原核微生物基因表达的调控

关于原核微生物基因表达的调控基因的转录与翻译称之为基因表达。基因表达受到严格的调控。什么时间表达什么基因什么区域表达什么基因基因表达的调控基因表达的调控主要发生在转录水平上。在任何一系列连锁过程中，控制第一步是最有效、最经济的。第2页,共78页，2024年2月25日，星期天8.1转录水平的调控第3页,共78页，2024年2月25日，星期天8.1.1基因转录的操纵子调控第4页,共78页，2024年2月25日，星期天操纵子（operon）:

结构基因（Structuralgenes）控制成分（Controlelements）操纵序列

调节基因（Regulatorgene）其产物能识别控制成分

可以是这个操纵子的一部分，也可以被另一个操纵子编码。第5页,共78页，2024年2月25日，星期天ControlelementStructuralgenes基本调控模式第6页,共78页，2024年2月25日，星期天1，乳糖操纵子的基本调控原理乳糖操纵子(Lactoseoperon)的结构结构基因控制成分O是阻遏蛋白在操纵子上的结合位点调节基因lacI编码阻遏蛋白

lacZ半乳糖苷酶基因lacY半乳糖苷渗透酶基因lacA硫代半乳糖苷转乙酰酶基因第7页,共78页，2024年2月25日，星期天ipozyaDNAm-RNAProteinlacZlacYlacAlacIPromoterO阻遏蛋白半乳糖苷酶半乳糖苷渗透酶硫代半乳糖苷转乙酰酶与乳糖代谢有关第8页,共78页，2024年2月25日，星期天基本调节过程（见P287,Fig8-3）lacI表达阻遏蛋白，阻遏蛋白结合在DNA的O位点，阻止下游结构基因的表达。当有乳糖时，乳糖结合在阻遏蛋白上，使其失活，阻遏蛋白不能结合在DNA的O位点，而且结合在DNA上的阻遏蛋白也会离开DNA。结构基因开始表达。当没有乳糖时，新合成的阻遏蛋白又将结合在DNA上，阻止基因的表达。为什么阻遏蛋白结合在O位点就阻止了下游基因的表达？IPOXYA注意O位点与P位点之间的关系。第9页,共78页，2024年2月25日，星期天诱导物乳糖在调节过程中起了什么作用？

当基因开始表达时，乳糖成了这些酶的底物；当乳糖结合到阻遏蛋白上，开启基因表达时,乳糖成了诱导物。IPTG是不被分解的诱导物。别乳糖是真正的的诱导物。原来，乳糖在半乳糖苷渗透酶的帮助下进入细胞后，经半乳糖苷酶的作用转变为别乳糖，别乳糖再发挥诱导作用。第10页,共78页，2024年2月25日，星期天在乳糖进入细胞前，阻遏蛋白有阻遏的活性，与乳糖的进入、代谢有关的酶不能被表达。那么，乳糖是如何进入细胞，又如何被转变成真正的诱导物？这是因为非诱导状态下的乳糖操纵子存在本底组成型合成。结合在O位点的阻遏蛋白有一定的半衰期，存在着新老蛋白的交替作用，在新老阻遏蛋白交替的间隙，RNA聚合酶会乘机启动转录，产生几个半乳糖苷渗透酶，几个半乳糖苷酶，前者使乳糖进入细胞，后者使乳糖成为别乳糖-真正的诱导物。IPOXYA半乳糖苷渗透酶硫代半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷酶阻遏蛋白在此结合第11页,共78页，2024年2月25日，星期天阻遏蛋白（repressor）1）结构38KDa,四个相同的亚基。每个亚基

C端（60-360aa）抗胰蛋白核心有形成四聚体的能力与诱导物结合的能力N端长头片段（1-59aa）短头片段（1-51aa）均保留结合操纵序列的能力2）合成阻遏蛋白是lacI的产物,其表达产物为组成型的。第12页,共78页，2024年2月25日，星期天操纵序列（operator,O）阻遏蛋白四聚体第13页,共78页，2024年2月25日，星期天3）相应的突变体i-突变体产生的阻遏蛋白要么不能形成四聚体，要么不能与O位点结合。结果是lac酶系统组成型表达。is突变体产生的阻遏蛋白不能与诱导物结合。结果是lac酶系统不能被诱导表达。it突变体产生的阻遏蛋白与O位点结合太紧密，以致于诱导不下来。结果是lac酶系统不能被诱导表达。Oc突变体突变发生在DNA上。O位点被突变，不能与阻遏蛋白结合。第14页,共78页，2024年2月25日，星期天2，色氨酸操纵子的基本调控原理色氨酸操纵子（Tryptophanoperon）的结构五个结构基因（trpE,trpD,trpC,trpB,trpA）的产物是合成色氨酸的酶系统。2）调节基因(trpR)并不与结构基因位于同一条DNA链上。3）色氨酸操纵子的阻遏蛋白不能与操纵序列结合，需要色氨酸的激活。第15页,共78页，2024年2月25日，星期天五个结构基因调节基因(trpR)并不与结构基因位于同一条DNA链上操纵序列(阻遏蛋白需要色氨酸的激活才能与操纵序列结合)第16页,共78页，2024年2月25日，星期天无活性的阻遏蛋白调节基因色氨酸色氨酸与阻遏蛋白结合，阻遏蛋白被激活。被激活的阻遏蛋白与操纵序列结合。

RNA聚合酶不能结合，转录不能进行。第17页,共78页，2024年2月25日，星期天色氨酸操纵子的调节过程（P299,Fig8-14）当细胞中色氨酸数量少时，阻遏蛋白不起阻遏作用，色氨酸合成酶增多，色氨酸的数量增加。2）当细胞中色氨酸数量多时，色氨酸与阻遏蛋白结合，阻遏蛋白被激活，与O位点结合，基因表达受阻，色氨酸合成酶减少，色氨酸的数量减少。第18页,共78页，2024年2月25日，星期天8.1.2基因转录的时序调控第19页,共78页，2024年2月25日，星期天1，噬菌体SPO1噬菌体SPO1的宿主是枯草杆菌，为烈性噬菌体。其生活史分为早、中、晚三个时期，在这三个时期对应有早期基因转录、中期基因转录、晚期基因转录。分别由三种RNA聚合酶执行。早期基因转录中期基因转录晚期基因转录α2ββ’δ55α2ββ’gp28α2ββ’gp33gp34第20页,共78页，2024年2月25日，星期天早期基因转录中期基因转录晚期基因转录α2ββ’δ55α2ββ’gp28α2ββ’gp33gp34三种RNA聚合酶实际上核心酶一样，识别因子不一样δ55是宿主细菌RNA聚合酶的识别因子，识别早期基因启动子。gp28是噬菌体SPO1早期基因转录产物，识别中期基因启动子。gp33gp34是噬菌体SPO1中期基因转录产物，识别晚期基因启动子。第21页,共78页，2024年2月25日，星期天调控过程(P301,Fig8-16)早期基因中期基因晚期基因δ55gp28gp33

gp34通过识别因子的更换实现了两次转换。早期基因转录中期基因转录δ55gp28晚期基因转录中期基因转录gp33gp34gp28通过识别因子的更换实现了不同时期基因的转录。第22页,共78页，2024年2月25日，星期天2，枯草杆菌枯草杆菌形成芽孢经历两次转录的改变。第一次改变：营养生长基因转录到早期芽孢形成基因转录的改变。第二次改变：早期芽孢形成基因转录到晚期芽孢形成基因转录的改变。第23页,共78页，2024年2月25日，星期天调控过程(P302,Fig8-17)营养生长基因早期芽孢形成基因晚期芽孢形成基因δ55δ37δ29

营养生长基因转录早期芽孢形成基因转录δ55δ37晚期芽孢形成基因转录早期芽孢形成基因转录δ37δ29通过识别因子的更换实现了不同时期基因的转录。第24页,共78页，2024年2月25日，星期天3，λ噬菌体溶原周期到裂解周期之间的调控溶原周期：噬菌体DNA整合在宿主DNA中的时期。宿主DNA宿主DNA噬菌体DNA早期基因晚期基因晚期基因裂解周期：噬菌体DNA离开宿主DNA，进行复制、装配、裂解宿主细胞的时期。噬菌体DNA宿主DNA第25页,共78页，2024年2月25日，星期天宿主DNA宿主DNA噬菌体DNA早期基因晚期基因晚期基因溶原周期裂解周期由早期基因调控由早期基因调控第26页,共78页，2024年2月25日，星期天λ噬菌体的基因分布1）全基因组概图N抗终止蛋白复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因第27页,共78页，2024年2月25日，星期天2）早期基因结构图N抗终止蛋白复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPE第28页,共78页，2024年2月25日，星期天OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体早期基因结构图λ噬菌体的调节蛋白1）CI蛋白λ阻遏蛋白，基因CI的产物，两亚基。结构N末端结构域（1-92aa）:负责与操纵序列结合；C末端结构域（93-131aa）:负责两亚基的结合。P382,Fig10-5,(a)(b)(c)(a)表示λ阻遏蛋白的一个亚基很容易被蛋白水解酶切断，产生两个分离的结构域。(b)表示C末端结构域的相互作用形成了二聚体，将两亚基结合起来。(c)表示λ阻遏蛋白通过N末端结构域与DNA结合。第29页,共78页，2024年2月25日，星期天OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体早期基因结构图λ噬菌体的调节蛋白1）CI蛋白λ阻遏蛋白，基因CI的产物，两亚基。结构N末端结构域（1-92aa）:负责与操纵序列结合；C末端结构域（93-131aa）:负责两亚基的结合。结合特性：CI蛋白能结合在其基因两侧的O位点,分别是

OL1，OL2，OL3；OR1，OR2，OR3。CI蛋白在这些位点的结合力有大小区别：OR1>

OR2>

OR3；OL1>

OL2>

OL3第30页,共78页，2024年2月25日，星期天2）早期基因结构图N抗终止蛋白复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ阻遏蛋白阻止噬菌体晚期基因表达，即阻止裂解生长，促进噬菌体溶原状态。第31页,共78页，2024年2月25日，星期天OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体早期基因结构图λ噬菌体的调节蛋白2）cro蛋白第二阻遏蛋白，基因cro的产物，两亚基。结合特性：cro蛋白也能结合在O位点上,分别是

OL1，OL2，OL3；OR1，OR2，OR3。cro蛋白在这些位点的结合力的区别与CI蛋白正好相反：OR3>

OR2>

OR1

；OL3>

OL2>OL1cro蛋白与O位点结合阻遏了λ阻遏蛋白的形成。第32页,共78页，2024年2月25日，星期天OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体早期基因结构图λ噬菌体的调节蛋白3）CⅡ蛋白基因CⅡ的产物。结合特性：

CⅡ蛋白单体不稳定，多聚体才有活性。

在CⅢ蛋白的协助下，启动PE的转录。受宿主Hfl酶的水解。4）CⅢ蛋白基因CⅢ的产物。抑制宿主Hfl酶对CⅡ蛋白的水解。CI蛋白-λ阻遏蛋白cro蛋白-第二阻遏蛋白CⅡ蛋白+CⅢ蛋白第33页,共78页，2024年2月25日，星期天N复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体的调节位点1）PL位置与OL1重叠，左向转录启动子。转录产物有抗终止蛋白N、CⅢ蛋白、重组蛋白等。OL1被占据，PL不能启动转录。第34页,共78页，2024年2月25日，星期天N复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体的调节位点2）PR位置与OR1重叠，右向转录启动子。转录产物有cro蛋白、CⅡ蛋白以及与复制裂解有关的酶。OR1被占据，PR不能启动转录。PR与PL的转录将导致λ噬菌体进入裂解期。OR1和OL1被占据则抑制这种转录。第35页,共78页，2024年2月25日，星期天N复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体的调节位点3）PE左向转录启动子。转录产物有CI蛋白(λ阻遏蛋白)。PE与PM的转录产生CI蛋白，抑制λ噬菌体进入裂解期，促进溶原。OR3被占据则抑制CI蛋白的产生。4）PM左向转录启动子。转录产物有CI蛋白(λ阻遏蛋白)。CI蛋白与OR1的结合促进PM转录。第36页,共78页，2024年2月25日，星期天N复制蛋白Q抗终止蛋白裂解蛋白头部基因尾部基因整合酶切除酶重组酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌体的调节位点5）OR1，OR2，OR3右向操纵序列。6）OL1，OL2，OL3左向操纵序列。PL裂解PR裂解PE溶原PM溶原OR1，OR2，OR3OL1，OL2，OL3第37页,共78页，2024年2月25日，星期天裂解与溶原转变的调节营养耗尽cAMP产生Hfl被抑制CⅡ蛋白上升感染复数过高CⅡ蛋白多聚体增多裂解状态CⅡ蛋白活性升高刺激PE转录CI蛋白增加CI蛋白结合到OL1和OR1

抑制了与裂解有关的基因的表达导致CⅡ、CⅢ蛋白的表达受阻促进PM的转录PE停止表达CI蛋白进一步增加溶原状态1）裂解溶原宿主Hfl酶水解CⅡ蛋白；CⅡ蛋白+CⅢ蛋白启动PE的转录；CI蛋白与OR1的结合促进PM转录；CI蛋白阻止晚期基因表达，即阻止裂解生长。OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPE第38页,共78页，2024年2月25日，星期天裂解与溶原转变的调节2）溶原裂解cro蛋白与O位点结合阻遏λ阻遏蛋白的形成；PL,PR启动转录导致与复制裂解有关的基因表达。OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPECI蛋白增加导致所有的O位点被饱和紫外线引起DNA损伤溶原状态CI蛋白不再增加

RecA蛋白被激活水解CI蛋白CI蛋白将从O位点解离PL,PR启动转录cro蛋白产生裂解状态与复制裂解有关的基因表达CⅡ、CⅢ蛋白产生结合在O3位点抑制CI蛋白的表达第39页,共78页，2024年2月25日，星期天裂解与溶原转变的调节营养耗尽cAMP产生Hlf被抑制CⅡ蛋白上升感染复数过高CⅡ蛋白多聚体增多裂解状态CⅡ蛋白活性升高刺激PE转录CI蛋白增加CI蛋白结合到OL1和OR1

抑制了与裂解有关的基因的表达导致CⅡ、CⅢ蛋白的表达受阻促进PM的转录PE停止表达CI蛋白进一步增加溶原状态CI蛋白增加导致所有的O位点被饱和紫外线引起DNA损伤溶原状态CI蛋白不再增加

RecA蛋白被激活水解CI蛋白CI蛋白将从O位点解离PL,PR启动转录cro蛋白产生裂解状态与复制裂解有关的基因表达CⅡ、CⅢ蛋白产生结合在O3位点抑制CI蛋白的表达各种蛋白质因子，特别是CI蛋白、cro蛋白与DNA分子的作用，调节着基因的表达，实现了噬菌体裂解与溶原之间的相互转变。第40页,共78页，2024年2月25日，星期天8.1.3基因转录的翻译调控第41页,共78页，2024年2月25日，星期天无活性的阻遏蛋白调节基因色氨酸色氨酸与阻遏蛋白结合，阻遏蛋白被激活。被激活的阻遏蛋白与操纵序列结合。

RNA聚合酶不能结合，转录不能进行。色氨酸操纵子第42页,共78页，2024年2月25日，星期天操纵子调节基因表达存在本底组成型合成。乳糖操纵子的本底组成型合成是非阻遏状态下的1/1000。色氨酸操纵子的本底组成型合成是非阻遏状态下的1/70。这就是说，当细胞内存在色氨酸时，色氨酸与阻遏蛋白结合，激活了阻遏蛋白，阻遏蛋白与操纵序列结合后，并没有完全阻遏色氨酸的合成。也就是说，当阻遏蛋白进行新老交替的间隙，RNA聚合酶乘机启动转录。显然，色氨酸操纵子的本底组成型合成远远大于乳糖操纵子。这种本底组成型转录也受到调控。1，发生调控的位置这种调控发生在什么位置？第43页,共78页，2024年2月25日，星期天细菌没有核膜，因此，转录与翻译是紧密藕联的。当本底转录一旦形成新的mRNA时，核糖体就结合到mRNA上进行翻译。DNAmRNA核糖体RNA聚合酶蛋白质就是这种翻译决定着前面的转录是否继续进行。这种通过核糖体的翻译作用对基因转录进行的调节称为基因转录的翻译调控。第44页,共78页，2024年2月25日，星期天五个结构基因调节基因(trpR)操纵序列(阻遏蛋白需要色氨酸的激活才能与操纵序列结合)这种调控发生在什么位置？这种调控发生在操纵序列与结构基因之间。我们把基因转录的翻译调控称为衰减作用（Attenuation）。第45页,共78页，2024年2月25日，星期天2，衰减作用的机构1）trpE上游的SD序列（核糖体结合位点）2）两个连续的色氨酸密码子（位于前导序列中）和前导肽终止密码子（位于序列1中）。3）衰减子序列（attenuator）序列1序列2序列3序列4配对ΔG=-11.2

配对ΔG=-11.7

配对ΔG=-20

形成不依赖蛋白质辅助因子的终止子OtrpESD序列前导序列序列1序列2序列3序列4两个连续的色氨酸密码子位于前导序列中配对稳定性：序列3-4>序列2-3>序列1-2衰减作用的机构位于操纵序列与结构基因之间。前导肽终止密码子位于序列1中第46页,共78页，2024年2月25日，星期天OtrpESD序列前导序列序列1序列2序列3序列4转录、翻译的方向当序列1-2配对时，序列3-4配对。当序列1被占据时，序列2-3配对，序列3–4不能配对。当序列1，2同时被占据时，只有序列3–4才能配对，形成不依赖蛋白质辅助因子的终止子。第47页,共78页，2024年2月25日，星期天3，调节的过程1）当细胞中色氨酸（trp）的量处在稳定状态时，序列1-2配对，序列3-4也配对，终止信号形成，RNA聚合酶离开DNA,转录停止。序列1-2配对序列3-4配对,终止信号形成。RNA聚合酶离开DNA，转录停止。细菌没有核膜，转录与翻译是紧密藕联的。第48页,共78页，2024年2月25日，星期天2）当细胞中trp的量处在很低状态时，核糖体就停留在前导序列中的两个连续的色氨酸密码子处（因trp的量很低，没有trp供应给核糖体的翻译工作），核糖体占据部分前导序列和部分序列1。结果是：序列1不能与序列2配对，序列2与序列3配对，序列4没有转录出来，终止信号不形成，RNA聚合酶继续转录，以满足细胞对trp的需要。RNA聚合酶继续转录两个连续的色氨酸密码子序列2-3配对核糖体占据前导序列和序列1序列4没有转录出来，终止信号不形成。第49页,共78页，2024年2月25日，星期天3）当细胞中trp的量处在较高状态时，核糖体就越过两个连续的色氨酸密码子（因trp的量高，有trp供应给核糖体的翻译工作），翻译出整个前导肽（前导序列的转录产物），停留在前导肽终止密码处，占据着部分序列1和部分序列2，序列4已被转录出来。结果是：序列2不能与序列3配对，序列3与序列4配对，终止信号形成，RNA聚合酶离开DNA，终止转录。前导肽终止密码子前导肽被翻译出来核糖体占据序列1和序列2序列4被转录出来，与序列3配对，形成转录的终止信号。RNA聚合酶离开DNA，终止转录第50页,共78页，2024年2月25日，星期天4）当细胞中别的氨基酸，比如Gly饥饿时，核糖体就停留在色氨酸密码子之前的Gly密码子处。序列1-2配对，RNA聚合酶转录出序列4，序列3-4配对，终止信号形成，RNA聚合酶离开DNA,转录停止。核糖体停留在色氨酸密码子之前的Gly密码子处序列1-2配对序列3-4配对,终止信号形成。RNA聚合酶离开DNA，转录停止。基因转录的翻译调控是一个普遍现象，在其它氨基酸，甚至核酸的合成中也存在。第51页,共78页，2024年2月25日，星期天色氨酸合成受到三个方面的控制：色氨酸对色氨酸合成酶系统的反馈作用；色氨酸对色氨酸合成酶系统的阻遏作用；色氨酸对色氨酸合成酶系统的衰减作用。第52页,共78页，2024年2月25日，星期天8.1.4基因转录的DNA重排调控第53页,共78页，2024年2月25日，星期天1,相变现象鼠伤寒沙门氏菌存在相变过程。具有H1型鞭毛蛋白的沙门氏菌处于相I

。具有H2型鞭毛蛋白的沙门氏菌处于相Ⅱ

。沙门氏菌侵染宿主时，处于相I，产生H1型鞭毛蛋白，宿主就针对H1型鞭毛蛋白形成抗体，这时处于相I时期的沙门氏菌利用相变产生1/1000相Ⅱ的后代。显然，宿主形成的针对H1型鞭毛蛋白的抗体对相Ⅱ的沙门氏菌没有作用，沙门氏菌利用相变躲过这一劫，又可以在宿主内生存繁殖。第54页,共78页，2024年2月25日，星期天2,相变的遗传基础H1基因H1型鞭毛蛋白是H1基因的产物，H1基因是一个单独的基因。H2型鞭毛蛋白是H2基因的产物，H2基因不是单独的基因。H2基因与H1阻遏蛋白基因紧密连锁。紧密连锁的H2基因与H1阻遏蛋白基因是一个转录单位，一转录都转录。我们把这个转录单位称为H2-rh1。H2基因

H1阻遏蛋白基因H2-rh1第55页,共78页，2024年2月25日，星期天H1基因H1型鞭毛蛋白当沙门氏菌处于相I时，H1基因表达，产生H1型鞭毛蛋白，转录单位H2-rh1没有表达。H2基因

H1阻遏蛋白基因H2-rh1第56页,共78页，2024年2月25日，星期天H1基因H2型鞭毛蛋白当沙门氏菌处于相Ⅱ时，转录单位H2-rh1表达，产生H2型鞭毛蛋白的同时，也产生了H1阻遏蛋白，H1阻遏蛋白结合在H1基因的操纵序列上，阻遏了H1基因的表达。H2基因

H1阻遏蛋白基因H2-rh1H1阻遏蛋白细菌处于相I还是相Ⅱ决定于H2-rh1表达与否。若表达，细菌处于相Ⅱ；若不表达，细菌处于相I。第57页,共78页，2024年2月25日，星期天3,相变的实质转录单位H2-rh1的上游有一995bpDNA序列，该序列的末端含有H2-rh1转录启动子。

995bpDNA序列H2-rh1

995bpDNA序列H2-rh1H2-rh1转录启动子当H2-rh1转录启动子与H2-rh1转录单位邻近时，H2-rh1开始表达，细菌处于相Ⅱ。当该995bpDNA序列倒位，H2-rh1的启动子移到另一端，H2-rh1不表达，细菌处于相I。相变的实质就是基因转录的DNA重排调控。第58页,共78页，2024年2月25日，星期天8.2翻译水平的调控第59页,共78页，2024年2月25日，星期天基因表达的调控主要发生在转录水平上，但在翻译水平上也存在调控。8.2.1翻译水平的RNA调控第60页,共78页，2024年2月25日，星期天1,反义RNA的调控作用反义RNA通过碱基互补的原则结合在特定的mRNA与起始翻译有关的序列上，抑制mRNA的翻译，从而达到调控的目的。mRNA与起始翻译有关的序列SD序列起始密码子渗透压变化对E.coli外膜蛋白质基因表达的调控就是翻译水平的反义RNA调控作用。第61页,共78页，2024年2月25日，星期天受这种调节的外膜蛋白质有两种：

OmpCOmpF高渗透压时增多减少低渗透压时减少增多OmpF基因反义RNA基因OmpC

基因同一单位转录mRNASD序列同时转录转录OmpC(反义RNA)micF当OmpC基因表达时，反义RNA同时被表达，互补性的结合在SD序列上，OmpF蛋白的翻译受阻，所以OmpC增多，OmpF减少。当OmpC减少时，反义RNA也少，OmpF蛋白的翻译受阻也得到缓解，OmpF增多。为什么会出现上述情况？第62页,共78页，2024年2月25日，星期天2,mRNA二级结构的调控作用mRNA将需要立即翻译的序列暴露在二级结构之外，将暂时不需要翻译的序列包裹在二级结构之内，从而达到翻译水平的调节，这就是mRNA二级结构在翻译水平的调控作用的实质。以E.coli的单链RNA噬菌体为例，如R17病毒。R17病毒是单股正链RNA病毒。第63页,共78页，2024年2月25日，星期天1）R17病毒基因组结构ACPrep5’3’+RNA裂解蛋白基因A基因：附着蛋白基因CP基因：衣壳蛋白基因rep基因：复制酶基因CP基因核糖体结合位点暴露在外。A、CP的其余部分以及rep基因包裹在二级结构内。CPArep第64页,共78页，2024年2月25日，星期天2）CP基因与rep基因的先后翻译a,核糖体结合在CP基因暴露在外的核糖体结合位点。b,核糖体在翻译CP基因。c,核糖体反复翻译CP基因，直到CP分子合成达到需要量。d,CP分子达到2×106个后，核糖体

才冲开rep的二级结构，开始翻译rep基因。病毒对衣壳蛋白的需要量一般是较大的。CPArep5’第65页,共78页，2024年2月25日，星期天3）A基因的翻译与封闭rep基因为复制酶基因，R17病毒复制酶是依赖RNA的RNA聚合酶。该复制酶复制基因组的过程是：以正链RNA为模板合成负链RNA，然后以负链RNA为模板合成正链RNA，A基因是在以负链RNA为模板合成正链RNA的同时被翻译的。第66页,共78页，2024年2月25日，星期天复制酶在以负链RNA为模板合成正链RNA的同时，核糖体以刚刚合成出来的正链RNA为模板开始A基因的翻译。复制酶核糖体负链RNA正链RNACPArep-3’a+5’-3’b+5’-3’cd-3’+5’当复制酶和核糖体分别完成A基因的复制与翻译时，RNA立即形成二级结构，将A基因包裹在内，核糖体不能结合上去，A基因翻译就停止了。第67页,共78页，2024年2月25日，星期天2,mRNA寿命的调控作用原核微生物的mRNA寿命很短，几分钟后就降解。不同的mRNA有不同的降解速度。mRNA是蛋白质翻译的模板，寿命越长，翻译越长。因此，mRNA寿命的长短对基因表达有一定的调控作用。降解mRNA的酶主要是3’-外切核酸酶。mRNA的终止子结构以及终止子类似结构均以不同程度地阻碍3’-外切核酸酶对mRNA的降解作用。第68页,共78页，2024年2月25日，星期天8.2.2翻译水平的自体调控翻译水平的自体调控就是自己调控着自己的翻译。某种蛋白质通过某种手段调控着自身的翻译。第69页,共78页，2024年2月25日，星期天1，释放因子RF2的翻译RF2的编码序列：5