分子生物学-许晓东-7

7原核基因表达调控原核生物和单细胞真核生物直接暴露在变幻莫测的环境中，食物供应无保障，只有根据环境条件的改变合成各种不同的蛋白质，使代谢过程适应环境的变化，才能维持自身的生存和繁衍。因此，原核细胞都有一套准确地调节基因表达和蛋白质合成的机制。自然选择倾向于保留高效率的生命过程。

在一个每30min增殖一倍的109细菌群体中，若有一个细菌变成了29.5min增殖一倍，大约经过80天的连续生长后，这个群体中的99.9%都将具有29.9min增殖一倍的生长速度。基因表达：组成型（constitutive）适应型或调节型（adaptiveorregulated）细菌中所利用的大多数基本调控机制一般执行如下规律：一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种“开-关”(on-off)活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。实际上我们在说一个系统处于“off”状态时，也可能有本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成1或2个mRNA分子和极少量的蛋白分子。7.1原核基因表达调控总论基因：指一段编码蛋白质多肽链和功能RNA的DNA。基因表达(geneexpression)：即是遗传信息转录和翻译的过程。基因表达调控(generegulation)：指对基因表达过程的调节。基因表达调控主要表现在以下二方面：转录水平上的调控转录后水平上的调控：mRNA加工成熟水平调控翻译水平调控不同的生物使用不同的信号来指挥基因调控：原核生物中，营养状况和环境因素对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶段是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。7.1.1原核基因调控分类原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控。在负转录调控(negativetranscriptionregulation)系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白(repressor)。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和负控阻遏系统二大类。在正转录调控(positivetranscriptionregulation)系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)。也可根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。阻遏蛋白激活蛋白转录激活负控诱导正控诱导转录抑制负控阻遏正控阻遏大肠杆菌中基因表达调控最常见的蛋白质可能是σ因子，基因组序列分析后发现存在6种σ因子，并根据其相对分子质量的大小或编码基因进行命名，其中σ70是调控最基本的生理功能如碳代谢、生物合成等基因的转录所必须的。7.1.2原核基因调控的主要特点原核生物通过特殊代谢物调节的基因活性主要分为可诱导和可阻遏两大类:可诱导调节。是指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。这类基因中最突出的例子是大肠杆菌的乳糖操纵子。可阻遏调节。这类基因平时都是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。比如大肠杆菌中的色氨酸操纵子。一般说来，可诱导的操纵子总是编码一些糖和氨基酸分解代谢的基因；可阻遏基因一般是合成各种细胞代谢过程中所必需的小分子物质的基因，如氨基酸、嘌呤和嘧啶等。7.1.3弱化子对基因活性的影响在这种调节方式中，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(attenuator)。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。7.1.4降解物对基因活性的影响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（cataboliterepression）作用。葡萄糖的存在会抑制腺苷酸环化酶的活性，减少环腺苷酸（cAMP）的合成，此时cAMP受体蛋白（CRP）因找不到配体而不能形成复合物。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。cataboliterepressioncAMPreceptor

protein，CRPcataboliteactivator

protein，CAP7.1.5细菌的应急反应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。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。TheglobalregulatorynucleotideppGpp(“magicspot”)regulatestranscriptionfromalargesubsetof

Escherichiacoli

promoters,illustratinghowsmallmoleculescancontrolgeneexpressionpromoter—specificallybyinteractingwithRNApolymerase(RNAP)withoutbindingtoDNA.However,ppGpp’stargetsiteonRNAP,andthereforeitsmechanismofaction,hasremainedunclear.WereporthereabindingsiteforppGppon

E.

coli

RNAP,identifiedbycrosslinking,proteasemapping,andanalysisof

mutantRNAPsthatfailtorespondtoppGpp.AstrainwithamutantppGppbindingsitedisplayspropertiescharacteristicofcellsdefectiveforppGppsynthesis.ThebindingsiteisataninterfaceoftwoRNAPsubunits,ωandβ′,anditspositionsuggestsanallostericmechanismofactioninvolvingrestrictionofmotionbetweentwomobileRNAPmodules.Identificationofthebindingsiteallowspredictionof

bacterialspeciesinwhichppGppexertsitseffectsbytargetingRNAP.CellVolume50,Issue3,p420–429,9May20137.2乳糖操纵子与负调控系统1961年，Jacob和Monod提出了操纵子模型，这是与特殊代谢途径有关的基因转录的协同调控模型。双峰生长现象操纵子是基因表达和调控的单元，典型的操纵子包括:结构基因（除调节基因以外的所有基因），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。调控元件，如操纵序列，是调节结构基因转录的一段DNA序列。调节基因，其产物能够识别调控元件，例如阻抑物，可以结合并调控操纵基因序列。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。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。E.coliPermeaseTransacetylase7.2.1酶的诱导——lac体系受调控的证据一般情况下，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/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、透过酶和β-半乳糖苷乙酰基转移酶。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。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）、5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷（X-gal）。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。5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷（X-gal）7.2.2操纵子模型及其影响因子Jacob和Monod通过大量实验及分析，建立了现在已经被人们广泛接受的乳糖操纵子的控制模型。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。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，改变它的三维构象，使之不能与操纵区相结合，从而激发lacmRNA的合成。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，而转运诱导物需要透过酶，透过酶的合成有需要诱导。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。解释：在没有诱导物的情况下，透过酶和β-半乳糖苷酶仍有本底水平的表达。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。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。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。InducerbindingcausesachangeinrepressorconformationthatreducesitsaffinityforDNAandreleasesitfromtheoperator.Eachdimerinarepressortetramercanbindanoperator,sothatthetetramercanbindtwooperatorssimultaneously.FullrepressionrequirestherepressortobindtoanadditionaloperatordownstreamorupstreamaswellastotheprimaryoperatoratthelacZpromoter.BindingofrepressorattheoperatorstimulatesbindingofRNApolymeraseatthepromoterbutprecludestranscription.4.葡萄糖对lac操纵子影响β-半乳糖苷酶在乳糖代谢中的作用是把前者分解成葡萄糖及半乳糖。如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，大肠杆菌在耗尽外源葡萄糖之前不会诱发lac操纵子。葡萄糖的抑制是间接的：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。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。将细菌放在含葡萄糖的培养基中培养，cAMP的浓度就低；如果培养基中只有甘油或乳糖等不进行糖酵解途径的碳源，cAMP的浓度就会很高。CRP（cAMPReceptorProtein）是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。αCTDcAMPreceptor

protein，CRPcataboliteactivator

protein，CAPcAMP-CRP复合物与启动子区的结合是lacmRNA合成起始所必需的，因为这个复合物结合于启动子上游，能使DNA双螺旋发生弯曲，有利于形成稳定的开放型启动子-RNA聚合酶结构。阻遏物则是一个抗解链蛋白，阻止形成开放结构，从而抑制RNA聚合酶的功能。Cataboliteactivatorprotein(CAP)7.2.3lac操纵DNA的调控区域——P区和O区P区（即启动子区）一般是从LacI基因结束到mRNA转录起始位点下游5-10bp。O区（即阻遏物结合区）位于-7～+28位，该区的碱基序列有对称性，其对称轴在+11位碱基对。7.2.4lac操纵子中的其他问题A基因及其生理功能防止半乳糖被降解成有毒中间产物。Lac基因产物数量上的比较

lacZ:lacY:lacA=1:0.5:0.2操纵子的融合与基因工程lactsxpurlacpurtsx:对T6噬菌体敏感性基因7.3色氨酸操纵子与负控阻遏系统trp体系参与生物合成，它不受葡萄糖或cAMP-CRP的调控。色氨酸合成主要分5步完成，有7个基因参与整个合成过程。操纵子中各基因功能：trpE和trpG编码邻氨基苯甲酸合酶，trpD编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶，trpF编码异构酶，trpC编码吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB则分别编码色氨酸合酶的α和β亚基。在许多细菌中，trpE和trpG，trpC和trpB分别融合成一个基因，产生具有双重功能的蛋白质。trpE基因是第一个被翻译的基因，与紧邻的是启动子区和操纵区。前导区和弱化子区分别定名为trpL和trpa。trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距trp基因簇很远。后者位于大肠杆菌染色体图上25分钟处，而前者则位于90分钟处。在位于65分钟处还有一个trpS（色氨酸tRNA合成酶），它与携带有色氨酸的tRNATrp共同参与trp操纵子的调控作用。trpS(色氨酰tRNA合成酶)trpa7.3.1trp操纵子的阻遏系统无色氨酸有色氨酸7.3.2弱化子与前导肽Trp操纵子开启/关闭表达水平相差约600倍，而阻遏作用仅使转录降低70倍。还有另外的调控机制。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。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。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7.3.3trp操纵子弱化机制的实验依据trp-tRNA合成酶缺陷型：有色氨酸存在时操纵子受抑制不明显。trpR缺陷型/trpa缺陷型（见下图）trpa3.trpL29:29位G->A，不能翻译前导链，终止增强。4.trpL75:75位G->A，2:3配对能力减弱，终止增强。5.trpLC1419:3’端缺失4个U，终止解除。细菌中为什么要有弱化子呢？

阻遏物从有活性向无活性转变速度较慢，需要一个能更快做出反应的系统。为什么还需要阻遏体系？

在有大量外源色氨酸存在时，阻止非必需的先导mRNA的合成，使合成系统更加经济。

事实上，自然界中存在着不同类型的合成体系：组氨酸操纵子没有阻遏物，它的表达完全受弱化子调节。7.3.4trp操纵子的其他调控机制RNA

2007.

13:

2020-2033

7.4其他操纵子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应答二组分调控系统的信号转导多启动子调控的操纵子7.4.1半乳糖操纵子激酶KUDP转移酶T差向异构酶E半乳糖半乳糖+葡萄糖半乳糖-1-磷酸乳糖UDP-葡萄糖UDP-半乳糖葡萄糖UDP转移酶T细胞壁包括3个结构基因：

异构酶(galE)，

半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galT)，

半乳糖激酶(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。galEgalTgalKgalRPOPgal操纵子的特点：

①它有两个启动子，相距仅5bp,每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；

②有两个O区，一个在P区上游-67—53（OE），一个在结构基因galE内部（OI）。③cAMP-CAP位点在-24~-50之间。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。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。激酶KUDP转移酶T差向异构酶E半乳糖半乳糖+葡萄糖半乳糖-1-磷酸乳糖UDP-葡萄糖UDP-半乳糖葡萄糖UDP转移酶T细胞壁双启动子的生理功能: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。7.4.2阿拉伯糖操纵子

AraC蛋白作为PBAD活性正、负调节因子的双重功能是通过该蛋白的两种异构体来实现的。Pr是起阻遏作用的形式，可以与现在尚未鉴定的类操纵区位点相结合，而Pi是起诱导作用的形式，它通过与PBAD启动子结合进行调节。在没有阿拉伯糖时，Pr形式占优势；一旦有阿拉伯糖存在，它就能够与AraC蛋白结合，使平衡趋向于Pi形式。这样，阿拉伯糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与Pr的结合，使Pr离开它的结合位点，然后，产生大量的Pi，并与启动子结合。7.4.3阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答7.4.4二组分调控系统的信号转导在较多的情况下，外部信号并不直接传递给调节蛋白，而是首先通过传感器接收信号，然后以不同方式传到调节部位，这个过程就是信号转导(signaltransduction)。目前已知最简单的细胞信号调节系统称为二组分系统，由两种不同的蛋白组成：

传感蛋白应答调节蛋白7.4.5多启动子调控的操纵子rRNA操纵子（2个启动子）核糖体蛋白SI操纵子（4个启动子，P1、P2强，P3、P4弱）DnaQ蛋白（DNA聚合酶全酶的亚基之一）操纵子（2个启动子）7.5固氮基因调控不讲7.6转录水平上的其他调控方式转录过程涉及转录机器附着于DNA，识别启动子序列，起始RNA的合成，延伸和终止。转录的任何一步都受到调控。转录水平上以下其它调控方式：σ因子的调节作用组蛋白类似蛋白的调节作用转录调控因子的作用抗终止因子的调节作用7.6.1σ因子的调节作用不同的σ因子可以独立地起作用，但是，为了保证细胞准确地响应不同的环境信号变化，σ因子之间常常交互作用构成网络调控模式，使得原核基因的表达稳定而平衡。σ因子本身的活性受蛋白水解酶的调控，也能被同源的抗σ因子失活。抗σ因子能够与特定的σ因子结合，阻止它们与RNA聚合酶组装。芽孢的形成过程7.6.2组蛋白类似蛋白的调节作用细菌中存在一些组蛋白类似蛋白（histone-likeproteins），能非特异地结合DNA，维持其高级结构（例如H-NS）。H-NS与大肠杆菌基因组上分散的大量基因的调控区有较高的亲和性，这些基因大都与环境条件的变化有关，H-NS的结合能抑制这些基因的转录。DomainstructureofH-NSproteinDNARes.2006Aug31;13(4):141-53.7.6.3转录调控因子的作用能够与基因的启动子区相结合，对基因转录起激活或抑制作用的DNA结合蛋白被称为转录调控因子。大肠杆菌中大约有300多个基因编码与启动子区结合的蛋白，它们能激活或抑制转录，称为转录调控因子。它们大多是序列特异性的DNA结合蛋白。有些转录调控因子能调控很多基因的表达（如CRP,FNR,IHF,Fis…），有些只能调节一两个启动子。7.6.4抗终止因子的调节作用抗终止因子是能够在特定位点阻止转录终止的一类蛋白质。主要见于噬菌体和少数细菌中。参与大肠杆菌抗终止作用的蛋白是Nus蛋白。BacteriophageLambda

BacteriophageLambda

极早期：早期：晚期：7.7转录后调控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水平对翻译的影响7.7.1mRNA自身结构元件对翻译起始的调控1.起始密码子大肠杆菌有14%的基因起始密码子是GUG、3%为UUG，另有两个是AUU，这些不常见的密码子与fMet-tRNA的配对能力弱，从而导致翻译效率下降。有研究表明，当AUG被替换成GUG或UUG后，mRNA的翻译效率降低了8倍。2.5’非翻译区(5’UTR)RBS的结合强度取决于SD序列的结构及与AUG的距离。SD与AUG相距一般以4～10核苷酸为佳，9核苷酸最佳。SD序列的微小变化，往往会导致表达效率成百上千倍的差异，这是由于核苷酸的变化改变了形成mRNA5’端二级结构的自由能，影响了30S亚基与mRNA的结合，从而造成了蛋白质合成效率上的差异。（例子：lacImRNA5’UTR不利于核糖体结合，导致其只能低效率地翻译出少量LacI蛋白）2.核糖开关(riboswitch)某些依赖代谢物调节的基因转录产物的5′UTR存在特征性结构———核糖开关(riboswitch)。核糖开关可以特异性结合代谢物，通过构象变化，在转录或翻译水平上调节基因表达。核糖开关广泛存在于G+及G-细菌的代谢相关基因中，在真菌、植物中也有发现。核糖开关调节维生素、氨基酸、核苷酸等基础代谢过程，其调节基因表达不需要任何蛋白因子作为中介，在进化上可能是RNA世界遗留的分子化石。Riboswitch-mediatedgenecontrolmechanisms(A)Transcriptionregulationbyriboswitches.Whentheriboswitchligandisunavailable,transcriptionofthedownstreamgeneispermittedduetotheformationofananti-terminatorstem.However,whentheaptamerisabletobindtheligand,theanti-terminatorisunabletoassemble,andtranscriptionterminationoccursviaformationofaterminatorstem.(B)Translationregulationbyriboswitches.Intheabsenceofligand,aribosomebindstotheRBS(ribosome-bindingsite)onthemRNAandinitiatestranslation.Whentheligandisavailable,theRBSbecomessequesteredandisnotrecognizedbytheribosome,thustranslationcannotoccur.BiologyoftheCell(2008)

100,

(1–11)枯草芽孢杆菌中的核酶型核糖开关Genes&Dev.

2007.21:

3356-3368/wiki/CH391L/S13/RiboswitchesDifferentTPP-riboswitch-mediatedgene-regulationmechanismsidentifiedinbacteria,fungi,greenalgaeandplants:Inprokaryotes,theregulationofthiaminbiosyntheticgenesoperatesviatheformationofatranscriptionterminatororaShine-Dalgarnosequestor.However,ineukaryotesthiaminpyrophosphatebindingtothenascentRNAmoleculeinducesstructuralrearrangementsthatalterRNAsplicing,andtherebyaffectRNAstability(pink-exon;blue-intron).http://www.weizmann.ac.il/plants/aharoni/riboswitchesTPP-DependentRiboswitchesinEukaryotesInsomeeukaryotes,TPPriboswitchesmodulatemRNAsplicingbycontrollingaccessibilitytoalternativesplicesites.IntheabsenceofTPP,theriboswitchisnotfolded,andcomplementaryregions(lightbluelines)oftheriboswitchandtheadjacentsequenceinteractwithoneanother.(A)Infungi.(B)Inalgae.(C)Inhigherplants.Cell.Volume152,Issues1–2,17January2013,Pages17–24Translationactivationofvirulencegenesinthepathogen

Listeriamonocytogenes.Anincreaseintemperaturemeltsthesecondarystructurearoundtheribosomebindingsite(RBS)andstartcodon,allowingribosomebindingandtranslationinitiation./scitable/topicpage/rna-functions-352#7.7.2mRNA稳定性对转录水平的影响所有细胞都有一系列核酸酶，用来清除无用的mRNA。一个典型的mRNA半衰期为2-3min。mRNA分子被降解的可能性取决于其二级结构。7.7.3调节蛋白的调控作用细菌中有些mRNA结合蛋白可激活靶基因的翻译。大肠杆菌BipA蛋白就具有依赖于核糖体的GTP酶活性，能够刺激转录调节蛋白fismRNA的翻译，是fis蛋白翻译所必需的。The5′UTRof

fis

isrequiredfortranslationalcontrolbyBipA.(A)Extendedcomplementaritybetweenthetranslationinitiationregionof

fis

mRNAandthe3′endof16SrRNA.Thepredictedstem–loopstructuresatthe3′endof16SrRNAbeforeandafterinteractionwiththe5′UTRof

fis

mRNAareshown.Thefis

startcodonisunderlined.(B)Constructionofplasmidscarryingthe

lacZ

ORFfusedtotranslationinitiationregionofWT

fis

(pJGP1),mutantderivatives(pJGP2,pJGP3,pJGP4andpJGP5)or

lacZ

(pJGP6).Onlytherelevantregionoftheplasmidsisshown,togetherwiththesequencesoftheinsertedtranslationinitiationregionsandthe3′endof16SrRNA.Ineachcase,transcriptionof

lacZisdrivenbythe

L‐arabinose‐induciblepromoterPBAD.Theextentofcomplementaritywiththe3′endof16SrRNAisindicated(•)andthe

lacZ

startcodonisunderlined.(C)EffectofBipAonthetranslationof

lacZ

mRNAscarryingthetranslationinitiationregionsof

fis

anditsmutantderivatives,oroflacZ.MG1655Δlac

andMG1655ΔlacZΔbipA

cellscarryingthepJGPseriesofplasmidsweregrowninLB+ampicillinmediumto

A600=1,priortodilutionintofreshLBmediumcontaining0.1%arabinosetoinducetranscription.β‐Galactosidaseactivitywasmeasured60minafterinduction.Comparisonofthelevelsofthecorresponding

lacZ

mRNAtranscriptsbyRT–PCRunderthesameconditionsshowedthattheyvariedlessthan1.5‐fold.TheblackandgreyshadingdenotethepresenceorabsenceofBipA,respectively.EMBOVolume23,Issue1618August2004|pp3187-3439相反，mRNA特异性抑制蛋白则通过与核糖体竞争性结合mRNA分子来抑制翻译的起始。大肠杆菌中的核糖体蛋白就存在翻译抑制现象。阻抑蛋白靶基因作用位点R17外壳蛋白R17复制酶核糖体结合位点的发夹结合T4RegAT4早期mRNA含有起始密码子的各种