Mindmap --- 转录水平的调控

现代分子生物学 思维导图 — 原核生物基因表达调控之转录水平的调控。

• 转录水平的调控
  • 基本概念
    • 结构基因（structural gene）
      • 编码各类具有不同结构和功能的蛋白质和RNA的基因
    • 调控基因（regulatory gene）
      • 编码蛋白质或RNA来调节其他基因表达的基因
    • 阻遏蛋白（repressor）
      • 阻止基因表达的蛋白质，可与操控基因结合来阻止转录或结合RNA来阻止蛋白质的翻译
    • 激活蛋白（activator）
      • 阻止基因表达的蛋白质，可与操纵基因结合来阻止转录或结合RNA来阻止蛋白质的翻译
    • 操纵基因（operator）
      • DNA上的一个位点，阻遏物能与之结合抑制相邻启动子起始转录
    • 操纵子（operon）
      • 细菌基因表达和调控的单位，包括结构基因和能被调控基因产物识别的DNA控制元件
    • 诱导（induction）
      • 通过小分子诱导物参与，使阻遏物失活或活化激活剂来实现对基因或操纵子表达的调控
    • 阻遏（repression）
      • 通过小分子辅阻遏物参与，使激活剂失活或活化阻遏物来实现基因或操纵子不表达的调控
  • 是调控DNA模板上转录特定mRNA的速度；通常主要是对转录起始的调控
  • 有时也对转录终止过程进行调控，但是一般对延伸过程不容易进行调控
  • 原理
    • 基因表达由调控蛋白控制，基因常常由外部信号控制，这些信号由调控蛋白传递给基因
    • 调节蛋白通常都是DNA结合蛋白，它们识别受控制的基因上或者基因附近的特异位点
  • 根据调控机制的不同分类
    • 负转录调控
      • 调节基因的产物是 阻遏蛋白
      • 根据其作用特征分类
        • 负控诱导系统
        • 负控阻遏系统
    • 正转录调控
      • 调节基因的产物是 激活蛋白
      • 根据激活蛋白的作用性质分类
        • 正控诱导系统
        • 正控阻遏系统
  • 原核细胞转录调控的操纵子学说
  • 转录水平上的其他调控方式
    • σ 因子的调节作用
      • σ 因子之间常常交 互作用构成网络调控模式,使得原 核基因的表达稳定而平衡。
      • σ 因子本身的活性受蛋白水解酶的调 控,也能被同源的抗σ因子失活。
      • 抗 σ 因子能够与特定的σ因子结合,阻 止它们与RNA聚合酶组装。
      • σ 亚基(σ factor )
        • 功能是帮助核心酶识别启动子,它不是RNA链延伸必需的。
        • σ能提高RNA聚合酶与特异启动子的亲和力,也能降低与非特异启动子的亲和力。
        • 新生RNA链达到6-9个核苷酸,形成稳定的酶-DNA-RNA复合物时,σ因子释放。
        • σ factor 通过降低核心酶与非特异序列的亲和力,和增加其与启动子的亲和力来 帮助核心酶识别启动子。
        • 无 σ factor 的核心酶也能在DNA模板上合成RNA,但不能正确地起始转录。
      • 热激蛋白的表达
        • 很多热激蛋白是分子伴侣（molecular chaperones）和蛋白酶
        • 分子伴侣的作用是介导蛋白质正确折叠
        • 蛋白酶的作用是降解受到热损伤而又不能修复的蛋白质
        • 热激蛋白的表达调控主要发生在转录水平上。热激蛋白基因的启动子被σ 32 而不是通常 的σ 70 识别。
    • 组蛋白类似蛋白的调节作用
      • 组蛋白类似蛋白能非特异性的结合DNA，维持其高级结构，例如H-NS
      • H-NS先结合到DNA上,然后通过蛋白-蛋白相互作用形成多聚体以帮助 维持DNA的高级结构
    • 转录调控因子的作用
      • 大肠杆菌中大约有300多个基因编码与启动子区结合的蛋白,它们能激活或抑 制转录,称为转录调控因子。
      • 大多是序列特异性的DNA结合蛋白,能与特定的启动子结合。
      • 有些转录调控因子能调控很多基因的表达(如CRP, FNR, IHF, Fis…),有些 只能调节一两个启动子
      • 许多基因的启动子区有多个转录调控因子的结合位点,共同作用才能使RNA聚 合酶顺利起始基因转录。
    • 抗终止因子的调节作用
      • 抗终止蛋白阻止转录的终止作用
      • 抗终止因子在RNAP到达终止子之前与之结合
      • 主要见于噬菌体和少数细菌