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RNA聚合酶

在细菌等原核生物中,相同的RNA聚合酶催化三种RNA的合成:信使RNA (mRNA)、核糖体RNA (rRNA)及转运RNA (tRNA)。

细胞RNA聚合酶是相对大的分子。

细菌RNA聚合酶是相对大的分子。

核心酶有5个亚基(~400 kDa):核心酶有5个亚基(~400 kDa):α2:这两个α亚基组合成酶及辨认调节因子。

每个亚基有两个区,αC末端区及αN末端区,分别与启动子结合及与聚合酶的其他部份结合。

每个亚基有两个区,αC末端区及αN末端区,分别与启动子结合及与聚合酶的其他部份结合。

β:有着聚合酶的活动,负责催化RNA的合成。

β':与DNA结合。

ω:还未清楚它的功能。

但是它在耻垢分枝杆菌中似乎是提供保护功能予β'亚基。

但是它在耻垢分枝杆菌中似乎是提供保护功能予β'亚基。

为着与启动子的特定区域结合,核心酶须有其他亚基,称为σ。

为着与启动子的特定区域结合,核心酶须有其他亚基,称为σ。

σ因子大大减低RNA聚合酶与非特定的DNA的关系,视乎σ因子本身而增加对某些启动子区域的独特性。

σ因子大大减低RNA聚合酶与非特定的DNA的关系,视乎σ因子本身而增加对某些启动子区域的独特性。

所以完整的全酶有着6个亚基:α 2 、β、β'、σ及ω(~480 kDa)。

所以完整的全酶有着6个亚基:α 2 、β、β'、σ及ω(~480 kDa)。

RNA聚合酶的结构就有一个长约55Å(即5.5奈米)的沟道及直径为25Å(2.5奈米)。

RNA聚合酶的结构就有一个长约55Å(即5.5奈米)的沟道及直径为25Å(2.5奈米)。

这个沟道正好适合20Å(2奈米)的DNA双股。

这个沟道正好适合20Å(2奈米)的DNA双股。

55Å的长度可以接受16核苷酸。

55Å的长度可以接受16核苷酸。

当不使用时,RNA聚合酶会与弱结合部位结合,等待活性启动子的位点开启并快速转换。

当不使用时,RNA聚合酶会与弱结合部位结合,等待活性启动子的位点开启并快速转换。

RNA聚合全酶所以在不使用时不是在细胞内自由浮动的。

RNA聚合全酶所以在不使用时不是在细胞内自由浮动的。

大肠杆菌的RNA聚合酶组成:亚基分子量亚基数目功能α65 000 2 与启动子结合β15 000 1 含催化部位,起催化作用β51 000 1 与DNA结合ω11 000 1σ70 000 1 识别起始位点真核生物中三种RNA聚合酶编辑本段回目录RNA聚合酶I:合成核糖体RNA (rRNA)前体45S,当成熟后会成为28S、18S及5,8S核糖为RNA,是将来核糖体的主要RNA部份。

RNA聚合酶I合成核糖体RNA (rRNA)前体45S,当成熟后会成为28S、1 8S及5,8S核糖体RNA,是将来核糖体的主要RNA部份。

RNA聚合酶Ⅱ:合成信使RNA (mRNA)的前体及大部份小核RNA (snRNA)以及微型RNA (microRN A)。

RNA聚合酶Ⅱ合成信使RNA (mRNA)的前体及大部份小核RNA (snRNA)以及微型RNA (micr oRNA)。

因为它在转录过程中需要多种转录因子才能与启动子結合,所以这是现时最多研究的种类。

因为它在转录过程中需要多种转录因子才能与启动子结合,所以这是现时最多研究的种类。

RNA聚合酶Ⅲ:合成转运RNA (tRNAs)、rRNA 5S及其他可以在细胞胞核及原生质找到的細小的RNA。

RNA聚合酶Ⅲ合成转运RNA (tRNAs)、rRNA 5S及其他可以在细胞核及原生质找到的细小的RNA。

三种RNA聚合酶的比较:酶位置产物活性比较对α-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA 50-70% 不敏感RNA聚合酶Ⅱ核浆hnRNA 20-40% 敏感RNA聚合酶Ⅲ核浆小RNA 10% 有种属特异性病毒中的RNA聚合酶编辑本段回目录很多病毒都有为RNA聚合酶编码。

相信最多研究的病毒RNA聚合酶是噬菌体T7。

它的RNA聚合酶是单一亚基的,与在粒线体及叶绿体所找到的RNA聚合酶相关,并且与DNA聚合酶同源。

因此很多人相信大部份的病毒聚合酶是从DNA聚合酶演化而来,并不是直接与上述的多亚基聚合酶有所关联。

病毒聚合酶是繁杂的,且包括一些形态可以使用RNA(而非DNA)作为模板。

反链核糖核酸病毒及双链核糖核酸病毒都是以双股RNA形式生存。

但是,有些正链核糖核酸病毒,如小儿麻痹病毒,亦包含这些RNA依赖性R NA聚合酶。

RNA聚合酶的转录起始编辑本段回目录一、σ亚基的替换在枯草杆菌(B.subtilis)中σ因子广泛地用于转录起始的调节,现知道有10种不同的因子。

有的存在营养期细胞中,仅在噬菌体感染的特殊环境,或者从营养生长转变成孢子形成期。

在处于正常营养生长期的枯草杆菌中发现的RNA聚合酶与E.coli的α2ββˊσ的结构相似,已知σ因子的分子量为43KDa,因而以σ43或σA来表示。

它所识别的启动子带有的保守顺序,与E.coli σ70识别的相似。

各种不同的聚合酶含有不同的σ因子,但是数量很少。

各种聚合酶识别不同启动子的-35和-10顺序。

从一套基因的转录到另一套基因的表达是噬菌体感染的共同特点。

噬菌体的发育涉及到感染周期的改变。

这些改变通过噬菌体编码的RNA Pol的合成来完成,或者通过噬菌体编码的控制细菌RNA聚合酶附属因子(包括新的σ种类)来完成。

在枯草杆菌被噬菌体SP01感染中通过产生新的σ因子来控制的。

SP01的感染周期通过基因表达的三个阶段。

在感染的瞬间,噬菌体的早期基因被转录了。

在4~5分钟后早期转录停了下来,中期基因又开始转录。

再过8~12分钟中期基因的转录被晚期基因所取代。

早期基因被宿主菌的全酶所转录。

它们不能区别宿主基因。

宿主基因启动子能被RNA聚合酶α1ββˊα43所识别。

噬菌体基因的表达对于转录为中期和晚期基因的转录是必要的。

有3个调节基因叫28,33和34,它们控制要转录的程序。

调节的方式是一种级联调控。

在级联调控中宿主的酶转录早期基因,这些基因的产物是转录中期基因所必须的。

而两个中期基因编码的产物又是晚期转录所必须的。

早期基因28的突变体不能转录中期基因,基因28的产物(称为gp28)是分子量26KDa的蛋白,它取代核心酶上的σ因子。

这种替代对从早期基因的表达转为中期基因表达是必要的。

它形成的全酶不再能转录宿主的基因,而能特异转录中期的基因。

现在还不清楚gp28怎样取代σ43,或者宿主的σ多肽究竟发生了什么情况。

两个中期基因涉及到一下步的转录。

无论是基因33还是34若发生突变将会阻止晚期基因的转录。

这些基因的产物是13KDa和24KDa的蛋白,它们取代了核心的酶上的gp28,现在也还不知道gp33和gp34怎样排除g p28的(或者排除任何残余的宿主σ43),但它们一旦结合到核心酶上,它们就只能在晚期启动子上起始转录。

σ因子的相继的取代具有双重的后果,每次亚基的改变使RNA聚合酶能够识别一组新的基因,而不再识别先前的基因。

由于σ因子的转换使RNA聚合酶的活性全部发生了改变。

可能所有的核心酶都是短暂地和不同的σ因子结合,但这种变化的程序是不可逆的。

几乎大部分σ因子转换的例子都发生在孢子形成(sporulation)中。

不同生活途径的选择对某些微生物来说是有利的,在营养期(vegetative phase)来说,对数生长可导致培养基中营养物质的耗尽。

此引发了孢子形成;它包括以下几个阶段:(1)DNA复制;(2)在细胞的一端基因组被分离;(3)分离的基因组外包上一层子外壳。

在孢子形成的第二阶段,细胞产生了两个独立的被分隔的部分,这就是母细胞和前孢子(forespore)。

这个过程约花8小时,它可以被看成为是一种原始的分化类型。

在这种类型中,现代细胞产生两种发育命运不同的子细胞,一个是母细胞,一个是前孢子,当前孢子被释放时,母细胞最终被裂解,孢子的结构完全不同于原来的细菌。

孢子的形成涉及到细菌生物合成活性的剧烈的变化。

这些变化和很多基因有关。

基本的调控仍在转录水平。

在孢子形成时,一些营养期行使功能的基因被关闭了,但大部分仍继续表达。

另外孢子形成的特异基因仅在这一阶段表达。

在孢子形成结束时约有40% 的细菌mRNA对孢子形成是特异的。

形成的RNA聚合酶在孢子形成的细胞中成为活性状态,它们含有的核心酶和营养细胞中的是相同的。

但附属蛋白却不同于营养细胞的σ43。

这种转录的特异性改变。

其原理是在每一间隔中存在着σ因子连续地被新的因子所决代,导致了不同组基因的转录。

为了协调前孢子和母细胞中转录的时间,必须沟通这两个部分。

当外界环境条件能触发“磷酸化传递”时,孢子形成的级联调节就起始了。

在磷酸化传递中一个磷酸基沿着各种蛋白传递,直至到达SpoOA(各种基因的产物涉及此过程,这种复杂性可能反应在触发孢子形成中需要避免发生错误)。

SpoOA是一种转录调节物,其活性受磷酸化的作用。

在磷酸化状态时,它激活两个操纵子转录。

而每个操纵子的转录是由不同于宿主的RNA聚合酶催化的。

在磷酸化SpoOA的指导下,宿主酶利用了一般的σ43来转录编码σF的基因。

而宿主酶在较小的因子σH的直接指导下转录录编码σE的基因,在中隔形成前,这两种新的σ因子产生了。

但到晚些时候才被活化。

σF只有在前孢子的间隔部分才有活性,而在母细胞中它的作用却被抑制了。

在孢子形成的开始,在前孢子中σ4 5被σF取代了。

在σF的指导下,RNA聚合酶转录第一套取代了营养期基因的孢子形成基因。

营养期基因是先前转录的。

这种取代反应可能仅存在于RNA聚合酶的群体中。

由于σF产生量很少,因此某此营养酶仍保留存在于孢子形成时。

被取代的σ45并未破坏,从孢子形成的细胞中的抽提液中σ45仍可得到恢复。

通过两种调节事体才使σF激活。

在前孢子中有一种σ因子:σG,它是早期孢子形成基因的产物,它使RNA聚合酶在前孢子中转录晚期基因。

另一种早期孢子形成基因的产物只负责与母细胞间隔进行沟通。

一种信号(通过间隔的蛋白膜)的传递来激活σE,σE在先前就已合成了前体的形式(pro-σE),它被剪切后才有活性。

当σE依次导致σK基因转录时,上述级联调控仍在继续。

σK活性的产生是十分复杂的,首先它的基因需要通过重组才能产生。

这个因子也是作为一种无活性的前体蛋白(pro-σK)被合成的。

它是被一种蛋白酶所激活,一旦σK有了活性,它就取代σE以及导致了母细胞中晚期基因的转录。

这些事件在母细胞和前孢子两部分的定时是由一些信号协调的。

在前孢子中σG的激活是依赖于母细胞中发生的一些事件。

依次激活σG是可以产生一种信号,这种信号穿越过间隔去激活σK。

孢子形成是由两种级联调控控制的,在级联调控中每一间隔部分的σ都相继被激活,每个σ因子指导一套特殊的基因合成蛋白质。

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