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RNA聚合酶和启动子DNA的结构变化

时间:2016-09-11|来源:365备用网址二

在闭合式复合体内RNA聚合酶与启动子DNA的结合使DNA仍处于双链状态。转录起始的下一个阶段要求聚合酶在开放式复合体中与启动子更紧密地结合在一起。从闭合式复合体开放式复合体的转变过程涉及聚合酶的结构变化,以及DNA双链的打开,暴露出模板链和非模板链。相对于转录起始位点而言,这一“融化”发生在-11和-3之间的区域。

对于含σ70因子的细菌聚合酶,这一转变被称为异构化作用(isomerization)。它不需要从ATP水解获得能量,而是DNA-酶复合体的构象自发地变成一种在能量上更具优势的形式。异构化作用本质上是不可逆的,一旦异构化完成,通常转录将会随后起始(虽然在某些情况下还会在发生调控)。相反,闭合式复合体的形成则是易于逆转的:聚合酶可以转变为开放式复合体,从启动子上脱离。为描绘伴随异构化作用发生的结构变化,我们需要更为细致地了解全酶的结构。如前面所描述的,在这个爪状酶的钳子之间有一条通道穿过。由β和β’亚基的一些区域共同组成的的活性位点,位于钳子基部的。活性中心裂隙”之内。

有五条通道通向酶的内部,如图的开放式复合体的图片中所示。核苷三磷(NTP)摄取通道允许核糖核苷酸进入活性中心。RNA出口通道允许正在延长的RNA链在延伸合成的同时离开此酶。其他的3个通道允许DNA进出此酶,如下所述。下游DNA就是聚合酶前方将被转录的DNA)以双链的形式经下游DNA通(在两个钳子之间)进入活性中心裂隙。在活性中心裂隙内,DNA双链从+3位置开始分离。非模板链通非模板链(NT)通道离开活性中心裂隙并从聚合酶的表面经过,模板链则沿着一条路线穿过活性中心裂隙,经模板链(T)通道离开。聚合酶后面的上游DNA在-11位置处重新恢复双链状态。

显示了两条DNA链的相对位置(模板链为灰色,非模板链为橘红色)、σ因子的4个区域、启动子的-10和-35区域以及转录的起始位点(+1)。DNA和RNA进出RNA聚合酶的通道也在图中显示。这里唯一没有显示的通道是核苷酸进入( N70 - uptake)通道,核苷酸由此通道进入活性位点裂隙,结合到增长中的RNA链中。如图,该通道从页面深处进入位于DNA+1附近的活性位点。DNA链从蛋白质下面经过的部分以虚线表示。σ区域3/4连接区,也称σ3.2是σ3.1和σ4之间的连接区域。从闭合式复合体向开放式复合体转变的异构化作用中,可以观察到聚合酶发生两个显着的结构变化。首先,位于聚合酶前部的钳子牢固地钳压在下游DNA上。第二,σ的N端区域位置有至关重要的移动。在未结合DNA时,σ区域1.1处于全酶的活性中心裂隙内部,阻断开放式复合体中模板DNA链经过的路线。在开放式复合体中,区域1.1移动了大约50A的距离,出现在酶的外部,使DNA可以进到裂隙中。σ区域1.1处于高度的负电荷状态(恰似DNA)。因而,在全酶中,区域1.1起着DNA的分子模拟物的作用。活性中心裂隙的空间呈高度正电荷状态,既可以被区域1.1占据,也可以被DNA占据。

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