原核基因表達(dá)調(diào)控(2)

1、關(guān)于原核基因的表達(dá)調(diào)控 (2)第一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月組成型、永久型（constitutive）蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)并不是以相同拷貝數(shù)存在于每個(gè)細(xì)胞中，有些蛋白質(zhì)的數(shù)目相當(dāng)固定，如糖酵解酶體系、DNA聚合酶、RNA聚合酶等。適應(yīng)型、調(diào)節(jié)型（adaptive or regulated）蛋白質(zhì) 合成速率明顯受環(huán)境影響的蛋白質(zhì)。第二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.1 原核基因表達(dá)調(diào)控總論 基因表達(dá)（gene expression）是指 從DNA到蛋白質(zhì)或功能RNA的過(guò)程。對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控（gene regulation or gene control）

2、第三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)調(diào)控水平 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptional regulation） 轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptional regulation） mRNA加工成熟水平上的調(diào)控 翻譯水平上的調(diào)控第四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控信號(hào) 原核生物 營(yíng)養(yǎng)狀況和環(huán)境因素 真核生物 激素水平和發(fā)育階段第五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原核基因調(diào)控分類(lèi) 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)控誘導(dǎo)阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；負(fù)控阻遏阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因

3、不轉(zhuǎn)錄。 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正控誘導(dǎo)效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；正控阻遏效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。第七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月大腸桿菌中的因子（以70為例）主要包括四個(gè)結(jié)構(gòu)域大腸桿菌中最普遍的調(diào)控方式是因子介導(dǎo)的第九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月70 （上）和54 （下）因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的不同區(qū)域第十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Francis Jacob Jacques Monod 7.2 乳糖操縱子第十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1951年，M

4、onod與Jacob合作，發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因：Z基因：與合成-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)。Szilard：I基因決定阻遏物的合成，當(dāng)阻遏物存在時(shí)，酶無(wú)法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該阻遏物。 Jacob：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)。第十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷透性酶-半乳糖苷酶操作位點(diǎn)乳糖操縱子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)基因第十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月操縱子是一種完整的具有特定功能的細(xì)菌基因表達(dá)和調(diào)節(jié)的單位，包括調(diào)節(jié)基因，啟動(dòng)子，操縱位點(diǎn)，結(jié)構(gòu)基因，組成一個(gè)控制單元結(jié)構(gòu)基因：產(chǎn)生m

5、RNA,合成蛋白質(zhì)操縱位點(diǎn) operator：阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)調(diào)節(jié)基因：產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白（與操縱位點(diǎn)結(jié)合） 結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄 誘導(dǎo)物存在時(shí)，可與阻遏蛋白結(jié)合 結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄Control elementStructural genes第十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.2.2 Lac 體系受調(diào)控的證據(jù)：酶的誘導(dǎo)現(xiàn)象-半乳糖苷酶第十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月分解底物的酶只有在底物存在時(shí)才出現(xiàn)！無(wú)乳糖時(shí)，幾個(gè)-gal/cell 加入乳糖時(shí)，105個(gè) 再去掉乳糖，lac mRNA下降 乳糖能激發(fā)lac mRNA的合成 乳糖的誘導(dǎo)作用是由酶前體轉(zhuǎn)化而來(lái)，還是誘導(dǎo)新酶合成？ 培

6、養(yǎng)基（35S-aa, 無(wú)乳糖） E.coli繁殖 培養(yǎng)基（無(wú)35S -aa, 加入乳糖） -gal(無(wú)35S)第十六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月gratuitous inducer 安慰誘導(dǎo)物 義務(wù)誘導(dǎo)物可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生，但不是其底物IPTG，異丙基半乳糖苷TMG ，巰甲基半乳糖苷ONPG, O-硝基半乳糖苷在研究誘導(dǎo)作用時(shí)，很少使用乳糖第十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.2.3 操縱子模型（負(fù)控誘導(dǎo)）1 調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu) lacI, 1040bp，獨(dú)立PiP, 82bp，821O, 35bp，728lacZYA第十八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月阻遏狀

7、態(tài)第十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)物第二十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.兩個(gè)矛盾生成lac誘導(dǎo)物乳糖代謝Allolctose 異構(gòu)乳糖 別乳糖細(xì)胞內(nèi)-半乳糖苷酶來(lái)源?細(xì)胞內(nèi)透過(guò)酶來(lái)源?第二十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)E.coli+乳糖本底水平表達(dá)的透過(guò)酶乳糖進(jìn)入細(xì)胞-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖與阻遏蛋白結(jié)合 釋放操縱區(qū)，lac基因轉(zhuǎn)錄-半乳糖苷酶透過(guò)酶-半乳糖苷酶更多乳糖分子進(jìn)入細(xì)胞葡萄糖+半乳糖得到碳源和能量一部分第二十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4 阻遏蛋白的作用機(jī)制阻遏蛋白結(jié)構(gòu)38KD，4 聚體

8、，一個(gè)亞基結(jié)合一個(gè)IPTG分子lacI 組成型轉(zhuǎn)錄 Pi 弱啟動(dòng)子， 510個(gè)cell具有二重性 阻止轉(zhuǎn)錄（與lacO結(jié)合） 開(kāi)始轉(zhuǎn)錄（與誘導(dǎo)物結(jié)合）第二十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)域N端159aa,頭部片段HTH，與操縱基因DNA的大溝結(jié)合；核心區(qū)：有6個(gè)折疊，誘導(dǎo)物結(jié)合在兩個(gè)核心區(qū)之間的裂縫中；C端為兩組亮氨酸拉鏈，形成四聚體。誘導(dǎo)物的結(jié)合可導(dǎo)致阻遏蛋白產(chǎn)生重要的構(gòu)象改變，兩個(gè)分子的誘導(dǎo)物和四聚體阻遏蛋白相結(jié)合就足以使誘導(dǎo)物釋放。第二十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 阻遏蛋白對(duì)RNA pol功能的影響阻遏蛋白和RNA pol可同時(shí)與DNA結(jié)合

9、 RNA pol 與啟動(dòng)子結(jié)合的平衡常數(shù) 1.9X107 有阻遏蛋白時(shí), 2.5X109結(jié)合著的RNA pol不能轉(zhuǎn)錄. 但加入誘導(dǎo)物后, 釋放出阻遏蛋白, 變?yōu)殚_(kāi)放型啟動(dòng)子復(fù)合物.阻遏蛋白實(shí)際上使RNA pol貯存在啟動(dòng)子上。第二十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月+ glucose- glucoseTime (hr)Units of -galactosidase+ lactoseGlucose added7.2.4 lac operon的正調(diào)控1 葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響實(shí)驗(yàn)，在lacGlu培養(yǎng)基上 E.coli只利用G，只有G 耗盡時(shí)，才會(huì)利用lac葡萄糖抑制lac mRNA

10、的轉(zhuǎn)錄： 可阻止誘導(dǎo)物引起的阻遏物失活效應(yīng) 僅去掉阻遏物并不能啟動(dòng)lac基因表達(dá),有其它因素參與第二十六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月CAP, catabolite activator protein 由crp編碼，代謝物激活蛋白CRP, catabolite receptor proteinGlu ，cAMP ； Glu,cAMPcAMP的濃度受葡萄糖代謝的影響糖酵解途徑中位于葡萄糖-6-磷酸與甘油之間的某些代謝產(chǎn)物是腺苷酸環(huán)化酶活性的抑制劑。腺苷酸環(huán)化酶基因和crp突變體不能合成lac mRNAcAMP-CAP復(fù)合物第二十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十八張，

11、PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2 CRP結(jié)合位點(diǎn)CRP為二聚體， 45KD ，被cAMP激活結(jié)合位點(diǎn) I -70 -50 II -50 -40第二十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3 CRP的結(jié)合對(duì)DNA構(gòu)型的影響DNA彎曲彎曲點(diǎn)位于CRP結(jié)合位點(diǎn)二重對(duì)稱的中心彎曲使CRP能與啟動(dòng)子上的RNA pol 接觸第三十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）CRP結(jié)合位點(diǎn)與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置CRP與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離，相距數(shù)個(gè)雙螺旋，結(jié)合位點(diǎn)在啟動(dòng)子的上游.4 CRP對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響第三十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）基因轉(zhuǎn)錄對(duì)cAMPCRP系統(tǒng)存在依賴性

12、cAMP-CRP復(fù)合物的結(jié)合于啟動(dòng)子上游，能使DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，有利于形成開(kāi)放型啟動(dòng)子-RNA聚合酶復(fù)合物。CRP直接作用于RNA pol 亞基缺失RNA pol 亞基的C末端時(shí)，失去受CRP激活的能力第三十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.2.5 lac operon 的其它問(wèn)題1. lac operon的功能是在正負(fù)兩個(gè)調(diào)控體系的協(xié)調(diào)作用(coordinate regulation)下實(shí)現(xiàn)的。阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CRP不發(fā)揮作用；如沒(méi)有CRP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從0上解聚仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性CRP組成型合成，所以cAMPCRP復(fù)合物取決于cAMP含量腺苷酸環(huán)化酶位于細(xì)胞膜上，其

13、活性與葡萄糖運(yùn)輸?shù)拿赣嘘P(guān)，因此cAMPCAP調(diào)控乳糖、半乳糖等糖類(lèi)代謝有關(guān)的酶 第三十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. A基因及其生理功能 編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，使半乳糖苷乙?；?。該酶不參與乳糖代謝！ 生理意義：在細(xì)胞中有許多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷類(lèi)物質(zhì)，其分解產(chǎn)物不能進(jìn)一步代謝，積累，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。半乳糖苷乙酰化后，即無(wú)毒. 所以lacA雖不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物質(zhì)的積累3. lac基因產(chǎn)物數(shù)量， 1：0.5：0.2 不同酶的數(shù)量差異，是由于在翻譯水平上的調(diào)節(jié)。方式有二:核糖體脫離: 多順?lè)醋拥牟顒e性翻譯 內(nèi)切酶作用: 在lac mRNA分子內(nèi)部，a基

14、因比z基因更易受內(nèi)切酶作用第三十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Summary第三十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱子由lacZYA三個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成，分別編碼半乳糖苷酶，半乳糖苷透過(guò)酶和半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，結(jié)構(gòu)基因上游有啟動(dòng)子，操縱位點(diǎn)和cAMP-CRP激活蛋白結(jié)合位點(diǎn)，乳糖操縱子由正負(fù)兩個(gè)調(diào)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)控的。負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)：正調(diào)控系統(tǒng)：正負(fù)調(diào)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)乳糖操縱子僅在有乳糖而沒(méi)有葡萄糖的時(shí)候表達(dá)，此時(shí)，阻遏蛋白從操縱區(qū)釋放，cAMP含量高，cAMP-CRP激活蛋白結(jié)合。第三十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于202

15、2年6月7.3 Trp operon 生物細(xì)胞中的氨基酸合成， 也受操縱子的調(diào)節(jié)。細(xì)胞需要某種氨基酸時(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。第三十八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月trpR, 阻遏蛋白P，-40+18 O, -21+1L, +1+162結(jié)構(gòu)基因7.3.1 基因組成第三十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.3.2 Trp operon 的阻遏系統(tǒng)1 Trp R 四聚體第四十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月阻遏蛋白trp 有活性的阻遏物SNE299trp O 不轉(zhuǎn)錄第四十二張，PPT共九十

16、七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2 阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn) trpO -21 +1，反向重復(fù)序列trpP -40 +18活性阻遏物與trpO 的結(jié)合與RNA pol與啟動(dòng)子的結(jié)合發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)第四十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 阻遏系統(tǒng)主管轉(zhuǎn)錄是否啟動(dòng)，在缺乏TrpR時(shí)， mRNA起始合成，但不能自動(dòng)延伸，一般在trpE之前終止轉(zhuǎn)錄 粗調(diào)開(kāi)關(guān)第四十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.3.3 弱化作用 attenuation1 弱化子，衰減子，前導(dǎo)RNA，140bp第四十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月弱化子，衰減子，第四十六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月序

17、列分析發(fā)現(xiàn)，其中4個(gè)片段進(jìn)行配對(duì)，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)Terminator第四十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月S3122 前導(dǎo)肽14aa第四十八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 轉(zhuǎn)錄弱化作用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 第四十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月High trp Trp i

18、s inserted at the trp codons Translate to the end of leader message Ribosome occlude sequence 2Terminate transcription at (3:4 form terminator)第五十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月弱化子對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵空間結(jié)構(gòu)，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA)時(shí)間，核糖體停頓在2個(gè)Trp 密碼子上時(shí)， 4區(qū)未轉(zhuǎn)錄出來(lái)Trp濃度高時(shí)，4區(qū)轉(zhuǎn)錄之前核糖體到達(dá)2區(qū)。summary第五十一張，PPT

19、共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Negativerepressible operon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏R P O leading seq. E D C B Atrp+為什么需要阻遏體系？ 當(dāng)大量Trp 存在時(shí)，阻遏系統(tǒng)起作用。阻遏物與之結(jié)合，阻止先導(dǎo)mRNA合成。 經(jīng)濟(jì)第五十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月為什么需要弱化子系統(tǒng)？第五十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.4 其他操縱子7.4.1 半乳糖操縱子 大腸桿菌半乳糖操縱子（galactoseoperon）在大腸桿菌遺傳圖上位于17分鐘處，包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因：異構(gòu)酶（UDP-galactose-4-epimer

20、ase，galE），半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶（galactosetransferase，galT），半乳糖激酶（galactosekinase，galK），使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸。第五十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 半乳糖操縱子的調(diào)節(jié)基因是galR，位于遺傳圖上55分鐘處。 與lac操縱子所不同的是，galR與galE、T、K及操縱區(qū)O等的距離都很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對(duì)galO的作用與lacI-lacO的作用相同。在galR-和galOc突變體中，E、T、K基因得到永久性表達(dá)，gal操縱子的誘導(dǎo)物主要是半乳糖。第五十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十六張

21、，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月gal操縱子有兩個(gè)特點(diǎn)：它有兩個(gè)啟動(dòng)子，其mRNA可從兩個(gè)不同的起始點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；它有兩個(gè)O區(qū)，一個(gè)在P區(qū)上游-67-73，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。第五十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、cAMP-CRP對(duì)gal啟動(dòng)子的作用 有葡萄糖存在時(shí)仍可以被誘導(dǎo)； 有些細(xì)胞株能在不含葡萄糖的培養(yǎng)基中高水平合成半乳糖代謝酶類(lèi)（gal結(jié)構(gòu)基因高效表達(dá)），在另一類(lèi)細(xì)胞株中，沒(méi)有葡萄糖，gal基因不表達(dá)。 在gal操縱子P-O區(qū)有兩個(gè)相距僅為5bp的啟動(dòng)子，gal操縱子可以從兩個(gè)啟動(dòng)子分別起始基因轉(zhuǎn)錄，每個(gè)啟動(dòng)子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)S1和S2。

22、第五十八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在無(wú)葡萄糖時(shí)才能順利進(jìn)行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CRP和較高濃度的cAMP。當(dāng)腺苷環(huán)化酶突變（cya-）或cAMP受體蛋白突變（crp-）時(shí)，gal操縱子不能從S1起始轉(zhuǎn)錄。當(dāng)有cAMP-CRP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S1開(kāi)始；當(dāng)無(wú) cAMP-CRP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S2開(kāi)始。第六十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、雙啟動(dòng)子的生理功能 為什么gal操縱子需要兩個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)呢？因?yàn)榘肴樘遣粌H可以作為唯一碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)，而且與之相關(guān)的物質(zhì)尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是

23、大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體，細(xì)胞必須隨時(shí)合成差向異構(gòu)酶，以保證尿苷二磷酸的供應(yīng)。在沒(méi)有外源半乳糖的情況下，細(xì)胞通過(guò)半乳糖差向異構(gòu)酶（galactoseepimerase，galE基因產(chǎn)物）的作用由UDP-葡萄糖合成UDPgal。第六十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 如果只有S1一個(gè)啟動(dòng)子，由于這個(gè)啟動(dòng)子的活性依賴于cAMP-CRP，當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時(shí)就不能合成異構(gòu)酶。 如果S2是唯一的啟動(dòng)子，那么，即使有葡萄糖存在，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)，能量被浪費(fèi)。第六十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.4.2 阿拉伯糖操縱子araB、araA和araD基因參與阿

24、拉伯糖的降解，它們是一個(gè)基因簇，簡(jiǎn)寫(xiě)為araBAD。araB基因編碼核酮糖激酶，araA編碼L-阿拉伯糖異構(gòu)酶，araD編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶。araE和araF負(fù)責(zé)將阿拉伯糖運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)。它們位于遠(yuǎn)離這個(gè)基因簇的地方，分別編碼一個(gè)膜蛋白和一個(gè)位于細(xì)胞壁與細(xì)胞膜之間的阿拉伯糖結(jié)合蛋白。第六十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月啟動(dòng)子區(qū)域，與araBAD相鄰兩個(gè)操縱區(qū)（O1，O2）調(diào)節(jié)基因araC。cAMP-CRP是正調(diào)節(jié)因子，AraC蛋白同時(shí)顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的功能。Ara操縱子的結(jié)構(gòu)第六十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ara操縱子上游調(diào)控區(qū)序列與功能分析

25、第六十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ara操縱子是可誘導(dǎo)的。誘導(dǎo)物是阿拉伯糖，cAMP-CRP起正調(diào)控作用。AraC蛋白具有PBAD活性正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的雙重功能。Pr是起阻遏作用的形式，可與類(lèi)操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，而Pi是起誘導(dǎo)作用的形式，它通過(guò)與PBAD啟動(dòng)子結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)。第六十六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第六十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月a.沒(méi)有AraC蛋白時(shí)，由Pc啟動(dòng)子起始araC基因轉(zhuǎn)錄；b.葡萄糖水平較高時(shí)，AraC蛋白與操縱區(qū)O2以及araI上半?yún)^(qū)相結(jié)合，形成DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，araBAD基因不表達(dá)；c.有阿拉伯糖但無(wú)葡萄糖存在時(shí)，AraC

26、與阿拉伯糖相結(jié)合，變構(gòu)成為激活蛋白，與araO1和araI區(qū)相結(jié)合，在CRP-cAMP的共同作用下起始結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。第六十八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月a.培養(yǎng)基含有葡萄糖，無(wú)阿拉伯糖時(shí)，cAMP-CRP沒(méi)有與操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，AraC蛋白處于Pr形式并與操縱區(qū)O2位點(diǎn)結(jié)合，RNA聚合酶不能與Pc結(jié)合，araC基因受到抑制，整個(gè)系統(tǒng)幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。第六十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b.沒(méi)有葡萄糖糖，也沒(méi)有阿拉伯糖。因?yàn)闆](méi)有誘導(dǎo)物，盡管有cAMP-CRP與操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，AraC蛋白仍以Pr形式為主，無(wú)法與操縱區(qū)O2位點(diǎn)相結(jié)合，無(wú)araBADmRNA轉(zhuǎn)錄。第七十

27、張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月c.無(wú)葡萄糖，有阿拉伯糖。大量araC基因產(chǎn)物以Pi形式存在，并分別與操縱區(qū)O1 、I位點(diǎn)相結(jié)合，在cAMP-CRP的共同作用下，araC和araBAD基因大量表達(dá)，操縱子充分激活。第七十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7. 4. 4 二組分調(diào)控系統(tǒng)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 最簡(jiǎn)單的細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)稱為二組分系統(tǒng)（two-component systems），由二種不同的蛋白質(zhì)組成：即位于細(xì)胞質(zhì)膜上的傳感蛋白（sensor protein）及位于細(xì)胞質(zhì)中的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白（response regulator protein）。第七十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作

28、于2022年6月細(xì)菌中參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的二組分調(diào)控系統(tǒng)第七十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7. 4. 5 多啟動(dòng)子調(diào)控的操縱子1、rRNA操縱子rRNA操縱子（rrnE）有兩個(gè)啟動(dòng)子P1和P2。其中，P1為強(qiáng)啟動(dòng)子。當(dāng)細(xì)菌處于緊急狀態(tài)，細(xì)胞中ppGpp濃度增加，P1的作用被抑制。為維持細(xì)菌最低能量需求，由P2起始rrnE基因轉(zhuǎn)錄。第七十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第七十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月魔斑核苷酸魔斑核苷酸為ppGpp或pppGpp，因其能在色譜上檢測(cè)出斑點(diǎn)而被稱為魔斑氨基酸缺乏時(shí)，空載tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)。A位點(diǎn)積聚的GTP進(jìn)入另一反應(yīng)途徑：

29、 GTP+ATP pppGpp + AMP ppGpp第七十六張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、核糖體蛋白S1操縱子 核糖體蛋白SI操縱子rpsA有4個(gè)啟動(dòng)子，P1、P2是強(qiáng)啟動(dòng)子，平時(shí)主要依靠它們來(lái)啟動(dòng)基因的表達(dá)，合成S1蛋白。P3、P4是弱啟動(dòng)子，只有在緊急情況下，P1、P2啟動(dòng)子受ppGpp的抑制，由P3、P4起始合成的S1蛋白維持了生命的最低需要。第七十七張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、DnaQ蛋白操縱子DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亞基。其操縱子有兩個(gè)啟動(dòng)子，P1為強(qiáng)啟動(dòng)子，P2為弱啟動(dòng)子。增殖速度慢時(shí)，在細(xì)胞中RNA聚合酶活性較低時(shí)，操縱子的轉(zhuǎn)錄由弱啟動(dòng)

30、子P2控制；而RNA聚合酶活性較高時(shí)，就開(kāi)始利用強(qiáng)啟動(dòng)子P1。第七十八張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第七十九張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.6 轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式7.6.1 因子的調(diào)節(jié)作用E和K 存在于母細(xì)胞中， F 和G 存在于孢子細(xì)胞中。母細(xì)胞階段， F 與抗因子SpoAB結(jié)合，不能作為聚合酶組分。孢子形成時(shí)，SpoAA結(jié)合SpoAB，釋放F因子，轉(zhuǎn)錄孢子形成期基因。包括G和降解E的蛋白酶基因。G轉(zhuǎn)錄孢子形成后期基因和降解K蛋白酶基因。第八十張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月母細(xì)胞期活性E活性K 非活性形式：F+SpoAB孢子形成初期釋放FK因子蛋白

31、酶降解早期基因活性G孢子形成后期基因E因子蛋白酶降解第八十一張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.6.3 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子指能夠與基因的啟動(dòng)子區(qū)相結(jié)合，對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄起激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白質(zhì)； 有些能夠調(diào)控大量基因的表達(dá)，而有些僅調(diào)控一兩個(gè)基因； 有些轉(zhuǎn)錄因子對(duì)某個(gè)基因起激活作用卻對(duì)另一個(gè)基因起抑制作用； 有些轉(zhuǎn)錄因子對(duì)同一基因也能發(fā)揮兩種不同的作用； 許多基因的啟動(dòng)子區(qū)有多個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)。第八十二張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7. 7 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控7. 7. 1 翻譯起始的調(diào)控 起始密碼子對(duì)翻譯效率的影響； SD序列結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AU

32、G的距離； mRNA 5端二級(jí)結(jié)構(gòu)； 核糖開(kāi)關(guān) 能夠感受細(xì)胞內(nèi)諸如代謝物濃度、離子濃度、溫度等的變化而改變自身的二級(jí)結(jié)構(gòu)和調(diào)控功能，從而改變基因的表達(dá)狀態(tài)。第八十三張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月甲硫氨酸途徑的基因編碼區(qū)上游一段序列，通過(guò)小分子物質(zhì)（SAM，S-腺苷甲硫氨酸）的結(jié)合，改變?cè)搮^(qū)域mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控核糖體翻譯或RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第八十四張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月glmS基因5端有一段核酶； 6-磷酸葡糖胺濃度高時(shí)激活核酶活性；核酶切割自身mRNA，蛋白翻譯受阻。溫度調(diào)控pfrA的翻譯第八十五張，PPT共九十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.7.2 mRNA穩(wěn)定性對(duì)轉(zhuǎn)錄水平的影響CsrAB調(diào)節(jié)系統(tǒng)；CsrA為RNA結(jié)合蛋白， CsrB是一個(gè)非編碼RNA分子。 CsrA還可與mRNA結(jié)合。調(diào)節(jié)實(shí)例，糖酵解過(guò)程，糖原合成受抑制。第八十六張，PPT共九十七