基因的表達(dá)與調(diào)控上原核生物的基因調(diào)控

基因的表達(dá)與調(diào)控上原核生物的基因調(diào)控第1頁(yè)/共192頁(yè)

假如在大腸桿菌內(nèi)，平均一個(gè)基因1000bp，一個(gè)細(xì)胞中約有2500-3000個(gè)基因。正常情況下，可帶有107個(gè)蛋白質(zhì)，平均每個(gè)基因產(chǎn)生3000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。但實(shí)驗(yàn)卻表明，每細(xì)胞中有些蛋白質(zhì)少之10個(gè)分子，而有一些卻多達(dá)500000個(gè)分子。

第2頁(yè)/共192頁(yè)

一個(gè)大腸桿菌中只有15個(gè)分子的β－半乳糖苷酶，若將細(xì)胞培養(yǎng)在只含乳糖的培養(yǎng)基中，每細(xì)胞中酶量可高達(dá)幾萬(wàn)個(gè)分子，其合成的速度和總量隨環(huán)境的變化而改變。

表明基因的表達(dá)受到調(diào)控。第3頁(yè)/共192頁(yè)

細(xì)菌在進(jìn)行調(diào)控時(shí)：一個(gè)體系在需要時(shí)被打開(kāi)，不需要時(shí)被關(guān)閉。這種“開(kāi)-關(guān)”（on-off）活性是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄來(lái)建立的，也就是說(shuō)mRNA的合成是可以被調(diào)節(jié)的。第4頁(yè)/共192頁(yè)

1、基因表達(dá)及基因表達(dá)調(diào)控

是指生物體基因組中結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄及翻譯等一系列過(guò)程，合成特定的蛋白質(zhì)，進(jìn)而發(fā)揮其特定生物學(xué)功能的全過(guò)程,稱為基因表達(dá)（geneexpression）。對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控（generegulation或genecontrol）。第5頁(yè)/共192頁(yè)

基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation)；

②

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控(differentialprocessingofRNAtranscript)；

③翻譯水平上的調(diào)控(differentialtranslationofmRNA)。第6頁(yè)/共192頁(yè)2、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理多級(jí)調(diào)控:主要是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

四個(gè)基本的調(diào)控點(diǎn)：基因的結(jié)構(gòu)活化轉(zhuǎn)錄起始：最有效的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn)翻譯及翻譯后加工

第7頁(yè)/共192頁(yè)3、基因表達(dá)的調(diào)控方式

負(fù)調(diào)控（negativetranscriptionregulation）:調(diào)控蛋白+DNA序列基因表達(dá)(相應(yīng)蛋白質(zhì)降低)

正調(diào)控（positivetranscriptionregulation）:調(diào)控蛋白+DNA序列基因表達(dá)(相應(yīng)蛋白質(zhì)增加)第8頁(yè)/共192頁(yè)負(fù)調(diào)控根據(jù)作用特征負(fù)控誘導(dǎo)負(fù)控阻遏正調(diào)控根據(jù)作用特征正控誘導(dǎo)正控阻遏第9頁(yè)/共192頁(yè)第10頁(yè)/共192頁(yè)

正調(diào)控與負(fù)調(diào)控并非互相排斥的兩種機(jī)制，而是生物體適應(yīng)環(huán)境的需要，有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；

原核生物以負(fù)調(diào)控為主，真核生物以正調(diào)控為主；

降解代謝途徑中既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；合成代謝途徑中一般以負(fù)調(diào)控來(lái)控制產(chǎn)物自身的合成。

第11頁(yè)/共192頁(yè)

主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄，起始σ因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性?！舨倏v子（operon）：原核生物中幾個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列組成的一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位（DNA序列）。一個(gè)操縱子

＝編碼序列（2-6）+啟動(dòng)序列+操縱序列+(其他調(diào)節(jié)序列)二、原核基因調(diào)節(jié)特點(diǎn)第12頁(yè)/共192頁(yè)1、乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)：葡萄糖充分時(shí)：葡萄糖代謝有關(guān)的酶基因---表達(dá)其他糖代謝有關(guān)的酶基因---關(guān)閉葡萄糖耗盡時(shí),乳糖存在：乳糖代謝有關(guān)的酶基因---表達(dá)葡萄糖代謝有關(guān)的酶基因---關(guān)閉

說(shuō)明酶可以誘導(dǎo)一）乳糖操縱子(lactoseoperon)第13頁(yè)/共192頁(yè)第14頁(yè)/共192頁(yè)乳糖的利用及其相關(guān)的酶:

乳糖(在通透酶作用下進(jìn)入細(xì)菌）

別位乳糖

葡萄糖+半乳糖

β半乳糖苷酶?乳糖的利用β半乳糖苷酶第15頁(yè)/共192頁(yè)第16頁(yè)/共192頁(yè)乳糖確實(shí)可誘導(dǎo)LacmRNA的合成

能以乳糖作為唯一碳源和能源生長(zhǎng)的定為lac+；相反，稱之為lac-。第17頁(yè)/共192頁(yè)安慰誘導(dǎo)物（gratuitousinducer）第18頁(yè)/共192頁(yè)第19頁(yè)/共192頁(yè)

誘導(dǎo)物的加入和去除對(duì)lacmRNA的影響第20頁(yè)/共192頁(yè)2、結(jié)構(gòu)基因順序乳糖操縱子包括三個(gè)結(jié)構(gòu)基因：Z、Y、AP

Y

ZA

O

轉(zhuǎn)錄方向第21頁(yè)/共192頁(yè)A模型的提出1940年，Monod發(fā)現(xiàn)細(xì)菌“二次生長(zhǎng)曲線”；1950年，Monod和Tacob發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因Z和I；Szilard發(fā)現(xiàn)I基因決定阻遏物的合成；Jocob提出結(jié)構(gòu)基因旁邊還有開(kāi)關(guān)基因，即操縱基因。第22頁(yè)/共192頁(yè)J.Lederberg1948

不同Lac-突變型

細(xì)菌結(jié)合轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)導(dǎo)試驗(yàn)證明三基因緊密連鎖B實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

結(jié)構(gòu)基因第23頁(yè)/共192頁(yè)LacZ-Y+A+：β-半乳糖苷酶基因突變第24頁(yè)/共192頁(yè)

Z編碼β-半乳糖苷酶；Y編碼β-半乳糖苷透過(guò)酶；A編碼β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶。

β-半乳糖苷酶是一種β-半乳糖苷鍵的專(zhuān)一性酶，除能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，還能水解其他β-半乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。

β-半乳糖苷透過(guò)酶的作用是使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過(guò)大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。

β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶的作用是把乙酰輔酶A上的乙酰基轉(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。第25頁(yè)/共192頁(yè)

在這些突變體中，有一類(lèi)突變體，它體內(nèi)的半乳糖苷酶的形成不依賴于誘導(dǎo)物的存在，即沒(méi)有乳糖或別的半乳糖苷存在時(shí)也能合成β-半乳糖苷酶，這種突變體稱為組成型突變。分為兩類(lèi)：I型和O型。

I型：野生型為I+，突變型為I-；

O型：野生型為O+，突變型為Oc。調(diào)節(jié)基因第26頁(yè)/共192頁(yè)

I+→I-或O+→Oc后，Z、Y、A結(jié)構(gòu)基因均表現(xiàn)為永久表達(dá)，所以I基因被稱為調(diào)節(jié)基因(regulatorygene)。

I基因是一個(gè)產(chǎn)生阻遏物的調(diào)節(jié)基因，其產(chǎn)物使體系關(guān)閉。I-突變體由于不能產(chǎn)生阻遏物，使細(xì)胞成為lac永久表達(dá)型。I-/I+局部二倍體由于帶有一個(gè)正常阻遏物，使細(xì)胞中的lac仍然被抑制。第27頁(yè)/共192頁(yè)第28頁(yè)/共192頁(yè)①I(mǎi)型組成型突變HfrlacI+Z+strST6SF-lacI-Z-strrT6r培養(yǎng)無(wú)誘導(dǎo)物混合培養(yǎng)1小時(shí)后加入抗生素殺死供體菌β-半乳糖苷酶活性逐漸上升2小時(shí)后加誘導(dǎo)物組成型變?yōu)檎T導(dǎo)型第29頁(yè)/共192頁(yè)第30頁(yè)/共192頁(yè)說(shuō)明：

◆

I+合成特異的阻遏物，無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)可阻止Z基因表達(dá)◆誘導(dǎo)物可作為阻遏物的拮抗物，使阻遏物失活，

Z基因表達(dá)

◆

I-不產(chǎn)生無(wú)活性阻遏物，因而無(wú)需誘導(dǎo)物，Z基因就可表達(dá)，阻遏物起負(fù)調(diào)控作用第31頁(yè)/共192頁(yè)第32頁(yè)/共192頁(yè)▲I基因產(chǎn)物及其功能1967年W.Gilbert和B.MillerHill將

lacI+

或lacI-E.coli細(xì)胞提取物分別與放射性標(biāo)記的IPTG混合，發(fā)現(xiàn)lacI+E.coli細(xì)胞提取物中有某種蛋白質(zhì)可以與IPTG結(jié)合，且每個(gè)蛋白分子可以與4個(gè)IPTG分子結(jié)合，而lacI-

E.coli細(xì)胞提取物中沒(méi)有這種蛋白質(zhì)與IPTG結(jié)合，說(shuō)明與IPTG結(jié)合的蛋白是I基因的產(chǎn)物。

第33頁(yè)/共192頁(yè)

lacI+

的離體反應(yīng)液（35S標(biāo)記的I基因的產(chǎn)物）與不同的DNA分子相互作用，發(fā)現(xiàn)I基因的產(chǎn)物

▲不與失去lac操縱子全部基因的DNA分子結(jié)合

▲在有IPTG時(shí)不與lac操縱子基因結(jié)合

▲不與lacOC突變體的DNA分子結(jié)合

說(shuō)明

I基因的產(chǎn)物有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)

第34頁(yè)/共192頁(yè)阻遏蛋白:

N端:1～59aa－頭部片段：為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)物就結(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。第35頁(yè)/共192頁(yè)第36頁(yè)/共192頁(yè)第37頁(yè)/共192頁(yè)▲活性阻遏蛋白的另一個(gè)重要特點(diǎn)是形成四聚體等位基因間的互補(bǔ)（interalleliccomplementation）第38頁(yè)/共192頁(yè)第39頁(yè)/共192頁(yè)

不同等位基因編碼的亞基可相互締合形成雜合多聚體，其性質(zhì)不同于任何一種純合多聚體。Uninducible

lacISmutationsaredominantConstitutivelacIdmutationsaredominant組成型表達(dá)不可誘導(dǎo)第40頁(yè)/共192頁(yè)第41頁(yè)/共192頁(yè)Lac阻遏物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)調(diào)控機(jī)制（負(fù)調(diào)控）由基因I編碼生成的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)具有4個(gè)相同亞基，每個(gè)亞基中都有一與誘導(dǎo)劑和O基因結(jié)合的位點(diǎn)Lac阻遏物與O基因結(jié)合：結(jié)構(gòu)基因關(guān)閉Lac阻遏物與誘導(dǎo)劑結(jié)合：不與O基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因開(kāi)放

RNA聚合酶結(jié)合，轉(zhuǎn)錄開(kāi)始▲Lac阻遏物第42頁(yè)/共192頁(yè)IOOρ誘導(dǎo)劑乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控第43頁(yè)/共192頁(yè)

O+Z+-＋

OcZ+＋

＋OcZ+/O+Z+＋＋OcZ－/O＋Z+－＋OcZ+/O＋Z－＋＋

基因型組成表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)操縱基因

②

O基因組成型突變說(shuō)明：Oc對(duì)O+顯性，但只對(duì)其臨近的基因才有作用，稱為順式顯性。順式顯性（cis-dominant)：顯性效應(yīng)只對(duì)處于同一染色體上它所調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因才起作用的現(xiàn)象第44頁(yè)/共192頁(yè)第45頁(yè)/共192頁(yè)

遺傳學(xué)圖譜分析指出，Oc突變位于I與Z之間，所以，lac體系的4個(gè)基因的序列為IOZY。通過(guò)這些觀察，Jacob和Monod推斷Oc突變代表DNA鏈上的一個(gè)位點(diǎn)或一個(gè)非編碼區(qū)域，而不是一個(gè)基因，因?yàn)榭删幋a的基因具有互補(bǔ)性，而Oc沒(méi)有這一特性。

O決定相鄰Z基因的產(chǎn)物是誘導(dǎo)型合成還是組成型合成，O區(qū)域稱為操縱基因。操縱基因的結(jié)構(gòu)第46頁(yè)/共192頁(yè)特點(diǎn)：-7---+28，以+11為對(duì)稱軸典型特征具有反向重復(fù)序列相互作用位點(diǎn)可以縮小在+5----+17第47頁(yè)/共192頁(yè)IPOZYA調(diào)控基因控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因DNA阻遏蛋白啟動(dòng)序列cAMP-CAP結(jié)合位點(diǎn)操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙?；D(zhuǎn)移酶3、乳糖操縱子（lactoseopron）結(jié)構(gòu)RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)（－67~－59）（－7~＋28）第48頁(yè)/共192頁(yè)Generalorganizationofthelacoperonofwild-typeE.coli.Orderofcontrollingelementsandgenes:lacI: promoter-lacI-terminatoroperon: promoter-operator-lacZ-lacY-lacA-terminator第49頁(yè)/共192頁(yè)-54—-58-65—-69-47—-8-3—+21AUG：+39—+41-47—-84第50頁(yè)/共192頁(yè)1）P-O區(qū)

Promotor:-84---+1Operator:-7---+28

兩者有7bp重疊，使這段序列可能無(wú)法同時(shí)結(jié)合RNA聚合酶和阻遏蛋白，也可能雖然可以同時(shí)結(jié)合，但無(wú)法形成開(kāi)放的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物第51頁(yè)/共192頁(yè)第52頁(yè)/共192頁(yè)2）Lac阻遏物的作用---負(fù)調(diào)控第53頁(yè)/共192頁(yè)mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)阻遏基因Lac阻遏物的作用---負(fù)調(diào)控第54頁(yè)/共192頁(yè)mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖別乳糖β-半乳糖苷酶第55頁(yè)/共192頁(yè)第56頁(yè)/共192頁(yè)3）誘導(dǎo)物的作用機(jī)制

a誘導(dǎo)模式平衡模型（間接作用）：DNA結(jié)合的阻遏蛋白和游離的阻遏蛋白迅速平衡，加入誘導(dǎo)物后，誘導(dǎo)物結(jié)合到游離的阻遏蛋白上，打破了平衡，從而導(dǎo)致結(jié)合的阻遏蛋白釋放第57頁(yè)/共192頁(yè)阻遏蛋白從操縱基因上解離下來(lái)的速率非常低以至不能和平衡模型相吻合。第58頁(yè)/共192頁(yè)

b解離模型（直接作用）：誘導(dǎo)物直接和結(jié)合在操縱基因上的阻遏蛋白相互作用?？赡芡ㄟ^(guò)改變其構(gòu)象使其離開(kāi)操縱基因。第59頁(yè)/共192頁(yè)4）兩個(gè)矛盾第一個(gè)誘導(dǎo)物如何進(jìn)入細(xì)胞？第一個(gè)β-半乳糖苷酶如何產(chǎn)生？解釋?zhuān)?/p>

本底水平表達(dá)

第60頁(yè)/共192頁(yè)

在非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量（1-5個(gè)mRNA分子）lacmRNA合成。由于阻遏物的結(jié)合并不是絕對(duì)緊密，即使在與操縱基因緊密結(jié)合時(shí)，也會(huì)偶爾掉下來(lái)，這時(shí)啟動(dòng)子的阻礙被解除，RNA聚合酶開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致在非誘導(dǎo)情況下少量透過(guò)酶可以合成。－－mRNA的這種合成稱為本底水平表達(dá)。第61頁(yè)/共192頁(yè)5）CAP-cAMP復(fù)合物在乳糖操縱子表達(dá)中

的作用----乳糖操縱子的正調(diào)控1965年，Sutherland發(fā)現(xiàn)大腸桿菌培養(yǎng)液中葡萄糖的含量總是與cAMP含量成反比。

1968年，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌培養(yǎng)液中加入cAMP可增加半乳糖苷酶的產(chǎn)量。第62頁(yè)/共192頁(yè)葡萄糖消耗完第63頁(yè)/共192頁(yè)AdenylatecyclaseconvertsATPintocAMP.PhosphodiesteraseconvertscAMPtoAMP.GlucosecatabolitemayinhibitadenylatecyclaseandstimulatePhosphodiesterase第64頁(yè)/共192頁(yè)◆cAMP的作用：刺激多種可誘導(dǎo)的操縱子。

cAMP和CRP結(jié)合后發(fā)揮作用?！?/p>

CRP（分解物基因激活物蛋白）：由Crp基因編碼，有二個(gè)相同亞基的蛋白質(zhì)。其中一個(gè)與DNA結(jié)合的domain，一個(gè)與cAMP結(jié)合的domain?！?/p>

CRP和cAMP結(jié)合后,稱為CAP，刺激操縱子,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄(正調(diào)控)。第65頁(yè)/共192頁(yè)第66頁(yè)/共192頁(yè)CAP（cataboliteactivatorprotein）以兩種方法來(lái)激活轉(zhuǎn)錄：（1）它可能直接和RNAPol相互作用；（2）作用于DNA，改變其結(jié)構(gòu)，從而幫助RNAPol結(jié)合。

第67頁(yè)/共192頁(yè)第68頁(yè)/共192頁(yè)

葡萄糖cAMPLac操縱子被抑制++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第69頁(yè)/共192頁(yè)cAMP-CAP與DNA相結(jié)合，造成雙螺旋彎曲，形成一個(gè)“環(huán)狀”結(jié)構(gòu)，lacI+基因產(chǎn)物（阻遏物）無(wú)法與O區(qū)相結(jié)合，易于形成三元轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，只要有這個(gè)“環(huán)”的亞基存在，lacoperon就可以得到表達(dá)。

cAMP-CAP還能直接影響RNA聚合酶的活性。第70頁(yè)/共192頁(yè)第71頁(yè)/共192頁(yè)

6）乳糖操縱子基因表達(dá)的一般情況

基因表達(dá)的外界信號(hào)基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控基因表達(dá)的正調(diào)控正、負(fù)調(diào)控協(xié)同表達(dá)葡萄糖、乳糖濃度的變化Lac阻遏物與操縱基因cAMP+CAP與相應(yīng)的DNA序列第72頁(yè)/共192頁(yè)條件2:低乳糖條件3:低乳糖條件4:高葡萄糖低cAMP高乳糖

Lac阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí),CAP對(duì)該系統(tǒng)不發(fā)揮作用條件1:低葡萄糖高cAMP高乳糖Lac阻遏蛋白不封閉轉(zhuǎn)錄時(shí),沒(méi)有CAP存在,也無(wú)高效轉(zhuǎn)錄活性。Lac阻遏蛋白不封閉轉(zhuǎn)錄,CAP+cAMP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄。OOOOO第73頁(yè)/共192頁(yè)※當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；※如無(wú)CAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性?！粲衅咸烟腔蚱咸烟?乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)?！?/p>

lac操縱子的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。第74頁(yè)/共192頁(yè)mRNA無(wú)乳糖時(shí)有乳糖時(shí)

無(wú)葡萄糖cAMP濃度高

有葡萄糖cAMP濃度低RNA-polOOOOlac操縱子基因表達(dá)既需要乳糖又需缺乏葡萄糖第75頁(yè)/共192頁(yè)

色氨酸操縱子(tryptophaneoperon)負(fù)責(zé)色氨酸的生物合成，當(dāng)培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時(shí)，這個(gè)操縱子自動(dòng)關(guān)閉，缺乏色氨酸時(shí)操縱子被打開(kāi)，trp基因表達(dá)，色氨酸或與其代謝有關(guān)的某種物質(zhì)在阻遏過(guò)程（而不是誘導(dǎo)過(guò)程）中起作用。由于trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調(diào)控。

二）色氨酸操縱子第76頁(yè)/共192頁(yè)

色氨酸的合成分5步完成。每個(gè)環(huán)節(jié)需要一種酶，編碼這5種酶的基因緊密連鎖在一起，被轉(zhuǎn)錄在一條多順?lè)醋觤RNA上，分別以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表，編碼鄰氨基苯甲酸合成酶、鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉(zhuǎn)移酶、鄰氨基苯甲酸異構(gòu)酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶。第77頁(yè)/共192頁(yè)第78頁(yè)/共192頁(yè)1.色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)

◆

trpR(89’)和trpABCDE(25’)不緊密連鎖；◆操縱基因在啟動(dòng)子內(nèi)

◆有衰減子(attenuator)

◆

啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)順序(Leader)所隔開(kāi)第79頁(yè)/共192頁(yè)第80頁(yè)/共192頁(yè)第81頁(yè)/共192頁(yè)

trpE基因是第一個(gè)被翻譯的基因，與其相鄰的是前導(dǎo)區(qū)trpL和衰減子trpa。trp操縱子中產(chǎn)生阻遏物的基因是trpR，該基因距trp基因簇很遠(yuǎn)，后者在大腸桿菌染色體圖上25min處，而前者則位于90min處。在位于65min處還有一個(gè)trpS（色氨酸t(yī)RNA合成酶），它和攜帶有trp的tRNATrp也參與trp操縱子的調(diào)控作用。第82頁(yè)/共192頁(yè)第83頁(yè)/共192頁(yè)2.阻遏物對(duì)色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控-阻遏系統(tǒng)trpR基因在其自身的啟動(dòng)子作用下，合成分子量47000的調(diào)控蛋白，但沒(méi)有與O結(jié)合的活性，因此被稱為輔阻遏蛋白(aporepressor)，除非培養(yǎng)基中有色氨酸。輔阻遏蛋白與色氨酸相結(jié)合形成有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合并使之關(guān)閉轉(zhuǎn)錄trpmRNA。第84頁(yè)/共192頁(yè)高Trp時(shí)：輔阻遏物蛋白+Trp結(jié)合操縱基因不轉(zhuǎn)錄低Trp時(shí)：輔阻遏物蛋白不結(jié)合操縱基因轉(zhuǎn)錄第85頁(yè)/共192頁(yè)Trp有Trp無(wú)TrpmRNAOPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶RNA聚合酶色氨酸操縱子第86頁(yè)/共192頁(yè)3.衰減作用對(duì)色氨酸操縱子的調(diào)控◆前導(dǎo)區(qū)的序列特點(diǎn)◆轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制◆衰減機(jī)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)第87頁(yè)/共192頁(yè)前導(dǎo)區(qū)（Leader）：結(jié)構(gòu)基因起始密碼子前有162個(gè)堿基，其中的

139個(gè)堿基構(gòu)成前導(dǎo)區(qū)。?前導(dǎo)肽（Leaderpeptide）：推測(cè)前導(dǎo)區(qū)mRNA可編碼14個(gè)氨基酸組成的多肽，其中第10和第11位均為色氨酸。?有四個(gè)富含GC的區(qū)段，相鄰的區(qū)段之間可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)。第88頁(yè)/共192頁(yè)?弱化子（attenuator）：一段位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)，具有終止子結(jié)構(gòu)的短序列，通過(guò)前導(dǎo)序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA形成類(lèi)似于終止子的二級(jí)結(jié)構(gòu)，達(dá)到轉(zhuǎn)錄終止的目的。第89頁(yè)/共192頁(yè)UUUU……UUUU……調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因trpROP前導(dǎo)序列衰減子區(qū)域UUUU……前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):

包含序列1形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……第90頁(yè)/共192頁(yè)UUUU……34UUUU3’34核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNAA.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)

1）轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制

125’trp密碼子衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)DNAUUUU3’RNA聚合酶終止第91頁(yè)/共192頁(yè)第92頁(yè)/共192頁(yè)UUUU……342423UUUU……核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA15’trp密碼子

結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)DNARNA聚合酶B.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)

Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)第93頁(yè)/共192頁(yè)LowTrpHighTrp第94頁(yè)/共192頁(yè)

高Trp時(shí)：Trp-tRNATrp存在

核糖體通過(guò)片段1(2個(gè)Trp密碼子)

封閉片段2

片段3，4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)

類(lèi)似于不依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止序列

RNA聚合酶停止轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生衰減子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄、翻譯偶聯(lián),產(chǎn)生前導(dǎo)肽第95頁(yè)/共192頁(yè)

低Trp時(shí)：Trp-tRNATrp沒(méi)有供應(yīng)核糖體翻譯停止在片段1

（2個(gè)Trp密碼子）

片段2，3

形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)錄不終止

RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄第96頁(yè)/共192頁(yè)2）衰減機(jī)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)a衰減作用的發(fā)現(xiàn)

?trp操縱子受阻遏蛋白阻遏時(shí)，表達(dá)僅下降為阻遏前的1/70，而Lac操縱子受阻遏蛋白阻遏時(shí)，表達(dá)下降為阻遏前的1/1000

?trpS5突變株溫度敏感型突變株，它所編碼的Trp-tRNAtrp合成酶只在30℃時(shí)有活性，42℃時(shí)無(wú)酶活性。比較野生型和突變型在42℃和30℃時(shí)Asase的酶活性，表明Trp-tRNAtrp有調(diào)節(jié)功能

?

trpΔLD102突變株該細(xì)菌在有色氨酸的培養(yǎng)基中仍有很高的色氨酸合成酶活性第97頁(yè)/共192頁(yè)

trpΔED53中L不缺失（弱化子存在），trpΔLD102中L缺失（弱化子不存在），缺失前導(dǎo)區(qū)后的表達(dá)比有前導(dǎo)區(qū)的表達(dá)要高得多，充分說(shuō)明trp操縱子的表達(dá)調(diào)控除阻遏作用外，還受到前導(dǎo)區(qū)的影響，失去了這個(gè)因素就失去了一個(gè)調(diào)控機(jī)制。第98頁(yè)/共192頁(yè)第99頁(yè)/共192頁(yè)

b衰減作用的遺傳學(xué)證據(jù)

?trpL29突變株增強(qiáng)終止突變型前導(dǎo)區(qū)29位核苷酸G→A，使AUG→AUA

?trpL75突變株增強(qiáng)終止突變型前導(dǎo)區(qū)75位核苷酸G→A,減弱了2區(qū)和3區(qū)形成莖環(huán)能力

?trpL29trpL131G→C雙突變株

trpL29ΔtrpLC1419雙突變株解除終止

第100頁(yè)/共192頁(yè)Trp的存在對(duì)終止轉(zhuǎn)錄是有效的，弱化子僅允許約10%的RNA聚合酶通過(guò)。缺乏Trp時(shí)，弱化子允許所有的聚合酶通過(guò)。第101頁(yè)/共192頁(yè)3)其他氨基酸饑餓對(duì)Trp衰減子的影響

?當(dāng)所有的氨基酸都不足時(shí)，核糖體翻譯移動(dòng)的速度就更慢，結(jié)果有利于1+2和3+4發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成，于是RNApol停止轉(zhuǎn)錄。?大多數(shù)其他氨基酸的缺乏，核糖體停止運(yùn)轉(zhuǎn)的位置可讓1區(qū)和2區(qū)配對(duì)，并不影響3區(qū)和4

區(qū)形成終止子結(jié)構(gòu)，所以trp基因不表達(dá)?當(dāng)Gly饑餓時(shí)，

1區(qū)和2區(qū)中可形成部分雙鏈結(jié)構(gòu)，不影響3區(qū)和4區(qū)?當(dāng)Thr饑餓時(shí)，影響1區(qū)/2區(qū)和2區(qū)/3區(qū)配對(duì)。但不影響3區(qū)和4區(qū)配對(duì)?當(dāng)Arg饑餓時(shí)，影響1區(qū)/2區(qū)配對(duì)，但不影響2區(qū)/3區(qū)配對(duì)，3區(qū)和4區(qū)不配對(duì)第102頁(yè)/共192頁(yè)第103頁(yè)/共192頁(yè)4）協(xié)調(diào)?阻遏作用：粗調(diào)開(kāi)關(guān)

阻遏物的作用是當(dāng)有大量外源色氨酸存在時(shí)，阻止非必需的先導(dǎo)mRNA的合成，它使這個(gè)合成系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)。阻遏作用的信號(hào)是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少。?弱化作用：細(xì)調(diào)開(kāi)關(guān)弱化作用的信號(hào)是Trp-tRNAtrp的多少，通過(guò)控制前導(dǎo)肽的翻譯來(lái)控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行第104頁(yè)/共192頁(yè)

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(duì)色氨酸操縱子的表達(dá)施加了700倍的調(diào)節(jié)效果。第105頁(yè)/共192頁(yè)

有實(shí)驗(yàn)證明，在不加色氨酸的培養(yǎng)基中，trpmRNA的合成仍然受到部分阻遏，現(xiàn)在一般認(rèn)為，野生型細(xì)胞中同時(shí)存在著有活性和無(wú)活性的阻遏物，培養(yǎng)基中色氨酸濃度的變化，能夠使這兩種阻遏物間的平衡發(fā)生傾斜，最終做出關(guān)閉或啟動(dòng)trp操縱子的決定，從而維持一定的色氨酸含量。第106頁(yè)/共192頁(yè)5）原核生物衰減作用的普遍性第107頁(yè)/共192頁(yè)三）半乳糖操縱子(galactoseoperon)

包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因：

異構(gòu)酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)，

半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galactosetransferase,galT)，

半乳糖激酶(galactosekinase,galK)。

這3個(gè)酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸。GalR（調(diào)節(jié)基因）與galE、T、K及操縱區(qū)O等離得很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對(duì)galO的作用與lacI-lacO的作用相同。第108頁(yè)/共192頁(yè)Agal操縱子的特點(diǎn)：

①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；

②它有兩個(gè)O區(qū)，一個(gè)在P區(qū)上游-67--53，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。第109頁(yè)/共192頁(yè)第110頁(yè)/共192頁(yè)

兩個(gè)相距僅5bp的啟動(dòng)子，可以分別起始mRNA的合成。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。從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中無(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、CAP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉(zhuǎn)錄則完全依賴于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由這個(gè)啟動(dòng)子起始的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)有cAMP-CAP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S1開(kāi)始，當(dāng)無(wú)cAMP-CAP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S2開(kāi)始。第111頁(yè)/共192頁(yè)

B雙啟動(dòng)子的功能半乳糖不僅可以碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)，而且尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體。在沒(méi)有外源半乳糖的情況下，UDP-gal是通過(guò)半乳糖差向異構(gòu)酶（galE）的作用由UDP-葡萄糖合成的。生長(zhǎng)過(guò)程中的所有時(shí)間里細(xì)胞必須能夠合成差向異構(gòu)酶。第112頁(yè)/共192頁(yè)葡萄糖存在時(shí)cAMP缺少S1不能啟動(dòng)

S2啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄半乳糖存在時(shí)cAMP濃度升高S1啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄

S2啟動(dòng)受抑制結(jié)果：在兩種不同的環(huán)境里都可以形成細(xì)胞壁物質(zhì)的前體第113頁(yè)/共192頁(yè)阿拉伯糖(arabinose)是可作為碳源的五碳糖。?參與阿拉伯糖代謝酶的基因分布于不同操縱子中，但由一個(gè)調(diào)節(jié)基因（araC）的產(chǎn)物調(diào)控。四）阿拉伯糖操縱子（arabinoseoperon）第114頁(yè)/共192頁(yè)1、基因組成結(jié)構(gòu)基因：araA、araB和araD

分別編碼L－阿拉伯糖異構(gòu)酶、核酮糖激酶和L－核酮糖－5－磷酸－4－差向異構(gòu)酶。調(diào)節(jié)基因：araC操縱基因：O1、O2基因E、F：負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)阿拉伯糖進(jìn)入細(xì)胞第115頁(yè)/共192頁(yè)araC基因位于另一個(gè)操縱子中，它編碼的araC蛋白是操縱子的調(diào)控因子。第116頁(yè)/共192頁(yè)

araBAD和araC基因的轉(zhuǎn)錄是分別在兩條鏈上以相反的方向進(jìn)行的。第117頁(yè)/共192頁(yè)AraC的結(jié)構(gòu)：

AraC由292aa殘基組成，其N(xiāo)端結(jié)構(gòu)域(1--170aa)可結(jié)合阿拉伯糖并參與形成二聚體，C端（178--292aa)為DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。AraC對(duì)araBAD的調(diào)控包括正、負(fù)調(diào)控兩種方式。

araBAD上有三個(gè)AraC結(jié)合位點(diǎn)：araO1（-106—-144）、araO2(-265—-294和位于araBAD啟動(dòng)子的araI位點(diǎn)。araI位點(diǎn)為兩個(gè)“半位點(diǎn)”(-56—-78和-35—-51)。araO1在araBAD表達(dá)調(diào)控中的作用較小。2、調(diào)節(jié)機(jī)制第118頁(yè)/共192頁(yè)第119頁(yè)/共192頁(yè)調(diào)節(jié)蛋白AraC的作用第一，它調(diào)節(jié)它自己的生物合成。

當(dāng)AraC水平較低時(shí)，其基因從Pc開(kāi)始表達(dá)。當(dāng)AraC蛋白濃度高時(shí)，由于AraC與AraO1結(jié)合，而araO1與AraC基因的啟動(dòng)子重疊，可阻遏araC基因的表達(dá)。第120頁(yè)/共192頁(yè)第二，它對(duì)araBAD既是負(fù)的調(diào)節(jié)子也是正的調(diào)節(jié)子(regulator)，它既能結(jié)合于araO2又能結(jié)合于araI。通過(guò)兩種異構(gòu)體實(shí)現(xiàn)：Pr（阻遏作用）；Pi（誘導(dǎo)作用）。負(fù)調(diào)控當(dāng)cAMP水平較低且缺乏阿拉伯糖時(shí)，AraC二聚體結(jié)合在araO2和araI1半位點(diǎn)使DNA成環(huán)，阻遏araBAD的表達(dá)。第121頁(yè)/共192頁(yè)第122頁(yè)/共192頁(yè)正調(diào)控

當(dāng)Ara存在而無(wú)葡萄糖時(shí)，Ara與AraC蛋白結(jié)合使其構(gòu)象改變而釋放araO2，此時(shí)AraC結(jié)合在araI1和araI2處。同時(shí)由于cAMP的積累激活CRP，活化的CRP結(jié)合在位于araO1和araI間的CRP位點(diǎn)。

araC+Ara和CRP共同作用可激活RNApol轉(zhuǎn)錄araBAD。因此，AraC具有正、負(fù)調(diào)控的雙重作用。由于Ara+araC結(jié)合在araO1處使araC不能表達(dá)。

第123頁(yè)/共192頁(yè)第124頁(yè)/共192頁(yè)

但當(dāng)同時(shí)有葡萄糖和Ara時(shí)，由于cAMP不能激活CRP，araBAD則不表達(dá)，同時(shí)araC也不表達(dá)。第125頁(yè)/共192頁(yè)第126頁(yè)/共192頁(yè)3、小結(jié)①AraC蛋白是雙功能的，單純的C蛋白結(jié)合于araO1(-100~-144)，起到阻遏的作用；當(dāng)C蛋白和誘導(dǎo)物Ara結(jié)合形成的復(fù)合體時(shí)是Cind蛋白（ind是induction的縮寫(xiě)），即誘導(dǎo)型的C蛋白，它結(jié)合于araI區(qū)（-40~-78）使RNA聚合酶結(jié)合于PBAD位點(diǎn)（+140），轉(zhuǎn)錄B、A、D三個(gè)基因；②C蛋白結(jié)合araO1時(shí)也反饋性地阻遏了其本身的表達(dá)；③C蛋白的兩種狀態(tài)（Cind和Crep）功能不同，結(jié)合的位點(diǎn)也不同。Cind結(jié)合于araI；Crep可結(jié)合于araO1和araO2；④ara操縱子的C蛋白還可以調(diào)節(jié)分散的基因araE和F，因此此轉(zhuǎn)錄單位也稱調(diào)節(jié)子（regulon）；⑤本操縱子有兩個(gè)啟動(dòng)子Pc和PBAD，可以雙向轉(zhuǎn)錄；⑥Pc啟動(dòng)子和araO1重疊。第127頁(yè)/共192頁(yè)五）DNA重排對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)鼠傷寒沙門(mén)氏菌（S.typhimrium）：

鞭毛蛋白亞基的合成由2個(gè)非等位基因控制而出現(xiàn)兩相性(diphasic)。鞭毛抗原有兩種（H1和H2），單個(gè)細(xì)菌只有一種鞭毛抗原，但同一菌落既可以表現(xiàn)為H1型，也可以表現(xiàn)為H2型。

在細(xì)菌的分裂中有1/1000的概率會(huì)出現(xiàn)由一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌?，稱為相轉(zhuǎn)變（phasevariation）。第128頁(yè)/共192頁(yè)◆H1和H2是由兩個(gè)非等位基因編碼，位于不同的染色體座位?！?/p>

H2基因與抑制H1轉(zhuǎn)錄的阻遏物基因（rhl）緊密連鎖◆

H2基因的上游有995bp的片斷（兩側(cè)為反向重復(fù)序列，右反向重復(fù)序列上游16bp處含有H2基因的啟動(dòng)子，中間含有倒位蛋白基因）可以倒位，一旦發(fā)生倒位，則H2和rh1無(wú)法轉(zhuǎn)錄第129頁(yè)/共192頁(yè)P(yáng)hase1第130頁(yè)/共192頁(yè)第131頁(yè)/共192頁(yè)第132頁(yè)/共192頁(yè)第133頁(yè)/共192頁(yè)在沙門(mén)氏菌鞭毛合成中，通過(guò)改變啟動(dòng)子的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)：

2相：H2與rhl基因同時(shí)表達(dá)，且阻止H1基因的表達(dá)；

1相：H2與rhl基因都不表達(dá)，H1基因進(jìn)行表達(dá)。第134頁(yè)/共192頁(yè)六）RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控1、σ因子的替換----級(jí)聯(lián)調(diào)控早期第135頁(yè)/共192頁(yè)☆從一套基因的轉(zhuǎn)錄到另一套基因的表達(dá)是噬菌體感染的共同特點(diǎn)。通過(guò)噬菌體編碼的RNAPol的合成來(lái)完成?！粽I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期中，枯草桿菌σ因子為σ43或σA（分子量為43KD），與大腸桿菌的RNA聚合酶相似，α2ββ’σ。第136頁(yè)/共192頁(yè)◆σ因子更換用于噬菌體基因表達(dá)時(shí)序的控制

早期基因轉(zhuǎn)錄：α2ββ’σ43（宿主），gp28基因表達(dá)

中期基因轉(zhuǎn)錄：α2ββ’gp28，gp33和gp34基因表達(dá)

晚期基因轉(zhuǎn)錄：α2ββ’gp33gp34◆σ因子更換意義

亞基更換后只識(shí)別新的一類(lèi)基因?qū)е翿NA聚合酶活性改變第137頁(yè)/共192頁(yè)第138頁(yè)/共192頁(yè)

幾乎大部分的σ因子轉(zhuǎn)換都發(fā)生在孢子形成中。孢子的形成涉及到生物合成活性的劇烈變化，這些變化和很多基因有關(guān)。營(yíng)養(yǎng)時(shí)期的基因被關(guān)閉，孢子形成的特異基因表達(dá)。第139頁(yè)/共192頁(yè)

α2ββ’σ43

SpoOA（轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)物）σF表達(dá)中隔形成前α2ββ’σ43σHσE表達(dá)前孢子中：α2ββ’σF：第一套孢子形成基因表達(dá)（σG，信號(hào)蛋白）α2ββ’σG：轉(zhuǎn)錄孢子形成晚期基因

母細(xì)胞中：α2ββ’σE：母細(xì)胞中基因表達(dá)（σK）α2ββ’σK：母細(xì)胞中晚期基因表達(dá)

第140頁(yè)/共192頁(yè)孢子形成是由兩種級(jí)聯(lián)調(diào)控控制的，在級(jí)聯(lián)調(diào)控中每一間隔部分的σ都相繼被激活，每個(gè)σ因子指導(dǎo)一套特殊的基因合成蛋白質(zhì)。當(dāng)一種新的σ因子被激活，原來(lái)的σ因子被取代，這樣通過(guò)轉(zhuǎn)移因子來(lái)打開(kāi)基因或關(guān)閉基因。第141頁(yè)/共192頁(yè)2、修飾核心酶替換σ亞基T4噬菌體的時(shí)序調(diào)節(jié)依賴本身攜帶的蛋白對(duì)宿主的核心酶加以修飾,改變其和σ亞基的結(jié)合能力,乘機(jī)將本身編碼的蛋白取代原來(lái)的σ亞基,從而改變RNA聚合酶的識(shí)別能力。第142頁(yè)/共192頁(yè)◆

T4噬菌體在生活周期的不同階段合成不同的mRNA。

早期轉(zhuǎn)錄mRNA：編碼有關(guān)DNA合成、RNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、重組等的酶

晚期轉(zhuǎn)錄mRNA：編碼噬菌體結(jié)構(gòu)蛋白及與粒子裝配和裂解宿主等有關(guān)的基因?！魞?nèi)部蛋白：T4的頭部含有幾種小分子蛋白，可伴隨著DNA一道注入到細(xì)菌中.◆

ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶（ADPRT）（內(nèi)部蛋白）：將ADP-核糖（ADPR）連接到宿主RNA聚合酶的α亞基上的精氨酸胍基上使其被修飾

第143頁(yè)/共192頁(yè)◆內(nèi)部蛋白伴隨著DNA一道注入到細(xì)菌中，包括ADPRT；◆利用宿主的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第一批早期mRNA；◆ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶（ADPRT）將ADP-核糖（ADPR）連接到宿主RNA聚合酶的α亞基上的精氨酸胍基上使其被修飾，降低了RNA核心酶與σ因子的結(jié)合能力，而增加了其與T4噬菌體編碼的蛋白Mot的親和力，◆Mot蛋白取代了σ亞基，使新的RNA聚合酶不再識(shí)別寄主的基因和T4早期基因的啟動(dòng)子，而能識(shí)別下一批基因的啟動(dòng)子。◆到轉(zhuǎn)錄晚期同時(shí)，RNA聚合酶被進(jìn)一步地修飾，其兩個(gè)

α亞基各結(jié)合了一個(gè)ADPR分子及4個(gè)修飾性蛋白，稱其為超修飾（hupermodified）的RNA聚合酶。基本步驟第144頁(yè)/共192頁(yè)第145頁(yè)/共192頁(yè)3、RNA聚合酶的代換◆T7噬菌體根據(jù)自身的感染特點(diǎn)而采用RNA聚合酶的代換方式來(lái)進(jìn)行時(shí)序調(diào)控?！?/p>

T7是E.coli的烈性噬菌體，基因組長(zhǎng)為39,936nt，可能具有55個(gè)基因，其中44個(gè)基因的產(chǎn)物已鑒別.第146頁(yè)/共192頁(yè)◆早期轉(zhuǎn)錄：在感染后的前6分鐘，使用了宿主E.coli的RNA聚合酶，轉(zhuǎn)錄的基因主要有10個(gè)。0.3基因編碼宿主限制酶的抑制蛋白，使T7進(jìn)入宿主免遭降解；0.7基因編碼一種蛋白激酶，能將E.coli的RNA聚合酶磷酸化，為抑制宿主RNAPol作準(zhǔn)備；基因1編碼T7RNAPol聚合酶，它所識(shí)別的啟動(dòng)子是由23bp組成的保守順序（-17～16）。第147頁(yè)/共192頁(yè)

◆晚期轉(zhuǎn)錄分為二組（Ⅱ和Ⅲ）感染后6～12分鐘后T7就利用自己的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第Ⅱ組基因。其中基因2的產(chǎn)物是E.coli聚合酶抑制劑，最終廢除了宿主RNA聚合酶的功能，而將自己編碼的RNA聚合酶取而代之。感染12分鐘后表達(dá)Ⅲ組基因。此轉(zhuǎn)錄物約含15個(gè)基因，它們主要編碼頭部蛋白，尾部蛋白以及負(fù)責(zé)裝配，這樣使得T7噬菌體不至于過(guò)早地裝配成粒子。第148頁(yè)/共192頁(yè)第149頁(yè)/共192頁(yè)第150頁(yè)/共192頁(yè)七）翻譯調(diào)控1、翻譯起始的調(diào)控

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SD序列與AUG的距離：4-10為佳，9最佳

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mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)翻譯起始的調(diào)控第151頁(yè)/共192頁(yè)A基因A基因cp基因lys基因Rep基因Rep基因cp基因第152頁(yè)/共192頁(yè)

A轉(zhuǎn)錄一個(gè)順?lè)醋有枰?jí)結(jié)構(gòu)的改變，而這種二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變依賴于前一個(gè)順?lè)醋拥姆g第153頁(yè)/共192頁(yè)B翻譯阻遏對(duì)起始的調(diào)控Qβ噬菌體的復(fù)制酶可結(jié)合于SD順序阻斷核糖體在mRNA上的移動(dòng)，抑制了翻譯第154頁(yè)/共192頁(yè)C重疊基因?qū)Ψg起始的調(diào)控第155頁(yè)/共192頁(yè)第156頁(yè)/共192頁(yè)第157頁(yè)/共192頁(yè)D核糖體蛋白是自身合成的轉(zhuǎn)錄抑制子大腸桿菌的核糖體中含有50多種蛋白，各種核糖體蛋白在體內(nèi)的量是平衡的，它們與rRNA組裝成核糖體。核糖體蛋白的基因組合成數(shù)個(gè)操縱子，每一個(gè)操縱子都包含多至11個(gè)核糖體蛋白基因（某些與其合成與生長(zhǎng)速度耦聯(lián)的非核糖體蛋白也包括在這些操縱子中，包括RNA聚合酶的亞基α、β、β’）。與其他操縱子一樣，這些操縱子在轉(zhuǎn)錄水平受到調(diào)控。第158頁(yè)/共192頁(yè)

在核糖體組裝時(shí)，與rRNA結(jié)合的蛋白為關(guān)鍵蛋白，它對(duì)核糖體蛋白的合成起調(diào)控作用。每一個(gè)操縱子編碼自己的關(guān)鍵蛋白，它抑制整個(gè)操縱子的表達(dá)。第159頁(yè)/共192頁(yè)

某種r蛋白合成過(guò)快時(shí)，r蛋白可與其模板mRNA上的SD序列結(jié)合，而使其不能與核糖體結(jié)合，導(dǎo)致mRNA的降解而使這種r蛋白合成速度降低。第160頁(yè)/共192頁(yè)

與關(guān)鍵蛋白結(jié)合的rRNA和關(guān)鍵蛋白的mRNA有相似性。當(dāng)核糖體蛋白的mRNA表達(dá)過(guò)量時(shí)，關(guān)鍵蛋白較多地與核糖體蛋白的mRNA結(jié)合，導(dǎo)致其不能與rRNA結(jié)合形成核糖體。這樣就可調(diào)控核糖體蛋白的合成。第161頁(yè)/共192頁(yè)E核糖體開(kāi)關(guān)（Riboswitch）調(diào)節(jié)性的RNA成分，它們通過(guò)直接探測(cè)到小分子代謝物，控制基因轉(zhuǎn)錄和翻譯而起作用。有些核糖核酸開(kāi)關(guān)對(duì)轉(zhuǎn)錄終止起作用，有些則在翻譯水平上來(lái)控制形成的RNA結(jié)構(gòu)，阻礙核糖體與mRNA的結(jié)合.第162頁(yè)/共192頁(yè)第163頁(yè)/共192頁(yè)

蛋白或與蛋白緊密相關(guān)的代謝物，與mRNA上的riboswitch結(jié)合并改變r(jià)iboswitch的空間結(jié)構(gòu)，阻止核糖體繼續(xù)讀取編碼蛋白的mRNA片段。比如，當(dāng)焦磷酸硫胺素（TPP）與大腸桿菌thiMriboswitch結(jié)合后，核糖體識(shí)別的mRNA片段（TPP的閱讀起點(diǎn)）被掩蓋起來(lái)。第164頁(yè)/共192頁(yè)F

反義RNA（antisenseRNA）的調(diào)控反義RNA（antisenseRNA）：能與mRNA互補(bǔ)結(jié)合，從而阻斷mRNA翻譯的RNA分子反義基因：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義RNA的基因可調(diào)控原核細(xì)胞中基因表達(dá)、控制噬菌體溶菌-溶源狀態(tài)以及抑制轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)位作用等。在真核細(xì)胞中也存在反義RNA，但功能尚不全部明了。第165頁(yè)/共192頁(yè)

反義RNA的作用機(jī)制①反義RNA直接作用于其靶mRNA的SD序列和（或）編碼區(qū)，引起翻譯的直接抑制或與靶mRNA結(jié)合后引起該雙鏈RNA分子對(duì)RNaseⅢ的敏感性增加，使其降解。②反義RNA與mRNA的SD序列的上游非編碼區(qū)結(jié)合，從而抑制靶mRNA的翻譯功能。其作用機(jī)制可能是反義RNA與靶mRNA的上游序列結(jié)合后阻止了核糖體的結(jié)合。第166頁(yè)/共192頁(yè)第167頁(yè)/共192頁(yè)第168頁(yè)/共192頁(yè)③反義RNA可直接抑制靶mRNA的轉(zhuǎn)錄。反義RNA和mRNA有不完全的互補(bǔ)序列，可以形成雙鏈的RNA雜交體。而在mRNA上緊隨雜交區(qū)之后的是一段U豐富區(qū)。其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于終止子結(jié)構(gòu)，從而使轉(zhuǎn)錄開(kāi)始不久后即終止。第169頁(yè)/共192頁(yè)第170頁(yè)/共192頁(yè)E.coli中有兩種外膜蛋白（OmpC和OmpF）和OmpB基因座（OmpR和envZ）與滲透壓應(yīng)答有關(guān)高滲透壓時(shí)OmpC產(chǎn)量增加，OmpF產(chǎn)量受到控制；低滲透壓時(shí)omF產(chǎn)量增加，OmpC產(chǎn)量受到控制序列分析發(fā)現(xiàn)OmpC基因上游存在另一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄形成的RNA可與OmpFmRNA翻譯起始區(qū)部分互補(bǔ)▲干擾mRNA作用的互補(bǔ)RNA（mic-RNA,mRNA-interferingcomplementaryRNA）第171頁(yè)/共192頁(yè)第172頁(yè)/共192頁(yè)ompF基因有ompR產(chǎn)物的高親和位點(diǎn)ompC基因有ompR產(chǎn)物的低親和位點(diǎn)

低滲透壓時(shí)，ompR基因產(chǎn)物少，只結(jié)合高親和位點(diǎn)，ompF基因表達(dá)量升高；高滲透壓時(shí)，ompR基因產(chǎn)物多，可結(jié)合低親和位點(diǎn)，與ompC基因結(jié)合，雙向轉(zhuǎn)錄，促使ompC基因表達(dá)量升高外，反向轉(zhuǎn)錄生成micFRNA可與ompF的mRNA結(jié)合，阻礙翻譯。第173頁(yè)/共192頁(yè)第174頁(yè)/共192頁(yè)2、翻譯延長(zhǎng)的調(diào)控

A稀有密碼子：在基因中利用頻率很低的密碼子細(xì)胞可通過(guò)翻譯，調(diào)控不同蛋白含量的高低。即使對(duì)于同一操縱子上不同的基因，其產(chǎn)物在數(shù)量上也可大不相同。第175頁(yè)/共192頁(yè)許多調(diào)控蛋白在細(xì)胞內(nèi)含量很低，編碼這些蛋白的基因中高頻率地使用了很多稀有密碼子，稀有密碼子對(duì)應(yīng)低豐度的tRNA，因此，翻譯速度受tRNA供應(yīng)的限制，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。而其它基因中利用這些稀有密碼子頻率很低。第176頁(yè)/共192頁(yè)

dnaGrhoD25種非調(diào)節(jié)蛋白

IleAUU362637AUC327462AUA320