A原核调控课稿

第八章

原核生物基因表达的调控第一节转录水平的调控一.相关概念：结构基因和调节基因可诱导基因：基因的活性可以受到调节基因的控制。组成型基因：这些基因的产物用于维持细胞生长和分裂的正常功能。不论环境条件如何，这些基因总是处于活性状态，又称持家基因。顺式作用元件（cis-actingelement）：DNA上一段保守序列，只能作用于同一条DNA。反式作用因子（trans-actingfactor）：可以直接或间接作用于DNA、RNA分子的各类蛋白质因子，对基因的表达可起到激活或抑制的作用。正调控：促进转录的调节。负调控：阻碍转录的调节。未发现二、操纵子模型（operon）模型的提出：1961年法国科学家Jacob&Monod提出的控制原核细胞基因表达的模型。操纵子：是原核细胞转录调控的主要形式，相关

的基因排列成簇，由一个调节蛋白所控制，一开

俱开，一闭俱闭，对环境条件的改变作出相应的

反应。由启动子、操纵基因和结构基因组成。操纵子的分类：3大类型调节分解代谢的操纵子：诱导型，受到cAMP-CAP的调节；调节合成代谢的操纵子：阻遏型，不受cAMP-CAP的调节；具有衰减子的操纵子：控制合成的最终产物是辅阻遏物。乳糖操纵子（一）结构和功能：1.三个调控元件(1)CAP(catabolitegeneactivationprotein)orCRP(cAMP受体蛋白)结合位点：

在启动子的-62bp附近有一个正调控元件，提供CAP-cAMP复合物结合的激活物位点。(2)启动基因或启动子：在启动子的-35~-6bp区域是RNA聚合酶的识别位点和结合位点。(3)操纵基因Operator：在启动子下游邻接区含有一段回文序列，是一个顺式负调节元件，不编码蛋白质，仅供阻遏蛋白识别和结合。2.诱导物为别乳糖：乳糖的代谢产物之一3.阻遏蛋白：调节基因lacI的产物阻遏蛋白：识别并结合在操纵基因上阻遏转录；别乳糖：与阻遏蛋白结合使其失活诱导转录。

CAP结合位点在启动子的-62bp附近有一个正调控元件，提供CAP-cAMP复合物结合的激活物位点。CAP（cataboliteactivatorprotein）分解代谢物激活蛋白orCRP(cAMP受体蛋白)CAP以两种方法来激活转录：（1）它可能直接和RNAPol相互作用；（2）作用于DNA，改变其结构，从而帮助RNAPol结合。cAMP是由腺苷环化酶（adenylatecyclase）催化合成

CAP-cAMP的活性依赖于细胞内的cAMP水平，而cAMP与细胞内葡萄糖水平成反比。在减少cAMP水平时，葡萄糖的作用是剥夺了一个操纵子表达时所需要的调控因子，也称葡萄糖抑制。微生物在混合碳源的培养基上生长时，优先利用葡萄糖，其实质是使糖分解代谢操纵子受阻遏蛋白的作用丧失其基因表达的能力。葡萄糖效应：

阻遏蛋白和操纵基因的结合与解离操纵基因的结构：在启动子下游邻接区含有一段回文序列，是一个顺式负调节元件，不编码蛋白质，仅供阻遏蛋白识别和结合。

位于-5~+21区域，以+11bp处为对称轴对称，这种对称结构与阻遏蛋白四聚体的对称结构相当。诱导物的结合解离模型诱导物

和阻遏

蛋白结合的模型诱导物：别乳糖乳糖安慰诱导物（gratuitousinducer）：

能诱导酶的合成，但不被酶分解的分子。如：异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）：与β-半乳糖相似，虽不为β-半乳糖苷酶所识别，但也是lac操纵子十分有效的诱导物。常用于进行各种实验。

诱导物

的加入

和去除

对lacmRNA

的影响

（二）诱导和阻遏诱导(induction)是细菌调节分解代谢底物供给生长的能力。诱导物(inducers)小分子底物阻遏(repress)是细菌调节合成代谢产物的能力。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～。可诱导操纵子：在细菌培养基中只有加入代谢的诱导物（底物）之后，才产生一种酶。此操纵子只有在小分子诱导物存在时才有功能；可阻遏操纵子：在培养基中加入足量的某些合成物的成分，就可以阻遏合成时一系列酶的产生。此操纵子只有在小分子辅阻遏物缺乏时才有功能。1.trp

操纵子的结构三.色氨酸操纵子2.特点:(1)trpR(89’)和trpABCDE(25’)不连锁；

(2)操纵基因在启动子内

(3)启动子和结构基因不直接相连，二者被前导顺序(Leader)所隔开(4)有衰减子(attenuator):在一些合成代谢操纵子的前导区内，存在着类似终止子结构的一段DNA序列，可以辅助阻遏作用进行转录的调控。3.调节(1)Trp作为辅阻遏物(corepressor)(2)阻遏物和RNApol在P,O重叠区产生竞争性抑制；(3)阻遏物的阻遏能力低，是LacR的1/千；(4)

trpO调节合成代谢，存在衰减作用。衰减作用1978年yanofsky发现衰减子（attenuator）研究trp操纵子的mRNA时发现的，在第一个基因trpE的前端长约160bp的序列，称前导序列；当其发生缺失突变时（缺失130-160bp的片段），产生的mRNA总是最高水平，表明其对转录具有衰减作用，称衰减子；结构特点（1）前导序列编码14个aa的前导肽；（2）衰减子区可转录出140nt的转录物。(1)前导肽的结构衰减子区转录产物的结构：核糖体所处的位置决定衰减子不同二级结构的形成：a）Trp充足：形成强终止子结构，RNA聚合酶止于衰减子b）Trp缺乏：形成弱终止子结构，RNA聚合酶得以通读而持续转录。第二节操纵子的其它调控形式一、半乳糖操纵子（galoperon）1.结构2.特点：

(1)双启动子；

(2)双操纵基因；

(3)无－35顺序；

(4)OE在CAP位点内，OI在geneE内

Gal既可为碳源，同时UDP－Gal

又是合成细菌细胞壁的重要前体gal操纵子的结构3.调节(1)有GalP1启动K,T,E转录无

Glu无GalP1不启动无GalOE,OI

结合形成环，仅转有录20bp

有GalP2启动S2

转录E,组成型(2)CAP-cAMP对P1正调节，对P2

抑制

(3)阻遏物对P1，P2

都是负调控，CAP-cAMP

含量少时P2可转录(机制不清)(4)P1与RNAPol亲和力>>P2与RNAPol亲和力二阿拉伯糖操纵子(araO)1.结构:具有正负调节功能的操纵子2.特点：

(1)AraC有双功能a.纯C结合araO1,阻遏；b.C+AraCind,结合于araI，诱导，正调节(2)araC本身也受操纵调节；(3)AraC有三个结合位点(O1,O2和araI)(4)是调节子(regulon)：是一组受共同调节基因所控制的位于染色体不同部位或不同染色体上的一组基因所构成的调控系统。(5)双向转录；(6)Pc和O1重叠；(7)C自身调节ara

操纵子的结构3.调节

有Glu,无CAP－C本底转录，产少量有AraAraC,结合于O1,停止转录；