大學生物遺傳學：第十一章原核基因表達調(diào)控

1、第十一章 原核基因表達調(diào)控,Control of gene expression in prokaryote,第一節(jié) 操縱子operon,Table of content,幾個重要概念 一、調(diào)控可分為正調(diào)控與負調(diào)控 二、結構基因簇中各成員是協(xié)同調(diào)控的 三、Lac操縱子基因的表達受阻抑物控制 四、乳糖操縱子是可誘導的 五、阻抑物由小分子誘導物所控制 六、用順式作用的組成型突變來鑒定操縱基因 七、用反式作用的突變來鑒定調(diào)控基因 八、多亞基蛋白質(zhì)具有特殊的遺傳性 九、阻抑物結合于操縱基因上,Table of content,十、阻抑物結合誘導物后從操縱基因上脫離 十一、阻抑物單體具有多個結構域 十二

2、、阻抑物由兩個二聚體組成四聚體 十三、阻抑物與DNA的結合是通過別構作用來調(diào)節(jié)的 十四、突變體的表表型與結構域的構型有關 十五、阻抑物與三個操縱基因結合并與RNA聚合酶相互作用 十六、操縱基因與低親和力位點競爭性地結合阻抑物 十七、阻遏可發(fā)生在多個基因座上 十八、啟動子與操縱基因相對位置具有多樣性 十九 小 結,幾個重要概念,順式作用（cis-acting） 不轉變?yōu)槠渌问剑≧NA或蛋白質(zhì)）而只以DNA形式在原來位置起作用的DNA序列發(fā)輝作用的過程。 反式作用（trans-acting） 基因的編碼產(chǎn)物從合成地點擴散到其它場所而起作用的過程稱反式作用。,結構基因（structural gen

3、e） 編碼各類具有不同結構和功能的蛋白質(zhì)的基因（或rRNA基因、tRNA基因）。 調(diào)控基因（regulator gene） 編碼蛋白質(zhì)或RNA來調(diào)節(jié)其他基因表達的基因。 操縱基因（operator） DNA上的一個位點，阻抑物能與之結合抑制相鄰啟動子起始轉錄。,阻抑物（repressor） 能阻止基因表達的蛋白質(zhì)，它可與DNA操縱基因結合來阻止轉錄或結合RNA來阻止蛋白質(zhì)的翻譯。 操縱子（operon） 細菌基因表達和調(diào)控的單位，包括結構基因和能被調(diào)控基因產(chǎn)物識別的 DNA控制元件。,lactose operon,The simplest form of the regulatory mode

4、l ：A regulator gene codes for a protein that acts at a target site on DNA,一、調(diào)控可分為正調(diào)控與負調(diào)控,負調(diào)控（negative control） 阻抑物與操縱基因結合來阻止有關基因的表達。 正調(diào)控（positive control） 調(diào)控因子通過與啟動子元件結合來激活基因的表達。,In negative control, a trans-acting repressor binds to the cis-acting operator to turn off transcription.,In positive con

5、trol, trans-acting factors must bind to cis-acting sites in order for RNA polymerase to initiate transcription at the promoter.,正調(diào)控和負調(diào)控的共同點： 調(diào)控蛋白作為反式作用因子，通過與順式作用元件相互作用激活或抑制基因表達。 雖調(diào)控蛋白與DNA結合長度較長，但僅靠識別DNA上的短序列(常小于10 bp)起作用。,二、結構基因簇中各成員是協(xié)同調(diào)控的,對同一條代謝途徑中的某些蛋白質(zhì)，通常編碼它們的基因在DNA上也緊密排列在一起，作為一個轉錄單位轉錄出多順反子mRNA。,

6、The lac operon occupies 6000 bp of DNA. The long lacZ gene is followed by the lacY and lacA genes.,三、Lac操縱子基因的表達受阻抑物控制,位于lac基因簇起點的啟動子與操縱基因具有重疊區(qū)域； 阻抑物與操縱基因結合就可控制lacZYA基因簇的轉錄。 阻抑物是由lacI基因編碼、具有4個相同亞基的四聚體。,Repressor and RNA polymerase bind at sites that overlap around the transcription startpoint of the

7、 lac operon.,-5+21,lacI基因編碼的阻抑物(repressor),四、乳糖操縱子是可誘導的,可以對操縱子進行誘導的小分子，其結構通常與操縱子所表達的酶的底物的結構相同或類似。 -半乳糖苷（含乳糖）是lacZYA基因編碼的酶可識別的底物。 -半乳糖苷不存在時，乳糖操縱子的表達水平極低。加入-半乳糖苷可誘導乳糖操縱子中三個結構基因的轉錄。,Addition of inducer results in rapid induction of lac mRNA, and is followed after a short lag by synthesis of the enzymes

8、; removal of inducer is followed by rapid cessation of synthesis.,Results of experiment when cells of E. coli are grown in the absence of a -galactoside, there is no need for -galactosidase, and they contain very few molecules of the enzymesay, 5. When a suitable substrate is added, the enzyme activ

9、ity appears very rapidly in the bacteria. Within 2-3 minutes some enzyme is present, and soon there are 5000 molecules of enzyme per bacterium. (Under suitable conditions, -galactosidase can account for 5-10% of the total soluble protein of the bacterium.) If the substrate is removed from the medium

10、, the synthesis of enzyme stops as rapidly as it had originally started.,五、阻抑物由小分子誘導物所控制,誘導物可使阻抑物失活。 阻抑物具兩個結合位點，分別與操縱基因和誘導物結合。 當阻抑物與誘導物結合后，發(fā)生別構效應使DNA結合位點的性質(zhì)改變，不能再和操縱基因相結合，這樣就不能抑制轉錄起始。,Repressor maintains the lac operon in the inactive condition by binding to the operator. The shape of the repressor

11、is represented as a series of connected domains as revealed by its crystal structure,Addition of inducer converts repressor to an inactive form that cannot bind the operator. This allows RNA polymerase to initiate transcription.,-galactosidase,-galactoside permease,-galactoside transacetylase,六、用順式作

12、用的組成型突變來鑒定操縱基因,調(diào)控通路中順式作用元件的突變可能消除操縱子的表達，也可能導致不受控制的表達。 1）使操縱子在任何情況下都不能表達的突變稱為不可誘導型突變（uninducible mutation）； 2）不受調(diào)控物影響的持續(xù)表達稱為組成型基因表達，這種突變稱為組成型突變（constitutive mutaion） 這些突變是順式的，只影響鄰近區(qū)域DNA上的基因。,Operator mutations are constitutive because the operator is unable to bind repressor protein; this allows RNA

13、polymerase to have unrestrained access to the promoter. The Oc mutations are cis-acting, because they affect only the contiguous set of structural genes.,七、用反式作用的突變來鑒定調(diào)控基因,lacI基因的突變是反式作用的，它可影響細菌內(nèi)所有l(wèi)acZYA基因簇的表達。 使lacI基因失活的突變可導致組成型表達。 阻抑物上誘導物結合位點的突變使它不會失活，因而這會引起操縱子的非誘導性。,Mutations that inactivate the

14、lacI gene cause the operon to be constitutively expressed, because the mutant repressor protein cannot bind to the operator.,注意： Oc 突變是順式顯性的 （cis-dominant） lacI- 型突變則是反式隱性的 (trans-recessive),八、多亞基蛋白質(zhì)具有特殊的遺傳性,活性阻抑物由4個相同亞基組成的四聚體。 lac-d 突變發(fā)生在DNA結合位點。只有阻抑物中4個亞基的DNA結合位點都處于正常時，整個蛋白質(zhì)才具有活性。,When it is prese

15、nt in the same cell as a wild-type gene, multimeric repressors are assembled at random from both types of subunits. A lacId mutant gene makes a monomer that has a damaged DNA binding site. It only requires one of the subunits of the multimer to be of the lacId type to block repressor function.,九、阻抑物

16、結合于操縱基因上,阻抑物結合于操縱基因的雙鏈DNA序列中。 操縱基因是一短的回文序列。 操縱基因的每個反向重復序列結合一個阻抑物亞基。,The lac operator has a symmetrical sequence. The sequence is numbered relative to the startpoint for transcription at +1.,十、阻抑物結合誘導物后從操縱基因上脫離,阻抑物與誘導物結合后發(fā)生構象變化，使它與DNA的親和力降低，因而從操縱基因上脫離。,Two models for releasing repressor,十一、阻抑物單體具有多個結

17、構域,阻抑物單體可分為三部分：N端DNA結合結構域、鉸鏈區(qū)和核心區(qū)。 DNA結合結構域具有兩個螺旋，用來與DNA大溝結合。 負責多聚化的區(qū)域和誘導物結合位點都位于核心區(qū)。,The structure of a monomer of Lac repressor identifies several independent domains.,十二、阻抑物由兩個二聚體組成四聚體,兩個單體通過核心結構域2之間的接觸和負責寡聚化的螺旋之間的接觸形成二聚體。 兩個二聚體通過寡聚化螺旋之間的相互作用形成四聚體。,The repressor tetramer consists of two dimers. D

18、imers are held together by contacts involving core domain 2 as well as by the oligomerization helix. The dimers are linked into the tetramer by the oligomerization interface.,十三 、阻抑物與DNA的結合是通過別構作用來調(diào)節(jié)的,阻抑物單體的DNA結合結構域插入到DNA的大溝。 在活性阻抑物中，二聚體的兩個DNA結合域可以插入連續(xù)的雙螺旋轉角。 誘導物的結合使阻抑物構象改變，這樣兩個DNA結合位點不能形成正確的幾何構象以維持

19、與DNA的同時接觸。,Inducer changes the structure of the core so that the headpieces of a repressor dimer are no longer in an orientation that permits binding to DNA.,十四、突變體的表型與結構域的構型有關,不同類型的突變發(fā)生在阻抑物亞基的不同結構域,The locations of three type of mutations in lactose repressor: 1）Recessive lacI mutants that cannot r

20、epress can map anywhere in the protein. 2）Dominant negative lacId mutants that cannot repress map to the DNA-binding domain. 3）Dominant lacIs mutants that cannot induce because they do not bind inducer map to core domain 1.,十五、阻抑物與三個操縱基因結合并與RNA聚合酶相互作用,阻抑物四聚體中的每個二聚體都可以與一個操縱基因結合。 若要完全阻遏轉錄，阻抑物除結合lacZ 操

21、縱基因（original operator）外, 同時還要結合一個上游-83或下游+410的“操縱基因”（pseudo-operator）。 阻抑物結合到操縱基因可促進RNA聚合酶與啟動子結合,但結合的RNA聚合酶不能起始轉錄。,If both dimers in a repressor tetramer bind to DNA, the DNA between the two binding sites is held in a loop.,(The blue structure in the center of the looped DNA represents CAP(or CRP),

22、another regulator protein that binds in this region).,十六、操縱基因與低親和力位點競爭性地結合阻抑物,當誘導物不存在時，操縱基因與阻抑物的親和力比低親和力位點與阻抑物的親和力高107倍。 每個細胞含10個阻抑物分子，這保證了在絕大多數(shù)情況下，操縱基因都是與阻抑物結合的. (Escherichia coli K12, 4 639 675 bp circular DNA) 誘導使阻抑物從操縱基因直接轉移到低親和力位點。 當細胞內(nèi)有效DNA濃度減少時,上述參數(shù)也會發(fā)生變化。,All but 0.01% of repressor is bound

23、to (random) DNA. Since there are 10 molecules of repressor per cell, this is tantamount to saying that there is no free repressor protein.,Lac repressor binds strongly and specifically to its operator, but is released by inducer.,Virtually all the repressor in the cell is bound to DNA.,Repression af

24、fects the sites at which repressor is bound on DNA,十七、阻遏可發(fā)生在多個基因座上,阻抑物可以作用于具有操縱基因靶序列的任何基因座。,The trp repressor recognizes operators at three loci. Conserved bases are shown in red. The location of the startpoint and mRNA varies, as indicated by the white arrows.,十八、啟動子與操縱基因相對位置具有多樣性,Operators may lie

25、 at various positions relative to the promoter.,十 九、 小 結,1）轉錄調(diào)控是通過反式作用因子和順式作用位點的相互作用來進行的。 反式作用因子是調(diào)控基因的產(chǎn)物，通常為蛋白質(zhì)，也有可能是RNA，它可以在細胞內(nèi)擴散，因此可以作用于任何合適的靶基因。 位于DNA或RNA上的順式作用位點是通過反式作用因子識別并在原位發(fā)揮作用的序列,它沒有編碼功能,并只對空間上緊密相連的序列起調(diào)節(jié)作用。,2）細菌中編碼功能相關的蛋白質(zhì)（例如某個代謝途徑中的一系列酶）的基因通常位于同一個基因簇中，由單一啟動子轉錄出多順反子mRNA, 這樣, 控制了這個啟動子就可以控制整個

26、代謝途徑。 包括結構基因和順式作用元件在內(nèi)的調(diào)控單位, 稱為操縱子。 3）轉錄的起始調(diào)控是通過啟動子附近蛋白質(zhì)與DNA的相互作用來實現(xiàn)的。 RNA聚合酶對轉錄的起始作用可以被其他蛋白質(zhì)阻遏或增強。若一條基因平時都有活性,被阻抑物關閉時則失活,則其調(diào)節(jié)方式稱為負調(diào)控。若一條基因只有與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結合時才具有活性，其調(diào)節(jié)方式稱為正調(diào)控。,4）阻抑物可以阻止RNA聚合酶與啟動子結合或阻止其激活轉錄。 阻抑物結合的靶序列 - 操縱基因，通常定位在轉錄起點的附近。 操縱基因的序列比較短，通常具有回文結構。 阻抑物通常是同源多聚體，其對稱性反映了結合靶位的對稱性。 5）阻抑物與操縱基因結合能力可由小分子調(diào)節(jié)

27、。 誘導物 (如-半乳糖苷) 可以阻止阻抑物與靶位點的結合，輔阻抑物 (如色氨酸) 可以活化這種結合。與誘導物或輔阻抑物結合會導致阻抑物DNA結合位點的結構改變。無論阻抑物是游離的還是已經(jīng)與DNA結合的，都可以發(fā)生這種別構效應。,6）一個蛋白質(zhì)若與DNA上的特定靶序列親和力很高，那么它必然與其他DNA序列的親和力較低，兩者親和力的比值即為專一性。 由于基因組中非特異性位點要遠多于特異位點, 基此靶序列的特異性必須足夠大, 以克服大量非特異性的競爭。 細菌調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的數(shù)量和特異性之間存在一種平衡，在活化狀態(tài)，它允許對靶位點的識別；在關閉狀態(tài)下，它允許幾乎所有蛋白質(zhì)從靶位點上釋放出來。,第二節(jié) 調(diào)

28、控線路Regulatory Circuits,Table of Contents,一、前 言 二、區(qū)分正調(diào)控與負調(diào)控 三、葡萄糖阻遏作用調(diào)控碳源的利用 四、cAMP是CRP的誘導劑,可激活CRP作用于許多操縱子 五、CRP在不同的靶操縱子中的作用方式不同 六、CRP促使DNA彎曲 七、應急應答產(chǎn)生(p)ppGpp 八、(p)ppGpp由核糖體生成 九、ppGpp有許多作用 十、翻譯是可調(diào)控的 十一、r-蛋白合成的自主調(diào)控 十二、T4噬菌體p32合成的自主調(diào)控過程,Table of Contents,十三、自主調(diào)節(jié)常用來控制大分子聚合物的合成 十四、可變性二級結構調(diào)控衰減作用 十五、大腸桿菌色氨

29、酸操縱子(trp operon)受衰減作用控制 十六、衰減作用可以為翻譯所控制 十七、反義RNA（ antisense RNA）可以抑制基因表達 十八、小RNA分子可以調(diào)節(jié)翻譯 十九、細菌內(nèi)含有調(diào)節(jié)因子RNA 二十、在許多真核生物中，微小RNA是調(diào)節(jié)因子 二十一、RNA干擾與基因沉默有關 二十二、小結,一、前 言,表達水平上的調(diào)控 以DNA為靶標的轉錄水平上的調(diào)控 以RNA為靶標的翻譯水平上的調(diào)控 調(diào)控因子可能是蛋白質(zhì)也可能是RNA。,調(diào)控既可以表示調(diào)控因子關閉（或者抑制）了靶標的表達，也可以表示調(diào)控因子起始（或活化）了靶標的表達。 若多條基因均含有其調(diào)控因子識別的序列或結構，則這些基因的表達

30、可由該調(diào)控因子共同調(diào)控。 調(diào)控因子本身也可能被調(diào)控，最典型的就是被一些小分子所調(diào)控，而這些小分子的產(chǎn)生是周圍環(huán)境所致。 調(diào)控因子如受到其他調(diào)控因子調(diào)控，則構成了復雜的調(diào)控線路。,(一)調(diào)控因子直接調(diào)控靶標,（二）一個調(diào)控因子直接調(diào)控另一個調(diào)控因子的活性。,二、區(qū)分正調(diào)控與負調(diào)控,正調(diào)控基因只有存在活性調(diào)控因子時，它才會表達。 負調(diào)控基因只有在沒有阻抑物的情況下是一直表達的。 誘導(使轉錄發(fā)生)：可以通過使阻抑物的失活來實現(xiàn)，也可以通過活化其激活劑來實現(xiàn)。 阻遏(使轉錄不能發(fā)生):可以通過使激活劑的失活來實現(xiàn)，也可以通過活化阻抑物來實現(xiàn)。,據(jù)對調(diào)控操縱子表達的小分子所產(chǎn)生的不同應答的特性，操縱子

31、可分為： 誘導型操縱子(inducible) ：只有小分子誘導物(small-molecule inducer)存在時才發(fā)生轉錄。 阻遏型操縱子(repressible) ：只有小分子輔阻遏物(small- molecule corepressor) 不存在時才發(fā)生轉錄。,Control circuits are versatile.,三、葡萄糖阻遏作用調(diào)控碳源的利用,當大腸桿菌對碳源進行選擇時，它優(yōu)先利用葡萄糖。 葡萄糖防止了從培養(yǎng)基中吸收可替代碳源。 從細胞中排除其他碳源阻止了編碼代謝這些碳源的酶的操縱子的表達。,Glucose is imported through the Pts sy

32、stem. This causes the Lac permease to be inactivated. The absence of lactose means that the lac repressor switches off the operon. When glucose is absent, lactose can be imported, and inactivates the lac repressor, so the operon is switched on. Pts: glycose phosphotransferase system,四、cAMP是CRP的誘導劑，可

33、激活CRP作用于許多操縱子,CRP是一種可以與某個啟動子的靶序列結合的激活劑。 CRP二聚體可以由cAMP分子激活。,Cyclic AMP has a single phosphate group connected to both the 3 and 5 positions of the sugar ring.,By reducing the level of cyclic AMP, glucose inhibits the transcription of operons that require CRP activity. The level of cyclic AMP is inver

34、sely related to the level of glucose.,注意：CRP CRP蛋白是一種激活劑。該激活劑控制了大腸桿菌中的多種操縱子活動。 這種蛋白質(zhì)是一種正調(diào)控因子。 CRP只有在cAMP的存在下才有活性，因此cAMP可以作為經(jīng)典的小分子誘導物。,五、CRP在不同的靶操縱子中的作用方式不同,注意： CRP因子：是一個由兩個相同亞基組成的二聚體，每個亞基為22.5 kDa, 二聚體可以被單個分子cAMP激活。CRP單體包含一個DNA結合區(qū)和一個轉錄激活區(qū)。 CRP因子與DNA結合后，形成cAMP.CRP.DNA復合物。 在應答的啟動子上，CRP二聚體約結合22個堿基，結合位點

35、在共有序列中有所變化，但有些序列卻是保守的。 在CRP所調(diào)控的操縱子中，其結合位點坐落于自起始位點的不同位置上。,The consensus sequence for CRP contains the well conserved pentamer TGTGA and (sometimes) an inversion of this sequence (TCANA).,The CRP protein can bind at different sites relative to RNA polymerase.,六、CRP促使DNA彎曲,CRP在它的結合位點可使DNA成90彎曲。,CRP ben

36、ds DNA 90 around the center of symmetry.,七、應急應答產(chǎn)生(p)ppGpp,應急應答（stringent response）： 當細菌發(fā)現(xiàn)它們處于很差的生長環(huán)境，沒有足夠的氨基酸來維持蛋白質(zhì)合成時，它們就會停止大部分活動，這種現(xiàn)象稱為應急應答。 應急應答產(chǎn)生兩種非正常的核酸堆積物有時又稱預警子(alarmone)，即ppGpp和pppGpp ，統(tǒng)稱(P)PPGPP。 (P)PPGPP的作用是協(xié)同調(diào)控大量的分子活動。 (P)PPGPP水平和細菌生長速率一般呈相反關系。 應急應答使得rRNA和tRNA的合成量大幅減少（10-20%），一些mRNA的合成也減少

37、（1/3）。蛋白質(zhì)的降解速率增加，許多代謝調(diào)節(jié)作用開始發(fā)生。,八、(p)ppGpp由核糖體生成,應急因子RelA是一種(p)ppGpp合成酶，約與5%的核糖體結合在一起。 當A位被空載tRNA占據(jù)時， RelA被激活。 一個空載tRNA進入A位就生成一個(p)ppGpp,Stringent factor catalyzes the synthesis of pppGpp and ppGpp; ribosomal proteins can dephosphorylate pppGpp to ppGpp.,In normal protein synthesis, the presence of a

38、minoacyl-tRNA in the A site is a signal for peptidyl transferase to transfer the polypeptide chain, followed by movement catalyzed by EF-G; But under stringent conditions, the presence of uncharged tRNA causes RelA protein to synthesize (p)ppGpp and to expel the tRNA.,九、ppGpp有許多作用,ppGpp阻止rRNA的轉錄。在編碼

39、rRNA的操縱子中，啟動子上轉錄起始被特異地抑制。 ppGpp能縮短許多或大部分模板的轉錄延伸期，原因可能是ppGpp引起的不斷增高的RNA聚合酶的暫停反應。,The figure summarizes the systems that are used to control rRNA transcription in response to growth rate. Nucleotide levels control initiation of rRNA transcription.,This means that the production of ribosomes, and thus

40、the level of protein synthesis, in turn respond to the levels of ATP and GTP, which reflect the nutritional condition of the cell.,十、翻譯是可調(diào)控的,一種翻譯調(diào)節(jié)方式： 與mRNA上靶區(qū)結合的蛋白質(zhì)通過阻遏核糖體識別起始區(qū)來實現(xiàn)阻抑物的功能，這和與DNA結合的阻抑物防止RNA聚合酶識別啟動子的機制是相對應的。,A regulator protein may block translation by binding to a site on mRNA that ov

41、erlaps the ribosome-binding site at the initiation codon.,Proteins that bind to sequences within the initiation regions of mRNAs may function as translational repressors.,另一種翻譯調(diào)控方式： 一個順反子的翻譯需要前一個順反子翻譯所引起的二級結構變化來調(diào)控。,Secondary structure can control initiation. Only one initiation site is available in

42、the RNA phage, but translation of the first cistron changes the conformation of the RNA so that other initiation site(s) become available. The cistrons always are expressed in a set order.,十一、r-蛋白合成的自主調(diào)控,r-蛋白（核糖體蛋白，ribosomal proteins）操縱子的翻譯是由此操縱子的表達產(chǎn)物來控制的，該產(chǎn)物可與多順反子mRNA上某個位點結合。,Genes for ribosomal pr

43、oteins, protein synthesis factors, and RNA polymerase subunits are interspersed in a small number of operons that are autonomously regulated.,Translation of the r-protein operons is autogenously controlled and responds to the level of rRNA.,A mechanism to link r-protein synthesis to rRNA synthesis.,

44、About autogenous regulation: Autogenous regulation: the gene coding for the regulatory product is itself one of the targets for regulation. negative autogenous regulation: the regulatory protein inhibits expression of a contiguous set of genes within the operon.,十二、T4噬菌體p32合成的自主調(diào)控過程,p32與其自身的mRNA結合來阻

45、遏翻譯的起始。,T4噬菌體基因p32表達的蛋白質(zhì)p32在遺傳重組、DNA修復和復制中起著主要作用，它的功能是由它與單鏈DNA的結合能力來決定的。 基因的無義突變使無活性蛋白質(zhì)過量表達，因此當p32蛋白功能被阻遏后，就會有更多的該p32蛋白產(chǎn)生，這個效應發(fā)生在翻譯水平上。,Excess gene 32 protein (p32) binds to its own mRNA to prevent ribosomes from initiating translation.,Gene 32 protein binds to various substrates with different affi

46、nities, in the order single-stranded DNA, its own mRNA, and other mRNAs. Binding to its own mRNA prevents the level of p32 from rising 10-6 M.,十三、自主調(diào)節(jié)常用來控制大分子聚合物的合成,微管前體，即游離的微管蛋白，可抑制微管蛋白mRNA的翻譯。,Tubulin is assembled into microtubules when it is synthesized. Accumulation of excess free tubulin induce

47、s instability in the tubulin mRNA by acting at a site at the start of the reading frame in mRNA or at the corresponding position in the nascent protein.,Note: 在那些將合成為大分子聚合物的蛋白質(zhì)中，自主調(diào)節(jié)是一種普遍的調(diào)控方法。 2）蛋白質(zhì)自主調(diào)控是一種內(nèi)在的自我限制系統(tǒng)，在自主調(diào)節(jié)的情況中，關鍵的參數(shù)是蛋白質(zhì)本身的濃度。,十四、可變性二級結構調(diào)控衰減作用,調(diào)控RNA中必需發(fā)夾結構的形成可以使轉錄終止發(fā)生衰減。 最直接的衰減機制涉及到促使

48、發(fā)夾結構穩(wěn)定或不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)。,Attenuation occurs when a terminator hairpin in RNA is not prevented from forming.,十五、大腸桿菌色氨酸操縱子(trp operon)受衰減作用控制,在啟動子和色氨酸基因簇的第一條基因之間存在一個衰減子(attenuator)(又稱內(nèi)在終止子）,The trp operon consists of five contiguous structural genes preceded by a control region that includes a promoter, opera

49、tor, leader peptide coding region, and attenuator.,衰減子的終止作用與色氨酸水平有關： 1）當存在足夠色氨時，便會有效地發(fā)生終止作用； 2）當色氨氨酸缺乏時，RNA聚合酶就會繼續(xù)轉錄結構基因（轉錄增加十倍）。 本質(zhì)：衰減作用受mRNA二級結構改變的控制并取決于核糖體結合mRNA的位置。,An attenuator controls the progression of RNA polymerase into the trp genes. RNA polymerase initiates at the promoter and then proc

50、eeds to position 90, where it pauses before proceeding to the attenuator at position 140.,十六、衰減作用可以為翻譯所控制,色氨酸操縱子的前導區(qū)有一個由14個密碼子組成的可讀框，其中包含編碼色氨酸的兩個密碼子。 衰減子處的RNA結構取決于這個讀框是否被翻譯。,The trp leader region can exist in alternative base-paired conformations. The center shows the four regions that can base pair

51、. Region 1 is complementary to region 2, which is complementary to region 3, which is complementary to region 4. On the left is the conformation produced when region 1 pairs with region 2, and region 3 pairs with region 4. On the right is the conformation when region 2 pairs with region 3, leaving r

52、egions 1 and 4 unpaired.,當存在色氨酸時，前導序列被翻譯，使得衰減子能夠形成引起終止的發(fā)夾結構。 當不存在色氨酸時，核糖體停在色氨酸密碼子處，形成的二級結構會阻止發(fā)夾結構的形成，于是轉錄得以繼續(xù)。,The alternatives for RNA polymerase at the attenuator depend on the location of the ribosome, which determines whether regions 3 and 4 can pair to form the terminator hairpin.,In the presen

53、ce of tryptophan tRNA, ribosomes translate the leader peptide and are released. This allows hairpin formation, so that RNA polymerase terminates. In the absence of tryptophan tRNA, the ribosome is blocked, the termination hairpin cannot form, and RNA polymerase continues.,十七、反義RNA（ antisense RNA）可以抑

54、制基因表達,RNA引入真核生物細胞時，可以阻斷其靶基因的表達。,Antisense RNA can be generated by reversing the orientation of a gene with respect to its promoter, and can anneal with the wild-type transcript to form duplex RNA.,At what level does the antisense RNA inhibit expression? It could in principle prevent: 1) transcriptio

55、n of the authentic gene, 2) processing of its RNA product, or 3) translation of the messenger. The inhibition depends on formation of RNARNA duplex molecules, but this can occur either in the nucleus or in the cytoplasm.,十八、小RNA分子可以調(diào)節(jié)翻譯,調(diào)節(jié)因子RNA通過與靶RNA形成雙鏈區(qū)域來行使功能。 雙鏈體可以阻遏翻譯起始，引起轉錄終止，或產(chǎn)生一個核酸內(nèi)切酶的作用靶點。,

56、A protein that binds to a single-stranded region in a target RNA could be excluded by a regulator RNA that forms a duplex in this region.,By binding to a target RNA to form a duplex region, a regulator RNA may create a site that is attacked by a nuclease.,The secondary structure formed by base pairing between two regions of the target RNA may be prevented from forming by base pairing with a regulator RNA. In this example, th