第七章原核基因表达调控

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1、第七章第七章 原核基因表达调控原核基因表达调控一、原核基因表达调控总论一、原核基因表达调控总论二、乳糖操纵子与负控诱导系统二、乳糖操纵子与负控诱导系统三、色氨酸操纵子与负控阻遏系统三、色氨酸操纵子与负控阻遏系统四、其他操纵子四、其他操纵子五、固氮基因调控五、固氮基因调控六、转录水平上的其他调控方式六、转录水平上的其他调控方式七、转录后调控七、转录后调控概概 述述基因表达调控基因表达调控DNARNA蛋白质蛋白质复制复制转录转录翻译翻译逆转录逆转录RNA复制复制基因表达基因表达基因转录及翻译的过程。基因转录及翻译的过程。rRNA、tRNA编码基因转录合成编码基因转录合成RNA的过程也属于基因的过程

2、也属于基因表达表达RNA对基因表达过程的调节称为对基因表达过程的调节称为基因表达调控基因表达调控（gene regulation或或gene control）。）。基因表达的方式基因表达的方式 组成性表达组成性表达 (constitutive expression) 适应性表达适应性表达 (adaptive expression）组成性表达：组成性表达： 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为通常被称为看家基因看家基因(housekeeping gene)(housekeeping gene)。组成性基因表达不是一成不变的，其表达强弱

3、也组成性基因表达不是一成不变的，其表达强弱也受一定机制调控。受一定机制调控。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 适应性表达适应性表达 指环境变化容易使表达水平变动的一类基因表达。指环境变化容易使表达水平变动的一类基因表达。o适应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为适应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱诱导导，这类基因被称为，这类基因被称为可诱导的基因可诱导的基因(inducible (inducible gene)gene)；o随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻阻遏遏，相应的基因被称为，相应的

4、基因被称为可阻遏的基因可阻遏的基因(repressible (repressible gene)gene)。 基因表达的规律基因表达的规律时间性及空间性时间性及空间性l时间特异性时间特异性 (temporal specificity) 某些基因的表达严格按特定的时间顺序某些基因的表达严格按特定的时间顺序生，称之为基因表达的生，称之为基因表达的时间特异性时间特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性阶段特异性(stage specificity)。 骨髓骨髓卵黄囊卵黄囊脾脾肝脏肝脏骨髓骨髓l空间特异性空间特异性(spatial specificity

5、)o在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现组织空间顺序出现空间特异性空间特异性又称又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。基因表达的一般规律：基因表达的一般规律：l 在需要时表达在需要时表达开开 ( (turn on)turn on)，l 不需要时不表达不需要时不表达关关( (turn off)turn off)。“关关”：基因的表达量特别低：基因的表达量特别低生物的基因表达受着严密和精确的调控，生物的基因表达受着严密和精确的调控，基因表达调控是生命本质所在，是生物适基因表达调控

6、是生命本质所在，是生物适应环境生存的必然结果。应环境生存的必然结果。o基因表达调控的生物学意义基因表达调控的生物学意义n适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖n维持个体发育与分化维持个体发育与分化o基因表达调控的环节：基因表达调控的环节：n基因活化、转录、转录后加工、翻译、基因活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工翻译后加工真核与原核生物转录及翻译调控的总体特征比较一、原核基因表达调控总论一、原核基因表达调控总论(1) 转录水平上的调控转录水平上的调控;(2) 转录后水平上的调控转录后水平上的调控; mRNA加工成熟水平上的调控加工成熟水平上的调控 翻译水平上的调控翻译水平上的调控

7、o原核生物原核生物中，中，营养状况营养状况（nutritional status）和和环境因素环境因素（environmental factor）对基因表达起着举足轻重的影响。对基因表达起着举足轻重的影响。o在转录水平上对基因表达的调控决定于在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构、的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基因子及其他小分子配基的相互作用。的相互作用。1961年，年，Monod和和Jacob提出提出转录水平上的调控机制：操纵子学说转录水平上的调控机制：操纵子学说获获1965年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖多个结构基因多个结构基因操纵

8、区操纵区操纵子操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。成。操纵基因受调节基因产物的控制。乙酰基转移酶乙酰基转移酶半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶-半乳糖苷酶半乳糖苷酶操纵位点操纵位点乳糖操纵子结构乳糖操纵子结构调节基因调节基因（1 1）根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激）根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的应答机制不同，可分为：活蛋白）的应答机制不同，可分为： 正转录调控正转录调控 负转录调控负转录调控 1 1、原核基因调控分类、

9、原核基因调控分类调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因激活蛋白激活蛋白正转录调控正转录调控正转录调控：调节蛋白是正转录调控：调节蛋白是激活蛋白激活蛋白在没有调节蛋白存在时结构基因是关闭的，在没有调节蛋白存在时结构基因是关闭的，加入加入调节蛋白质调节蛋白质后后基因转录基因转录被被开启开启，称为，称为正转录调控正转录调控。调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白负转录调控负转录调控负转录调控：调节蛋白是负转录调控：调节蛋白是阻遏蛋白阻遏蛋白在没有调节蛋白存在时结构基因是表达的，在没有调节蛋白存在时结构基因是表达的，加入加入调节蛋白质调节蛋白质后后基因表达基因表达被

10、被关闭关闭，称为负转录调控。，称为负转录调控。o可诱导调节可诱导调节：结构基因在特殊代谢物或化合：结构基因在特殊代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态。例如：大肠杆菌乳糖操纵子状态。例如：大肠杆菌乳糖操纵子 （2 2）根据操纵子对效应物应答机制的不同，分为）根据操纵子对效应物应答机制的不同，分为可可诱导调节诱导调节和和可阻遏调节可阻遏调节两大类：两大类：p250p250结构基因的表达还受某些小分子物质（结构基因的表达还受某些小分子物质（效应物）效应物）的调控。的调控。调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白调节基因调

11、节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物诱导物mRNA酶蛋白酶蛋白可诱导调节可诱导调节某种物质能够某种物质能够促使细菌产生促使细菌产生酶来分解它，酶来分解它，这种物质就是这种物质就是诱导物诱导物。o可阻遏调节可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子例：色氨酸操纵子调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白辅阻遏物辅阻遏物mRNA酶蛋白酶蛋白

12、可阻遏调节可阻遏调节调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白 （3 3）在负转录调控系统中，调节基因产物是阻）在负转录调控系统中，调节基因产物是阻遏蛋白，起着阻止结构基因转录的作用。根据遏蛋白，起着阻止结构基因转录的作用。根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏：n在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合时，结构基因转录；物）结合时，结构基因转录；n在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合时，结构基因不转录。遏物）结合时，结构

13、基因不转录。 (4)(4)因子因子参与大肠杆菌基因表达调控参与大肠杆菌基因表达调控 存存在在6种种因子，其中因子，其中70是调控最基本的生是调控最基本的生理功能如碳代谢、生物合成等基因的转录理功能如碳代谢、生物合成等基因的转录所必须的。所必须的。 除参与氮代谢的除参与氮代谢的54外，其它外，其它5种种因子在结构上具有同源性，所以统因子在结构上具有同源性，所以统称称70家族。家族。大肠杆菌中的各种大肠杆菌中的各种因子比较因子比较因子因子编码基因编码基因主要功能主要功能7070rpoD参与对数生长期和大多数碳代谢过程基参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的调控因的调控5454rpoN参与多数氮源利

14、用基因的调控参与多数氮源利用基因的调控3838rpoH分裂间期特异基因的表达调控分裂间期特异基因的表达调控3232rpoS热休克基因的表达调控热休克基因的表达调控2828rpoF鞭毛趋化相关基因的表达调控鞭毛趋化相关基因的表达调控2424rpoE过度热休克基因的表达调控过度热休克基因的表达调控所有所有因子都含有因子都含有4个保守区个保守区，其中第，其中第2个个和第和第4个保守区参与结合启动区个保守区参与结合启动区DNA，第，第2个保守区的另一部分还参与双链个保守区的另一部分还参与双链DNA解解开成单链的过程。开成单链的过程。不同不同因子结合因子结合DNA的序列及结合顺序不的序列及结合顺序不完全

15、相同。完全相同。2 2、原核基因调控的主要特点、原核基因调控的主要特点通过特殊代谢物调节基因的活性通过特殊代谢物调节基因的活性主要有可诱导和主要有可诱导和可阻遏两大类可阻遏两大类（1）可诱导调节：）可诱导调节：（2）可阻遏调节：）可阻遏调节：规律：规律：可诱导基因可诱导基因总是一些编码糖和氨基酸分解代总是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白的基因。而谢蛋白的基因。而可阻遏基因可阻遏基因是一些合成各种细胞是一些合成各种细胞代谢过程中所必须的小分子物质（如氨基酸、嘌呤代谢过程中所必须的小分子物质（如氨基酸、嘌呤和嘧啶等）的基因。和嘧啶等）的基因。3 3、弱化子对基因活性的影响、弱化子对基因活性的影响 属

16、于这种调节方式的有大肠杆菌属于这种调节方式的有大肠杆菌色氨酸操纵子、苯丙色氨酸操纵子、苯丙氨酸操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子等。氨酸操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子等。o起信号作用的是有特殊负载的起信号作用的是有特殊负载的氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的浓度的浓度，在色氨酸操纵子中就是在色氨酸操纵子中就是色氨酰色氨酰-tRNA-tRNA的浓度的浓度。o当操纵子被阻遏，当操纵子被阻遏，RNARNA合成被终止时，起终止转录信合成被终止时，起终止转录信号作用的一段核苷酸被称为号作用的一段核苷酸被称为弱化子。弱化子。 o有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳有葡萄糖存在的情况下，即

17、使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，产生出代谢这些糖的酶来，应的操纵子也不会启动，产生出代谢这些糖的酶来，这种现象称为这种现象称为葡萄糖效应葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。或称为降解物抑制作用。4、降解物对基因活性的调节、降解物对基因活性的调节5 5、细菌的应急反应、细菌的应急反应o细菌在紧急状况，如氨基酸全面匮乏时。会细菌在紧急状况，如氨基酸全面匮乏时。会产生应急反应，包括生产各种产生应急反应，包括生产各种RNA、糖、糖、脂肪和蛋白质在内的几乎全部生物化学反应脂肪和蛋白质在内的几乎全部生物化学

18、反应过程均被停止。过程均被停止。实施这一应急反应的实施这一应急反应的信号信号是是鸟苷四磷酸（鸟苷四磷酸（ppGpp）和和鸟苷五磷酸鸟苷五磷酸（pppGpp）。产生这两种物质的诱导物。产生这两种物质的诱导物是是空载空载tRNA。氨基酸饥饿时，细胞中存在大量不带氨基酸的氨基酸饥饿时，细胞中存在大量不带氨基酸的tRNA，这种这种空载空载tRNA会激活会激活焦磷酸转移酶焦磷酸转移酶，使使ppGpp大量合大量合成。成。ppGpp会关闭许多基因，同时也会打开一些合成会关闭许多基因，同时也会打开一些合成氨基酸的基因，以应付紧急状况。氨基酸的基因，以应付紧急状况。ppGpp与与pppGpp的作用范围十分广泛，

19、不只影响一个的作用范围十分广泛，不只影响一个或几个操纵子，影响一大批操纵子，是或几个操纵子，影响一大批操纵子，是超级调控因子超级调控因子。二、乳糖操纵子二、乳糖操纵子(lac operon)(lac operon)乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构酶的诱导酶的诱导laclac体系受调控的证据体系受调控的证据乳糖操纵子调控模型乳糖操纵子调控模型影响因子影响因子LacLac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题Francois JacobJacquces Monod获获19651965年年诺贝尔奖诺贝尔奖 调控区调控区阻遏基因阻遏基因启动子启动子控制基因控制基因 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳

20、糖苷酶Y： 透过酶透过酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNAIoZ Z编码编码-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖糖oY Y编码编码-半乳糖苷透过酶：使外界的半乳糖苷透过酶：使外界的-半乳糖苷半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。细胞内。oA A编码编码-半乳糖苷乙酰基转移酶：将乙酰辅酶半乳糖苷乙酰基转移酶：将乙酰辅酶A A上的上的乙酰基转到乙酰基转到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。如果某种物质能够诱导细菌产生酶而本身又不被分解，这如果某种物质能够诱导细

21、菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物种物质被称为安慰诱导物pUC18AprlacZoriAp + X-gal重组子（Apr + lacZ-） 基因工程的蓝白斑筛选基因工程的蓝白斑筛选蓝白显色筛选法蓝白显色筛选法控制区控制区信息区信息区 lacZ：编码：编码-半乳糖苷酶，它可以将乳糖水解为半乳糖和半乳糖苷酶，它可以将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖；葡萄糖； lacY：编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌的：编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌的细胞壁；细胞壁； lacA：编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，进行乳糖代谢。：编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，进行乳糖代谢。-35-100CAP

22、cAMPORNA聚合酶结合无葡萄糖:有葡萄糖:cAMPcAMP(促进转录)(不促进转录)有葡萄糖，cAMP浓度低时AYZOPIRNA polCAP AYZOPI无葡萄糖，cAMP浓度高时CAPcAMPRNA polmRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓度低RNA-polOOOO1、lac操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达乳乳糖糖有两个矛盾是操纵元理论所不能解释的：诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，后者的合成又需要诱导物诱导。解释：一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？一些透过

23、酶可以在没有诱导物的情况下合成？laclac操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有-半乳糖甘酶的预先存在。解释：本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的lac mRNA合成。laclac操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达碳源为甘油碳源为甘油的培养基的培养基乳糖 培养基：甘油培养基：甘油 按照按照lac操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的子的-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透过酶；半乳糖苷透过酶；培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖少量乳糖少量乳糖透过酶

24、透过酶进入细胞进入细胞-半乳糖苷酶半乳糖苷酶异构乳糖异构乳糖诱导物诱导物诱导诱导lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）异构乳糖异构乳糖诱导物的加入和去除对诱导物的加入和去除对laclac mRNA mRNA的影响的影响诱导物的加入和去除对诱导物的加入和去除对半乳糖苷酶的影响半乳糖苷酶的影响乳糖对乳糖对lac操纵子的影响操纵子的影响mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol阻遏基因阻遏基因弱启动子控制的弱启动子控制的组成型合成组成型合成 诱导：基因被打开 -半乳糖苷酶 透性酶 乙酰

25、转移酶 图 16-7 诱导物和阻遏物成为调节操纵子的开关 代谢物阻遏效应代谢物阻遏效应（一）（一）A A基因及其生理功能基因及其生理功能AYZOPI-半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶乙酰化的半乙酰化的半乳糖苷降低乳糖苷降低对细胞的危对细胞的危害害（二）（二）laclac基因产物数量上的比较基因产物数量上的比较AYZOPIZ、Y、A三个基因产物的拷贝数比例为三个基因产物的拷贝数比例为1：0.5：0.21、Lac mRNA可能在翻译过程中的核糖体相脱可能在翻译过程中的核糖体相脱离，从而终止蛋白质链的翻译。离，从而终止蛋白质链的翻译。原因：在翻译水平上的调节原因：在翻译水平上

26、的调节2、Lac mRNA分子内部，分子内部，A基因比基因比Z基因更易受基因更易受内切酶作用发生降解，故内切酶作用发生降解，故Z基因的完整拷贝数要比基因的完整拷贝数要比A基因多。基因多。原因：在翻译水平上的调节原因：在翻译水平上的调节AYZOPIRNA pol降解乳糖操纵子的调控模型乳糖操纵子的调控模型 o乳糖操纵子的组成：乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含 Z、Y、A 三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列 O，一个启动子 P 和一个调节基因I。o阻遏蛋白的负性调节：阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时没有乳糖存在时，I 基因编码的阻遏蛋白结合于操

27、纵序列 O 处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。乳糖操纵子的调控模型乳糖操纵子的调控模型 oCAP 的正性调节的正性调节：在启动子上游有 CAP 结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP 浓度升高，与 CAP 结合，使 CAP 发生变构，CAP 结合于乳糖操纵子启动序列附近的 CAP 结合位点，激活 RNA 聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的

28、转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。o协调调节：协调调节：乳糖操纵子中的 I 基因编码的阻遏蛋白的负调控与 CAP 的正调控两种机制，互相协调、互相制约。l可诱导调节：调节可诱导调节：调节分解代谢分解代谢的操纵子，同的操纵子，同时受时受cAMP-CAPcAMP-CAP的活性调节的活性调节l可阻遏调节：调节可阻遏调节：调节合成代谢合成代谢的操纵子的操纵子酶合成阻遏的现象酶合成阻遏的现象Jacob and Monod的工作的工作 阻遏型操纵子阻遏型操纵子trpAtrpBtrpCtrpEtrpD前导序列前导序列 aRNAtrpE trpD trpC trpB trpAtrpR酶阻

29、遏的操纵子模型酶阻遏的操纵子模型辅阻遏蛋白无活性，不能与操纵基因结合，结构辅阻遏蛋白无活性，不能与操纵基因结合，结构基因表达基因表达.调节基因操纵基因结构基因mRNA酶蛋白.辅阻遏蛋白辅阻遏蛋白l色氨酸操纵子主要参与调控一系列用于色氨酸合成代色氨酸操纵子主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸缺乏色氨酸时，此时，此操操纵子开放纵子开放，而当细胞内合成的，而当细胞内合成的色氨酸过多色氨酸过多时，此时，此操纵子操纵子被关闭被关闭。 l色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但通常色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但通常情况下，操

30、纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。纵基因结合而阻遏转录。l而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使基因转录关闭。基因转录关闭。Trp Trp 浓度高时浓度高时 Trp浓度低时浓度低时 mRNA OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操纵子色氨酸操纵子阻遏调节阻遏调节在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作在

31、操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列，当操纵子被阻遏时，用的核苷酸序列，当操纵子被阻遏时，RNA合成被合成被终止，这段核苷酸起终止转录信号作用终止，这段核苷酸起终止转录信号作用.调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234UUUU RNA RNA聚合酶聚合酶 UUUU34UUUU 334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1. 1.当色氨酸浓度高时当色氨酸浓度高时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNA UUU

32、U 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 终止终止UUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA 15 trp 密码子密码子 结构基因结构基因前导前导DNA RNA RNA聚合酶聚合酶 当色氨酸浓度低时当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 5trpE3 4o当培养基中色氨酸的浓度很低时当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNATrp也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处），这时

33、的前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录可继续进行，直到将trp操纵子中的结构基因全部转录。o当培养基中色氨酸浓度较高时当培养基中色氨酸浓度较高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，使2-3区不能配对，3-4区自由配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp操纵子被关闭。p265l活性阻遏物和非活性阻遏物的转变可能较慢，而tRNA荷载与否可能更为灵敏；l氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而以tRNA荷载情况为标准来进行控制可能更为恰当.l当细胞内氨基酸高于某一水平时，可以实现完全的阻遏；而只有低于这一水平时，才需用弱化子这个调节系统来进行调

34、节，阻遏蛋白和弱化子调节机制都是为了避免浪费，提高效率。SD序列：序列：mRNA起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列的序列。(9-12bp) 5-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3SD序列的顺序及位置对翻译的影响序列的顺序及位置对翻译的影响SD与与AUG之间相距一般以之间相距一般以4-10个核苷酸为佳，个核苷酸为佳，9个个核苷酸最佳。核苷酸最佳。l实验证据实验证据RNARNA引物由引物由 dnaG dnaG 基因编码的引物酶催化合成基因编码的引物酶催化合成dnaGdnaG、rpoD rpoD 及及rpsU rpsU 属于大肠杆菌基因组上的同一属于大肠杆菌基因

35、组上的同一个操纵子个操纵子基因转录出来的三个蛋白相应的基因转录出来的三个蛋白相应的mRNAmRNA拷贝数大体相拷贝数大体相同，由于翻译的调控使得蛋白的拷贝数发生了很大同，由于翻译的调控使得蛋白的拷贝数发生了很大的变化。的变化。l由于细胞内对应于稀有密码子的由于细胞内对应于稀有密码子的tRNA较较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。A基因基因B基因A基因终止密码子与基因终止密码子与B基因的起始密码子重叠基因的起始密码子重叠trp操纵子操纵子trpE基因与基因与trpD基因的翻译偶联机制基因

36、的翻译偶联机制trpE苏氨酸苯丙氨酸终止ACU-UUC-UGA-UGG-CUAUG-GCU甲硫氨酸丙氨酸trpD重叠的密码保证了同一核糖体对两个连重叠的密码保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。续基因进行翻译的机制。偶联翻译是保证两个基因产物在数量上偶联翻译是保证两个基因产物在数量上相等的重要手段。相等的重要手段。空载氨酰空载氨酰-tRNA-tRNA对蛋白质和对蛋白质和RNARNA的合成速度进行调控的合成速度进行调控当细菌处于饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸，当细菌处于饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸，其大部分活性区域将被关闭，此称之为严禁控制。其大部分活性区域将被关闭，此称之为严禁控制。严禁控制导致两种特殊的核苷酸积累：严禁控制导致两种特殊的核苷酸积累：PPGpp、pppGppl松弛突变株（松弛突变株（ ）去除了严禁控制反应；）去除了严禁控制反应；l蛋白质合成停止，但蛋白质合成停止，但RNA的合成速度没有下降；的合成速度没有下降；l氨基酸的匮乏不会导致（氨基酸的匮乏不会导致（p）ppGpp的合成；的合成；l若有严禁因子存在，也能合成（若有严禁因子存在，也能合成（p）ppGpp.原核生物基因表达调控机制原核生物基因表达调控机制l转录激活水平上的调控l转录后调控