原核生物基因表达调控(2)

1、关于原核生物基因表达的调控 (2)第一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月一、基因表达的概念基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。* 基因表达(gene expression)基因表达是受调控的第一节 表达调控概述第二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月二、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。第三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月

2、（二）空间特异性基因表达伴随空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，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。第四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月三、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性表达某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(housekeeping gene)。第五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月无论表达水平高

3、低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutive gene expression)。第六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（二）诱导和阻遏表达在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。第七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月

4、四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化第八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转录起始 转录后加工mRNA降解蛋白质降解等蛋白质翻译翻译后加工修饰转录起始第九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（二）基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。1. 特异DNA序列和调节蛋白质第十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月原核生物 蛋白质因子 操纵子(operon) 机制特异DNA序列编码序列 启

5、动序列 操纵序列 其他调节序列(promoter)(operator)第十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。1) 启动序列RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列第十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月共有序列(consensus sequence) 决定启动序列的转录活性大

6、小。某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。第十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月2 操纵序列 阻遏蛋白(repressor)的结合位点当操纵序列结合阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。启动序列编码序列操纵序列pol阻遏蛋白第十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3) 其他调节序列、调节蛋白例如激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合

7、启动序列。第十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月真核生物1) 顺式作用元件(cis-acting element)可影响自身基因表达活性的DNA序列BADNA编码序列转录起始点不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列 ，如TATA盒、CAAT盒等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。 第十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月2) 真核基因的调节蛋白还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的表达，称顺式作用。由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。 反式作用因子(trans-act

8、ing factor) 这种调节作用称为反式作用。 第十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月cDNAaDNA反式调节C顺式调节 mRNA C蛋白质CBA mRNA蛋白质AA第十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)。2. DNA - 蛋白质蛋白质-蛋白质的相互作用第十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3. RNA聚合酶 原核启动序列

9、/真核启动子与RNA聚合酶活性 RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。 调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。第二十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月(三）正调控系统和负调控系统1 负调控系统：在没有调节蛋白质存在时基因表达，加入调节蛋白后基因表达活性被关闭。阻遏蛋白：负调控系统中的调节蛋白。2 正调控系统：没有调节蛋白质存在时基因关闭，加入这种调节蛋白质后基因活性被开启。诱导蛋白：正调控系统中的调节蛋白。第二十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月诱导(induction)阻遏(

10、repression)诱导物(inductor)阻遏物(repressor)辅阻遏物(corepressor) 使阻遏蛋白具有活性或使活性蛋白失去活性的物质称。第二十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Add signal mol. Operon offrepressor 辅阻遏物Add signal mol. Operon onInducer 诱导物(inducible operon)(repressible operon)第二十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月操纵子调控系统的基本类型可诱导负控制系统可诱导正控制系统可阻遏负控制系统可阻遏正控制系统第二十四张，PPT共

11、一百零九页，创作于2022年6月阻遏蛋白第二十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月主要环节在转录起始因子决定RNA聚合酶识别特异性操纵子模型的普遍性阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性操纵子（operon）： 原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基 因表达的协同单位（DNA序列） 一个操纵子 =编码序列（2-6）+启动序列+操纵序列+(其他调节序列)第二节 原核基因调节特点第二十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月(一)乳糖操纵子的发现：酶的诱导葡萄糖充分时： 葡萄糖代谢有关的酶基因-表达 其他糖代谢有关的酶基因-关闭葡萄糖耗尽时,乳糖存在 乳糖代谢有关的酶基因 -

12、表达 葡萄糖代谢有关的酶基因-关闭一、乳糖操纵子(lactose operon)第二十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月乳糖确实可诱导Lac mRNA的合成第二十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月安慰诱导物（gratuitous inducer）第二十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月结构基因顺序 J.Lederberg 1948 不同Lac-突变型 lacZ+Y+A+/ lacZ-Y+A+ 细菌结合转移和转导试验 证明三基因紧密连锁第三十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Mutations in protein-coding gene seque

13、nces mapped gene locations: lacZ (-galactosidase) knock-out mutants inhibit function of lactose permease (lacY) and transacetylase (lacA). lacY (lactose permease) knock-mutants inhibit function of transacetylase (lacA), but do not affect -galactosidase (lacZ). lacA (transacetylase) knock-out mutants

14、 do not affect -galactosidase (lacZ) or lactose permease (lacY). Conclusion: 3 lac operon genes are linked in the following order: lacZ codes -galactosidase lacY codes lactose permease lacA codes transacetylase 第三十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第三十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月IPOZYa调控基因 控制位点 结构基因DNA阻遏蛋白启动序列cAMP-C

15、AP结合位点操纵序列半乳糖苷酶通透酶乙酰基转移酶(二)乳糖操纵子（lactose opron） 结构RNA聚合酶结合位点（6759）（728）第三十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 General organization of the lac operon of wild-type E. coli.Order of controlling elements and genes:lacI:promoter-lacI-terminatoroperon: promoter-operator-lacZ-lacY-lacA-terminator第三十四张，PPT共一百零九页，创作于202

16、2年6月-54 -58 -65 -69-47 -8-3 +21AUG：+39 +41-47 -84第三十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Promotor: -84-+ 1Operator: -7-+28两者有7bp重叠，使这段序列可能无法同时结合RNA聚合酶和阻遏蛋白，也可能虽然可以同时结合，但无法形成开放的转录起始复合物第三十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（三）Lac阻遏物的作用-负调控第三十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因（三） Lac阻遏物的作用-负调控第三十八张，PPT共一百零九页

17、，创作于2022年6月第三十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖别乳糖-半乳糖苷酶第四十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月诱导模式平衡模型（间接作用）：DNA结合的阻遏蛋白和游离的阻遏蛋白迅速平衡，加入诱导物后，诱导物结合到游离的阻遏蛋白上，打破了平衡，从而导致结合的阻遏蛋白释放第四十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月解离模型（直接作用）：阻遏蛋白从操纵基因上解离下来的速率非常低（在缺乏诱导物时检测的结果）以至不能和平衡模型相吻合。这就意味着诱导物必须在直接和结合在操纵基因上的阻遏蛋白相互作

18、用。可能通过改变其构象使其离开操纵基因。第四十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月I基因产物及其功能1967年 W.Gilbert 和B.Miller Hill lac I+ 或lac I- E.coli细胞提取物分别与放 射性标记的IPTG混合，发现lac I+ E.coli细胞 提取物中有某种蛋白质可以与IPTG结合，且每 个蛋白分子可以与4个IPTG分子结合，而lac I- E.coli细胞提取物中没有这种蛋白质与IPTG结 合，说明与IPTG结合的蛋白是I基因的产物第四十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 lac I+ 的离体反应液（35S标记的I基因的产物）与不

19、同的DNA分子相互作用，发现I基因的产物不与失去lac操纵子全部基因的DNA分子结合 在有IPTG时不与lac操纵子基因结合 不与lacOC突变体的DNA分子结合 说明 I基因的产物有两个结合位点 第四十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Lac阻遏物结构特点调控机制 （负调控）由基因I编码生成的蛋白质具有四级结构的蛋白质具有4个相同亚基，每个亚基中都有一与诱导剂和O基因结合的位点Lac阻遏物与O基因结合： 结构基因关闭Lac阻遏物与诱导剂结合： 不与O基因结合，结构基因开放 RNA聚合酶结合，转录开始Lac阻遏物第四十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月说明： I+合成特

20、异的阻遏物，无诱导物时可阻止Z基 因表达，诱导物可作为阻遏物的拮抗物，使阻 遏物失活 I-产生无活性阻遏物，因而无需诱导物Z基因 就可表达 I+ 对I-显性 第四十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月操纵基因的结构-7-+28，以+11为对称轴典型特征具有反向重复序列相互作用位点可以缩小在+5-+17第四十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月操纵子突变（1） Oc 操纵基因的组成型突变(顺式显性) 顺式显性突变（cis-dominance）：操纵基因只控制临近基因，对其他等位基因无作用，或者显性效应只对处于同一染色体上它所调控的结构基因才起作用的现象。 （2）lacIS 阻

21、遏蛋白不可诱导性突变，阻遏蛋白失去诱导物结合位点；超阻遏突变体。（3）lacI- 阻遏蛋白不能形成寡聚物（4）lacI-d 阻遏蛋白不能和DNA结合，且呈负互补(反式显性) 等位基因间的互补（interallelic complementation）。 负的互补（negative complementation）：lacI-d的产物和lacI+的产物组成多聚体时，阻遏蛋白无活性。也称为反式显性（trans-dominant）。第四十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 O+Z+ - OcZ+ - OcZ+/O+Z+ OcZ/OZ+ OcZ+/OZ - 基 因 型永久表达诱导表达O基因

22、组成型突变说明： Oc对O+显性，但只对其临近的基因才有作用，顺式显性 第四十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月两个矛盾第一个诱导物如何进入细胞？第一个-半乳糖苷酶如何产生？解释： 本底水平表达第五十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（四）CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中 的作用-乳糖操纵子的正调控1965年， Sutherland 发现 大肠杆菌培养液中葡萄糖的含量总是与cAMP 含量成反比1968年，发现 大肠杆菌培养液中加入cAMP可增加半乳糖苷 酶的产量第五十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Adenylate cyclase converts

23、 ATP into cAMP.Phosphodiesterase converts cAMP to AMP.Glucose catabolite may inhibit adenylate cyclase and stimulate Phosphodiesterase 第五十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 cAMP的作用： 刺激多种可诱导的操纵子。 cAMP和CAP结合后发挥作用。 CAP（分解物基因激活物蛋白） 有二个相同亚基的蛋白质 一个与DNA结合的domain 一个与cAMP结合的domain CAP和cAMP结合后,刺激操纵子,导致结构基因转录(正调控)第五十三张，P

24、PT共一百零九页，创作于2022年6月 葡萄糖 cAMP Lac操纵子被抑制 + + + + 转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第五十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 原核生物基因表达的一般情况 （乳糖操纵子）基因表达的外界信号基因表达的负调控基因表达的正调控正、负调控协同表达葡萄糖、乳糖浓度的变化Lac阻遏物与操纵基因cAMP+CAP与相应的DNA序列当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；如无CAP加强转录，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子 仍无转录活性。若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在

25、时，细菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。 lac操纵子的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖第五十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月mRNA无乳糖时有乳糖时 无葡萄糖 cAMP浓度高 有葡萄糖cAMP浓度低RNA-polOOOOlac操纵子基因表达既需要乳糖又需缺乏葡萄糖第五十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月二、色氨酸操纵子第五十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月1.General organization of the Trp operon of E. coli第五十八张，PPT

26、共一百零九页，创作于2022年6月 trpR(89)和trpABCDE(25)不紧密连锁； 操纵基因在启动子内 有衰减子(attenuator) 启动子和结构基因不直接相连，二者被前导顺序(Leader)所隔开 第五十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Trp 有Trp 无TrpmRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 高低?2.阻遏物对色氨酸操纵子的负调控色氨酸操纵子高Trp时：阻遏物蛋白+Trp 结合操纵基因 不转录低Trp时：阻遏物蛋白 不结合操纵基因 转录第六十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3.衰减作用对色氨酸操纵子的调控前导区的序列特

27、点转录衰减机制衰减机制的实验证据第六十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月弱化作用/衰减1978年 yanofsky发现。前导序列 trp L （leader sequence），162bp弱化子(attenuator) : 转录单位开始区的一种内部终止子序列。第六十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月前导区（Leader）：结构基因起始密码子前有162个碱 基，其中的139个碱基构成前导区前导肽（Leader peptide）：推测前导区mRNA可编码14 个氨基酸组成的多肽，其中第10和第11位均为色氨酸第六十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月有四个富含GC

28、的区段，相邻的区段之间可形成茎环结构弱化子（ attenuator ）： 一段位于结构基因上游前 导区具有终止子结构的短序列，通过前导序列转录 产生的 mRNA 形成类似于终止子的二级结构，达到转 录终止的目的。 第六十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第六十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月UUUUUUUU调节区 结构基因 trpROP前导序列 衰减子区域 UUUU前导mRNA1234衰减子结构 第10、11密码子为trp密码子 终止密码子 14aa前导肽编码区: 包含序列1 形成发夹结构能力强弱： 序列1/2序列2/3序列3/4 trp 密码子 UUUU第六十六张，

29、PPT共一百零九页，创作于2022年6月高浓度Trp低浓度Trp第六十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月高色氨酸第六十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第六十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月Low TrpHigh Trp第七十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月高Trp时： Trp-tRNATrp 存在 核糖体通过片段1(2个Trp密码子) 封闭片段2 片段3，4形成发夹结构 类似于不依赖因子的转录终止序列 RNA聚合酶停止转录,产生衰减子转录产物转录、翻译偶联,产生前导肽第七十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月低Trp时： Trp-t

30、RNATrp 没有供应 核糖体翻译停止在片段1 （2个Trp密码子） 片段2，3 形成发夹结构 转录不终止 RNA聚合酶继续转录第七十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月阻遏作用与弱化作用的协调 阻遏效率: 启动子的转录起始频率在R+和R-相差70倍 ;弱化作用: trp存在时，约有10的RNA pol侥幸转录; - trp 活性阻遏物 无活性阻遏物 +trptrp操纵子具有双重调节体系第七十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月为什么需要阻遏体系？ 当大量Trp 存在时，阻遏系统起作用。阻遏物与之结合，阻止先导mRNA合成。为什么需要弱化系统？ 当trp浓度低时，阻遏物从有

31、活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发trp 合成。因此需要一个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当的Trp水平。细菌演化出弱化系统的生物学意义通过tRNA荷载与否进行调控，更为灵敏；氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而tRNA 荷载为标准 进行调控更为恰当；两个调控系统，避免浪费提高效率； 阻遏系统 高水平trp时，不转录 低水平trp时，转录 弱化系统 细调原核生物细致的精细调控机制，增强原核生物对环境的适应性第七十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第七十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月当细胞内具有较高浓度的色氨酸时，色氨酸操纵元只能转录合成一段较短的前导转录本

32、，而结构基因不被转录，这是转录的弱化作用，是由前导序列中两个连续的色氨酸密码子介导的。如果色氨酸密码子UGG突变为终止密码子UAG，在色氨酸操存在或不存在两种情况下，将对色氨酸操纵元的调控机制产生怎样的影响，并加以解释。答：不管色氨酸存不存在，突变了的色氨酸操纵子都不会表现出衰减作用，结构基因在两种情况下都能被转录，参与色氨酸生物合成的酶系被合成。第七十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月三、其他操纵子半乳糖操纵子阿拉伯糖操纵子第七十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月1 半乳糖操纵子(galactose operon)1.1 结构基因：异构酶(UDP-galactose-

33、4epimerase, galE)，半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactose transferase, galT)半乳糖激酶(galactose kinase, galK)。 这3个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸。1.2 gal操纵子的特点：两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录gal操纵子无-35顺序两个O区，一个在P区上游-67-53，另一个在结构基因galE内部。-12- -6-17- -11第七十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 无葡萄糖时，从P1起始转录，RNA聚合酶与P1的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。 葡萄糖存在时，从P2起

34、始转录，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。-12- -6-17- -11第七十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月半乳糖操纵子：具有两个启动子，保证了：有其他碳源时的低水平表达（以维持半乳糖的生理需求）如无其他碳源时的高水平表达（不仅维持半乳糖的生理需求，还要利用半乳糖作为碳源）。第八十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月2.阿拉伯糖操纵子E.Coli的ara操纵子（arabinose operon）中的araB基因、araA基因和araD基因分别编码阿拉伯糖代谢需要的三种酶：核酮糖激酶（ribulose kinase），阿拉伯糖异构酶（arabinose

35、 isomerase）和核酮糖-5-磷酸差向异构酶（ribulose-5-phosphate eimerase）。三个基因的表达受到ara操纵子中第4个基因araC 产物转录因子AraC的调控。ara操纵子的调控有三个特点：第一，araC表达受到AraC的自动调控。第二，AraC即可充当阻遏物，也可作为激活剂。第三，AraC与CAP结合可充分诱导ara操纵子。第八十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月阿拉伯糖作为E.Coli的碳源，可以诱导ara操纵子的转录。当细胞中葡萄糖水平高（导致cAMP处于低浓度）和阿拉伯糖水平低时，AraC阻遏araB，araA，araD的转录，象（下图）所

36、表示的那样。然而当阿拉伯糖水平高，而葡萄糖水平低（cAMP高）时，CAP-cAMP复合物能够与ara操纵子中的CAP结合部位结合，使DNA突环打开。阿拉伯糖的作用象AraC的一个调控器，可将AraC由一个阻遏物转换为一个激活剂。阿拉伯糖与AraC结合似乎改变了AraC同源二聚体化特性和促进了AraC-CAP复合物的形成。在这样的条件下，AraC阿拉伯糖的作用象是一个转录激活剂，这正是CAP-cAMP诱导araB，araA，araD转录所需要的。第八十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月3.多启动子调控的操纵子 IrRNA操纵子大肠杆菌rRNA操纵子（rrnE）上有两个启动子，P1和P

37、2。P1是强启动子，营养充沛时，由P1起始的转录产物比由P2起始的转录产物高3-5倍。当营养匮乏时，P1的作用被抑制，但P2仍有功能。 第八十三张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第八十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月II. 核糖体蛋白SI操纵子核糖体蛋白SI操纵子（rpsA），它也受应急反应调节。RpsA有4个启动子，P1、P2是强启动子，平时主要依靠它们来启动基因的表达，合成SI蛋白。P3、P4是弱启动子，只有在紧急情况下，P1、P2启动子受ppGpp的抑制，由P3、P4起始合成的SI蛋白维持了生命的最低需要。 第八十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月II

38、I. Dna Q蛋白操纵子DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一，其主要功能是校正DNA复制中可能出现的错误。在RNA聚合酶活性较低时，操纵子的转录由弱启动子P2控制；而RNA聚合酶活性较高时，就开始利用强启动子P1。 第八十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月四、 RNA聚合酶转录起始对基因表达的调控枯草杆菌（B.subtilis）中因子的替换枯草杆菌中除55外，主要含有多种特性稍微不同的因子，分别识别不同的启动子早期第八十七张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（一）翻译起始的调控 SD序列与AUG的距离：4-10为佳，9最佳 五、 翻译调控第八十八张，PPT共一百零九页

39、，创作于2022年6月 mRNA二级结构对翻译起始的调控翻译一个顺反子需要二级结构的改变，而这种二级结构的改变又依赖于前一个顺反子的翻译。mRNA上有多个核糖体存在时，第一个顺反子的翻译会破坏mRNA原有的二级结构，使核糖体能够与下一个顺反子的翻译起始区域结合。第八十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月第九十张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月翻译阻遏对起始的调控Q噬菌体的复制酶可结合于SD顺序阻断核糖体在mRNA上的移动，抑制了翻译第九十一张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月自动调节r-蛋白在rRNA上的结合位点比在mRNA上的强。只要任何游离的rRNA是有效的，新

40、合成的r-蛋白将与之结合装配成核糖体。若无游离的r-蛋白结合于mRNA上，翻译将持续。当rRNA合成降低或停止，游离的r-蛋白就开始积聚。然后r-蛋白有效地结合到它们自己的mRMA上，阻遏进一步的翻译。通过rRNA水平的控制，细胞控制了各种核糖体成份的生产。 图 结合于rRNA的r-蛋白的自我调控 第九十二张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月翻译过程中的自我调控自体调控：一种蛋白质或者RNA调控自身的表达。通过阻抑蛋白结合到mRNA的靶区域上阻止核糖体识别区以达到阻遏的功能。特点：每个自体调控专一，调控蛋白只作用于负责指导自身合成的mRNA。阻抑蛋白对翻译起始的调控第九十三张，PPT共

41、一百零九页，创作于2022年6月重叠基因对翻译起始的调控第九十四张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月（二）翻译延长的调控 稀有密码子：在基因中利用频率很低的密码子第九十五张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月在不同产物中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蛋白质翻译一旦开始后，其速度即受对应于mRNA分子中所利用的各种tRNA的供应情况而决定。稀少tRNA分子所识别的密码子大都翻译得较慢，而被丰富的tRNA识别的密码子则翻译得要快些。第九十六张，PPT共一百零九页，创作于2022年

42、6月（三）、翻译的终止调控魔斑（magic spot）严紧控制(strigent control) 或严紧反应(strigent response) 当细菌处于极差的生存条件下，培养基中缺乏足够的氨基 酸，蛋白质合成受到抑制，并关闭大量的代谢过程。是细 菌为渡过困难时期而存活下来的适应性表现。 rRNA和tRNA的合成大幅度下降，某些mRNA的合成也下降 具有这种特性的细菌的基因型为rel+松驰控制( relaxed control) 培养基中营养缺乏，蛋白质合成停止后，但RNA合成速率 并不下降。具有这种特性的细菌的基因型为rel-（松驰型突 变体）（relaxed mutants）第九十七

43、张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月研究发现，在氨基酸缺乏时，rel+菌株能大量合成两种特殊的核苷酸鸟苷四磷酸（鸟苷5一二磷酸-3二磷酸，ppGpp）和鸟苷五磷酸（鸟苷5一三磷酸-3二磷酸，pppGpp），其电泳的迁移率和一般的核酸不同，而rel-菌则不能。GTP+ATPpppGpp+AMPppGpp 魔斑魔斑ppGpp四磷酸鸟苷(魔斑I magic spot I) 是调控一些反应的效应物，有多种功能，但主要功能是：抑制rRNA基因的启动子；抑制多数或大多数基因转录的延伸。pppGpp五磷酸鸟苷(魔斑II magic spot II)第九十八张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月

44、严紧因子（RelA）：是一种（p）ppGpp的合成酶，与核糖体结合，它可以催化ATP将焦磷酸加到另一个GTP或GDP的3位点。提纯的RelA酶它本身实际是没有活性的，而在核糖体存在时它才有活性（受L11蛋白激活）。空载tRNA到达A位，L11蛋白或某些其他成分构象的改变激活RelA酶， （p）ppGpp合成当条件恢复到正常时，有一个基因叫做spoT，它编码一种酶，主要的作用是催化ppGpp迅速降解，其半衰期为20秒左右。因此(p)ppGpp合成结束时，严紧反应很快就消除。spoT突变会提高ppGpp的水平，并会慢慢增加。第九十九张，PPT共一百零九页，创作于2022年6月 任何一种氨基酸的缺乏或使任何氨基酰-tR