein，TBP）；SL1：一个四聚体蛋白，含有3个不同的转录辅助因子TAFⅠ；在SL1因子介导下RNA聚合酶Ⅰ结合在转录起点上并开始转录。类别Ⅱ（classⅡ）启动子：类别Ⅱ启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制。该类启动子包含

7、4类控制元件：+1基本启动子（basalpromoter）：序列为中心在-25至-30左右的7bp保守区，TATAAAA/T，称为TATA框或Goldberg-Hogness框。与RNA聚合酶的定位有关，DNA双链在此解开并决定转录的起点位置。失去TATA框，转录将在许多位点上开始。起始子（initiator）：转录起点位置处的一保守序列，共有序列为：PyPyANT(A)PyPyPy为嘧啶碱（C或T），N为任意碱基，A为转录的起点。DNA在此解开并起始转录。上游元件（upstreamfactor）：普遍存在的上游元件有CAAT框、GC框和八聚体（octame

8、r）框等。CAAT框的共有序列是GCCAATCT，G