原核生物基因的表达调控

原核生物基因的表达调控吴俊2010.01.11主要内容原核生物基因的表达调控原核生物基因表达调控的特点乳糖操纵子乳糖操纵子的结构负调控机制正调控机制色氨酸操纵子色氨酸操纵子的结构启动子调控衰减子调控其他操纵子主要是适应性调节主要是转录水平的调节以操纵子为调控机制存在其它调控机制一、原核生物基因表达调控的特点

二、乳糖操纵子

1）乳糖操纵子的结构52）乳糖操纵子各组分的功能基因Z：-半乳糖苷酶基因，分解乳糖为半乳糖和葡萄糖；基因Y：乳糖透性酶基因，增加细胞壁透性，有助于乳糖进入；基因A：半乳糖苷乙酰转移酶基因，催化乙酰基从乙酰辅酶A到半乳糖；操纵基因O：转录起点位置，调节基因产生的阻遏物附着处；启动子P：RNA聚合酶聚集的地方；CAP位点：激活蛋白结合位点，激活蛋白通过cAMP对葡萄糖作出反应；调节基因I：编码阻遏蛋白或激活蛋白。6

3）乳糖操纵子调节机制（a）Lac负调控模型没有乳糖存在时乳糖缺乏时，阻遏物封闭操纵序列，RNA聚合酶不能达到转录起点，转录停止；当培养基中有诱导物——乳糖时，乳糖进入细胞中，与阻遏物结合并使其失活，阻遏物脱离操纵子；7

有乳糖存在时3）乳糖操纵子调节机制（b）乳糖操纵子的正调控CAP是一类正调控因子，结合于很多启动子，是控制营养代谢有关的操纵子的激活蛋白；CAP——第二信使分子环磷腺苷（cAMP）;CAP蛋白+cAMPCAP结合位点激活Lac操纵子。葡萄糖水平CAP的关系

CAP只有与cAMP结合才有活性，而cAMP

受葡萄糖水平的控制。葡萄糖含量高------cAMP水平低葡萄糖含量低------cAMP水平高3）乳糖操纵子调节机制9

CAP的正性调节cAMP10

11

细菌优先利用葡萄糖作为碳源，抑制其他糖类代谢的操纵子表达，如果有葡萄糖存在，即使有乳糖等其它诱导物碳源的存在，也优先利于葡萄糖。cAMP三、色氨酸操纵子☆trp操纵子的结构☆

启动子调控——阻遏系统☆

弱化子（衰减子）调控O

阻遏蛋白（无活性）mRNAtrpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA前导trpL衰减子

结构基因

调控区色氨酸操纵子结构

色氨酸合成的酶蛋白色氨酸操纵子的两种调控方式粗调：可阻遏的负调控，即由辅阻遏物（色氨酸）和阻遏蛋白R构成的活性阻遏复合物结合到操纵基因上，由于操纵基因和启动子的重叠，造成RNA聚合酶受阻，操纵子不能转录，控制转录的起始。细调：衰减系统，通过核糖体对mRNA前导序列的结合，是否形成终止子结构对转录终止进行调控，控制转录是否进行下去。阻遏型操纵子；主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放；而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。

Trp

Trp高时

Trp低时

mRNAOPtrpR调节区

结构基因

RNA聚合酶

RNA聚合酶色氨酸操纵子

可阻遏的负调控

弱化子（衰减子）调控

测序发现，在第一个结构基因（trpE）的5′-端有一个长160bp的前导序列（leadersequence）。当此序列缺失130~160bp时，mRNA总是最高水平的。而当trp存在时，mRNA的表达水平降低。

前导序列能编码出一个内含两个并连的trp的14肽，由于这两个trp的合成速度能控制核糖体在mRNA上的移动，使得前导序列的转录产物mRNA可形成特殊的结构，类似转录终止信号，因此编码该结构区域的基因被称为弱化子（衰减子）。终止密码子UUUU……UUUU……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……UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽

前导mRNA1.当色氨酸浓度高时125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’

RNA聚合酶终止UUUU……342423UUUU……核糖体

前导肽前导mRNA15’trp密码子

结构基因前导DNARNA聚合酶2.当色氨酸浓度低时Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构四、其他操纵子半乳糖操纵子阿拉伯糖操纵子(araO)组氨酸操纵子为啥需要阻遏系统和弱化子调控系统？？

细菌中为什么要有弱化子系统呢？

一种可能是阻遏物从有活性向无活性的转变速度极低，需要有一个能更快地做出瓜的系统，以保持培养基中适当的色氨酸水平。或者，弱化子系统主要是对外源色氨酸浓度做出反应。外源色氨酸浓度很低的信号虽然足以引起trp操纵子的去阻遏作用，但是这个信号还不足以很快引发内源色氨酸的合成。在这种