高等教育]分子遗传学 16原核调控Bppt课件

1、第三节第三节 转录的终止调控转录的终止调控一一 衰减作用衰减作用1978年年 yanofsky发现发现前导序列前导序列leader sequence衰减子衰减子attenuator 邻氨基苯 吲哚甘油 色氨酸合成酶 甲酸合成酶 硼酸合成酶 TrpE terpD trpC trpB trpA t t 启动子 操纵基因 前导顺序 衰减子 pppN26AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAN43A UUUUUUUU 富含 G-C 的发 G C Leader peptide 夹结构 / 富含 C G U 的单链末端 C G Aaaaaa C G Met

2、 Lys Aly Ile Phe Val Leu Lys Gly Trp Trp Arg Thr Ser A G C C G A C G U U A A 图 16-28 trp 操纵子含有 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。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .12.38) 第四节第四节 RNA聚合酶转录起始聚合酶转录起始 一、亚基的交换枯草杆菌B.subtilis中因子用于转录起始的调理大部分因子转换的例子都发生在孢子构成sporulation中 孢子构成分为三个阶段 1DNA

3、复制； 2在细胞的一端基因组被分别； 3分别的基因组外包上一层子外壳。因子的改换用于噬菌体时序调理 Period Changes in RNA polymerase Reaction Early phage genes Early have promoters that are recognized by bacterial holoenzyme Early genes 28 condes for a new sigma factor that displaces bacterial sigma factor Middle gp28-core enzyme complex transcribe

4、s phage middle genes Middle genes 33and 34 Lete code for proteins that replace gp28 gp33-gp34-code enzyme late transcribes phage genes 图 16-32 SPO1 噬菌体的转录由各种 sigma 因子来控制 阶段 细菌的状况0 营养期细菌 DNA 复制 隔膜形成 孢子内陷 孢子外壳形成 母细胞裂解 孢子释放 图 16-33 细菌孢子的形成和释放 (仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .11.23) 前孢子 母细胞 43 H 磷酸化激活了 全酶含有4

5、3 F和proE 和H 的合成 F pro-E F 取代了核 心酶上的43 F-核心酶复合 E被活化并取 体转录孢子形成 代了43 的早期基因 G 早期基因产 产生了K基因 生了G E转录K基因 K G被活化并取代 K被激活并 了F 取代了E 活化的G负责 活化的K负责 转录晚期基因 转录晚期基因 图 16-34 孢子形成涉及到因子的改变，从尔控制 RNA Pol 起始转录的特异性 (仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .11.24)H43KKG F 对E的活性控制在前孢子中由早期基因产生G, G使RNA聚合酶在前孢子转录晚期孢子构成基因。另一个早期孢子构成基因产物担任和母细胞

6、中的成分联络,F激活SpoR, SpoR由前孢子分泌，然后它激活膜结合蛋白SpoGA， 活化的SpoGA在母细胞中剪切失活的前体物Pro- E使其成为活化因子E。二二因子的替代可以控制起始因子的替代可以控制起始在E.coli，不同类型的启动子需求不同类型的因子热休克基因heat shock genes表 16-4 E.coli因子识别不同保守序列的启动子基因分子量功能-35 序列间隔(bp)-10 序列rpoD70KD普遍TTGACA1618TATAATrpoH32KD热休克CCCTTGAA1315CCCGATNTrpoE24KD热休克？rpoN54KD氮饥饿CTGGNA6TTGCAfliA2

7、8KD产生鞭毛CTAAA15GCCGATAA三、修饰中心酶、交换三、修饰中心酶、交换亚基亚基T4噬菌体的时序调理依赖本身携带的蛋白对宿主的中心酶加以修饰,改动其和亚基的结合才干,乘机将本身编码的蛋白取代原来的亚基,从而改动RNA聚合酶的识别才干。内部蛋白ADP-核糖转移酶ADPRT蛋白Mot取代原来的亚基超修饰hupermodified ADPR ADPR 图 16-37 T4 的 ADPRT 修饰 E.coli 的 RNA 聚合酶 (仿 D.Freifeilder:Molecular Biology1983,Fig.15.16) 四、四、RNARNA聚合酶的代换聚合酶的代换T7噬菌体的时序调

8、控根据本身的感染特点采用了RNA聚合酶的代换来进展。 表 16-5 T7 噬菌体的转录的时序调节 转录阶段 时间 聚合酶 转录组别 主要基因及功能 0.3:抑制宿主限制酶 早期转录 前 6 分钟 E.coli RNA Pol 转录物 10 个 0.7基因：磷酸化E.coliRNAPol 1：T7 RNA Pol,单链肽 晚期转录 616 分钟 T7 RNA Pol 转录物 14 个，2：抑制宿主 RNAPol；合成复制酶系 结构蛋白的基因 12 分钟后 T7 RNA Pol 转录物 15 个：编码与噬菌体粒子结构与装配有关的基因 10 +1(RNA 起始点) 保守顺序 T A A T A C

9、G A C T C A C T A T A G G G A G A 组启动子 1.1AA A C G C C A A A T C A A T A C G A C T C A C T A T A G A G G G AC A 1.1BT T C T T C C G G T T A A T A C G A C T C A C T A C A G G A G A AC C 1.3G G A C T G G A A G T A A T A C G A C T C A G T A T A G G G A C AA T 1.5A G T T A A C T G G T A A T A C G A C T

10、C A C T A A A G G A G G TA C 1.6T G G T C A C G C T T A A T A C G A C T C A C T A A A G G A G A CA C 2.5A G C A C C G A A G T A A T A C G A C T C A C T A T T A G G G A AG A 3.8C G T G G A T A A T T A A T T G A A C T C A C T A A A G G G A G AC C 4CC C G A C T G A G A C A A T C C G A C T C A C T A A A

11、 G A G A G AG A 4.3C G T C C C A T T C T A A T A C G A C T C A C T A A A G G A G A CA C 4.7T T C A T G A A T A C T A T T C G A C T C A C T A T A G G A G A TA T组启动子 6.5G T C C C T A A A TT A A T A C G A C T C A C T A T A G G G A G AT A 9G C C G G G A A T TT A A T A C G A C T C A C T A T A G G G A G A

12、C C 10A C T T C G A A A TT A A T A C G A C T C A C T A T A G G G A G AC C 17G C G T A G G A A AT A A T A C G A C T C A C T A T A G G G A G AG G复制启动子 OLT T G T C T T T A TT A A T A C A A C T C A C T A T A A G G A G AG A ORC A C G A T A A A TT A A T A C G A C T C A C T A T A G G G A G AG G 图 16-39 T7

13、RNA Pol 所识别的启动子核甘酸顺序 (引自 J.D.Watson et al:Molecular Biology of the Gene4ed.1987,Fig.17.11) 第五节 DNA重排对转录起始的调控沙门氏菌S.typhimrium的相转变phase variationMu噬菌体的G片断倒位 1 相 H1 鞭毛蛋白 不表达 H1 基因 H2 基因 rh1 阻遏物基因 2 相 H2 鞭毛蛋白 阻遏物 H1 基因被阻遏图 16-40 通过 H2 转录单位的活性来决定沙门氏细菌鞭毛的“相” 。 Pphase2 IRL P hin P IRR H2 Repressor IRR P hi

14、n P IRL H2 RepressorFig16- Control of alternate expression of Salmonella fragellar genes H1and H2 by an invertible DNA segment (a) 在 病 毒 颗 粒 中 的 噬 菌 体 DNA CAB U S gin 宿主 DNA G 片断 宿主 DNA (b) 原 噬 菌 体 DNA DR CAB U S gin DR 宿主 DNA G 片断 宿主 DNA 图 16-42 Mu 原噬菌体和游离噬菌体的结构 可倒位的 G 片 S U gin mom E.coli DNAG+方向

15、U S晚期基因 具有活性尾丝的 Right end of Mu转录方向 基因编码顺序 S U gin mom E.coli DNAG方向 U S 3kb图 17-43 Mu 噬菌体的 G 片断倒位能产生 4 种不的尾丝蛋(参考 J.D.Watson et al:Molecular Biology of the Gene4ed.1987,Fig.17.27) 第六节 翻译的调控一.翻译起始的调控(一)重叠核苷酸与翻译调控 色氨酸支配子 TrpE-Thr-Phe-终止密码子 ACU UUC UGAUG GCU Met-Ala-TrpDTrpB -Glu- Ile-终止 GAA AUC UGAUG

16、GAA Met-Glu-TrpA.在E.coli的gal支配子中E.T.K三个基因，T与K以另一种方式重叠来到达协调一致： GalT-Gly-Val-终止密码子GGA GTG TAA GAA ATG AGT S-D Met-Glu-Gal K ( (二二) ) 翻译程度的自我调控翻译程度的自我调控 表 16-6 结合 mRNA 起始区的蛋白可以阻遏翻译阻遏物靶基因作用位点包含R17 外壳蛋白R17 复制酶包含核糖体结合位点的发夹回T4 RegAT4 早期 mRNA含有起始密码子的各种序列T4 DNA 聚合酶T4 DNA 聚合酶S-D 序列T4 p32基因32单链 5前导序列B.Lewin:GE

17、NES。1977， Table 12.2 rRNA r-proteinFig 16- translation of the r-protein operons is autogenously Controlled and responds to the level of rRNAWhen ribosomeal RNA isavailable, the r-proteinassociate with itThere are no freer-protein,And translation ofr-protein mRNA continuesWhen no ribosomeal RNAis ava

18、ilable, the r-proteinaccumulateOne of the r-protein bindsto the mRNA and preventstranslation 操纵子 基 因 和 蛋 白 调节 str rpsL rpsG fusA tufA S7 S12 S7 EF-G EF-Tu Spc rplN rplX rplE rpsN rpsH rplF rplR rpsE rplD rpmO secY-X S8 L14 L24 L5 S14 S8 L6 L18 S5 L30 L15 Y X S10 rpsl rplC rplB rplD rplW rplS rplV rp

19、sC rpsQ rplP rpmC L4S10 L3 L2 L4 L23 S19 L 22 S3 S17 L16 L29 rpsM rpsK rpsD rpoA rplQ S4 S13 S11 S4 L17 L11 rplK rplA L1 L11 L1 Rif rplJ rplL rpoB rpoC L10 L10 L7 图 16-45 核糖体蛋白，蛋白合成因子及 RNA 聚合酶亚基的基因散布在几个自我调控的操纵子中 ， 这些蛋白中 大部分(灰色框)受调节蛋白的调控(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .12.32) 3 5 5 5 3 + - + + + - - 5 35

20、35 35 53 53 53 3 + - + - - - 53 35 35 5 Fig.16- Schematic model for the replication of RNA phage（Q,MS2,R17,f2）RNA directed by the phage replication(三)二级构造对翻译起始的调控E.coli的RNA噬菌体MS2,R17,f2和Q都非常小直径约为250,是最简单的病毒。基因组长36004200nt，只含4个基因：A、cp、Rep和Lys。CP(coat protein)含129aa,MW为13.7KDa。Aatachment编码附着蛋白含393氨aa，

21、MW为44KDa；Repreplicase编码复制酶含544aa，MW为61KKDa；lyslysis白基因编码裂解蛋白,和cp，Rep基因重叠，该蛋白含75aa。 CP Rep A 5 3 开放的 A 位点 5 3 A Replicase 5 CP Rep 5 3 图 16- R17 噬菌体利用二级结构对翻译进行调控 在三个位点中仅CP 是开放的，CP翻译时使下游的Rep 打开，才能得以翻译当以()链为模板复制时,A 位点瞬时开放，可翻译一个分子CP 蛋白也可结合于 Rep 位点，使细胞中 CP 含量比Rep 多 ( (四四) ) 反义反义RNARNA的调控的调控1884年Mizuno,T.

22、等发现干扰mRNA的互补RNAmic-RNA, mRNA-interfering complementary RNA antisenseRNA的作用能够有两种机制。(1) 和靶核苷酸序列构成双链区，直接 妨碍其翻译的起始。(2) 在靶分子的部分区域构成双链区， 改动其构象，直接影响其功能。 EnvZ(感受器) 细胞膜 OmpC 活化 (高压) OmpROmpR(正调控因子) micF 10 35 10 35 OmpC MicF OmpF 174b RNA mRNA interfering complementary RNA (底压时) OmpF 图 16- 在 E.coli 中通过反义 RNA

23、 来调控膜蛋白的合成 二.翻译的延伸调控( (一一) ) 稀有密码子的调控稀有密码子的调控 表 16-7 在不同产物中 Ile 密码子使用频率不同密码子在25种非调控蛋白中(%)在引物酶中(%)在因子中(%)AUU373626AUC623274AUA1320 O rpsU dnaG rpoD 核糖体小亚基 引物酶 50 RNA 聚合酶的 上 S21 蛋白 4 拷贝/细胞 亚基 2800 拷 万分子/细胞 贝/细胞 图 1756 rpsU 操纵子中 3 个基产物的拷贝数完全不同 在25种非调控蛋白中： AUU 37% Ile AUC6 2% AUA 1%在dnaG中22个Ile codons A

24、UU 36 Ile AUC 32 AUA 32%二二级构造对翻译延伸的二二级构造对翻译延伸的调控调控 1. Off confomation (no erythromycin present) Initiation sequence of methylase gene G A G 1 2 3 4 mRNA Methylase gene coding region 2.On conformation (erythromycin present) 2 3 GAG 4 Fig. Control of erythromycin methylase gene expression by a leader peptide and by alternate RNA structures that determine whether ribosome can initiate translation of its gene. Ribosome translating leader to proceeds tothe end of the leader and releases the RNA,allowing the 1,2 hairpin to form; this allowsthe 3,4 hairpin to form, blocking access