第六章基因表達(dá)調(diào)控

1、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控Chapter 6本章內(nèi)容本章內(nèi)容 概述概述 操縱子操縱子 乳糖操縱子乳糖操縱子 半乳糖操縱子半乳糖操縱子 色氨酸操縱子色氨酸操縱子 噬菌體基因表達(dá)的調(diào)控噬菌體基因表達(dá)的調(diào)控 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng) 真核基因的表達(dá)調(diào)控真核基因的表達(dá)調(diào)控6.1 概述概述基因調(diào)控存在的生物學(xué)意義基因調(diào)控存在的生物學(xué)意義原核生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答原核生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答;真核生物的細(xì)胞分化真核生物的細(xì)胞分化, 組織特化組織特化 , 個(gè)體發(fā)育個(gè)體發(fā)育.基因表達(dá)的調(diào)控涉及基因表達(dá)的調(diào)控涉及RNA轉(zhuǎn)錄的開(kāi)轉(zhuǎn)錄的開(kāi)/關(guān)，數(shù)量，選擇性加工關(guān)，數(shù)量，選擇性加工蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與蛋

2、白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與 降解和分泌降解和分泌原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有驚人的相似性，共同的起源與共同的分子基驚人的相似性，共同的起源與共同的分子基礎(chǔ)礎(chǔ)調(diào)控機(jī)理調(diào)控機(jī)理核酸分子間的互作核酸分子間的互作核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作調(diào)控層次調(diào)控層次transcriptional levelposttranscriptional leveltranslational levelposttranslational level 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì), 靈活，又是靈活

3、，又是最為重要，復(fù)雜的調(diào)控最為重要，復(fù)雜的調(diào)控遺傳信息表達(dá)的方式遺傳信息表達(dá)的方式組成型表達(dá)（組成型表達(dá)（constitutive expression），）， Housekeeping gene誘導(dǎo)型表達(dá)誘導(dǎo)型表達(dá) （inducible expression），）， Luxury gene順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控6.2 操縱子操縱子 又稱操縱元，是一組核苷酸序列，包括了一個(gè)操縱序又稱操縱元，是一組核苷酸序列，包括了一個(gè)操縱序列，一個(gè)普通的啟動(dòng)子，及一個(gè)或以上的結(jié)構(gòu)基因被列，一個(gè)普通的啟動(dòng)子，及一個(gè)或以上的結(jié)構(gòu)基因被用作生產(chǎn)信使用作生產(chǎn)信使RNA（m

4、RNA）的基元。操縱子主要在）的基元。操縱子主要在原核生物及線蟲(chóng)動(dòng)物門出現(xiàn)原核生物及線蟲(chóng)動(dòng)物門出現(xiàn) 。 把生物學(xué)活性相關(guān)的基因放在一起，便于管理，一開(kāi)把生物學(xué)活性相關(guān)的基因放在一起，便于管理，一開(kāi)俱開(kāi)，一關(guān)俱關(guān)。俱開(kāi)，一關(guān)俱關(guān)。IPOXYZOperon control model6.3 乳糖操縱子乳糖操縱子 (負(fù)調(diào)控模式負(fù)調(diào)控模式) 1940年，年， Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)停頓。利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長(zhǎng)

5、會(huì)出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生即產(chǎn)生“二次生長(zhǎng)曲線二次生長(zhǎng)曲線”； 1951年，年，Monod與與Jacob合作，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)基因：合作，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)基因： Z基因：與合成基因：與合成-半乳糖苷酶有關(guān)；半乳糖苷酶有關(guān)； I基因：決定細(xì)胞對(duì)誘導(dǎo)物的反應(yīng)?；颍簺Q定細(xì)胞對(duì)誘導(dǎo)物的反應(yīng)。 Jacob：結(jié)構(gòu)基因旁有開(kāi)關(guān)基因（操縱基因），阻遏物：結(jié)構(gòu)基因旁有開(kāi)關(guān)基因（操縱基因），阻遏物通過(guò)與開(kāi)關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；通過(guò)與開(kāi)關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)； 1961年年, F. Jacob & J.Monod提出乳糖操縱子概念；提出乳糖操縱子概念； 1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

6、。乙?；D(zhuǎn)移酶乙?；D(zhuǎn)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開(kāi)關(guān)序列開(kāi)關(guān)序列調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因6.3.1 調(diào)控機(jī)理調(diào)控機(jī)理 調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu) lacI, 1045bp，獨(dú)立，獨(dú)立Pi P, 82bp，821 O, 35bp，728 lacZYA阻遏狀態(tài)阻遏狀態(tài)誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)狀態(tài)體外結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)體外結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)體外乳糖操縱子體外乳糖操縱子阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物RNA polRNA polOFFON6.3.2 誘導(dǎo)底物誘導(dǎo)底物別乳糖（誘導(dǎo)物）別乳糖（誘導(dǎo)物）-半乳糖苷酶（半乳糖苷酶（LacZ）來(lái)源？）來(lái)源？本底組成型表達(dá)本底組成型表達(dá) 阻遏蛋白對(duì)阻遏蛋白對(duì)lacO的結(jié)合并不是經(jīng)久

7、不變的，它有的結(jié)合并不是經(jīng)久不變的，它有分鐘的半衰期；分鐘的半衰期； lacO處于游離狀態(tài)的時(shí)間很短，新的阻遏蛋白會(huì)立即處于游離狀態(tài)的時(shí)間很短，新的阻遏蛋白會(huì)立即結(jié)合上去；結(jié)合上去； 但有時(shí)聚合酶會(huì)抓住機(jī)會(huì)，進(jìn)行一次轉(zhuǎn)錄，保但有時(shí)聚合酶會(huì)抓住機(jī)會(huì)，進(jìn)行一次轉(zhuǎn)錄，保證每個(gè)細(xì)胞周期有一個(gè)證每個(gè)細(xì)胞周期有一個(gè)lac mRNA分子，產(chǎn)生幾個(gè)分子，產(chǎn)生幾個(gè)-半半乳糖苷酶來(lái)巡邏執(zhí)勤。乳糖苷酶來(lái)巡邏執(zhí)勤。 細(xì)胞外研究誘導(dǎo)作用時(shí)細(xì)胞外研究誘導(dǎo)作用時(shí)，很少使用乳糖，很少使用乳糖 替代物：替代物： IPTG，異丙基半乳糖苷，異丙基半乳糖苷 TMG ，巰甲基半乳糖苷，巰甲基半乳糖苷 ONPG, O-硝基半乳糖苷硝基

8、半乳糖苷6.3.3 阻遏蛋白的作用機(jī)制阻遏蛋白的作用機(jī)制 38KD，4 聚體聚體; lacI，組成型轉(zhuǎn)錄，組成型轉(zhuǎn)錄，Pi 弱啟動(dòng)子，弱啟動(dòng)子，510個(gè)個(gè)cell； 具有二重性：具有二重性： 阻止轉(zhuǎn)錄（與阻止轉(zhuǎn)錄（與lacO結(jié)合）結(jié)合） 開(kāi)始轉(zhuǎn)錄（與誘導(dǎo)開(kāi)始轉(zhuǎn)錄（與誘導(dǎo)物結(jié)合）物結(jié)合）阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)lacO的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 對(duì)稱軸，對(duì)稱軸，+11；對(duì)稱序列，；對(duì)稱序列，6bp動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)lac.movQuestion 當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境中沒(méi)有乳糖時(shí)，乳糖操縱子是關(guān)閉當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境中沒(méi)有乳糖時(shí)，乳糖操縱子是關(guān)閉的；有乳糖添加進(jìn)來(lái)后，乳糖操縱子應(yīng)該正常的；有乳糖添加進(jìn)來(lái)后，乳糖操縱子應(yīng)該正常啟動(dòng)

9、，但是當(dāng)乳糖與葡萄糖共同存在時(shí)，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)，但是當(dāng)乳糖與葡萄糖共同存在時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗盡后再來(lái)利用乳細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗盡后再來(lái)利用乳糖，這又是為什么呢？糖，這又是為什么呢？ 因此，細(xì)胞中必然存在另外一種機(jī)制，能夠根因此，細(xì)胞中必然存在另外一種機(jī)制，能夠根據(jù)葡萄糖存在狀況，控制乳糖操縱子的開(kāi)或關(guān)據(jù)葡萄糖存在狀況，控制乳糖操縱子的開(kāi)或關(guān)。6.3.4 CAP-cAMP復(fù)合物在乳糖操縱子表達(dá)復(fù)合物在乳糖操縱子表達(dá)中的作用中的作用-乳糖操縱子的正調(diào)控乳糖操縱子的正調(diào)控葡萄糖耗盡葡萄糖耗盡ATPcAMPcAMP+CAP腺苷環(huán)化酶腺苷環(huán)化酶與與CAP接受位點(diǎn)結(jié)合接受位點(diǎn)結(jié)合促進(jìn)促進(jìn)R

10、NApol與啟動(dòng)子結(jié)合與啟動(dòng)子結(jié)合，起始轉(zhuǎn)錄，起始轉(zhuǎn)錄CAP-cAMP正調(diào)空轉(zhuǎn)錄的機(jī)制正調(diào)空轉(zhuǎn)錄的機(jī)制 大多數(shù)原核啟動(dòng)子的大多數(shù)原核啟動(dòng)子的-10區(qū)序列為區(qū)序列為TATAAT； 而乳糖操縱子的而乳糖操縱子的-10區(qū)堿基序列為區(qū)堿基序列為TATGTT，由于存在，由于存在G:C堿基對(duì)，使得堿基對(duì)，使得RNA聚合酶無(wú)法解開(kāi)雙鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)錄聚合酶無(wú)法解開(kāi)雙鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)錄起始；起始； CAP-cAMP復(fù)合物的結(jié)合，使得復(fù)合物的結(jié)合，使得CAP附近的附近的G:C穩(wěn)定穩(wěn)定性降低，使得性降低，使得RNA聚合酶能順利解開(kāi)聚合酶能順利解開(kāi)DNA雙鏈，起始雙鏈，起始轉(zhuǎn)錄；轉(zhuǎn)錄； 如果把如果把-10區(qū)的堿基序列從區(qū)的堿基序列

11、從TATGTT突變成突變成TATAAT，細(xì)胞將能同時(shí)利用葡萄糖和乳糖。細(xì)胞將能同時(shí)利用葡萄糖和乳糖。CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)CAP為二聚體，為二聚體， 45KD ，被，被cAMP激活；激活；結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)22bp I -70 -50 II -50 -40CAP的結(jié)合對(duì)的結(jié)合對(duì)DNA構(gòu)型的影響構(gòu)型的影響 DNA彎曲彎曲 彎曲點(diǎn)位于彎曲點(diǎn)位于CAP結(jié)合位點(diǎn)二重對(duì)稱的中心結(jié)合位點(diǎn)二重對(duì)稱的中心 彎曲使彎曲使CAP能與啟動(dòng)子上的能與啟動(dòng)子上的RNA pol 接觸接觸6.4 半乳糖操縱子半乳糖操縱子 大腸桿菌半乳糖操縱子大腸桿菌半乳糖操縱子(galactose operon)包括包括3個(gè)結(jié)構(gòu)個(gè)結(jié)構(gòu)基因，

12、一個(gè)調(diào)節(jié)基因：基因，一個(gè)調(diào)節(jié)基因： 異構(gòu)酶異構(gòu)酶(UDP-galactose-4epimerase,GalE)； 半乳糖半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galactose transferase, GalT)； 半乳糖激酶半乳糖激酶(galactose kinase, Galk)。 阻遏蛋白（阻遏蛋白（GalR） 半乳糖的代謝步驟：半乳糖的代謝步驟： Gal+ATP Gal-P+ADP (Galk) Gal-P+UDPGlu UDPGal+Glu-p (GalT) UDPGal UDPGlu (GalE) 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： Gal+ATP ADPGlu-pGalR阻遏機(jī)理

13、阻遏機(jī)理無(wú)半乳糖：無(wú)半乳糖： GalR接合兩個(gè)調(diào)控區(qū)域，環(huán)化，接合兩個(gè)調(diào)控區(qū)域，環(huán)化，RNApol無(wú)法正確啟動(dòng)；無(wú)法正確啟動(dòng)；有半乳糖：有半乳糖：半乳糖結(jié)合半乳糖結(jié)合GalR使其失去阻遏作用。使其失去阻遏作用。葡萄糖與乳糖共存時(shí)怎么辦？葡萄糖與乳糖共存時(shí)怎么辦？ 與乳糖操縱子一樣，受到與乳糖操縱子一樣，受到CAP-cAMP調(diào)控調(diào)控 那么：那么： 1）有葡萄糖無(wú)半乳糖，轉(zhuǎn)錄關(guān)閉；）有葡萄糖無(wú)半乳糖，轉(zhuǎn)錄關(guān)閉； 2）有葡萄糖有半乳糖，轉(zhuǎn)錄關(guān)閉；）有葡萄糖有半乳糖，轉(zhuǎn)錄關(guān)閉； 3）無(wú)葡萄糖有半乳糖，轉(zhuǎn)錄打開(kāi)；）無(wú)葡萄糖有半乳糖，轉(zhuǎn)錄打開(kāi)； 4）無(wú)葡萄糖無(wú)乳糖，不用說(shuō)。）無(wú)葡萄糖無(wú)乳糖，不用說(shuō)。有一個(gè)

14、新的問(wèn)題有一個(gè)新的問(wèn)題半乳糖有兩個(gè)作用半乳糖有兩個(gè)作用 1）可以作為碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)）可以作為碳源供細(xì)胞生長(zhǎng) 2）尿苷二磷酸半乳糖（）尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細(xì)胞壁）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體。合成的前體。分析：分析： UDPgal在細(xì)胞中必須存在；那體系中沒(méi)有乳在細(xì)胞中必須存在；那體系中沒(méi)有乳糖怎么辦？糖怎么辦？ UDPgal可用可用UDPglu異構(gòu)而來(lái)；執(zhí)行異構(gòu)異構(gòu)而來(lái)；執(zhí)行異構(gòu)反應(yīng)的酶是反應(yīng)的酶是GalE，后者是半乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因。，后者是半乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因。問(wèn)題：?jiǎn)栴}： GalE只有在葡萄糖不存在而半乳糖存在的只有在葡萄糖不存在而半乳糖存在的情況下才表達(dá)，可是細(xì)

15、胞不管你有沒(méi)有半乳糖，我情況下才表達(dá)，可是細(xì)胞不管你有沒(méi)有半乳糖，我都需要都需要GalE存在（因?yàn)樾枰嬖冢ㄒ驗(yàn)樾枰猆DPgal ）。矛盾？）。矛盾？gal操縱子的特點(diǎn)操縱子的特點(diǎn) 它有兩個(gè)相距僅它有兩個(gè)相距僅5 bp啟動(dòng)子，其啟動(dòng)子，其mRNA可從兩個(gè)不同可從兩個(gè)不同的起始點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；的起始點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)錄； P1起始（強(qiáng)啟動(dòng)）起始（強(qiáng)啟動(dòng)）:需要半乳糖需要半乳糖+CAP+cAMP P2起始（弱啟動(dòng)）：低濃度起始（弱啟動(dòng)）：低濃度cAMP-CAP（即存在葡萄（即存在葡萄糖）。糖）?？偨Y(jié)起來(lái)：總結(jié)起來(lái)：1 1）無(wú)）無(wú)gluglu有有g(shù)algal，P1P1高效起始；高效起始；2 2）有）有g(shù)luglu

16、無(wú)無(wú)galgal，P2P2低效起始。低效起始。問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1 1）有）有g(shù)luglu有有g(shù)algal，如何起始？，如何起始？2 2）無(wú)）無(wú)galgal時(shí)，阻遏蛋白仍然結(jié)合時(shí)，阻遏蛋白仍然結(jié)合O O位點(diǎn)，位點(diǎn)，RNApolRNApol如何從如何從P2P2起始呢？起始呢？?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的生物學(xué)意義兩個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的生物學(xué)意義 半乳糖不僅作為碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)，另一方面尿苷二磷半乳糖不僅作為碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)，另一方面尿苷二磷酸半乳糖（酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體；）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體； 在半乳糖存在的情況下，由半乳糖操縱子合成在半乳糖存在的情況下，由半乳糖操縱子合成UDP-

17、gal；在沒(méi)有半乳糖的情況下，；在沒(méi)有半乳糖的情況下，UDP-gal是通過(guò)半乳糖異構(gòu)是通過(guò)半乳糖異構(gòu)酶的作用由酶的作用由UDP-Glu合成的，該酶是合成的，該酶是GalE基因的產(chǎn)物基因的產(chǎn)物；因此，細(xì)菌必須以低水平不斷合成；因此，細(xì)菌必須以低水平不斷合成GalE； 若只有若只有P1，當(dāng)，當(dāng)Glu存在時(shí)，無(wú)法合成存在時(shí)，無(wú)法合成GlaE，若只有，若只有P2，當(dāng)，當(dāng)Glu不存在而不存在而Gla存在時(shí)，無(wú)法高水平合成存在時(shí)，無(wú)法高水平合成Gal酶系酶系統(tǒng)。統(tǒng)。6.5 色氨酸操縱子色氨酸操縱子 生物細(xì)胞中的氨基酸合成，生物細(xì)胞中的氨基酸合成， 也受操縱元的調(diào)節(jié)。細(xì)胞也受操縱元的調(diào)節(jié)。細(xì)胞需要某種氨基酸

18、時(shí)，其基因即表達(dá)，不需要時(shí)基因關(guān)需要某種氨基酸時(shí)，其基因即表達(dá)，不需要時(shí)基因關(guān)閉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的原則；閉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的原則； 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)trpR, 阻遏蛋白阻遏蛋白P，-40+18 O, -21+1L, +1+162結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因t, A下游下游36bp, 不依賴不依賴p t, t下游下游250bp，依賴，依賴p 6.5.1 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控通過(guò)阻遏物結(jié)合操縱子，轉(zhuǎn)錄效率降低通過(guò)阻遏物結(jié)合操縱子，轉(zhuǎn)錄效率降低至至1/70；然而細(xì)胞中，在阻遏狀態(tài)下，；然而細(xì)胞中，在阻遏狀態(tài)下，trp酶系統(tǒng)的酶活卻只有酶系統(tǒng)的酶活卻只有1/700，那么，是，那么，是不是還存在另外

19、一個(gè)阻遏系統(tǒng)呢不是還存在另外一個(gè)阻遏系統(tǒng)呢？6.5.2 翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控前導(dǎo)肽的前后序列結(jié)構(gòu)前導(dǎo)肽的前后序列結(jié)構(gòu)4個(gè)片段進(jìn)行配對(duì)，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)個(gè)片段進(jìn)行配對(duì)，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)Lack of trp Lack of aminoacyl tRNA Ribosome pause at trp codons, occluding sequence 1Form 2:3 hairpin anti-terminator Transcription into trpE and beyond High trp Trp is inserted at the trp codons Transla

20、te to the end of leader message Ribosome occlude sequence 2Terminate transcription at (3:4 form terminator)衰減子普遍的生物學(xué)意義衰減子普遍的生物學(xué)意義6.6 噬菌體基因表達(dá)的調(diào)控噬菌體基因表達(dá)的調(diào)控 噬菌體進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞以后，可以按裂解或建立溶原兩噬菌體進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞以后，可以按裂解或建立溶原兩種生活方式生存和繁殖；種生活方式生存和繁殖； 在每個(gè)菌體內(nèi)繁殖在每個(gè)菌體內(nèi)繁殖100個(gè)左右的新噬菌體，并裂解細(xì)菌個(gè)左右的新噬菌體，并裂解細(xì)菌釋放出來(lái)，再度感染其它活菌，稱為裂解；釋放出來(lái)，再度感染其它

21、活菌，稱為裂解； 噬菌體把自身噬菌體把自身DNA整合進(jìn)細(xì)菌染色體整合進(jìn)細(xì)菌染色體DNA中，作為中，作為細(xì)菌基因的一部分，隨菌的細(xì)胞分裂而增殖，這種生細(xì)菌基因的一部分，隨菌的細(xì)胞分裂而增殖，這種生活狀態(tài)稱為溶原；活狀態(tài)稱為溶原；噬菌體是如何進(jìn)行選擇，是進(jìn)入裂解噬菌體是如何進(jìn)行選擇，是進(jìn)入裂解還是溶原途徑呢？還是溶原途徑呢？ cro c O P Q PROR tR1 tR2 tR3 PR tL1 PLOL PM PEOR3 OR2 OR1OL1 OL2 OL3 早期早期NCro 晚晚早期早期CC O P Q 晚期晚期PEPMCCc N c 噬菌體基因調(diào)控過(guò)程噬菌體基因調(diào)控過(guò)程 早期早期 由由PL轉(zhuǎn)

22、錄翻譯出抗終止蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯出抗終止蛋白N，由，由PR轉(zhuǎn)錄出調(diào)節(jié)蛋轉(zhuǎn)錄出調(diào)節(jié)蛋白白Cro; 晚早期晚早期 在在N蛋白的作用下，使得蛋白的作用下，使得RNApol 越過(guò)越過(guò)tL1、tR1、tR2，從而使蛋白，從而使蛋白C、C、復(fù)制相關(guān)蛋白、復(fù)制相關(guān)蛋白O、P，抗終止抗終止Q等表達(dá)；等表達(dá)； C與與C共同作用，啟動(dòng)共同作用，啟動(dòng)cro與與c基因之間的啟動(dòng)基因之間的啟動(dòng)子子PE，使得，使得C的得以表達(dá)；的得以表達(dá)； 轉(zhuǎn)錄出來(lái)的轉(zhuǎn)錄出來(lái)的RNA含有含有cro基因的反義基因的反義mRNA，后者抑，后者抑制了制了cro基因的翻譯；基因的翻譯； 由于由于PR和和PE的的RNApol會(huì)碰頭，會(huì)碰頭， 負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)P

23、R的的RNApol的的活性會(huì)被活性會(huì)被PE的的RNApol排擠；排擠； 噬菌體進(jìn)入溶原周期噬菌體進(jìn)入溶原周期 C蛋白與操縱子的親和力順序：蛋白與操縱子的親和力順序： OR3OR2OR1， OL3OL2OR2OR1， OL3OL2OL1； 當(dāng)當(dāng)C蛋白表達(dá)以后，迅速占據(jù)蛋白表達(dá)以后，迅速占據(jù)OR1與與OL1位點(diǎn)，由位點(diǎn)，由于這兩個(gè)操縱子被占據(jù)后，于這兩個(gè)操縱子被占據(jù)后，RNApol無(wú)法起使轉(zhuǎn)錄，無(wú)法起使轉(zhuǎn)錄， PL與與PR轉(zhuǎn)錄被迫終止；轉(zhuǎn)錄被迫終止； PR不能轉(zhuǎn)錄，不能轉(zhuǎn)錄， C就不能合成，那么就不能合成，那么C的合成也的合成也將被關(guān)閉；這時(shí)，結(jié)合上將被關(guān)閉；這時(shí)，結(jié)合上OL1的的C會(huì)促進(jìn)會(huì)促進(jìn)P

24、M的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄，當(dāng)，當(dāng)C過(guò)量時(shí)，過(guò)量時(shí)， C便會(huì)結(jié)合到便會(huì)結(jié)合到OL3，而與后者的，而與后者的結(jié)合則會(huì)影響結(jié)合則會(huì)影響PM的轉(zhuǎn)錄，因此的轉(zhuǎn)錄，因此C始終維持平衡；始終維持平衡； C除了促進(jìn)除了促進(jìn)C蛋白的表達(dá)，還促進(jìn)蛋白的表達(dá)，還促進(jìn)PI啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄翻譯出來(lái)的整合酶，促進(jìn)錄，轉(zhuǎn)錄翻譯出來(lái)的整合酶，促進(jìn)噬菌體整和進(jìn)宿噬菌體整和進(jìn)宿主的染色體，完成溶原過(guò)程。主的染色體，完成溶原過(guò)程。 噬菌體進(jìn)入裂解周期噬菌體進(jìn)入裂解周期 宿主中存在宿主中存在hfl基因，它的表達(dá)產(chǎn)物是蛋白基因，它的表達(dá)產(chǎn)物是蛋白C的水的水解酶，水解了解酶，水解了C， C將得不到表達(dá)將得不到表達(dá) 而而hfl基因的表達(dá)

25、受到基因的表達(dá)受到cAMP-CAP的負(fù)調(diào)控，存在的負(fù)調(diào)控，存在cAMP-CAP時(shí)，時(shí)， hfl基因關(guān)閉；基因關(guān)閉； 缺乏缺乏cAMP-CAP時(shí)時(shí)， hfl基因打開(kāi)；基因打開(kāi)； 沒(méi)有沒(méi)有C蛋白，蛋白， Cro蛋白將得到大量積累，而蛋白將得到大量積累，而Cro結(jié)結(jié)合于合于OR3與與OL3位點(diǎn)，不影響位點(diǎn)，不影響PL與與PR轉(zhuǎn)錄的繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的繼續(xù)進(jìn)行； 當(dāng)細(xì)胞中有足夠的復(fù)制蛋白當(dāng)細(xì)胞中有足夠的復(fù)制蛋白O、P，抗終止蛋白，抗終止蛋白Q以以后，噬菌體結(jié)構(gòu)基因后，噬菌體結(jié)構(gòu)基因A J表達(dá)，溶菌酶基因得已表達(dá)，溶菌酶基因得已表達(dá)，表達(dá)，A蛋白切割蛋白切割cos位點(diǎn)，噬菌體包裝后釋放出來(lái)位點(diǎn)，噬菌體包裝后釋

26、放出來(lái)。噬菌體選擇生活周期的生物學(xué)意義噬菌體選擇生活周期的生物學(xué)意義營(yíng)養(yǎng)豐富時(shí)，有足夠的底物合成外殼蛋白營(yíng)養(yǎng)豐富時(shí)，有足夠的底物合成外殼蛋白及復(fù)制的酶類，選擇裂解途徑；及復(fù)制的酶類，選擇裂解途徑；營(yíng)養(yǎng)匱乏時(shí)，暫時(shí)保存實(shí)力，進(jìn)入溶原，與營(yíng)養(yǎng)匱乏時(shí)，暫時(shí)保存實(shí)力，進(jìn)入溶原，與宿主共渡難關(guān)，擇日而亡其之。宿主共渡難關(guān)，擇日而亡其之。病毒比病毒學(xué)家更聰明。病毒在病毒比病毒學(xué)家更聰明。病毒在自然界的歷史比人類要久遠(yuǎn)的多自然界的歷史比人類要久遠(yuǎn)的多，它們更清楚如何在這個(gè)世界上，它們更清楚如何在這個(gè)世界上生存生存-賴明詔賴明詔(“冠狀病毒研究之父冠狀病毒研究之父”)6.7 真核基因的表達(dá)調(diào)控真核基因的表達(dá)調(diào)控 Repeptitive gene Overlapping gene Splitting gene no intron Post-transcription transcription & translation RNA processing synchronizelyEukaryote Prokar