分子生物学-13-原核基因表达调控-4-其他水平的调控

1、7.6 原核生物转录水平上的其他调控方式,转录过程涉及转录机器附着与DNA，识别启动子序列，起始RNA的合成，延伸和终止。 转录的任何一步都受到调控。 转录水平上以下其它调控方式： 因子的调节作用 组蛋白类似蛋白的调节作用 转录调控因子的作用 抗终止因子的调节作用,7. 6.1因子的调节作用,决定RNA聚合酶识别特异性DNA。 为了处理不同的环境压力，在细菌基因体中则有不同的sigma因子(因子) 负责，启动转录不同的功能基因。 例如：枯草芽孢杆菌bacillus subtilis 前芽孢： E K 芽孢：F G,7.6.2 组蛋白类似蛋白的调节作用,细菌中存在的一些非特异性DNA结合蛋白，

2、H-NS蛋白 以非特异性的方式作用于某些DNA上，控制该基因的转录 大多与环境条件变化有关,7.6.3 原核转录调控因子的作用,CRP : cAMP受体蛋白（cAMP receptor protein） Confusingly, CRP is often also referred to as CAP, the catabolite gene activator protein, which is named after its role in catabolite repression FNR:延胡索酸和亚硝酸盐还原调控蛋白（Fumarate and nitrate reduction） I

3、HF:整合宿主因子（integration host factor） Fis：倒位刺激因子（Factor for Inversion Stimulation） ArcA：有氧呼吸控制因子（aerobic respiration control） NarL：亚硝酸盐还原调控蛋白（nitrate regulation） Lrp：亮氨酸反应蛋白（Leucine-responsive regulatory protein）,transcription factor,原核转录因子,7.6.4 终止子和抗终止子对基因表达的调节,不同的终止子的作用也有强弱之分，有的终止子几乎能完全终止转录；有的则只是部分终

4、止转录，一部分RNA聚合酶能越过这类终止序列继续沿DNA移动并转录。 如果一串结构基因群中间有这种弱终止子的存在，则前后转录产物的量会有所不同，这也是终止子调节基因群中不同基因表达产物比例的一种方式。,所有原核生物的终止子在终止点前均有一回文结构，产生的RNA可形成发夹结构。这个发夹结构可以阻滞或者阻止RNA聚合酶的移动。 有的蛋白因子能作用于终止序列，减弱或取消终止子的作用，称为抗终止作用(antitermination)，这种在特定位点组织转录终止的蛋白因子就称为抗终止因子(antiterminator)。,通读：当抗终止子作用于终止子，使RNA聚合酶得以越过终止子继续转录，这种现象称为通

5、读。 抗终止作用主要见于某些噬菌体的时序控制。早期基因与后期基因之间以终止子相隔开，通过抗终止子可以打开其后基因的表达，新的基因表达是由于RNA链延长所致。 RNA聚合酶识别终止子需要一些特殊的辅助因子，如Nus A因子可提高终止效率，促进RNA聚合酶在终止位置上的停顿。Nus A与核心酶结合成终止复合物，识别终止信号。转录终止后，Nus A又被所取代，再形成RNA聚合酶起始复合物。又开始了新的转录,7.7.1 mRNA自身结构对翻译起始的调控 表现在三个方面： 1、原核生物存在多种起始密码子如AUG, GUG, UUG, AUU, 其翻译效率是不同的。 2、5 UTR-核糖开关 RBS（核糖

6、体结合位点）的强度控制翻译的起始频率：因为翻译的起始往往开始与这个位点，这个位点通常在mRNA链上起始密码子AUG上游的一段非翻译区。 RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始密码子AUG之间的距离。 3、mRNA的二级结构可以影响与核糖体小亚基的结合,7.7 转录后水平上的调控 p285,理解转录后水平的调控的关键在于原核生物翻译和转录的偶联现象,在细菌mRNA 起始密码子AUG上游10个碱基左右处，有一段富含嘌呤的碱基序列，能与细菌16SrRNA3端识别，帮助从起始AUG处开始翻译，它是1974年由 Shine 和 Dalgarno发现的,RNA核苷酸变化会影响其而结构的自由能，从而

7、影响小亚基与mRNA的结合,7.7.2 mRNA稳定性影响转录 比如：RNA结合蛋白CsrA可以通过与mRNA结合使之容易受到降解,CsrA-B系统对特定mRNA的降解,7.7.3 调节蛋白的调节作用,核糖体蛋白对自身mRNA翻译的抑制作用,rDNA,核糖体蛋白DNA,rRNA,核糖体蛋白的mRNA,核糖体蛋白,自身 抑制,含量变少时,翻 译,转 录,转 录,7.7.4 反义RNA的转录后调节 导致目标mRNA的降解,反义RNA 能与特定mRNA互补结合的RNA片段，由反义基因转录而来。天然的具有功能的反义RNA分子一般在200个碱基以下。反义RNA又称mRNA干扰性互补RNA（micRNA）

8、。,干扰mRNA的互补RNA mRNAinterfering complementary RNA 1983年，Mizuno, Simon几乎同时发现RNA可作为调节因子， 与调节蛋白一样，RNA合成后，可扩散到靶位点。 RNA也可作为调节物质 ？！ 反义RNA，可与mRNA结合 结合位点是S-D, AUG, 部分N端密码子 与RNA形成双螺旋结构，作为内切酶底物 与转录产物结合，使转录提前终止,反义RNA有三种作用方式：,与mRNA 5端非翻译区包括SD序列相结合，直接抑制翻译。,与mRNA 5端编码区起始密码子AUG结合，抑制mRNA翻译起始。,与mRNA的非编码区互补结合形成双螺旋结构，使

9、mRNA构象改变，影响其与核糖体结合，间接抑制了mRNA的翻译。另外由于形成了双螺旋，可以做为内切酶底物从而受到降解,反义RNA调控Tn10转位酶基因的表达示意图,RNA 干扰 (RNA interference, RNAi) 将与mRNA编码区某段序列相对应的正义RNA 和反义RNA 组成的双链RNA (double-stranded RNA, dsRNA)导入细胞，使mRNA发生特异性的降解，导致其相应的基因沉默(表达受抑制)。这种转录后基因沉默（post-transcriptional gene silencing,PTGS) 被称为RNAi.,RNAi 技术,1998年2月，Andre

10、w Fire等将单链RNA纯化后注射线虫时发现，基因抑制效应变得十分微弱，而经过纯化的双链RNA却正好相反，能够高效特异性阻断相应基因的表达。将这一现象称为RNA干扰 1984年，抗病毒药物的开发 1988年, 转基因番茄（PG 酶的反义RNA）,延缓成熟的转基因西红柿,ACC， 1-氨基丙环烷羧酸氧化酶， 乙烯合成途径酶类 PG，半乳糖醛酸酶 第一个上市的转基因植物,7.7.5 稀有密码子对翻译的影响,dnaG(引发酶) RNA引物,dnaG、rpoD和rpsU属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子,50个拷贝的dnaG蛋白、2800个拷贝的rpoD和40000个拷贝的rpsU,使用更多的稀有密

11、码子，以降低其拷贝数,rpoD,rpsU,dnaG,序列中含有稀有密码子,几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较,细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。,7.7.6 重叠基因对翻译的影响,因为重叠 所以等量翻译 主要是翻译机器的组装受限制,翻译之所以与转录偶联，有人认为这可能是保证控制同一类生理功能的多个结构基因产物在数量上相等的一种机制。 当需要这种生理功能时，既可以避免某种基因产物过多的合成而造成浪费，又能够保证某种功能不缺失。这恐怕就是它的生物学意义。这种基因表达的控制手段恐怕是细菌长期适应环境的过程中逐渐进化稳定下来的

12、。,trpE与trpD基因重叠一个碱基,trp操纵子由5个基因(trpE、D、C、B、A)组成，在正常情况下，操纵子中5个基因产物是等量的，但trpE突变后，其邻近的trpD产量比下游的trpBA产量要低得多。研究trpE和trpD以及trpB和trpA两对基因中核苷酸序列与翻译偶联的关系，发现trpE基因的终止密码子和trpD基因的起始密码子共用一个核苷酸。,trpE 苏氨酸-苯丙氨酸-终止 ACU UUC UG A UG GCU 甲硫氨酸-丙氨酸.trpD,7.7.7某些具有调节功能的蛋白质可以直接对翻译过程进行阻遏，从而控制翻译水平的基因表达,包括：所谓的调节蛋白，可以与核糖体蛋白竞争性

13、地与mRNA结合，阻遏翻译 某些RNA噬菌体的RNA复制酶，也可以竞争性地与核糖体竞争mRNA，从而达到控制翻译的作用。,7.7.8 魔斑核苷酸水平对翻译的影响,当大肠杆菌中氨基酸严重缺乏时，细胞的蛋白质合成严重下降而RNA合成几乎不受影响，多余出来的这些RNA中的tRNA就会在核糖体A位空载结合，在进位转位的过程中消耗GTP，产生了大量的鸟苷四磷酸ppGpp或者鸟苷五磷酸pppGpp，(当用色谱检测时可以发现)，称为魔斑核苷酸。 魔斑核苷酸的出现往往作为这种氨基酸缺乏的信号，可以导致这些氨基酸合成基因的开放和上调。,类似的信号还有cAMP,1、关于管家基因叙述错误的是 (A) 在生物个体的几

14、乎各生长阶段持续表达 (B) 在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 (C) 在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 (D) 在生物个体的某一生长阶段持续表达 (E) 在一个物种的几乎所有个体中持续表达,D,练习题 之 选择,2、一个操纵子（元）通常含有 (A) 数个启动序列和一个编码基因 (B) 一个启动序列和数个编码基因 (C) 一个启动序列和一个编码基因 (D) 两个启动序列和数个编码基因 (E) 数个启动序列和数个编码基因,B,3、下列情况不属于基因表达阶段特异性的是，一个基因在 (A) 分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的心肌细胞不表达 (B) 胚胎发育过程不表达，出生后表达 (C) 胚胎

15、发育过程表达，在出生后不表达 (D) 分化的骨骼肌细胞表达，在未分化的骨骼肌细胞不表达 (E) 分化的骨骼肌细胞不表达，在未分化的骨骼肌细胞表达,A,4、乳糖操纵子（元）的直接诱导剂是 (A) 葡萄糖 (B) 乳糖 (C) 一半乳糖苷酶 (D) 透酶(E)异构乳糖,E,5、Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的 (A) CAP结合位点 (B) O序列 (C) P序列 (D) Z基因 (E) I基因,B,6、cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在 (A) 葡萄糖及cAMP浓度极高时 (B) 没有葡萄糖及cAMP较低时 (C) 没有葡萄糖及cAMP较高时 (D) 有葡萄糖及cAMP较低时 (

16、E) 有葡萄糖及CAMP较高时,C,7、Lac阻遏蛋白由 (A) Z基因编码 (B) Y基因编码 (C) A基因编码 (D) I基因编码 (E) 以上都不是,D,8、色氨酸操纵子（元）调节过程涉及 (A) 转录水平调节 (B) 转录延长调节 (C) 转录激活调节 (D) 翻译水平调节 (E) 转录翻译调节,E,(A) Lac阻遏蛋白 (B) RNA聚合酶 (C) 环一磷酸腺苷 (D) CAP-cAMP (E)异构乳糖 9、与O序列结合 10、与P序列结合 11、 与CAP结合 12、与CAP位点结合,A,B,C,D,13、乳糖、阿拉伯糖、色氨酸等小分子物质在基因表达调控中作用的共同特点是 A与启动子结合 B与DNA结合影响模板活性 C与RNA聚合酶结合影响其活性 D与蛋白质结合影响该蛋白质结合DNA E与操纵基因结合,D,14、DNA损伤修复的SOS系统 A是一种保真性很高的复制过程 BLexA蛋白是一系列操纵子的阻遏物 CRecA蛋白是一系列操纵子的阻遏物 D它只能修复嘧啶二聚体,B,15、以下关于cAMP对原核基因转录的调控作用的叙述错误的是 AcAMP可与分解代谢基因活化蛋白(CAP)结合成复合物 Bc