啟動子

啟動子是位于結構基因5，端上游的一段DNA序列，能夠指導全酶(holoenzyme)同模板正確結合，活化RNA聚合酶，啟動基因轉錄。全酶是指酶蛋白及其輔酶構成的有功能的復合物。RNA，聚合酶的核心酶雖可合成RNA，但不能找到模板DNA上的轉錄起始位點，只有帶σ因子的全酶才能專一地同啟動子結合。RNA聚合酶沿著模板前進，直到終止子，轉錄產生一條RNA鏈。通常把基因轉錄起點前面即5’端的序列稱為上游(upstream)，起點后面即3’端的序列稱為下游(downstream)。并把起點的位置記為十1，下游的核苷酸依次記為 2， 3，……，上游方向依次記為—1，—2，—3，……。

RNA聚合酶同啟動子結合的區域稱為啟動子區。將各種原核基因同RNA聚合酶全酶結合后，用DNase I水解DNA，最后得到與RAN聚合酶結合而未被水解的DNA片段，這些片段有一個由5個核苷酸(TATAA)組成的共同序列，以其發現者的名字命名為Pribnow框(Pribnowbox)，這個框的中央位于起點上游10bp處，所以又稱—10序列(—10 sequence)，后來在—35 bp處又找到另一個共同序列(TTGACA)。Hogness等在真核基因中又發現了類似Pribnow框的共同序列，即位于—25～—30 bp處的TATAAAAG，也稱TATA框(TATAbox)。TATA框上游的保守序列稱為上游啟動子元件(upstream promoter element，UPE)或上游激活序列(uptreamactivatingsequence，UAS)。另外在—70～—78 bp處還有一段共同序列CCAAT，稱為CAAT框(CAAT box)

原核生物中—10區同—35區之間核苷酸數目的變動會影響基因轉錄活性的高低，強啟動子一般為17±1 bp，當間距小于15 bp或大于20 bp時都會降低啟動子的活性。

在真核基因中，有少數基因沒有TATA框。沒有TATA框的真核基因啟動子序列中，有的富集GC，即有GC框；有的則沒有GC框。GC框位于—80～—110bp處的GCCACACCC或GGGCGGG序列。

TATA框的主要作用是使轉錄精確地起始；CAAT框和GC框則主要是控制 轉錄起始的頻率，特別是CAAT框對轉錄起始頻率的作用更大。如在TATA框同相鄰的UPE之間插入核苷酸，也會影響轉錄使之減弱。

為什么RNA聚合酶能夠僅在啟動子處結合呢?顯然啟動子處的核苷酸順序具有特異的形狀以便與RNA聚合酶結合，就好像酶與其底物的結構相恰恰適合一樣。將100個以上啟動子的順序進行了比較，發現在RNA合成開始位點的上游大約10bp和35bp處有兩個共同的順序，稱為-10和-35序列。這兩個序列的共同順序如下,-35區“AATGTGTGGAAT”，-10區“TTGACATATATT”。大多數啟動子均有共同順序(consensus sequence)，只有少數幾個核苷酸的差別。

-10序列又稱為Pribnow盒(原核生物)。在真核生物中相應的序列位于-35bp處，稱為TATA盒，又稱為Goldberg-Hognessbox，是RNA聚合酶Ⅱ的結合部位。-10和-35這兩個部位都很重要:[1]RNA聚合酶能和-35和-10序列中的堿基和DNA主鏈中的磷酸基相接觸;[2]離開共同順序較遠的啟動子的活性亦較弱;[3]最重要的是，破壞啟動子功能的突變中有75%都是改變了共同順序中的堿基，其余25%亦為離共同順序較近的。-35和-10序列相距約20bp，即大致是雙螺旋繞兩圈的長度。因為這兩個結合區是在DNA分子的同一側面，可見此酶是結合在雙螺旋的一面。可以想像，它能"感覺到每個結合區的溝底中堿基所產生的特異形狀。"

原核生物亦有少數啟動子缺乏這兩個序列（-35和-10)之一。在這種情況下，RNA聚合酶往往不能單獨識別這種啟動子，而需要有輔助蛋白質的幫助。可能是這些蛋白質因子與鄰近序列的反應可以彌補啟動子的這個缺陷。

在真核生物中，在轉錄起始位點上游70-80bp處有CAAT順序，也稱為CAAT盒。這一順序也是比較保守的共同順序：GCCTCAATCT。RNA聚合酶Ⅱ可以識別一順序。近年來在對家兔β珠蛋白基因CAAT順序的研究中發現，用人工方法誘導CAAT順序發生突變使家兔β珠蛋白基因的轉錄水平降低。

啟動子中的－10和-35序列是RNA聚合酶所結合和作用必需的順序。但是附近其他DNA順序也能影響啟動子的功能。例如，在核糖體RNA合成的起始位點的上游50到150核苷酸之間的順序就是對啟動子的完全活性所必需的。如果這一段DNA順序缺失并由其他外來DNA所取代(例如克隆在質粒DNA中的rRNA基因)，則轉錄起始的頻率將降低10倍。同樣，在其他情況下，遠隔部位的富有AT的DNA順序被認為能增進轉錄起始的頻率。有時候上游順序可以是某些能直接激活RNA聚合酶的"激活蛋白"的結合部位。但是，上游順序往往有另外的功能。例如上游順序可以吸引拓撲異構酶，后者可導致結合的局部產生有利于轉錄起始的超螺旋狀態。上游順序所引起的DNA結構的微細變化可能在雙螺旋上被傳導到相當遠的距離，因此上游順序的變化可以影響到-10和-35區的DNA結構細節。

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