第l七章原核生物基因表达调控模式

第六章基因的表达与调控(上)

——原核基因表达调控模式目前一页\总数一百一十三页\编于十三点一、基因表达（geneexpression）

DNA

RNA

蛋白质基因表达的调控：生物有机体对其基因表达的时空程序、表达速率等所进行的调节和控制。目前二页\总数一百一十三页\编于十三点

二、基因表达的调控（generegulation）

1、转录水平上的调控：转录水平上的对基因的调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子物质的相互作用。2、转录后水平上的调控：mRNA加工成熟水平上的调控；翻译水平上的调控。目前三页\总数一百一十三页\编于十三点基因激活转录起始mRNA水平蛋白质水平目前四页\总数一百一十三页\编于十三点三、基因表达调控的信号：原核生物

营养状况、环境因素真核生物

激素水平、发育阶段环境变化基因表达调控适应细胞目前五页\总数一百一十三页\编于十三点

第一节原核基因表达调控总论目前六页\总数一百一十三页\编于十三点一、原核生物的基因表达调控类型（一）转录水平的调控起始阶段----主要延伸阶段----通常不受调控终止阶段----可能受到调控（二）翻译水平的调控主要发生在起始和终止阶段目前七页\总数一百一十三页\编于十三点（一）转录水平调控的类型正调控（positiveregulation）负调控（negativeregulation）inhibitorgenegeneactivator调控蛋白结构基因表达正调控负调控

负调控：抑制基因表达的调控方式正调控：促进基因表达的调控方式1、正调控和负调控目前八页\总数一百一十三页\编于十三点inducergenegene诱导(induction)阻遏(repression)repressor特殊代谢物结构基因表达诱导阻遏诱导物、可诱导基因、诱导酶阻遏物、可阻遏基因、可阻遏酶2、特殊代谢物的调控目前九页\总数一百一十三页\编于十三点诱导:在某些代谢物或化合物的作用下，基因由原来的关闭状态转变为工作状态诱导物：能引起诱导发生的分子可诱导基因：诱导调节中被活化的基因诱导酶：可诱导基因表达的酶目前十页\总数一百一十三页\编于十三点阻遏：在某些代谢物或化合物的作用下，基因由原来的关闭状态转变为工作状态阻遏物：能导致阻遏发生的分子可阻遏基因：阻遏调节中被关闭的基因可阻遏酶：可阻遏基因表达的酶目前十一页\总数一百一十三页\编于十三点

特殊代谢物调控的分子机理

特殊代谢物是调控蛋白的变构剂，与调控蛋白结合可使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响目前十二页\总数一百一十三页\编于十三点调控蛋白和代谢物的共同作用调控蛋白结构基因表达正调控负调控特殊代谢物诱导阻遏目前十三页\总数一百一十三页\编于十三点3、原核生物基因转录调控的4种类型（1）负控诱导系统目前十四页\总数一百一十三页\编于十三点mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏蛋白的负性调节阻遏基因目前十五页\总数一百一十三页\编于十三点mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶目前十六页\总数一百一十三页\编于十三点（2）正控诱导系统目前十七页\总数一百一十三页\编于十三点++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP目前十八页\总数一百一十三页\编于十三点mRNA低半乳糖时高半乳糖时葡萄糖低cAMP浓度高葡萄糖高cAMP浓度低RNA-polOOOO目前十九页\总数一百一十三页\编于十三点（3）负控阻遏系统目前二十页\总数一百一十三页\编于十三点（4）正控阻遏系统目前二十一页\总数一百一十三页\编于十三点在这种调节方式中，起信号作用的是有特殊负载的氨酰-tRNA的浓度，在色氨酸操纵子中就是色氨酰-tRNA的浓度。当操纵子被阻遏，RNA合成被终止时，起终止转录信号作用的那一段DNA序列被称为弱化子。属于这种调节方式的有：大肠杆菌中的色氨酸操纵子、苯丙氨酸操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子和缬氨酸操纵子以及沙门氏菌的组氨酸操纵子和亮氨酸操纵子、嘧啶合成操纵子等等。二、弱化子对基因活性的影响目前二十二页\总数一百一十三页\编于十三点TrpTrp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目前二十三页\总数一百一十三页\编于十三点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……目前二十四页\总数一百一十三页\编于十三点UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时转录衰减机制125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’RNA聚合酶终止目前二十五页\总数一百一十三页\编于十三点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目前二十六页\总数一百一十三页\编于十三点有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，不会产生出代谢这些糖的酶来，这种现象称为葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。降解物抑制作用是通过提高转录强度来调节基因表达的，是一种积极的调节方式。三、降解物对基因活性的调节目前二十七页\总数一百一十三页\编于十三点细菌有时会碰到紧急状况，比如氨基酸饥饿——氨基酸的全面匮乏。细菌会产生一个应急反应——停止包括生产各种RNA、糖、和蛋白质的几乎全部生物化学反应过程。实施这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸(pppGpp)。产生这两种物质的诱导物是空载tRNA。四、细菌的应急反应目前二十八页\总数一百一十三页\编于十三点当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量的不带氨基酸的tRNA，这种空载的tRNA会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大量合成。ppGpp的出现会关闭许多基因，以应付这种紧急状况。ppGpp影响RNA聚合酶与这些基因转录起始位点的结合，使基因被关闭。ppGpp与pppGpp的作用范围十分广泛，它们影响一大批操纵子而被称为超级调控因子。目前二十九页\总数一百一十三页\编于十三点SOS反应

SOS基因紫外线激活RecALexA阻遏蛋白与DNA损伤修复有关的酶和蛋白质基因表达LexA阻遏蛋白操纵序列DNA目前三十页\总数一百一十三页\编于十三点第二节乳糖操纵子与负控诱导系统目前三十一页\总数一百一十三页\编于十三点操纵子(operon)

概念：

在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子。发现：

1961年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惟一的碳源时才会被合成。JacobandMonod---乳糖操纵子模型

目前三十二页\总数一百一十三页\编于十三点一、乳糖操纵子(lacoperon)的结构调控区CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA目前三十三页\总数一百一十三页\编于十三点1、结构基因（1）lacZ：编码b

－半乳糖苷酶

（使乳糖水解）（2）lacY：编码b

－半乳糖苷透过酶（使b

－半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）（3）lacA：编码b

－半乳糖苷乙酰转移酶（将乙酰基转移到b

－半乳糖苷上）目前三十四页\总数一百一十三页\编于十三点2、调节基因（regulatorygene）

（1）概念：其产物参与调控其他结构基因表达的基因lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacImRNA目前三十五页\总数一百一十三页\编于十三点（2）特点：a、可在结构基因群附近、也可远离结构基因b、不仅对同一条DNA链上的结构基因起作用，而且能对不同DNA链上的结构基因起作用目前三十六页\总数一百一十三页\编于十三点（3）调控蛋白：类型：a、阻遏蛋白（repressiveprotein）与操纵元件结合后能减弱或阻止所调控基因转录的调控蛋白b、激活蛋白（activatingprotein）与操纵元件结合后能增强或启动所调控基因转录的调控蛋白目前三十七页\总数一百一十三页\编于十三点3、操纵元件（operator）（1）与启动子邻近或与启动子部分序列重叠（2）具有回文结构，能形成十字形结构。（3）与不同构像的蛋白质结合，可以分别起阻遏或激活基因表达的作用

lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI目前三十八页\总数一百一十三页\编于十三点4、启动子(promoter)是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。（1）-10序列---Pribnow盒：TATAAT；（2）-35bp序列：TTGACA操纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基因5’上游，控制整个结构基因群的转录目前三十九页\总数一百一十三页\编于十三点5、终止子（terminator）是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列（1）不依赖ρ因子的终止子（2）依赖ρ因子的终止子在一个操纵元中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子目前四十页\总数一百一十三页\编于十三点图10.4乳糖操纵子长度约为6000bp。左端的LacI基因有它自己的启动子和终止子，LacI基因的末端紧接启动子P。操作基因O占据LacZ基因的前26bp，LacZ基因之后是LacY基因和LacA基因以及终止子。目前四十一页\总数一百一十三页\编于十三点

图10.5

围绕着乳糖操纵子转录启始位点，阻遏蛋白和RNA聚合酶的结合区域相互重叠。

目前四十二页\总数一百一十三页\编于十三点

大肠杆菌乳糖操纵子（lactoseoperon）包括3个结构基因：Z、Y和A，以及启动子、控制子和阻遏子等。转录的调控是在启动区和操纵区进行的。LacI——阻抑蛋白，LacZ——β-糖苷酶，LacY——透性酶，LacA——转乙酰基酶。目前四十三页\总数一百一十三页\编于十三点三种酶的功能：①.β-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖②.渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖③.转乙酰酶：β-半乳糖转变成乙酰半乳糖目前四十四页\总数一百一十三页\编于十三点一般情况下，lac+基因型大肠杆菌细胞内β-半乳糖苷酶和透过酶的浓度很低，每个细胞只有1～2个酶分子。但是，在乳糖培养基上酶的浓度很快达到细胞总蛋白量的6%或7%，超过105个酶分子lacmRNA/细胞。在无葡萄糖有乳糖的培养基中，lac+细菌中将同时合成β-半乳糖苷酶和透过酶。二、酶的诱导——lac体系受调控的证据目前四十五页\总数一百一十三页\编于十三点图10.6培养基添加诱导物(β-半乳糖苷)能迅速诱导LacmRNA，稍后便合成该酶；若除去诱导物则合成迅速停止。目前四十六页\总数一百一十三页\编于十三点用32P标记的mRNA与模板DNA进行定量分子杂交，表明培养基中加入乳糖1～2分钟后，编码β-半乳糖苷酶和透过酶的lacmRNA量就迅速增加，去掉乳糖后，量立即下降。目前四十七页\总数一百一十三页\编于十三点4/30/2023南京农业大学生命科学学院48实验室常用两种乳糖类似物——异丙基巯基半乳糖苷（IPTG）和巯甲基半乳糖苷（TMG），在酶活性分析中常用发色底物O-硝基半乳糖苷（ONPG）。因为它们都不是半乳糖苷酶的底物，所以又称为安慰性诱导物。目前四十八页\总数一百一十三页\编于十三点（一）乳糖操纵子的控制模型的内容如下：Z、Y、A基因产物由同一条多顺反子mRNA分子所编码该mRNA分子的启动区（P）位于阻遏基因（I）与操纵区（O）之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达。操纵区是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。三、操纵子模型及其影响因子目前四十九页\总数一百一十三页\编于十三点当阻遏物与操纵区相结合时，lacmRNA的转录起始受到抑制。诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之不能与操纵区相结合，诱发lacmRNA的合成。目前五十页\总数一百一十三页\编于十三点（二）乳糖操纵子的负调控阻遏蛋白与操纵元件结合，阻碍了RNA聚合酶与启动子Plac的结合，转录不能进行，lacZ，lacY、lacA低表达。目前五十一页\总数一百一十三页\编于十三点mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因目前五十二页\总数一百一十三页\编于十三点mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶目前五十三页\总数一百一十三页\编于十三点(1)lac操纵子的本底水平表达两个矛盾：诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要转运酶，转运酶的合成又需要诱导。人们发现乳糖并不与阻遏物相结合，真正的诱导物是异构乳糖，而后者是在β-半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的目前五十四页\总数一百一十三页\编于十三点解释：在没有诱导物的情况下，转运酶和β-半乳糖苷酶仍有本地水平的表达。阻遏物的结合并非绝对紧密，偶尔会掉下，使得转录可以进行。表达量足以使诱导过程得以启动。目前五十五页\总数一百一十三页\编于十三点4/30/2023南京农业大学生命科学学院56（2）大肠杆菌对乳糖的反应在以甘油为碳源的培养基中：加乳糖以前，lac操纵子本底水平表达加乳糖后，阻遏物失活，mRNA大量表达乳糖耗尽，阻遏物浓度逐渐大于异构乳糖，阻遏状态重新形成，mRNA水平下降。β-半乳糖苷酶半衰期长，其活性下降滞后。目前五十六页\总数一百一十三页\编于十三点4/30/2023南京农业大学生命科学学院57（3）阻遏物lacI基因产物及功能lac操纵子阻遏物mRNA是由弱启动子控制下永久型合成的，该阻遏蛋白有4个相同的亚基，每个亚基均含有347个氨基酸残基，并能与1分子IPTG

结合,每个细胞中有5～10个阻遏物分子。lacI基因由弱启动子变为强启动子，细胞内将不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个lac操纵子在这些突变体中将不可诱导。目前五十七页\总数一百一十三页\编于十三点现象：培养基中含葡萄糖、乳糖——lacZ等低表达无葡萄糖、有乳糖——lacZ等高表达lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI问题：是否有另外的调控途径？（4）葡萄糖对lac操纵子影响目前五十八页\总数一百一十三页\编于十三点某大肠杆菌突变体，它不能将葡萄糖-6-磷酸转化为下一步代谢中间物，该细菌的lac基因能在葡萄糖存在时被诱导合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解产物抑制lacmRNA的合成，科学上把葡萄糖的这种效应称之为代谢物阻遏效应。目前五十九页\总数一百一十三页\编于十三点60

（5)cAMP与代谢物激活蛋白cAMP是在腺苷酸环化酶的作用下由ATP转变而来的，在真核生物的激素调节过程中也起着十分重要的作用。目前六十页\总数一百一十三页\编于十三点++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时CAP的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP目前六十一页\总数一百一十三页\编于十三点大肠杆菌中的代谢物激活蛋白，由Crp基因编码，能与cAMP形成复合物。CRP和cAMP都是合成lacmRNA所必需的，cAMP-CRP是一个不同于阻遏物的正调控因子，而lac操纵子的功能是在这两个相互独立的调控体系作用下实现的。半乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖、山梨醇等在降解过程中均转化成葡萄糖或糖酵解途径中的其他中间产物，这些糖代谢中有关的酶都是由可诱导操纵子控制的，被称为降解物敏感型操纵子，由cAMP-CRP调控。4/30/2023南京农业大学生命科学学院62目前六十二页\总数一百一十三页\编于十三点cAMP-CRP结合位点（另一调控元件）（1）位于启动子Plac上游，与Plac部分重叠（2）能与cAMP-CRP特异结合（3）cAMP-CRP与该位点的结合是lacmRNA合成起始所必须的。Plac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressor目前六十三页\总数一百一十三页\编于十三点CRP（1）由CRP基因编码（2）可通过与cAMP结合而激活，即CRP只有与cAMP结合才有活性目前六十四页\总数一百一十三页\编于十三点CRP-bindingsiteAANTGTGANNTNNNTCANATTNNTTNACACTNNANNNAGTNAAANNHighlyconservedLessconservedglucoseCRP-cAMPCRPcAMPtranscriptioncAMPreceptorprotein目前六十五页\总数一百一十三页\编于十三点cAMP-CRP的作用CRP-cAMP与cAMP-CRP结合位点结合，增强了RNA聚合酶与启动子的结合力，使转录效率提高50倍。CRP的结合引起DNA链发生90°的弯曲目前六十六页\总数一百一十三页\编于十三点lac操纵子小结通常情况（葡萄糖供应正常）阻遏蛋白与操纵序列结合，基因不转录。细胞外的乳糖通过透性酶吸收到细胞内；细胞内的β-半乳糖苷酶将乳糖转变为异乳糖。异乳糖结合到乳糖阻抑物上使之从操纵序列上脱离，聚合酶迅速开始lacZYA基因的转录。这就是负控诱导。然而，还需要细菌生长系统中缺少葡萄糖，使cAMP含量增加，才有足够量的cAMP与CRP结合形成CRP-cAMP复合物结合于Plac上游。使DNA双螺旋发生弯曲，转录才可以有效地进行。目前六十七页\总数一百一十三页\编于十三点第三节色氨酸操纵子与负控阻遏系统目前六十八页\总数一百一十三页\编于十三点一、组成（一）结构基因基因E、D、C、B、A，编码色氨酸合成所需要酶类，这些基因头尾相接串连排列组成结构基因群，组成一个转录单元。目前六十九页\总数一百一十三页\编于十三点（二）调节基因trpR（1）位置:远离P-ｏ-结构基因群（2）编码调控蛋白R（3）R没有与操纵元件ｏ结合的活性（4）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与色氨酸结合后构象变化而活化（5）R与ｏ特异性结合，抑制结构基因的转录目前七十页\总数一百一十三页\编于十三点（三）操纵元件ｏ（1）18bp的回文结构（2）与色氨酸启动子Ptrp序列在–21and+3碱基之间重叠（3）与Trp-R特异性结合，阻遏结构基因的转录目前七十一页\总数一百一十三页\编于十三点现象：培养基中Trp浓度较低时---基因E、D、C、B、A高表达Trp浓度较高时---基因E、D、C、B、A低表达二、色氨酸操纵子与转录调控目前七十二页\总数一百一十三页\编于十三点1、Trp操纵子与负控阻遏系统Ⅰ培养基中Trp浓度较低，调控蛋白R不能被活化，未活化的调控蛋白R不能与操纵元件结合，基因E、D、C、B、A高表达。目前七十三页\总数一百一十三页\编于十三点Trp操纵元与负控阻遏系统目前七十四页\总数一百一十三页\编于十三点2、Trp操纵子与负控阻遏系统Ⅱ培养基中Trp浓度较高，调控蛋白R与Trp结合，Trp-R复合物与操纵子结合，基因E、D、C、B、A低表达。目前七十五页\总数一百一十三页\编于十三点Trp操纵元与负控阻遏系统Trp目前七十六页\总数一百一十三页\编于十三点三、色氨酸操纵子总结1、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏物）作用时则阻遏关闭转录。2、负性调控的、可阻遏的操纵子3、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产物抑制自身的合成（负反馈调节）。4、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。目前七十七页\总数一百一十三页\编于十三点

1、弱化子：在trpmRNA5’端有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，其中123～150位碱基序列如果缺失，trp基因表达可提高6-10倍。mRNA合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在这个区域终止，产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。这个区域被称为弱化子，该区mRNA可通过自我配对形成茎-环结构。四、弱化子与前导肽目前七十八页\总数一百一十三页\编于十三点目前七十九页\总数一百一十三页\编于十三点2、前导肽分析前导序列发现，它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA，能产生一个含有14个氨基酸的多肽，这个假设的多肽被称为前导肽。在前导序列的第10和第11位上有相邻的两个色氨酸密码子。组氨酸操纵子含有7个相邻的组氨酸密码子，苯丙氨酸操纵子也有7个苯丙氨酸密码子，这些密码子参与了操纵子中的转录弱化机制。目前八十页\总数一百一十三页\编于十三点4/30/2023南京农业大学生命科学学院813、mRNA前导区的序列分析trp前导区的碱基序列已经全部测定，引人注目的是其中4个分别以1、2、3和4表示的片段能以两种不同的方式进行碱基配对，有时以1-2和3-4配对，有时只以2-3方式互补配对。终止构型抗终止构型目前八十一页\总数一百一十三页\编于十三点4/30/2023南京农业大学生命科学学院82RNaseT1降解实验（此酶不能水解配对的RNA）表明，纯化的trp前导序列中确有1-2和3-4的配对方式，由此定位的3-4配对区正好位于终止密码子的识别区，当这个区域发生破坏自我配对的碱基突变时有利于转录的继续进行。目前八十二页\总数一百一十三页\编于十三点4、转录弱化作用培养基中色氨酸浓度低，负载有色氨酸的tRNATrp就少，翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处），前导区2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，转录继续进行。培养基中色氨酸浓度高，核糖体顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，3-4区自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止。所以，弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中核糖体所处的位置。目前八十三页\总数一百一十三页\编于十三点第四节其它操纵子目前八十四页\总数一百一十三页\编于十三点典型的操纵子和调控机制还有：半乳糖操纵子阿拉伯糖操纵子阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答多启动子的调控的启动子目前八十五页\总数一百一十三页\编于十三点一、半乳糖操纵子(galactoseoperon)（一）、结构基因：异构酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)，半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactosetransferase,galT)，半乳糖激酶(galactosekinase,galk)。这3个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸。GalR与galE、T、K及操纵区O等离得很远，而galR产物对galO的作用与lacI-lacO的作用相同。目前八十六页\总数一百一十三页\编于十三点（二）、gal操纵子的特点：

①它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；

②它有两个O区，一个在P区上游-67--53，另一个在结构基因galE内部。目前八十七页\总数一百一十三页\编于十三点因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡萄糖存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有葡萄糖存在时，gal操纵子仍可被诱导。现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（gal结构基因高效表达）；而另一类突变株中gal基因的表达完全依赖于葡萄糖，培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的gal基因不表达，不合成半乳糖代谢酶类。

目前八十八页\总数一百一十三页\编于十三点分析gal操纵子P-O区的DNA序列发现，该操纵子确实存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。目前八十九页\总数一百一十三页\编于十三点从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从S1开始，当无cAMP-CAP时,转录从S2开始。目前九十页\总数一百一十三页\编于十三点

为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。目前九十一页\总数一百一十三页\编于十三点生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。现在设想只有S1一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时就有能合成异构酶。假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S1）对高水平合成进行调节。目前九十二页\总数一百一十三页\编于十三点目前九十三页\总数一百一十三页\编于十三点MapoftheE.coligaloperonandnucleotidesequenceoftheregulatoryregion目前九十四页\总数一百一十三页\编于十三点二、组氨酸操纵子

与His降解代谢有关的两组酶类被称为hut酶(histidineutilizingenzyme)，控制这些酶合成的操纵子被称为hutoperon。由一个多重调节的操纵子控制，有两个启动子，两个操纵区及两个正调节蛋白。

Hut操纵子共编码4种酶和一个阻遏物。4种酶分别由hutG、hutH、hutI及hutU基因编码，阻遏物则由hutC基因编码。在产气克氏菌中，以上基因构成两个转录单位，hutI、hutG、hutC和hutU、hutH分别被转录合成两条mRNA长链。这两个转录单位各自都有一个启动子和一个操纵区，其转录过程都是从左向右进行的，hutC阻遏物能与每个操纵区相结合。目前九十五页\总数一百一十三页\编于十三点无论以组氨酸作为唯一碳源或氮源，hut操纵子都会处于有活性状态。Hut操纵子的每一个启动子上都有cAMP-CAP结合位点，当碳供应匮乏时，能合成cAMP，出现cAMP-CAP复合物，并与操纵区上的相应位点结合，诱发基因转录。虽然尚不清楚氮源缺乏时的信号是什么，但它很可能也是一个正效应子。目前九十六页\总数一百一十三页\编于十三点目前九十七页\总数一百一十三页\编于十三点第五节固氮基因及其调控目前九十八页\总数一百一十三页\编于十三点一、根瘤的产生根瘤菌细胞以极性的方式与根毛接触，并附着到植物细胞上。根瘤菌产生寡聚糖来刺激植物分泌凝血素。通过对快速生长的根瘤菌株系的研究发现与固氮有关的许多基因都位于然热体之外的大质粒上。这些基因发生缺失，根瘤菌就不能形成根瘤或者不能使植物固氮。目前九十九页\总数一百一十三页\编于十三点二、固氮酶铁钼蛋白铁蛋白TeMoCo目前一百页\总数一百一十三页\编于十三点三、与固氮有关的基因及其调控与固氮有关的基因都位于染色体外的大质粒上。当这些基因发生缺失，根瘤菌就不能使植物形成根瘤或不能使植物固氮。（P228）目前一百零一页\总数一百一十三页\编于十三点nifAL基因控制了整个固氮酶系统的表达和活性。nifA和nifL基因的产物分别是nif操纵子的正和负调控因子。当细胞内没有nifL蛋白时，nifA基因产物足以激活其他nif基因的表达，甚至在没有NH3和O2时也如此。nifAL的蛋白质对nifH启动子的转录激活作用与NH4+含量和O2无关。根瘤内和体外培养的根瘤菌固氮酶活性一般受NH4+含量和O2浓度两大因素的影响。目前一百零二页\总数一百一十三页\编于十三点第六节转录后调控

目前一百零三页\总数一百一十三页\编于十三点4/30/2023南京农业大学生命科学学院104基因表达的转录调控是生物最经济的调控方式。但转录生成mRNA以后，再在翻译或翻译后水平进行“微调”，是对转录调控的补充，它使基因表达的调控更加适应生物本身的需求和外界条件的变化。调控方式有：mRNA自身结构元件对翻译起始的调控mRNA稳定性对转录水平的影响调节蛋白的调控作用反义RNA的调节作用稀有密码子对翻译的影响重叠基因对翻译的影响翻译的阻遏魔斑核苷酸