九原核基因表達(dá)調(diào)控

概述微生物新陳代謝過程中，酶是主要的基因產(chǎn)物；微生物在代謝過程中，已經(jīng)形成了兩種主要的代謝調(diào)節(jié)方式，即酶活性的調(diào)節(jié)和酶量的調(diào)節(jié)。第1頁/共75頁酶活性的調(diào)節(jié)：具體指一定數(shù)量的酶通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率，主要是生化水平的調(diào)節(jié)（第五章）。酶量的調(diào)節(jié)包含：1、基因（酶的基因）被轉(zhuǎn)錄成多少mRNA的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)。2、轉(zhuǎn)錄后mRNA轉(zhuǎn)譯出多少蛋白（酶）的過程。第2頁/共75頁基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控在兩個(gè)水平上體現(xiàn)：(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation);(2)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控(post-transcriptionalregulation);第3頁/共75頁第一節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控操縱子：原核生物細(xì)胞中,功能相關(guān)的基因組成操縱子結(jié)構(gòu),由操縱區(qū)與一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因聯(lián)合起來,形成一個(gè)結(jié)構(gòu)上、功能上協(xié)同作用的整體,受統(tǒng)一調(diào)節(jié)基因和啟動區(qū)的調(diào)控。調(diào)節(jié)基因：可產(chǎn)生阻遏物或激活物蛋白調(diào)節(jié)操縱區(qū)，從而控制結(jié)構(gòu)基因的功能。第4頁/共75頁（1）非專一性結(jié)合蛋白:組蛋白與DNA結(jié)合，結(jié)果有時(shí)影響基因表達(dá)。（2）專一性結(jié)合蛋白:有很多蛋白質(zhì)可與DNA發(fā)生序列特異性相互作用，這些蛋白質(zhì)分子的氨基酸側(cè)鏈通過與DNA的堿基磷酸或戊糖分子發(fā)生作用；結(jié)合部位往往在DNA大溝中，每條多肽鏈與一條DNA鏈結(jié)合。與DNA發(fā)生特異性相互作用的蛋白質(zhì)一般是有兩條相同的多肽鏈組成的二聚體。一、DNA結(jié)合蛋白第5頁/共75頁（1）螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix-turn-helix，HTH）HTH的一端是由氨基酸形成的α－螺旋，又稱為識別螺旋；“轉(zhuǎn)角”由3個(gè)氨基酸組成；第二個(gè)螺旋以疏水相互作用穩(wěn)定第一個(gè)螺旋。結(jié)合蛋白與DNA作用力：氫鍵、范德華力等非共價(jià)作用。實(shí)例：大腸桿菌的Lac、Trp阻遏蛋白。DNA結(jié)合蛋白的模體（motif）第6頁/共75頁（2）鋅指（zincfinger）多見于真核特點(diǎn):Zn2+連結(jié)四個(gè)氨基酸（2個(gè)組氨酸，2個(gè)半胱氨酸）形成α－h(huán)elix（螺旋）形式的“指”，在大溝中與DNA相互作用。一般多個(gè)鋅指串聯(lián)排列，但不一定每個(gè)都接觸DNA，其氮端形成反向β折疊，碳端形成α－h(huán)elix，與DNA大溝特異性接觸。第7頁/共75頁（3）亮氨酸拉扣（leucinezipper）多肽鏈上每隔7個(gè)氨基酸有一個(gè)亮氨酸殘基，這些殘基形成了一種二聚體化基序。亮氨酸拉扣不與DNA相互作用，只是保持另外2個(gè)α螺旋與DNA結(jié)合，穩(wěn)定其空間構(gòu)象。三種蛋白的共同特點(diǎn)：以α螺旋作為與DNA識別（作用）的部位。第8頁/共75頁二、操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同可分為負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控(negativetranscriptionregulation)和正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(Positivetranscriptionregulation)。第9頁/共75頁負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白(repressor)－－阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。其作用部位是操縱區(qū)。它與操縱區(qū)結(jié)合，轉(zhuǎn)錄受阻。負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)－－誘導(dǎo)物不存在時(shí)，阻遏蛋白與操縱區(qū)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；誘導(dǎo)物存在時(shí)，阻遏蛋白與誘導(dǎo)物相結(jié)合，阻遏蛋白與操縱區(qū)分離，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。負(fù)控阻遏系統(tǒng)－－當(dāng)阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。第10頁/共75頁正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(activator)，激活蛋白結(jié)合后，RNA聚合酶與DNA的啟動子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄才會進(jìn)行。在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，誘導(dǎo)物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄不進(jìn)行。第11頁/共75頁第12頁/共75頁操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控實(shí)例㈠、乳糖操縱子-----負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng);㈡、色氨酸操縱子----負(fù)控阻遏系統(tǒng)第13頁/共75頁㈠、乳糖操縱子大腸桿菌能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當(dāng)乳糖成為惟一的碳源時(shí)才會被合成。大腸桿菌乳糖操縱子(lactoseoperon)包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因:Z、Y和A。這三個(gè)結(jié)構(gòu)基因被同一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元lacZYA所編碼，它有一個(gè)啟動子Plac。第14頁/共75頁乳糖操縱子的這三個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白是作為一個(gè)多順反子的mRNA一起表達(dá)的。lacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個(gè)操縱區(qū)Olac，它位于Plac啟動子5’端的-5至+21之間。當(dāng)阻遏蛋白結(jié)合到操縱區(qū)時(shí)，便成為轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)抑制物。阻遏蛋白被一個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)基因lacI所編碼，lacI也是乳糖操縱子的一部分;lacI位于Plac的上游。第15頁/共75頁乳糖操縱子的編碼產(chǎn)物lacZ編碼β-半乳糖苷酶，它可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖。lacY編碼半乳糖苷透性酶，它能將乳糖運(yùn)送透過細(xì)菌的細(xì)胞壁。lacA編碼硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。第16頁/共75頁阻遏蛋白操縱序列存在反向重復(fù)對稱，正好與由四個(gè)相同亞基組成的阻遏蛋白的內(nèi)部對稱相匹配。當(dāng)乳糖缺乏時(shí)，阻遏蛋白占據(jù)了操縱序列的結(jié)合位點(diǎn)，RNA聚合酶不能與啟動子結(jié)合。乳糖阻抑物阻礙了幾乎全部的lacZYA的轉(zhuǎn)錄而使之保持很低的轉(zhuǎn)錄水平。第17頁/共75頁乳糖操縱子誘導(dǎo)表達(dá)的機(jī)理將乳糖加入細(xì)胞中后，細(xì)胞本身所含的低量的透性酶使它能吸收乳糖，β-半乳糖苷酶則催化一些乳糖轉(zhuǎn)化為異乳糖。第18頁/共75頁異乳糖可以作為誘導(dǎo)物結(jié)合到阻遏蛋白上。從而引起阻遏蛋白四聚體構(gòu)象的變化，從而降低其對乳糖操縱序列的親和力，阻遏蛋白從操縱序列上脫離下來，聚合酶迅速開始lacZYA基因的轉(zhuǎn)錄。因此，加入乳糖或合成誘導(dǎo)物如異丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)能非常迅速地刺激乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。第19頁/共75頁調(diào)節(jié)基因操縱區(qū)乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacAmRNA

阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動子ORPLacZLacYLacA調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子OR

阻遏蛋白（無活性）基因表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)B、乳糖酶的誘導(dǎo)異乳糖

阻遏蛋白（有活性）乳

糖

操

縱

子

的

負(fù)

調(diào)

控mRNAZmRNAYmRNAA第20頁/共75頁cAMP即環(huán)式AMP，其在生物表達(dá)調(diào)控過程中起著重要作用。葡萄糖的降解代謝會抑制一些操縱子的轉(zhuǎn)錄。cAMP在細(xì)胞中的增加對這些操縱子的轉(zhuǎn)錄是有利的。葡萄糖降解物能抑制細(xì)胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生。這是因?yàn)锳TP是cAMP的直接代謝前體，擔(dān)任這種轉(zhuǎn)化的酶是腺苷酸環(huán)化酶(adenylcyclase)，此酶受葡萄糖代謝降解物的直接抑制,從而造成cAMP不能產(chǎn)生。分解代謝物阻遏調(diào)控（葡萄糖效應(yīng)）第21頁/共75頁分解代謝激活蛋白(CAP)是以以二聚體形式存在的。葡萄糖存在時(shí)會降低細(xì)胞內(nèi)cAMP的水平，CRP自身不能獨(dú)立與DNA結(jié)合；當(dāng)葡萄糖缺乏時(shí)，大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)cAMP水平上升，CRP結(jié)合到cAMP上。CRP-cAMP復(fù)合物可結(jié)合到緊鄰RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)上游的乳糖操縱子的啟動子Plac上游。能使DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，有利于形成穩(wěn)定的開放型啟動子-RNA聚合酶結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。分解代謝激活蛋白第22頁/共75頁RLacZLacYLacAmRNA基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)mRNAZmRNAYmRNAA第23頁/共75頁lac操縱子小結(jié)通常情況（葡萄糖供應(yīng)正常）阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，基因不轉(zhuǎn)錄。細(xì)胞外的乳糖通過透性酶吸收到細(xì)胞內(nèi)；細(xì)胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶將乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾樘?。異乳糖結(jié)合到阻遏蛋白上使之從操縱序列上脫離，聚合酶迅速開始lacZYA基因的轉(zhuǎn)錄。這就是負(fù)控誘導(dǎo)。此外，體系還存在分解代謝物阻遏調(diào)控：細(xì)菌生長系統(tǒng)中若缺少葡萄糖，使cAMP含量增加，才有足夠量的cAMP與分解物結(jié)合蛋白（CRP）結(jié)合形成CRP-cAMP復(fù)合物結(jié)合于Plac上游。使DNA雙螺旋發(fā)生構(gòu)象變化，轉(zhuǎn)錄才可以有效地進(jìn)行。第24頁/共75頁㈡、色氨酸操縱子色氨酸操縱子包括色氨酸合成途經(jīng)中相關(guān)的5個(gè)結(jié)構(gòu)基因，編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元，即從色氨酸啟動子Ptrp、操縱基因位點(diǎn)Otrp和向下游轉(zhuǎn)錄出7kb的轉(zhuǎn)錄物。第25頁/共75頁第26頁/共75頁色氨酸阻抑物色氨酸操縱子中產(chǎn)生阻遏蛋白的基因是trpR，阻遏蛋白是含有兩個(gè)亞基的二聚體,可與色氨酸操縱子的操縱區(qū)特異性相互作用。操縱區(qū)的部分對稱序列與色氨酸啟動子在-21和+3堿基之間重疊。中心結(jié)合區(qū)是18個(gè)堿基的回文結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)色氨酸結(jié)合到阻遏蛋白上時(shí)，阻遏蛋白才處于正確的構(gòu)象，與色氨酸操縱區(qū)相互作用，將轉(zhuǎn)錄的起始減少了大約70倍。第27頁/共75頁當(dāng)合成產(chǎn)物積累時(shí)，阻遏蛋白被合成產(chǎn)物激活而與操縱基因結(jié)合輔阻遏物（合成產(chǎn)物）阻遏蛋白當(dāng)合成產(chǎn)物減少時(shí)，合成產(chǎn)物脫離阻遏蛋白而使阻遏蛋白失活。轉(zhuǎn)錄酶使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，蛋白質(zhì)酶合成使合成代謝開始色氨酸操縱子：色氨酸積累時(shí)色氨酸合成減弱色氨酸缺乏時(shí)色氨酸合成加強(qiáng)色氨酸＝合成產(chǎn)物＝輔阻遏物第28頁/共75頁弱化子如果在操縱基因和trpE基因編碼序列之間的一段序列缺失，會導(dǎo)致基本轉(zhuǎn)錄水平和活化(解阻抑)--轉(zhuǎn)錄水平的上升。該段序列稱為弱化子，它位于trpE起始密碼子前面162bp的轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)序列的123～150位。弱化子是一個(gè)不依賴ρ因子的終止子區(qū)域，在一小段富含GC的回文結(jié)構(gòu)之后是8個(gè)連續(xù)的U殘基。如果這段序列能在RNA轉(zhuǎn)錄物中形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，就可以作為一個(gè)高效的轉(zhuǎn)錄終止子，因而只有140bp的轉(zhuǎn)錄物被合成。第29頁/共75頁第30頁/共75頁前導(dǎo)RNA結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子RNA的前導(dǎo)序列含有4個(gè)序列互補(bǔ)區(qū)，能形成不同的堿基配對的RNA結(jié)構(gòu)。它們被稱為序列1、2、3和4。弱化子發(fā)夾結(jié)構(gòu)是序列3和4配對的產(chǎn)物(3:4結(jié)構(gòu))。序列1和2也是互補(bǔ)的，能形成另一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)1:2。然而序列2還和序列3互補(bǔ)。如果序列2和3形成2:3發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3:4弱化子發(fā)夾結(jié)構(gòu)就不能形成，轉(zhuǎn)錄就不會終止。在正常情況下，1:2和3:4發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成在能量上是有利的。第31頁/共75頁第32頁/共75頁弱化作用大腸桿菌中，翻譯在mRNA邊轉(zhuǎn)錄時(shí)邊進(jìn)行。色氨酸前導(dǎo)肽編碼序列的3‘端與互補(bǔ)序列1重疊，兩個(gè)色氨酸密碼子都在序列1內(nèi)，終止密碼子在序列1和2之間。由于色氨酸(色氨酸操縱子的最終產(chǎn)物)是翻譯過程中所必需的，因此細(xì)胞對它的含量很敏感，它決定了在mRNA中終止子(3:4)發(fā)夾結(jié)構(gòu)是否形成。第33頁/共75頁在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進(jìn)行的過程中，RNA聚合酶在序列2的末端停滯直到核糖體開始翻譯前導(dǎo)肽（即當(dāng)前導(dǎo)肽開始翻譯時(shí)，RNA聚合酶才又繼續(xù)沿DNA模板鏈前進(jìn)合成RNA）。在色氨酸含量很高的情況下，核糖體迅速在兩個(gè)色氨酸密碼子處插入色氨酸，這樣翻譯可直達(dá)前肽導(dǎo)末端。核糖體封閉了序列2，當(dāng)RNA聚合酶把3區(qū)和4區(qū)轉(zhuǎn)錄出來時(shí)，3:4發(fā)夾得以形成，當(dāng)RNA聚合酶到達(dá)終止序列時(shí)，由于3:4發(fā)夾使轉(zhuǎn)錄可能被終止。這一過程被稱為弱化作用。第34頁/共75頁圖9－20弱化作用模型第35頁/共75頁如果色氨酸缺乏時(shí)，翻譯過程中將缺少其氨酰－tRNA，核糖體將在兩個(gè)色氨酸密碼子上滯留，封閉了序列1。這使得序列2能自由地與序列3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（即抗終止子）。終止子(3:4)發(fā)夾結(jié)構(gòu)不能形成，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)到trpE及其下游。因此終產(chǎn)物色氨酸含量的高低決定了轉(zhuǎn)錄是提早終止(弱化)，還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄完整個(gè)操縱子。第36頁/共75頁弱化的重要性依靠弱化作用，色氨酸的存在就使色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄被抑制了10倍。與色氨酸阻抑物的作用(70倍)合在一起，這就意味著色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達(dá)施加了700倍的調(diào)節(jié)效果。在六種與氨基酸的生物合成相關(guān)的操縱子中有弱化作用。例如his操縱子含有編碼一個(gè)有連續(xù)7個(gè)組氨酸密碼子的多肽的前導(dǎo)序列。第37頁/共75頁三細(xì)菌應(yīng)急反應(yīng)當(dāng)細(xì)菌發(fā)現(xiàn)它們自己生長在饑餓的條件下，缺乏維持蛋白質(zhì)合成的氨基酸時(shí)，它們將大部分活性區(qū)域都關(guān)閉掉。此就稱為嚴(yán)緊反應(yīng)(strigentresponse)，這是它們抵御不良條件，保存自己的一種機(jī)制。嚴(yán)緊反應(yīng)導(dǎo)致兩種特殊核苷酸積聚：(1)ppGpp—四磷酸鳥苷（在G的5'和3'位點(diǎn)各附著兩個(gè)磷酸）;(2)pppGpp—五磷酸鳥苷（鳥苷5'一三磷酸-3'二磷酸）。人們最初發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在氨基酸饑餓時(shí)，出現(xiàn)兩種特殊的核苷酸，其電泳的遷移率和一般的核酸不同，感到很奇怪，就稱之為“魔斑Ⅰ”和“魔斑Ⅱ”，后來發(fā)現(xiàn)魔斑Ⅰ便是ppGpp，魔斑Ⅱ是pppGpp。第38頁/共75頁ppGpp有什么作用呢？它是一系列反應(yīng)的效應(yīng)物，包括抑制轉(zhuǎn)錄。（1）rRNA操縱子的啟動子其轉(zhuǎn)錄起始被嚴(yán)緊反應(yīng)特異抑制了。嚴(yán)緊調(diào)節(jié)的啟動子發(fā)生突變能消除嚴(yán)緊控制，表明此效應(yīng)需要和特異啟動子順序相互作用；（2）很多或大部分模板的轉(zhuǎn)錄延伸階段被ppGpp縮短了，此是RNA聚合酶停頓的增加而引起的。此效應(yīng)反應(yīng)了在細(xì)胞內(nèi)加入ppGpp時(shí)轉(zhuǎn)錄效率普遍下降。第39頁/共75頁四、通過σ因子更換的調(diào)控枯草芽孢桿菌芽孢形成過程中，通過有序σ因子替換，使芽孢形成的基因有序表達(dá)。熱激應(yīng)答反應(yīng)：存在每一種生物中。HSP70熱激蛋白感受溫度變化后，調(diào)節(jié)熱激應(yīng)答系統(tǒng)的調(diào)節(jié)蛋白基因rPOH表達(dá)，產(chǎn)物是σ32，其參與構(gòu)成的RNA聚合酶識別熱激應(yīng)答基因的啟動子。第40頁/共75頁五、信號傳導(dǎo)和二組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)前面討論的是小分子效應(yīng)物與調(diào)節(jié)蛋白作用，而有時(shí)外部信號不直接傳給調(diào)節(jié)蛋白。通過傳感器檢測信號，然后以變化形式傳到調(diào)節(jié)部位，此為信號傳導(dǎo)。最簡單是二組分系統(tǒng)。由：CM傳感蛋白或傳感激酶（細(xì)胞質(zhì)膜上）

CP的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白（細(xì)胞質(zhì)）第41頁/共75頁圖9－26缺氧激活A(yù)rcB蛋白，磷酸化為ArcA，作為阻遏蛋白作用THT模式蛋白，作用DNA分子，對操縱子調(diào)節(jié)第42頁/共75頁二組分系統(tǒng)在許多細(xì)菌調(diào)節(jié)大量基因，如：大腸桿菌氮吸收；根瘤菌氮固定；芽孢菌芽孢形成。趨化性（chemotaxis）：也是二組分調(diào)控系統(tǒng)調(diào)控。其機(jī)理：接受甲基趨化性蛋白（MCPs）是受體蛋白，傳感激酶是CheA。第43頁/共75頁六λ溶原與裂解途徑的轉(zhuǎn)錄調(diào)控圖9－29λ基因組A～Z頭部基因N：早期調(diào)節(jié)因子CⅢ:CⅡ穩(wěn)定因子CⅠ：阻遏蛋白第44頁/共75頁主要是Cro和CⅠ兩種調(diào)節(jié)蛋白。Cro蛋白對cro和cⅠ基因負(fù)控制CⅠ蛋白對cro轉(zhuǎn)錄負(fù)控制，對自身既有正控制又有負(fù)控制。溶原途徑：只有cⅠ基因表達(dá)，CⅠ蛋白先與OROL結(jié)合，阻止PLPR啟動。占據(jù)OR，抑制cro,不利裂解圖

9-30控制區(qū)

第45頁/共75頁當(dāng)溶原菌受uv或其他因素誘導(dǎo)，RecA蛋白激活切CⅠ蛋白，從DNA脫落，使RNA聚合酶與cro結(jié)合表達(dá)，頭尾基因表達(dá)，進(jìn)入裂解途徑。第46頁/共75頁第二節(jié)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是生物最經(jīng)濟(jì)的調(diào)控方式――用不著某種蛋白質(zhì)，其mRNA由于用不著就不必轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄生成mRNA以后，再在翻譯或翻譯后水平進(jìn)行"微調(diào)"，是對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的補(bǔ)充，它使基因表達(dá)的調(diào)控更加適應(yīng)生物本身的需求和外界條件的變化。第47頁/共75頁1翻譯起始的調(diào)控遺傳信息翻譯成多肽鏈起始于而mRNA上的核糖體結(jié)合位點(diǎn)(RBS)。所謂RBS，是指起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。在RBS中有SD(Shine-Dalg-arno)序列，長度一般為5個(gè)核苷酸，富含G、A，該序列與核糖體16SrRNA的3‘端互補(bǔ)配對，促使核糖體結(jié)合到mRNA上，有利于翻譯的起始。RBS的結(jié)合強(qiáng)度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼AUG之間的距離。SD與AUG之間相距一般以4-10個(gè)核苷酸為佳，9個(gè)核苷酸最佳。第48頁/共75頁mRNA的二級結(jié)構(gòu)是翻譯起始調(diào)控的重要因素。mRNA5’端合適的空間結(jié)構(gòu)有利于核糖體的30S亞基與之相結(jié)合。SD序列的微小變化，往往會導(dǎo)致表達(dá)效率上百倍甚至上千倍的差異，這是由于核苷酸的變化改變了形成mRNA5’端二級結(jié)構(gòu)的自由能，影響了核糖體30S亞基與mRNA的結(jié)合，從而造成了蛋白質(zhì)合成效率上的差異。第49頁/共75頁mRNA的穩(wěn)定性mRNA的穩(wěn)定性也是影響翻譯效率的一個(gè)很重要的因素，基因的表達(dá)量與mRNA的半衰期成正比例關(guān)系。同一種微生物細(xì)胞中不同蛋白質(zhì)的mRNA的穩(wěn)定性相差很大，例如大腸桿菌的mRNA功能性半衰期的差異可在40秒至20分鐘之間，對不同基因的表達(dá)量起調(diào)控作用。第50頁/共75頁3稀有密碼子對翻譯的影響在不同種類的生物中，各種tRNA的含量是有很大區(qū)別的，特別是原核生物尤為顯著。由于不同tRNA含量上的差異很大，產(chǎn)生了對密碼子的偏愛性，對應(yīng)的tRNA豐富或稀少的密碼子，分別稱為偏愛密碼子(biasedcodons)或稀有密碼子(rarecodons)。含稀有密碼子多的基因必然表達(dá)效率低。微生物利用稀有密碼子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要反映在對同一操縱子中不同基因表達(dá)量的控制。第51頁/共75頁4重疊基因?qū)Ψg的影響trp操縱子由5個(gè)基因(trpE、D、C、B、A)組成，在正常情況下，操縱子中5個(gè)基因產(chǎn)物是等量的，但trpE突變后，其鄰近的trpD產(chǎn)量比下游的trpBA產(chǎn)量要低得多。研究trpE和trpD以及trpB和trpA兩對基因中核苷酸序列與翻譯偶聯(lián)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)trpE基因的終止密碼子和trpD基因的起始密碼子共用一個(gè)核苷酸。第52頁/共75頁trpE--蘇氨酸--苯丙氨酸--終止

ACU----UUC----UGA----UGG--CUAUG----GCU

甲硫氨酸--丙氨酸---trpD由于trpE的終止密碼子與trpD的起始密碼重疊，trpE翻譯終止時(shí)核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一核糖體對兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。偶聯(lián)翻譯是保證兩個(gè)基因產(chǎn)物在數(shù)量上相等的重要手段。第53頁/共75頁5.反義RNA調(diào)控八十年代以來，關(guān)于RNA在細(xì)胞內(nèi)的生物學(xué)功能研究取得了重要進(jìn)展，除了證明RNA具有催化功能(即Ribozyme)之外，還表明RNA具有調(diào)節(jié)基因表達(dá)的功能。這種調(diào)節(jié)RNA被稱為反義RNA(antisenseRNA)，它具有能與另一“靶”RNA互補(bǔ)結(jié)合的堿基序列。反義RNA能專一性地結(jié)合到mRNA并阻止其活性的事實(shí)具有很大的潛在實(shí)用性。反義RNA已經(jīng)成為一種研究工具。如果有人需要研究某一特定基因的作用。能與這個(gè)基因的mRNA相結(jié)合的反義RNA可以被構(gòu)建出來并導(dǎo)入到細(xì)胞中，它可阻止基因表達(dá)。第54頁/共75頁6.翻譯的阻遏調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一般都是蛋白質(zhì)或某些小分子物質(zhì)對基因轉(zhuǎn)錄的阻遏或激活，而在翻譯水平上也發(fā)現(xiàn)了類似的蛋白質(zhì)阻遏作用。第55頁/共75頁7.ppGpp對核糖體蛋白質(zhì)合成的影響即在氨基酸短缺的情況下，首先被停止合成的是rRNA。而核糖體是由rRNA和核糖體蛋白質(zhì)構(gòu)成，是翻譯遺傳密碼的唯一場所，rRNA的量驟然下降，核糖體蛋白質(zhì)失去了結(jié)合的對象而成為多余的了。由于某些核糖體蛋白mRNA的部分二級結(jié)構(gòu)和rRNA的部分二級結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)rRNA短缺時(shí)，多余的核糖體蛋白質(zhì)