原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控class

原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控?MolecularBiologyCourseGeneexpressioncontrols基因表達:

從DNA到蛋白質(zhì)的過程?；虮磉_調(diào)控:

對基因表達過程的調(diào)節(jié)。基因表達調(diào)控主要表現(xiàn):1.轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控－主要在起始，終止處。

2.轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控（真核生物）翻譯水平的調(diào)控－起始，終止?MolecularBiologyCourse華僑大學(xué)

1961年,Jacob等發(fā)表Lac操縱子模式,生物界反應(yīng)之強烈可與1953年發(fā)表DNA雙螺旋模型相媲美操縱子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

Lac操縱子

Trp操縱子因子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)RegulationofTranscriptioninProkaryotes典型的操縱子包括：1.結(jié)構(gòu)基因：編碼那些在某一特定的生物合成途徑中起作用的，其表達被協(xié)同調(diào)控的酶。2.調(diào)控元件：如操縱序列，是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子（Operon）：基因表達和調(diào)控的單元。CanbeencodedbyageneinanotheroperonRegulationofTranscriptioninProkaryotes調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物能夠識別調(diào)控元件，如阻抑物，可以結(jié)合并調(diào)控操縱序列。（調(diào)節(jié)基因）（調(diào)控元件）（如，阻抑物）1.Theoperon2.Thelactoseoperon（乳糖操縱子）3.Thelacrepressor（乳糖抑制蛋白）4.Induction（誘導(dǎo)）5.cAMPreceptorprotein（CRP）L1

乳糖（Lac)操縱子Lacrepressor（乳糖阻抑物）

Thelac

operonTranscriptionblockedInducer(Lactose)誘導(dǎo)物ActivatethePlac

transcription

Overview乳糖操縱子負調(diào)控CRP+cAMP(glucoserepressed)正調(diào)控HighleveloftranscriptionL1-2

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)乳糖成為唯一的碳源時才會被合成。RegulationofTranscriptioninProkaryotesLactoseoperon:aregulatorygeneand3stucturalgenes,and2controlelementslacZ

codesforβ-galactosidase(β-半乳糖苷酶)forlactosehydrolysis(水解）lacY

encodesagalactoside

permease(半乳糖苷透性酶)totransportLactoseacrossthecellwalllacA

encodesathiogalactoside

transacetylase(硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶)-抑制β-半乳糖苷酶有害產(chǎn)物積累L1:TheLACoperon這三個結(jié)構(gòu)基因被一個轉(zhuǎn)錄單元lacZYA所編碼，它有一個啟動子PlaclacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個操縱基因位點Olacpositionbetweenbases-5and+21Bindswiththelac

repressorL1:TheLACoperonL1-3

乳糖阻抑物由LacI基因編碼同亞基四聚體活性形式Olac具有回文結(jié)構(gòu)（28bp堿基）乳糖缺乏時，阻抑物占據(jù)OlacL1:TheLACoperon

Thus,RNApolymerasebindsverytightlytoPlac

butnotranscriptionoccurbecauseoftheboundrepressor乳糖阻抑物和RNA聚合酶能同時結(jié)合到Plac和Olac上，且前者使后者的結(jié)合能力增加了2個數(shù)量級。L1:TheLACoperonL1-4

誘導(dǎo)誘導(dǎo)物乳糖阻抑物阻抑物四聚體構(gòu)象變化降低阻抑物與Olac親和力聚合酶迅速轉(zhuǎn)錄乳糖，異乳糖異乳糖RNA聚合酶L1:TheLACoperonL1-5cAMP受體蛋白

(CRP)CRP是一種激活蛋白(CAP)CRP－cAMP復(fù)合物才能結(jié)合DNAcAMP由葡萄糖控制glucoseCRP-cAMPCRPcAMP

Plac啟動子：弱啟動子

沒有強－35序列弱的－10序列Highlevelexpressionfromthispromoterrequirestheactivityofthespecificactivator,CRP.L1:TheLACoperonlacZlacYlacAPlacIPlaclacIOlacPlac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressorstartpointmRNAlactoseCRP-cAMPcAMP水平上升，CRP－cAMP復(fù)合物結(jié)合在Plac上，DNA鏈發(fā)生90度的彎曲，增強了聚合酶與啟動子的結(jié)合，轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。vWhenglucoseisabsentvWhenglucose(葡萄糖）

ispresent乳糖操縱子通常不被激活SummaryA:RNApolymeraseB:lacrepressorC:CRP-cAMP阻抑物調(diào)控：-負調(diào)控

-缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受體蛋白的調(diào)控：-正調(diào)控

-缺少葡萄糖；有葡萄糖乳糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源乳糖和葡萄糖同時存在再下列幾種情況下，大腸桿菌的乳糖操縱子是如何進行調(diào)控的？思考題L2TheTrp

Operon1.Thetrp

operon（操縱子）2.thetrp

repressor(阻抑物）3.theattenuator（弱化子）4.LeaderRNAstructure5.Theleaderpeptide（肽）6.Attenuation（弱化作用）7.ImportanceofattenuationL2-1TheTrp

Operon（色氨酸操縱子）1.

trp

操縱子

：包括色氨酸合成途徑中相關(guān)的5個結(jié)構(gòu)基因,一個啟動子，一個操縱序列一段前導(dǎo)序列，一個調(diào)節(jié)基因。2.該操縱子編碼一個轉(zhuǎn)錄單元，從Otrp向下游轉(zhuǎn)錄7kb的轉(zhuǎn)錄物.3.作用：當(dāng)細胞缺乏色氨酸時，trp

操縱子

可使色氨酸協(xié)同表達。4.色氨酸操縱子RNA產(chǎn)物不穩(wěn)定.L2:Thetrp

operonL2-2TheTrp

repressor

（色氨酸阻抑物）RegulationofTranscriptioninProkaryotes1.色氨酸阻抑物：由獨立的操縱子trpR編碼，能與Otrp位點特異性結(jié)合。2.

色氨酸阻抑物＋色氨酸——才能結(jié)合到操縱基因Otrp。L2:Thetrp

operon3.阻抑物：二聚體（兩個亞基）

一個中心區(qū)域

兩個靈活的DNA解讀頭部L2:Thetrp

operon4.Therefore,色氨酸操縱子所編碼的酶的終產(chǎn)物(色氨酸），可通過終產(chǎn)物抑制自身的合成。5.該阻抑物可將轉(zhuǎn)錄的起始減少大約70倍。L2:Thetrp

operonThetrp

operonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）Repressordoesnotaccountforalltheregulation:DeletionofasequencebetweentheoperatorandtrpEgenecodingregion(attenuator)increaseboththebasalandtheactivatedlevelsoftranscription.L2:Thetrp

operon1.位于trpE起始密碼子前面162nt的轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)序列（C）的末端.2.是一個ρ-independent

終止子區(qū)域，在一小段富含GC的回文結(jié)構(gòu)后使8個連續(xù)的U殘基。3.IfRNA轉(zhuǎn)錄物中發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成，actsas一個高效的轉(zhuǎn)錄終止子，

僅僅有一段短的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物倍合成。L2:Thetrp

operonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）mRNAL2-4LeaderRNAstructure

（前導(dǎo)RNA的結(jié)構(gòu)）RegulationofTranscriptioninProkaryotesmRNATheleaderRNA

containsfourregions(sequence1,2,3,4)ofcomplementarysequencethatcanformdifferentstructuresL2:Thetrp

operonL2-5Theleaderpeptide

（前導(dǎo)肽）1.前導(dǎo)RNA序列含有一個有效的核糖體結(jié)合位點，并能形成有前導(dǎo)RNA27－68號堿基所編碼的14個氨基酸的前導(dǎo)肽。

2.這段前導(dǎo)肽的10和11個密碼子是連續(xù)的色氨酸殘基,在序列1中;終止密碼子在序列1和2之間。3.因此色氨酸決定核糖體的位置，從而控制轉(zhuǎn)錄。RegulationofTranscriptioninProkaryotesTrpTrpTrpTrpTrp（+）Trp（—）

L2-6Attenuation

（弱化作用）依賴于轉(zhuǎn)錄和翻譯的緊密偶聯(lián)，使翻譯可以在mRNA邊轉(zhuǎn)錄時邊進行.Therefore,前導(dǎo)RNA轉(zhuǎn)錄出后，前導(dǎo)肽立即被翻譯出。RegulationofTranscriptioninProkaryotes5’原核細胞轉(zhuǎn)錄，翻譯相偶聯(lián)真核生物5

在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進行的過程中,

RNAPolymerease

在sequence2的末端停滯直到核糖體開始翻譯前導(dǎo)肽L2:Thetrp

operon調(diào)控弱化作用抗終止作用L2:Thetrp

operon弱化作用：色氨酸存在使trp

operon的轉(zhuǎn)錄被抑制10-fold(細調(diào)）色氨酸阻抑物：70-fold(粗調(diào)）色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達施加了700-fold效果.His操縱子：弱化作用是唯一的調(diào)控機制L2-7Importanceofattenuation

（弱化作用的重要性）L2:Thetrp

operon小結(jié)L1乳糖操縱子

操縱子；乳糖操縱子；乳糖阻遏物的調(diào)控-負調(diào)控

cAMP-CRP的調(diào)控－正調(diào)控L2色氨酸操縱子

色氨酸操縱子；阻抑物；弱化子；前導(dǎo)RNA；前導(dǎo)肽；弱化作用－抗終止作用L3

Transcriptionalregulation

byalternativeσ

Factors1.Sigmafactor2.Promoterrecognition3.Heatshock5.BacteriophagefactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotesL3-1&2:Sigmafactorand

promoterrecognitionRegulationofTranscriptioninProkaryotesTranscriptionalregulationbyalternativesFactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotesManybacteriaproducealternativesetsofσfactors

tomeettheregulationrequirementsoftranscriptionundernormalandextremegrowthconditionE.coli:Heatshockbacteriophage

σfactorsConfereachofthemanewpromoterspecificity,andallowsthediversionofthecell’sbasictranscriptionmachinerytothespecifictranscription

ofdifferentclassesofgenesDifferentσfactorsbindingtothesamecoreRNAPolσ70factors

isthemostcommonσfactorinE.coliunderthenormalgrowthconditionL3-3:HeatshockRegulationofTranscriptioninProkaryotesComparisonoftheheat-shockσ

32andgeneralσ

70res