分子生物學(xué)課件第18講

1、 一、噬菌體基因表達(dá)特點(diǎn)概述（一）噬菌體基因組構(gòu)成1，基因構(gòu)成（1）轉(zhuǎn)錄和翻譯所必需的基因（2）DNA復(fù)制相關(guān)基因（3）噬菌體顆粒結(jié)構(gòu)和裝配相關(guān)基因2，遺傳圖譜的特點(diǎn)（二）溶菌周期的分期1，早期感染（early infection）2，晚期感染（late infection）（三）噬菌體基因表達(dá)的級(jí)聯(lián)式控制1，第一階段的基因表達(dá)2，第二階段的基因表達(dá)3，晚期基因表達(dá)二、枯草桿菌中亞基的更迭（一）枯草桿菌噬菌體SPO1早、中晚期基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換1，SPO1生活史（1）早期（2）中期（3）晚期2，SPO1早、中、晚期基因表達(dá)過(guò)程中亞基的替換（圖816）（1）含55的RNA聚合酶全酶負(fù)責(zé)早期基因的轉(zhuǎn)錄

2、（2）含gp28的RNA聚合酶全酶負(fù)責(zé)中期基因的轉(zhuǎn)錄（3）以gp33-gp34為亞基的RNA聚合酶全酶負(fù)責(zé)晚期基因的轉(zhuǎn)錄（二）枯草桿菌子孢子生成過(guò)程中亞基的替換1，枯草桿菌不同生長(zhǎng)時(shí)期亞基的替換2，不同亞基識(shí)別不同的啟動(dòng)子3，不同亞基的作用機(jī)制 二、T7噬菌體生長(zhǎng)過(guò)程中用噬菌體RNA聚合酶代替寄主的RNA聚合酶（一）T7 噬菌體概況1，T7噬菌體的特點(diǎn)2，T7 噬菌體生長(zhǎng)周期（二）T7 噬菌體的基因1， T7 噬菌體基因及其產(chǎn)物（1）早期及晚期基因（圖819）（2） T7 噬菌體基因的啟動(dòng)子位置和終止位點(diǎn)（圖819）（3）T7噬菌體基因mRNA的合成及轉(zhuǎn)錄后處理（圖820）2，T7噬菌體RNA

3、聚合酶識(shí)別的啟動(dòng)子（表86）（1） T7噬菌體RNA聚合酶識(shí)別的序列（2） T7噬菌體的弱啟動(dòng)子（3） T7噬菌體的強(qiáng)啟動(dòng)子（三）T7 噬菌體基因表達(dá)的調(diào)控1，早期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物I的形成（1）寄主RNA合成體系負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄早期基因（2）重要的早期基因2，第組基因的表達(dá)（1）基因2（2） 3.5基因產(chǎn)物（3）T7 噬菌體對(duì)寄主RNA合成體系的接管3，第類啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄（1）可能由于基因3.5產(chǎn)物的作用，這個(gè)階段轉(zhuǎn)錄水平下降（2）只有第III類強(qiáng)啟動(dòng)子才能起始轉(zhuǎn)錄 三、噬菌體早、晚期基因轉(zhuǎn)錄以及裂解生長(zhǎng)和溶原生長(zhǎng)的調(diào)控（一）噬菌體基因表達(dá)的特點(diǎn)1，對(duì)寄主RNA聚合酶的依賴性2，有多種調(diào)控因子3，功能相關(guān)的基因

4、聚集形成4個(gè)操縱元（1）早期左向操縱子（2）早期右向操縱子（3）晚期操縱子（4）阻遏蛋白操縱子（二）噬菌體的早、晚期基因的表達(dá)（圖6-17）1，極早期基因2，遲早期基因3，晚期基因（三） 噬菌體的阻遏蛋白及其作用1，Cro蛋白（1）與操作子結(jié)合的親和力OL3 OL2 OL1 OR3 OR2 OR1（2）功能溶菌生長(zhǎng)的初期，Cro蛋白先與OR3結(jié)合，關(guān)閉cI基因的活性，同時(shí)允許兩個(gè)早期操縱元的轉(zhuǎn)錄溶菌生長(zhǎng)的晚期，Cro蛋白占據(jù)兩個(gè)早期操縱元的操作子，關(guān)閉其轉(zhuǎn)錄。此時(shí)噬菌體已經(jīng)產(chǎn)生了足夠的與DNA復(fù)制有關(guān)的蛋白質(zhì)（O，P）和抗終止因子Q。從而使晚期基因得以表達(dá) 2，CI蛋白 （1）與操作子結(jié)合的親

5、和力 OL1 OL2 OL3 OR1 OR2 OR3（2）功能可以迅速占領(lǐng)兩個(gè)早期操縱元的操作子，關(guān)閉早期操縱元，使噬菌體進(jìn)入溶原生長(zhǎng)狀態(tài)對(duì)其自身的啟動(dòng)子PM有正（低濃度時(shí)）、負(fù)（高濃度時(shí)）兩種調(diào)控作用（3）cI基因的突變效應(yīng)不能建立和維持溶原狀態(tài)（四） CII蛋白和CIII蛋白1，CII蛋白（1）CII蛋白的特點(diǎn)A，以寡聚體形式起作用B，促進(jìn)啟動(dòng)子PE、PI和PaQ的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)從啟動(dòng)子PE （在cro基因和cII基因之間）轉(zhuǎn)錄cI基因促進(jìn)從啟動(dòng)子PI轉(zhuǎn)錄整合酶基因促進(jìn)位于Q基因內(nèi)部的啟動(dòng)子PaQ轉(zhuǎn)錄，阻遏Q基因的表達(dá)（2）CII蛋白調(diào)控的啟動(dòng)子的特點(diǎn)沒(méi)有典型的-10和-35序列有CII蛋白結(jié)合

6、位點(diǎn)：位于-35序列兩側(cè)，具有四堿基對(duì)正向重復(fù)序列TTGCNNNNNNTTGCCY突變體：有一類是由于PE啟動(dòng)子中的CII蛋白結(jié)合位點(diǎn)突變，造成CII蛋白不能結(jié)合， 噬菌體不能建立溶原狀態(tài)2，CIII蛋白 CIII蛋白的功能：抑制hfl基因產(chǎn)物的蛋白水解酶活性3， 噬菌體cII、cIII基因突變效應(yīng)噬菌體不能建立溶原狀態(tài)，但不影響已建立的溶原狀態(tài)的維持（五）抗終止因子及其作用（P206）1，N蛋白（1）作用位點(diǎn)（圖6-17）nutL：緊接著PL ，位于N基因開頭nutR：緊靠tR1，位于Cro基因末尾 （2）作用機(jī)制 pN生成以后，首先結(jié)合于nut位點(diǎn) 當(dāng)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄通過(guò)nut位點(diǎn)時(shí)，pN

7、便與RNA聚合酶結(jié)合 通過(guò)修飾改變RNA聚合酶構(gòu)象，使之不再理會(huì)終止子tL1，tR1，繼續(xù)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生L2，R2，R32，Q蛋白（1）作用位點(diǎn)：qut，位于PR和tR4之間（2）作用：使從PR起始 轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶可以越過(guò)tR和tR4，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生晚期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物R4，R5（五） 噬菌體溶原生長(zhǎng)的基因表達(dá)調(diào)控 噬菌體的溶原生長(zhǎng)分三個(gè)階段：溶原化的建立溶原化的維持 原噬菌體的釋放1，溶原化的建立（1）早期基因的表達(dá)極早期基因的表達(dá)：N、Cro蛋白遲早期基因的表達(dá)：CII、CII、Q基因等（2）營(yíng)養(yǎng)耗竭的影響A，對(duì)寄主的影響cAMP的含量升高h(yuǎn)fl基因表達(dá)下調(diào)（可能受cAMP-CAP負(fù)調(diào)控）Him基因表達(dá)上

8、調(diào)（受cAMP-CAP正調(diào)控），該基因產(chǎn)物是噬菌體溶原生長(zhǎng)（整合過(guò)程）所必需的B，對(duì)CII蛋白的影響降解減少（3）MOI值過(guò)高的影響A，MOI值：指感染時(shí)噬菌體與細(xì)菌的比例，又稱為感染分?jǐn)?shù)B， MOI值過(guò)高（MOI10）對(duì)CII蛋白的影響活性形式的寡聚體CII蛋白數(shù)量增加C，從PE轉(zhuǎn)錄C基因體制的建立CII蛋白促進(jìn)從PE轉(zhuǎn)錄C基因2，溶原化的維持（1）PE體制向PM體制的轉(zhuǎn)換CI蛋白的自身負(fù)調(diào)控作用：關(guān)閉早期操縱元的轉(zhuǎn)錄，阻遏CII、CIII的表達(dá)C蛋白濃度底時(shí)，與OR2結(jié)合，對(duì)PM啟動(dòng)子有正調(diào)控作用，RNA聚合酶從PM轉(zhuǎn)錄cI基因（2）溶原化的維持PM啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的cI基因mRAN缺乏S-D序

9、列，翻譯效率很低，但CI蛋白產(chǎn)量已足夠維持溶原狀態(tài)高濃度時(shí)，CI蛋白與OR3結(jié)合，對(duì)PM啟動(dòng)子起負(fù)調(diào)控作用，關(guān)閉cI基因的轉(zhuǎn)錄溶原狀態(tài)的建立和維持3， 原噬菌體的釋放（1）當(dāng)溶原細(xì)菌受到紫外線等作用引起DNA損傷時(shí)RecA切斷CI蛋白單體，失去阻遏活性 （2）早期操縱元轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)：除產(chǎn)生Cro、N等蛋白質(zhì)外，還產(chǎn)生整合酶Int、切除酶Xis等原因：此時(shí)噬菌體仍整合在寄主染色體上結(jié)果： Cro蛋白與操作子結(jié)合，cI基因表達(dá)被關(guān)閉；原噬菌體從寄主的染色體上被切除下來(lái)，進(jìn)入裂解生長(zhǎng)（六）噬菌體溶菌生長(zhǎng)的基因表達(dá)調(diào)控1，感染細(xì)菌立即進(jìn)入溶菌生長(zhǎng)的基因表達(dá)調(diào)控（1）早期基因的表達(dá)調(diào)控（2）晚期基因的表達(dá)調(diào)

10、控溶菌生長(zhǎng)的基因表達(dá)調(diào)控2，從溶原化狀態(tài)進(jìn)入溶菌生長(zhǎng)的基因表達(dá)調(diào)控（1）早期基因的表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)：有整合酶Int、切除酶Xis的表達(dá)（2）晚期基因的表達(dá)調(diào)控第六節(jié) 基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控衰減子系統(tǒng)一、概述1，阻遏蛋白調(diào)控系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄活性的影響阻遏蛋白調(diào)控系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄起始頻率有70倍的調(diào)控范圍2，衰減子系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)活性的影響衰減子系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)活性的有10倍的影響3，衰減子系統(tǒng)存在的意義對(duì)轉(zhuǎn)錄體系產(chǎn)生更為精細(xì)的調(diào)節(jié)二、 trp衰減子的作用機(jī)制（一）trp mRNA的前導(dǎo)序列的結(jié)構(gòu)（圖823）1，有一個(gè)編碼14個(gè)Aa（前導(dǎo)肽）的ORF，其5端有S-D序列2，前導(dǎo)肽mRNA

11、中有兩個(gè)連續(xù)的Trp密碼子3，前導(dǎo)肽ORF下游42個(gè)堿基處有一個(gè)不依賴因子的終止子（衰減子序列）（二）衰減子的作用機(jī)制1，trp mRNA前導(dǎo)序列的二級(jí)結(jié)構(gòu)（圖824）兩種可能形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)體外不存在序列2、3配對(duì)的形式2， trp mRNA前導(dǎo)序列轉(zhuǎn)錄與翻譯的時(shí)空關(guān)系細(xì)菌的mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯是緊密偶連的核糖體翻譯前導(dǎo)肽時(shí)可以占據(jù)序列1，從而使序列2和序列3在序列4被轉(zhuǎn)錄出來(lái)之前形成配對(duì)二、枯草桿菌中亞基的更迭（一）枯草桿菌噬菌體SPO1早、中晚期基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換1，SPO1生活史（1）早期（2）中期（3）晚期2，第組基因的表達(dá)（1）基因2（2） 3.5基因產(chǎn)物（3）T7 噬菌體對(duì)寄主RNA合成體系的接管2，Q蛋白（1）作用位點(diǎn)：qut，位于PR和tR4之間（2）作用：使從PR起始 轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶可以越過(guò)tR和tR4，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生晚期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物R4，R5（2）營(yíng)養(yǎng)耗竭的影響A，對(duì)寄主的影響cAMP的含量升高h(yuǎn)fl基因表達(dá)下調(diào)（可能受cAMP-CAP負(fù)調(diào)控）（3）MOI值過(guò)高的影響A，MOI值：指感染時(shí)噬菌體與細(xì)菌的比例，又稱為感染分?jǐn)?shù)B， MOI值過(guò)高（MOI10）對(duì)CII蛋白的影響活性形式的寡聚體CII蛋白數(shù)量增加（3）MOI值過(guò)高的影響A，MOI值：指感染時(shí)噬菌體