原核生物转录调控class

原核生物的转录调控•MolecularBiologyCourseGeneexpressioncontrols基因表达:

从DNA到蛋白质的过程。基因表达调控:

对基因表达过程的调节。基因表达调控主要表现:1.转录水平上的调控－主要在起始，终止处。

2.转录后水平的调控

mRNA加工成熟水平上的调控（真核生物）翻译水平的调控－起始，终止•MolecularBiologyCourse华侨大学

1961年,Jacob等发表Lac操纵子模式,生物界反应之强烈可与1953年发表DNA双螺旋模型相媲美操纵子对转录的调节

Lac操纵子

Trp操纵子因子对转录的调节RegulationofTranscriptioninProkaryotes典型的操纵子包括：1.结构基因：编码那些在某一特定的生物合成途径中起作用的，其表达被协同调控的酶。2.调控元件：如操纵序列，是调节结构基因转录的一段DNA序列。操纵子（Operon）：基因表达和调控的单元。CanbeencodedbyageneinanotheroperonRegulationofTranscriptioninProkaryotes调节基因：其产物能够识别调控元件，如阻抑物，可以结合并调控操纵序列。（调节基因）（调控元件）（如，阻抑物）1.Theoperon2.Thelactoseoperon（乳糖操纵子）3.Thelacrepressor（乳糖抑制蛋白）4.Induction（诱导）5.cAMPreceptorprotein（CRP）L1

乳糖（Lac)操纵子Lacrepressor（乳糖阻抑物）

Thelac

operonTranscriptionblockedInducer(Lactose)诱导物ActivatethePlac

transcription

Overview乳糖操纵子负调控CRP+cAMP(glucoserepressed)正调控HighleveloftranscriptionL1-2

乳糖操纵子大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳源的酶只有当乳糖成为唯一的碳源时才会被合成。RegulationofTranscriptioninProkaryotesLactoseoperon:aregulatorygeneand3stucturalgenes,and2controlelementslacZ

codesforβ-galactosidase(β-半乳糖苷酶)forlactosehydrolysis(水解）lacY

encodesagalactoside

permease(半乳糖苷透性酶)totransportLactoseacrossthecellwalllacA

encodesathiogalactoside

transacetylase(硫代半乳糖苷乙酰转移酶)-抑制β-半乳糖苷酶有害产物积累L1:TheLACoperon这三个结构基因被一个转录单元lacZYA所编码，它有一个启动子PlaclacZYA转录单元含有一个操纵基因位点Olacpositionbetweenbases-5and+21Bindswiththelac

repressorL1:TheLACoperonL1-3

乳糖阻抑物由LacI基因编码同亚基四聚体活性形式Olac具有回文结构（28bp碱基）乳糖缺乏时，阻抑物占据OlacL1:TheLACoperon

Thus,RNApolymerasebindsverytightlytoPlac

butnotranscriptionoccurbecauseoftheboundrepressor乳糖阻抑物和RNA聚合酶能同时结合到Plac和Olac上，且前者使后者的结合能力增加了2个数量级。L1:TheLACoperonL1-4

诱导诱导物乳糖阻抑物阻抑物四聚体构象变化降低阻抑物与Olac亲和力聚合酶迅速转录乳糖，异乳糖异乳糖RNA聚合酶L1:TheLACoperonL1-5cAMP受体蛋白

(CRP)CRP是一种激活蛋白(CAP)CRP－cAMP复合物才能结合DNAcAMP由葡萄糖控制glucoseCRP-cAMPCRPcAMP

Plac启动子：弱启动子

没有强－35序列弱的－10序列Highlevelexpressionfromthispromoterrequirestheactivityofthespecificactivator,CRP.L1:TheLACoperonlacZlacYlacAPlacIPlaclacIOlacPlac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressorstartpointmRNAlactoseCRP-cAMPcAMP水平上升，CRP－cAMP复合物结合在Plac上，DNA链发生90度的弯曲，增强了聚合酶与启动子的结合，转录效率提高50倍。vWhenglucoseisabsentvWhenglucose(葡萄糖）

ispresent乳糖操纵子通常不被激活SummaryA:RNApolymeraseB:lacrepressorC:CRP-cAMP阻抑物调控：-负调控

-缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受体蛋白的调控：-正调控

-缺少葡萄糖；有葡萄糖乳糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源乳糖和葡萄糖同时存在再下列几种情况下，大肠杆菌的乳糖操纵子是如何进行调控的？思考题L2TheTrp

Operon1.Thetrp

operon（操纵子）2.thetrp

repressor(阻抑物）3.theattenuator（弱化子）4.LeaderRNAstructure5.Theleaderpeptide（肽）6.Attenuation（弱化作用）7.ImportanceofattenuationL2-1TheTrp

Operon（色氨酸操纵子）1.

trp

操纵子

：包括色氨酸合成途径中相关的5个结构基因,一个启动子，一个操纵序列一段前导序列，一个调节基因。2.该操纵子编码一个转录单元，从Otrp向下游转录7kb的转录物.3.作用：当细胞缺乏色氨酸时，trp

操纵子

可使色氨酸协同表达。4.色氨酸操纵子RNA产物不稳定.L2:Thetrp

operonL2-2TheTrp

repressor

（色氨酸阻抑物）RegulationofTranscriptioninProkaryotes1.色氨酸阻抑物：由独立的操纵子trpR编码，能与Otrp位点特异性结合。2.

色氨酸阻抑物＋色氨酸——才能结合到操纵基因Otrp。L2:Thetrp

operon3.阻抑物：二聚体（两个亚基）

一个中心区域

两个灵活的DNA解读头部L2:Thetrp

operon4.Therefore,色氨酸操纵子所编码的酶的终产物(色氨酸），可通过终产物抑制自身的合成。5.该阻抑物可将转录的起始减少大约70倍。L2:Thetrp

operonThetrp

operonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰减子）Repressordoesnotaccountforalltheregulation:DeletionofasequencebetweentheoperatorandtrpEgenecodingregion(attenuator)increaseboththebasalandtheactivatedlevelsoftranscription.L2:Thetrp

operon1.位于trpE起始密码子前面162nt的转录前导序列（C）的末端.2.是一个ρ-independent

终止子区域，在一小段富含GC的回文结构后使8个连续的U残基。3.IfRNA转录物中发夹结构形成，actsas一个高效的转录终止子，

仅仅有一段短的转录产物倍合成。L2:Thetrp

operonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰减子）mRNAL2-4LeaderRNAstructure

（前导RNA的结构）RegulationofTranscriptioninProkaryotesmRNATheleaderRNA

containsfourregions(sequence1,2,3,4)ofcomplementarysequencethatcanformdifferentstructuresL2:Thetrp

operonL2-5Theleaderpeptide

（前导肽）1.前导RNA序列含有一个有效的核糖体结合位点，并能形成有前导RNA27－68号碱基所编码的14个氨基酸的前导肽。

2.这段前导肽的10和11个密码子是连续的色氨酸残基,在序列1中;终止密码子在序列1和2之间。3.因此色氨酸决定核糖体的位置，从而控制转录。RegulationofTranscriptioninProkaryotesTrpTrpTrpTrpTrp（+）Trp（—）

L2-6Attenuation

（弱化作用）依赖于转录和翻译的紧密偶联，使翻译可以在mRNA边转录时边进行.Therefore,前导RNA转录出后，前导肽立即被翻译出。RegulationofTranscriptioninProkaryotes5’原核细胞转录，翻译相偶联真核生物5

在色氨酸操纵子转录进行的过程中,

RNAPolymerease

在sequence2的末端停滞直到核糖体开始翻译前导肽L2:Thetrp

operon调控弱化作用抗终止作用L2:Thetrp

operon弱化作用：色氨酸存在使trp

operon的转录被抑制10-fold(细调）色氨酸阻抑物：70-fold(粗调）色氨酸水平对色氨酸操纵子的表达施加了700-fold效果.His操纵子：弱化作用是唯一的调控机制L2-7Importanceofattenuation

（弱化作用的重要性）L2:Thetrp

operon小结L1乳糖操纵子

操纵子；乳糖操纵子；乳糖阻遏物的调控-负调控

cAMP-CRP的调控－正调控L2色氨酸操纵子

色氨酸操纵子；阻抑物；弱化子；前导RNA；前导肽；弱化作用－抗终止作用L3

Transcriptionalregulation

byalternativeσ

Factors1.Sigmafactor2.Promoterrecognition3.Heatshock5.BacteriophagefactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotesL3-1&2:Sigmafactorand

promoterrecognitionRegulationofTranscriptioninProkaryotesTranscriptionalregulationbyalternativesFactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotesManybacteriaproducealternativesetsofσfactors

tomeettheregulationrequirementsoftranscriptionundernormalandextremegrowthconditionE.coli:Heatshockbacteriophage

σfactorsConfereachofthemanewpromoterspecificity,andallowsthediversionofthecell’sbasictranscriptionmachinerytothespecifictranscription

ofdifferentclassesofgenesDifferentσfactorsbindingtothesamecoreRNAPolσ70factors

isthemostcommonσfactorinE.coliunderthenormalgrowthconditionL3-3:HeatshockRegulationofTranscriptioninProkaryotesComparisonoftheheat-shockσ

32andgeneralσ

70res