医学细胞生物学：基因的表达与调控(上)—原核基因表达调控模式

1、基因的表达与调控基因的表达与调控(上上) 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 第一节第一节 基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念 ：基因转录及翻译的过程 对这个过程的调节：gene regulation 组成性表达组成性表达(constitutive expression) 适应性表达适应性表达(adaptive expression） 指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被 称为称为管家基因管家基因(housekeeping gene)。 指环境的变化容易使其表达水平变动的一类

2、基因表达。指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导(induction)， 这类基因被称为这类基因被称为可诱导的基因可诱导的基因(inducible gene)； 相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏 (repression)，相应的基因被称为，相应的基因被称为可阻遏的基因可阻遏的基因(repressible gene)。 按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达

3、的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间 特异性。特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶 段特异性段特异性(stage specificity)。 基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异， 实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性 又称又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同 组织空间顺序出现，组织空间顺

4、序出现，称之为基因表达的称之为基因表达的空间特异性空间特异性。 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） 维持个体发育与分化（真核） 10 -The heart of the frontier -The heart of the frontier biological disciplinesbiological disciplines 第二节第二节 原核基因调控机制原核基因调控机制 内容提要：内容提要： 原核基因表达调控环节原核基因表达调控环节 操纵子学说操纵子学说 原核基因调控机制的类型与特点原核基因调控机制的类型与特点 转录水平上调控的其他形式转录水平上调控的其他形式 1、转录水平上的调控、

5、转录水平上的调控 （transcriptional regulation） 2、转录后水平上的调控、转录后水平上的调控 （post-transcriptional regulation） mRNA加工成熟水平上的调控加工成熟水平上的调控 翻译水平上的调控翻译水平上的调控 操纵子模型的提出操纵子模型的提出 1961年，年，Monod和和Jacob提出提出 获获1965年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖 操纵子的定义操纵子的定义 操纵子操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及 其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因其所控制的

6、一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因 受调节基因产物的控制。受调节基因产物的控制。 根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为：的应答，可分为： 正转录调控正转录调控: :激活蛋白激活蛋白 负转录调控负转录调控: :阻遏蛋白阻遏蛋白 三、原核基因调控机制的类型与特三、原核基因调控机制的类型与特 点点 调节基因调节基因操纵基因操纵基因 结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白 激活蛋白激活蛋白 正转录调控正转录调控负转录调控负转录调控 正转录调控正转录调控: :如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的， 加入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，

7、这样的调控正 转录调控。 负转录调控负转录调控: :在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入 这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负 转录调控。 可诱导调节：可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关 闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因 可阻遏调节：可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中， 由于一些特

8、殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：例：色氨酸操纵子色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因 根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分为可 诱导调节和可阻遏调节两大类： 调节基因调节基因操纵基因操纵基因 结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白 调节基因调节基因 操纵基因操纵基因 结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白 诱导物诱导物 mRNA 酶蛋白酶蛋白 酶合成的负控诱导操纵子模型酶合成的负控诱导操纵子模型 诱导物 如果某种物质 能够促使细菌 产生酶来分解 它，这种物质 就是诱导物。 调节基因调节基因 操纵基因操纵基因

9、结构基因结构基因 mRNAmRNA 酶蛋白酶蛋白 调节基因调节基因 操纵基因操纵基因 结构基因结构基因 辅阻遏物辅阻遏物 共阻遏物 如果某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质 的酶，这种物质就是共阻遏物。 酶合成的负控阻遏操纵子模型酶合成的负控阻遏操纵子模型 非活性阻遏蛋白非活性阻遏蛋白 在在负转录调控系统负转录调控系统中，调节基因的产物是中，调节基因的产物是阻遏蛋白阻遏蛋白 （repressor），起着阻止结构基因转录的作用。），起着阻止结构基因转录的作用。 根据其作用特征又可分为根据其作用特征又可分为负控诱导负控诱导和和负控阻遏负控阻遏： 在在负控诱导负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物

10、）结合系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合 时，结构基因转录；时，结构基因转录； 在在负控阻遏负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（共阻遏物）结系统中，阻遏蛋白与效应物（共阻遏物）结 合时，结构基因不转录。合时，结构基因不转录。 在在正转录调控正转录调控系统中，调节基因的产物是系统中，调节基因的产物是激活蛋白激活蛋白 （activator）。）。 根据激活蛋白的作用性质分为根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导正控诱导和和正控阻遏正控阻遏 在在正控诱导正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态；活蛋白处于活性状态； 在在正控阻遏正控阻遏系

11、统中，效应物分子（系统中，效应物分子（共阻遏物）共阻遏物）的存在使的存在使 激活蛋白处于非活性状态激活蛋白处于非活性状态。 四、转录水平上调控的其他形式四、转录水平上调控的其他形式 1、因子的更换 在E.coli中,当细胞从基本转录机制转入特定基因表达时， 需要不同因子指导RNA聚合酶与启动子结合。 因子因子编码基因编码基因主要功能主要功能 70 70 rpoD参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的调控 54 54 rpoN参与多数氮源利用基因的调控 38 38 rpoH分裂间期特异基因的表达调控 32 32 rpoS热休克基因的表达调控 28 28 rpoF鞭毛趋化相关基因的表达调控 24

12、24 rpoE过度热休克基因的表达调控 大肠杆菌中的各种因子比较 温度较高,诱导产生各种热休克蛋白 由32参与构成的RNA聚合酶与热休克应答 基因启动子结合,诱导产生大量的热休克蛋 白,适应环境需要 枯草芽孢杆菌芽孢形成 有序的因子的替换,RNA聚合酶识别不同基因 的启动子,使芽孢形成有关的基因有序地表达 2、降解物对基因活性的调节 葡萄糖存在的情况上，即使加入乳糖、半乳糖等诱导物，相对应操纵子 也不启动。 抑制细菌的腺苷酸环化酶，使得分解代谢物激活蛋白(CAP)因找不到配体 而不能形成复合物 3、弱化子对基因活性的影响 大肠杆菌的色氨酸操纵子，苯丙氨酸操纵子，苏氨酸操纵子，异亮氨 酸操纵子和

13、缬氨酸操纵子和沙门菌的组氨酸操纵子和亮氨酸操纵子、嘧 啶合成操纵子。 当操纵子被阻遏，RNA合成终止时，起终止转录信号作用的那段核苷酸 3、细菌的应急反应 细菌氨基酸的全面匮乏。空载tRNA激活焦磷酸转移酶，使得鸟苷四磷酸 （ppGpp）和鸟苷五磷酸（pppGpp）大量合成，关闭许多基因。 第三节第三节 乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon) 内容提要：内容提要： 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构 酶的诱导酶的诱导lac体系受调控的证据体系受调控的证据 乳糖操纵子调控模型乳糖操纵子调控模型 影响因子影响因子 Lac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题 一、乳糖操纵子的结构一、乳糖操纵子的

14、结构 阻遏子（阻遏子（lac I）基因，启动子区（）基因，启动子区（P），操纵区（），操纵区（O） 3个结构基因：个结构基因： Z编码-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖；Y编 码-半乳糖苷透过酶：使外界的-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细 胞壁和原生质膜进入细胞内。A编码-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A 上的乙酰基转到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。 二、酶的诱导二、酶的诱导lac体系受调控的证据体系受调控的证据 安慰诱导物： 如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被 称为安慰诱导物，如IPTG（异丙基- D-硫代半乳糖苷）。 同位素示踪实验： CH2OH CH3 H

15、O O SCCH3 H CH3 OH H H H H OH 图 16-6 异丙基-硫代半乳糖苷的分子结构 三、乳糖操纵子调控模型三、乳糖操纵子调控模型 主要内容：主要内容： Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的mRNA 分子所编码分子所编码 这个这个mRNA分子的启动子紧接着分子的启动子紧接着O区，而位于区，而位于I与与O之之 间的启动子区（间的启动子区（P），不能单独起动合成），不能单独起动合成-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 和透过酶的生理过程。和透过酶的生理过程。 操纵基因（操纵基因（O）是）是DNA上的一小段序列（仅为上的一小段序列（仅为26bp），是），是 阻遏物

16、的结合位点。阻遏物的结合位点。 操纵位点的回文序列操纵位点的回文序列 当阻遏物与操纵基因结合时，当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转录起的转录起 始受到抑制。始受到抑制。 诱导物通过与阻遏物结诱导物通过与阻遏物结 合，改变它的三维构象，合，改变它的三维构象， 使之不能与操纵基因结使之不能与操纵基因结 合，操纵基因区没有被合，操纵基因区没有被 阻遏物占据，所以启动阻遏物占据，所以启动 子能够顺利起始子能够顺利起始mRNA 的合成。的合成。 组成型突变： lacOc 组成型突变： lacI- 不可诱导突变（超阻遏）： 显性作用显性作用 四、影响因子 1、lac操纵子的本底水平表达 有两个

17、矛盾是操纵子理论所不能解释的：有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的：诱导物需要穿过细胞膜才能与 阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，后者的合成又需要诱导。真 正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在-半乳糖甘酶的催化下由乳 糖形成的，因此，需要有-半乳糖甘酶的预先存在。 解释：解释：一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？一些透过酶可以在没 有诱导物的情况下合成？ 本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的lac mRNA合成。 这一模型解释了这一模型解释了lac体系及其它负控诱导系统，但并不完善，同样存在着正调控体系及其它负控诱导系统，但并不完善，同样存在着正调控 本底水平的永久型合成本底水平的

18、永久型合成(background level constitutive synthesis) 非诱导状态下有少量的lac mRNA全成（大约每 世代1-5个mRNA分子） 由于阻遏物的结合并不是紧密的，即合它与操纵基 因紧密结合时，也会偶尔掉下来，这时启动子的障 碍被解除，RNA聚合酶开始转录。1-2次/细胞周期 2 2、大肠杆菌对乳糖的反应、大肠杆菌对乳糖的反应 培养基：甘油培养基：甘油 按照按照lac操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的- 半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透过酶；半乳糖苷透过酶； 培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖 少量乳

19、糖少量乳糖 透过酶透过酶 进入细胞进入细胞 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 异构乳糖异构乳糖 诱导物诱导物 诱导诱导lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞 多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源） 异构乳糖异构乳糖 诱导物的加入和去除对诱导物的加入和去除对 lac mRNA的影响的影响 3、阻遏物、阻遏物lac I基因产物及功能基因产物及功能 Lac 操纵子阻遏物操纵子阻遏物mRNA是由弱启动子控制下组成型合成是由弱启动子控制下组成型合成 的，每个细胞中有的，每个细胞中有5-10个阻遏物分子。个阻遏物分子。 当当I基因由弱启动子突变

20、成强启动子，细胞内就不可能产生基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可能产生 足够的诱导物来克服阻遏状态，整个足够的诱导物来克服阻遏状态，整个lac操纵子在这些突变操纵子在这些突变 体中就不可诱导。体中就不可诱导。 4、葡萄糖对、葡萄糖对lac操纵子的影响操纵子的影响 如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中， laclac 操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；操纵子处于阻遏状态，不能被诱导； 一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导laclac操纵操纵 子表达分解乳糖所需的三种酶。子表达分解乳糖所需的三种酶。 代谢物阻遏效应代谢物阻遏效应 5

21、、cAMP与代谢物激活蛋白与代谢物激活蛋白 代谢物激活蛋白（代谢物激活蛋白（CAP）/环腺苷酸受体蛋白（环腺苷酸受体蛋白（CRP） ATP 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 cAMP（环腺苷酸）（环腺苷酸） 大肠杆菌中：无葡萄糖，大肠杆菌中：无葡萄糖，cAMP浓度高；浓度高； 有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低浓度低 ？位于葡糖-6-磷酸与甘油之间的某些代谢产物 是腺苷酸环化酶活性的抑制剂 ZYAOP DNA 调控区调控区 CAP结合位点结合位点 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 结构基因结构基因 Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 Y： 透酶透酶 A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶 cAMPCAP复合物复合

22、物 + + + + + + + + 转录转录 无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时 促进转录促进转录 有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时 不促进转录不促进转录 ZYAOP DNA CAP CAP CAPCAP CAP CAP CAPCAP的正调控的正调控 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用 如无如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子 仍无转录活性。仍无转录活性。 cAMPCAP复合物与启动子区的结合是转复合物与启动子区的结合是转 录起始所必需的。录起始所必需的。 协调调节协调调节（cAMP-CRPcAM

23、P-CRP与阻遏体系相互独立）与阻遏体系相互独立） 葡萄糖对葡萄糖对 lac 操纵子的操纵子的 阻遏作用称分解代谢阻阻遏作用称分解代谢阻 遏遏(catabolic repression) 单纯乳糖存在时，细 菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/ 乳糖共同存在时，细 菌首先利用葡萄糖。 The Lac Operon: When Glucose Is Present But Not Lactose RepressorPromoterLacYLacALacZ Operator CAP Binding RNA Pol. Repressor Repressor Repressor mRNA Hey

24、man, Im constitutive Come on, let me through No way Jose! CAPCAP The Lac Operon: When Lactose Is Present But Not Glucose RepressorPromoterLacYLacALacZ Operator CAP Binding Repressor Repressor mRNA Hey man, Im constitutive CAP cAMP Lac Repressor Repressor X This lactose has bent me out of shape CAP c

25、AMP CAP cAMP Bind to me Polymerase RNA Pol. RNA Pol. Yipee! The Lac Operon: When Neither Lactose Nor Glucose Is Present RepressorPromoterLacYLacALacZ Operator CAP Binding CAP cAMP CAP cAMP CAP cAMP Bind to me Polymerase RNA Pol. Repressor Repressor mRNA Hey man, Im constitutive Repressor STOP Right

26、there Polymerase Alright, Im off to the races . . . Come on, let me through! 五、五、Lac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题 1、A基因及其生理功能 半乳糖苷分子 （IPTG） -半乳糖苷酶分解产物 （体内积累） -半乳糖苷乙酰基 转移酶 半乳糖苷分子 （IPTG） 乙酰基 2、lac基因产物数量上的比较 -半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶=1：0.5：0.2 翻译水平上受到调节： （1）lac mRNA可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终止蛋 白质链的翻译； （2）在 lac mRNA分子内部，A基因比Z基因更

27、容易受内切酶作 用发生降解。 3、操纵子的融合与基因工程 P OZYA tsx POpur结构基因 缺失 lac operon pur operon 第四节第四节 色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trp operon） 内容提要：内容提要： 色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子的色氨酸操纵子的阻遏系统 色氨酸操纵子的弱化机制 一、色氨酸操纵子的结构一、色氨酸操纵子的结构 二、二、trp trp 操纵子的阻遏系统操纵子的阻遏系统 调控基因调控基因 结构基因结构基因 催化分枝酸转变为色氨酸的酶催化分枝酸转变为色氨酸的酶 trpR trp 负控阻遏系统负控阻遏系统 参与生物合成，不受葡萄糖

28、或参与生物合成，不受葡萄糖或cAMP-CRP的调控的调控 特点: (1) trpR和trpABCDE不连锁； (2) 操纵基因在启动子内 (3) 有衰减子(attenuator)/弱化子 (4) 启动子和结构基因不直接相连，二者被 前导序列(Leader)所隔开 三、三、trp trp 操纵子的弱化机制操纵子的弱化机制 衰减子（attenuator）/弱化子 前导序列（leader sequence） 色氨酸浓度高低，操纵子的表达水平相差600倍， 然而阻遏作用仅使转录水平降低70倍。 弱化作用弱化作用(attenuation) 阻遏操纵机制：粗调开关，控制转录的启动。 弱化机制：细调控，决定

29、已启动的转录是否继续 转录到达第一个结构基因之前的过早终止，取决于色氨酸的浓度 1 1、弱化子：、弱化子： DNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列 （123-150区）。 123150 研究引起终止的研究引起终止的mRNA碱基序列碱基序列，发现该区发现该区mRNA通过自我通过自我 配对可以形成配对可以形成茎茎-环环结构，有典型的结构，有典型的终止子终止子特点。特点。 2、前导序列：在、前导序列：在trp mRNA5端端trpE基因的起始密码基因的起始密码 前一个长前一个长162bp的的mRNA片段。片段。 转录弱化机制： 组氨酸操纵子7个组氨酸 苯丙氨酸操纵子7个苯丙氨酸 trp操纵子含有

30、5个结构基因和1个控制区。控制区由启动 子、操纵基因、前导顺序和衰减子构成。 前导区编码14个氨基酸，其中有2个是色氨酸。 3、弱化机制、弱化机制 前导肽前导肽 转录终止结构转录终止结构 细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只 能使能使转录不起始转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作，对于已经起始的转录，只能通过弱化作 用使之中途停下来。用使之中途停下来。 阻遏作用的信号是阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少；细胞内色氨酸的多少； 弱化作用的信号则是弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的细胞内载有色氨酸的tRNA的多少的多少。

31、它通过它通过前导肽的翻译前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这来控制转录的进行，在细菌细胞内这 两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。 大量色氨酸存在下，阻止大量色氨酸存在下，阻止mRNA的合成，更为经济的合成，更为经济 组氨酸操纵子组氨酸操纵子 ？仅有弱化机制？仅有弱化机制 第五节第五节 其他操纵子其他操纵子 一、半乳糖操纵子(galactose operon) 异构酶异构酶(galE) 乳糖乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galT) 半乳糖激酶半乳糖激酶(galk)。 半乳糖半乳糖葡糖葡糖-1-磷酸磷酸 gal

32、操纵子的特点：操纵子的特点： 它有两个启动子，其它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；可从两个不同的起始点开始转录； 它有两个它有两个O区，一个在区，一个在P区上游，另一个在结构基因区上游，另一个在结构基因galE内部。内部。 同时，受葡萄糖及 cAMP-CRP的调控 满足高水平的本底表达的需要 二、阿拉伯糖操纵子（二、阿拉伯糖操纵子（arabinose operon) araB基因、araA基因和araD, 形成一个基因簇， 简写为araBAD 编码阿拉伯糖降解的酶 araBaraB 核酮糖激酶；araAaraA L-阿拉伯糖异构酶；araDaraDL-核 酮糖5磷酸4差向

33、异构酶 ABD 葡萄糖存在时不转录 阿拉伯糖作为诱导物 ara操纵子的调控有两个特点： 第一，araC表达受到AraC的自身调控。 第二，AraC既是ara操纵子的正调节蛋白（需cAMP-CRP的共 同参与，起始转录），又是其负调节蛋白。 这种双重功能是通过AraC蛋白的两种异构体来实现的（Pi和Pr)。 三个基因的表达受到ara操纵子中araC基因产物 araC蛋白的调控。 三、阻遏蛋白三、阻遏蛋白LexALexA的降解与细菌中的的降解与细菌中的SOSSOS应答应答 LexA阻遏物：是SOS DNA修复系统所有基因的阻遏物 RecA蛋白：是SOS反应的最初的发动因子。 SOS反应的机理：由

34、RecA 蛋白和 LexA 阻遏物相互作用引起的。 在单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活，表现出水解酶活 性，分解LexA阻遏物。 当RecA水解LexA阻遏物后，导致SOS体系（包括recA基因）高 效表达，DNA得到修复 DNA遭到破坏时，启动SOS诱导型DNA修复系统 二组分调控系统二组分调控系统 多启动子调控的操纵子多启动子调控的操纵子 ppGpp rRNA操纵子核糖体蛋白SI操纵子 RNA聚合酶聚合酶 DnaQ 蛋白操纵子 转录水平上的其它调控方式转录水平上的其它调控方式 因子的调节作用 因子交互作用成网络状，本身的活性受蛋 白水解酶的调控，也能被同源的抗因子失 活。 组蛋

35、白类似蛋白的调节作用 Histone-like protein 两个结构域 转录调控因子的作用 序列特异性的DNA结合蛋白，作用各异 抗终止因子的调节作用 SpoII AA 抗抗因子 F因子 SpoII AB 抗因子 F因子 一、mRNA自身结构元件对翻译起始的调控 RBS（核糖体结合位点）：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。 SD- 4-10（9）-AUG mRNA的二级结构：SD序列的微小变化 第六节第六节 转录后水平上的调控转录后水平上的调控 + 5 3 mRNA 二级结构对翻译的调节二级结构对翻译

36、的调节 RNA virus R17 A-p : C-p = 1 : 180 A Rep C AUG of A-p gene hide in D.S. region gene exposed on S.S.region AUG of C-p 通过对翻译起点的控制，调节蛋白质的合成量及比例通过对翻译起点的控制，调节蛋白质的合成量及比例 A（attachment）蛋白基因编码附着蛋白（含393氨 基酸，分子量为44KDa）；Rep（replicase）基因 编码复制酶（含544氨基酸，分子量为61KKDa） 5( - RNA) 5 3 5 A C-p be translated first Rep-

37、p be translated and binding on itself AUG. (replication enzyme) C-p translation continue Rep-p binding on 3 of +RNA synthesis RNA chain of R17 (180) (1) A-p be translated by new +RNA But as template only for very short time . New + RNA form A “flower” of second structure And AUG of A-p gene clossed

38、3 (-) 5 5(+) 3 (-) 5 A 5(+) 二二. mRNA稳定性对转录水平的影响稳定性对转录水平的影响 核酸酶核酸酶，清除无用的mRNA 可降解的可能性取决于二级结构 大肠杆菌，CsrAB调节系统 ？ 三三. 调节蛋白的调控作用调节蛋白的调控作用 有些mRNA结合蛋白可激活靶基因的翻译 mRNA特异性抑制蛋白则通过与核糖体竞争结合mRNA分 子来抑制翻译的起始 mRNA 核糖体结 合位点 rRNA 核糖体结 合位点 蛋白质合成的自体调控蛋白质合成的自体调控 -蛋白质与自身蛋白质与自身mRNA结合结合 核糖体蛋白质合成的自体调控核糖体蛋白质合成的自体调控 E.coli 组成组成核糖

39、体核糖体的蛋白的蛋白50种以上种以上 一个核糖体内（除一个核糖体内（除L7/L12具有具有4个分子外）个分子外） 其他蛋白均仅为其他蛋白均仅为1个分子个分子 一个细胞内一个细胞内EF-Tu因子的分子数是核糖体数的因子的分子数是核糖体数的10倍倍 RNApol. 各亚基数较核糖体数少各亚基数较核糖体数少 核糖体蛋白的合成与核糖体蛋白的合成与rRNA合成严格协调合成严格协调 多见于多见于 rRNA不足不足 时，核糖体时，核糖体 蛋白与自身蛋白与自身 mRNA结合结合 （其（其mRNA 二级结构与二级结构与 rRNA极为极为 相似）相似） 协调机制协调机制 不同的核糖体蛋白基因组装并分布在不同的不同

40、的核糖体蛋白基因组装并分布在不同的operon中中 每个每个operon内都有一个核糖体蛋白作为自身内都有一个核糖体蛋白作为自身operon的的调节蛋白调节蛋白 在在operon的的mRNA上具有与上具有与调节蛋白调节蛋白结合的结合的位点位点（靠近或包含靠近或包含S.D. Seq ） 该该位点位点与在组装核糖体时与在组装核糖体时 核糖体蛋白与核糖体蛋白与 rRNA结合的结合的位点高度同源，位点高度同源， 并具有相似的二级结构并具有相似的二级结构 调节蛋白调节蛋白与与rRNA的结合力高于与自身的结合力高于与自身mRNA的结合力的结合力 operon 中有些基因中有些基因 受该系统的调节受该系统的

41、调节 有些基因具有各异的调控蛋白质结合位点，受另外体系控制有些基因具有各异的调控蛋白质结合位点，受另外体系控制 operon gene & regulator str S12, S7, EF-G, EF-Tu spc L14, L24, L5, S14, S8, l6, L18, S5, L15, L30 s10 S10, L3, L2, L4, L23, S19, L22, S3, S17, L16, L29 S13, S11, S4, , l17 L11 L11, L1 核糖体蛋白质合成的自体调控核糖体蛋白质合成的自体调控 23srDNA GAGGA L11 L1 L11 operon GAGGA mRNA 当当rRN