分子第五章原核基因表達(dá)調(diào)控

1、Prepared and presented byDengyue YuanMolecular Biology第五章第五章 原核基因表達(dá)調(diào)控原核基因表達(dá)調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)控原核基因表達(dá)調(diào)控總論總論Molecular Biology生物的基因表達(dá)受著嚴(yán)密和精確的調(diào)控，生物的基因表達(dá)受著嚴(yán)密和精確的調(diào)控，基因表達(dá)基因表達(dá)調(diào)控是生命調(diào)控是生命本質(zhì)所在，是生物本質(zhì)所在，是生物適應(yīng)環(huán)境適應(yīng)環(huán)境生存的必然結(jié)果。生存的必然結(jié)果。AbstractQuestion：什么是基因表達(dá)？：什么是基因表達(dá)？Brainstorming and Discussion基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expressio

2、n)：從：從DNA到蛋白質(zhì)的過程，即基因到蛋白質(zhì)的過程，即基因轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。錄及翻譯的過程。rRNA、tRNA的編碼基因轉(zhuǎn)錄合成的編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也的過程也屬于屬于基因表達(dá)基因表達(dá)。基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控(gene regulation)：對(duì)對(duì)基因表達(dá)過程的調(diào)節(jié)稱為基基因表達(dá)過程的調(diào)節(jié)稱為基因表達(dá)因表達(dá)調(diào)控。調(diào)控?；虮磉_(dá)的調(diào)控可在多個(gè)基因表達(dá)的調(diào)控可在多個(gè)層次層次上進(jìn)行，包括上進(jìn)行，包括基因水基因水平平、轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯翻譯水平水平和和翻譯后水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控。Abstract基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以

3、下兩個(gè)方面：1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptional regulation)。2、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后后水平上的調(diào)控水平上的調(diào)控(post-transcriptional regulation)：mRNA加工成熟水平上的調(diào)控、翻譯水平上的調(diào)控加工成熟水平上的調(diào)控、翻譯水平上的調(diào)控 。Abstract1、組成、組成蛋白和調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白蛋白組成組成蛋白蛋白：細(xì)胞內(nèi)有許多種蛋白質(zhì)的：細(xì)胞內(nèi)有許多種蛋白質(zhì)的數(shù)量幾乎不受外界數(shù)量幾乎不受外界環(huán)境環(huán)境的影響，這些蛋白質(zhì)稱為組成蛋白。的影響，這些蛋白質(zhì)稱為組成蛋白。調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白：是：是一類特殊的蛋白質(zhì)，它們可以影響一一類特殊的蛋

4、白質(zhì)，它們可以影響一種或種或多種多種基因的表達(dá)基因的表達(dá)。調(diào)節(jié)蛋白包括：。調(diào)節(jié)蛋白包括：正正調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白和和負(fù)調(diào)節(jié)負(fù)調(diào)節(jié)蛋白蛋白。前者前者是激活是激活蛋白，蛋白，后者是阻遏蛋白后者是阻遏蛋白。一一、基本概念、基本概念激活激活蛋白蛋白(activator)：與操縱基因或位于啟動(dòng)子上游的控制因子與操縱基因或位于啟動(dòng)子上游的控制因子結(jié)合后能增強(qiáng)或啟動(dòng)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白結(jié)合后能增強(qiáng)或啟動(dòng)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白。阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)：是：是負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中由調(diào)節(jié)基因編碼負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中由調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)蛋蛋白，它本身與白，它本身與輔阻遏物一起輔阻遏物一起與與操縱基因操縱基因結(jié)合

5、，阻遏操縱子結(jié)構(gòu)基因結(jié)合，阻遏操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白可以的轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白可以被誘導(dǎo)被誘導(dǎo)失活，從而失活，從而導(dǎo)致不可導(dǎo)致不可阻遏或去阻遏。阻遏或去阻遏。激活蛋白和阻遏蛋白激活蛋白和阻遏蛋白激活蛋白阻遏蛋白2、結(jié)構(gòu)基因和、結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(structural gene)：編碼蛋白質(zhì)或編碼蛋白質(zhì)或RNA的的基因。結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因編碼基因編碼大量結(jié)構(gòu)大量結(jié)構(gòu)和功能各異的和功能各異的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，包括結(jié)構(gòu)蛋白、具有，包括結(jié)構(gòu)蛋白、具有催化活性的酶和催化活性的酶和調(diào)控蛋白。調(diào)控蛋白。調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因(regulator gene) ：通過編碼蛋白質(zhì)通過編碼蛋白質(zhì)或或

6、RNA來調(diào)節(jié)其來調(diào)節(jié)其他基因表達(dá)的基因他基因表達(dá)的基因。一一、基本概念、基本概念3、順式作用元件和、順式作用元件和反式作用因子反式作用因子順式順式作用作用(cis-acting)：不轉(zhuǎn)變：不轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏纹渌麨槿魏纹渌问叫问?RNA或或蛋白質(zhì)蛋白質(zhì))而只而只以以DNA形式在原來位置起作用，僅影響與其緊密相連的形式在原來位置起作用，僅影響與其緊密相連的DNA序列。序列。順式作用元件順式作用元件(cis-acting element): 對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的DNA序列序列，其活性只影響與其自身同處在一個(gè)，其活性只影響與其自身同處在一個(gè)DNA分子上的基分子上的基因。因。通常不編

7、碼通常不編碼蛋白質(zhì)，多位于基因旁側(cè)或內(nèi)含子中蛋白質(zhì)，多位于基因旁側(cè)或內(nèi)含子中。一一、基本概念、基本概念3、順式作用元件和、順式作用元件和反式作用因子反式作用因子反反式式作用作用(trans-acting)：編碼產(chǎn)物從合成地點(diǎn)擴(kuò)散到其他場(chǎng)所編碼產(chǎn)物從合成地點(diǎn)擴(kuò)散到其他場(chǎng)所起作用起作用的的過程。過程。反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)：能直接或間接地識(shí)別或能直接或間接地識(shí)別或結(jié)結(jié)合在合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。它是調(diào)節(jié)基因編碼的產(chǎn)物。它是調(diào)節(jié)基因編碼的產(chǎn)物。一一、基本概念、

8、基本概念4、正調(diào)控和負(fù)、正調(diào)控和負(fù)調(diào)控調(diào)控正正調(diào)控調(diào)控(positive regulation)：?jiǎn)?dòng)或增強(qiáng)基因表達(dá)啟動(dòng)或增強(qiáng)基因表達(dá)活性活性的調(diào)控。的調(diào)控。負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控(negative regulation)：關(guān)閉或降低基因表達(dá)關(guān)閉或降低基因表達(dá)活性活性的調(diào)控的調(diào)控。正調(diào)控與負(fù)調(diào)控的共同點(diǎn)正調(diào)控與負(fù)調(diào)控的共同點(diǎn)：調(diào)控調(diào)控蛋白作為反式作用因子，能識(shí)蛋白作為反式作用因子，能識(shí)別那些別那些通常位于通常位于基因上游的順式作用元件基因上游的順式作用元件。一一、基本概念、基本概念正調(diào)控和負(fù)調(diào)控激活蛋白阻遏蛋白操縱子啟動(dòng)子正調(diào)控負(fù)調(diào)控操縱子啟動(dòng)子5、操縱基因操縱基因和操縱子和操縱子操縱基因操縱基因(op

9、erator)：也：也叫操作子，是操縱子中的控制叫操作子，是操縱子中的控制基因基因，在，在操縱子上一般與啟動(dòng)子相鄰，通常處于開放狀態(tài)操縱子上一般與啟動(dòng)子相鄰，通常處于開放狀態(tài)，使，使RNA聚合酶聚合酶通過并作用于啟動(dòng)子啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄通過并作用于啟動(dòng)子啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。操縱子操縱子(operon)：由由操縱基因操縱基因以及相鄰的若干以及相鄰的若干結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因所所組成組成的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受操縱基因的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受操縱基因控制。控制。一一、基本概念、基本概念操縱子學(xué)說是關(guān)于原核生物基因結(jié)構(gòu)及其表達(dá)操縱子學(xué)說是關(guān)于原核生物基因結(jié)構(gòu)及其表達(dá)調(diào)控的調(diào)控的學(xué)說，學(xué)說，最早最早于于1961年由

10、年由法國(guó)巴斯德研究院的法國(guó)巴斯德研究院的Jacob和和Monod提出提出的的。Jacob和和Monod于于1965年獲得諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。年獲得諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。操縱子學(xué)說操縱子學(xué)說JacobMonod操縱子操縱子學(xué)說學(xué)說內(nèi)容內(nèi)容：操縱子是原核生物在分子水平上基因表達(dá)調(diào)控：操縱子是原核生物在分子水平上基因表達(dá)調(diào)控的的單位單位，由，由調(diào)節(jié)基因、啟動(dòng)子、操縱基因和結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因、啟動(dòng)子、操縱基因和結(jié)構(gòu)基因等等組成。通過組成。通過調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白或誘導(dǎo)物、輔阻遏物調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白或誘導(dǎo)物、輔阻遏物協(xié)同作用協(xié)同作用，開啟或關(guān)，開啟或關(guān)閉操縱基因，對(duì)操縱子結(jié)構(gòu)基因的閉操縱基因，對(duì)操縱子

11、結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)表達(dá)進(jìn)行正調(diào)控或負(fù)調(diào)控進(jìn)行正調(diào)控或負(fù)調(diào)控。操縱子學(xué)說操縱子學(xué)說操縱基因啟動(dòng)子調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因原核生物的基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)調(diào)控機(jī)原核生物的基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同可分為制的不同可分為負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控(negative transcription regulation)和和正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(positive transcription regulation)。在在負(fù)負(fù)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白阻遏蛋白，起著阻止，起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。在正轉(zhuǎn)錄在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)

12、中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是是激活蛋白激活蛋白，起著增強(qiáng)，起著增強(qiáng)或啟動(dòng)結(jié)構(gòu)基因或啟動(dòng)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的作用作用。二二、原核、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型和特點(diǎn)基因調(diào)控機(jī)制的類型和特點(diǎn)負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控根據(jù)其作用特征又可分為：根據(jù)其作用特征又可分為：負(fù)負(fù)控誘導(dǎo)：阻遏蛋白不與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不控誘導(dǎo)：阻遏蛋白不與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。負(fù)負(fù)控阻遏：阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合控阻遏：阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。正轉(zhuǎn)錄正轉(zhuǎn)錄調(diào)控調(diào)控根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)又根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)又可分為

13、：可分為：正控誘導(dǎo)：正控誘導(dǎo)：效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在激活蛋白處于活性狀態(tài)。）的存在激活蛋白處于活性狀態(tài)。正控阻遏：正控阻遏：效應(yīng)物效應(yīng)物分子的存在使激活分子的存在使激活蛋白蛋白處于非活性處于非活性狀態(tài)狀態(tài)。負(fù)轉(zhuǎn)錄負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控與正調(diào)控與正轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控：負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控：阻遏蛋白阻遏蛋白的調(diào)控，的調(diào)控，阻止阻止結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因基因的的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。負(fù)控誘導(dǎo)：負(fù)控誘導(dǎo)：與效應(yīng)物結(jié)合，與效應(yīng)物結(jié)合，轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄。負(fù)控阻遏：負(fù)控阻遏：與效應(yīng)物結(jié)合，與效應(yīng)物結(jié)合，不轉(zhuǎn)錄不轉(zhuǎn)錄。正轉(zhuǎn)錄調(diào)控：正轉(zhuǎn)錄調(diào)控：激活蛋白激活蛋白的調(diào)控，的調(diào)控，激活激活結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因基因的的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。正控誘導(dǎo)：正控誘

14、導(dǎo)：效應(yīng)物活化激活蛋白，效應(yīng)物活化激活蛋白，轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。正控阻遏：正控阻遏：效應(yīng)物效應(yīng)物滅滅活激活蛋白活激活蛋白，不轉(zhuǎn)，不轉(zhuǎn)錄錄。第二節(jié)第二節(jié) 乳糖操縱子與負(fù)調(diào)乳糖操縱子與負(fù)調(diào)控系統(tǒng)控系統(tǒng)Molecular Biology一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)二、乳糖操縱子模型及其影響因子二、乳糖操縱子模型及其影響因子三、三、lac操縱子的調(diào)控機(jī)理操縱子的調(diào)控機(jī)理Content大腸桿菌乳糖操縱子大腸桿菌乳糖操縱子(lactose operon)：包括啟動(dòng)子、控制子、：包括啟動(dòng)子、控制子、阻遏子及阻遏子及3個(gè)結(jié)構(gòu)基因個(gè)結(jié)構(gòu)基因lacZ、 lacY 、lacA等。轉(zhuǎn)錄時(shí)，等。轉(zhuǎn)錄時(shí)，RN

15、A聚合聚合酶首先與酶首先與啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)區(qū)(promoter, P)結(jié)合，通過結(jié)合，通過操縱區(qū)操縱區(qū)(operator, O)向向右轉(zhuǎn)錄右轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄從。轉(zhuǎn)錄從O區(qū)中間開始，按區(qū)中間開始，按lacZ lacY lacA方向進(jìn)行，方向進(jìn)行，每次轉(zhuǎn)錄出來的一條每次轉(zhuǎn)錄出來的一條mRNA上都帶有這三種基因。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控是上都帶有這三種基因。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控是在啟動(dòng)區(qū)和操縱區(qū)進(jìn)行的。在啟動(dòng)區(qū)和操縱區(qū)進(jìn)行的。一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)一、乳糖操縱子的一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子啟動(dòng)子操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因z: -半乳糖苷酶半乳糖苷酶y:

16、-半乳糖半乳糖苷苷透過酶透過酶a: -半乳糖乙半乳糖乙?；D(zhuǎn)?；D(zhuǎn)移酶移酶zyaOPDNAI基因基因乳糖操縱子乳糖操縱子(lactose operon)的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)3個(gè)結(jié)構(gòu)基因各決定一種酶：個(gè)結(jié)構(gòu)基因各決定一種酶：lacZ編碼編碼-半乳糖苷酶；半乳糖苷酶；lacY編碼編碼-半乳糖苷透過半乳糖苷透過酶；酶；lacA編碼編碼-半乳糖乙半乳糖乙?；D(zhuǎn)移酶。?；D(zhuǎn)移酶。-半乳糖苷酶：將乳糖水解成半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖葡萄糖和和半乳糖。半乳糖。-半乳糖苷透過酶：使外界的半乳糖苷透過酶：使外界的-半乳糖半乳糖苷（如乳糖苷（如乳糖）能）能透過透過大大腸桿菌細(xì)胞壁腸桿菌細(xì)胞壁和和原生質(zhì)膜原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)

17、胞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。內(nèi)。-半乳糖乙?；D(zhuǎn)移酶：將乙酰輔酶半乳糖乙酰基轉(zhuǎn)移酶：將乙酰輔酶A上的上的乙?；D(zhuǎn)乙?；D(zhuǎn)到到-半乳半乳糖糖苷苷上，上，形成乙酰形成乙酰半乳糖。半乳糖。一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)lacI的表達(dá)產(chǎn)物為乳糖操縱子阻遏蛋白，阻遏蛋白和操縱序列的表達(dá)產(chǎn)物為乳糖操縱子阻遏蛋白，阻遏蛋白和操縱序列Olac結(jié)合結(jié)合時(shí)，能阻止時(shí)，能阻止RNA聚合酶聚合酶在啟動(dòng)子上的轉(zhuǎn)錄，從而阻止在啟動(dòng)子上的轉(zhuǎn)錄，從而阻止結(jié)結(jié)構(gòu)基因構(gòu)基因的表達(dá)。因此，的表達(dá)。因此，Lac基因受負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因受負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)一、乳糖操縱子的基本結(jié)構(gòu)二、酶的誘導(dǎo)二、酶的誘導(dǎo)lac體系受調(diào)

18、控的證據(jù)體系受調(diào)控的證據(jù)1、乳糖操縱子的控制模型、乳糖操縱子的控制模型 lacZ、 lacY 、lacA基因基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編分子所編碼碼。該該mRNA分子的分子的啟動(dòng)子啟動(dòng)子(P)位于位于阻遏阻遏基因基因(lacI)與操縱區(qū)與操縱區(qū)(O)之間，之間，不不能單獨(dú)起始半乳糖苷酶能單獨(dú)起始半乳糖苷酶和透過和透過酶基因的高效表達(dá)。酶基因的高效表達(dá)。操縱區(qū)是操縱區(qū)是DNA上的一小段序列（僅為上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的），是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時(shí)，阻遏物與操縱基因結(jié)合時(shí)，lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制的轉(zhuǎn)

19、錄起始受到抑制。誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能之不能與與操縱基操縱基因因結(jié)合，從而激發(fā)結(jié)合，從而激發(fā)lac mRNA的合成。的合成。三、三、操縱子模型及其影響因子操縱子模型及其影響因子2、影響因子、影響因子（1）lac操縱子的本底水平表達(dá)操縱子的本底水平表達(dá)在非誘導(dǎo)狀態(tài)下，有在非誘導(dǎo)狀態(tài)下，有少量的少量的lac mRNA合成，這種合成被稱為本底合成，這種合成被稱為本底水平水平的組成型合成。由于阻遏物與操縱基因的的組成型合成。由于阻遏物與操縱基因的結(jié)合不是結(jié)合不是絕對(duì)緊密絕對(duì)緊密的，也的，也會(huì)偶爾會(huì)偶爾掉下來；這時(shí)啟動(dòng)子的障礙被解除

20、，掉下來；這時(shí)啟動(dòng)子的障礙被解除，RNA聚合酶開聚合酶開始轉(zhuǎn)錄。這種始轉(zhuǎn)錄。這種現(xiàn)象現(xiàn)象以每個(gè)細(xì)胞周期以每個(gè)細(xì)胞周期1-2次的概率發(fā)生。次的概率發(fā)生。三、三、操縱子模型及其影響因子操縱子模型及其影響因子（2）大腸桿菌）大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)對(duì)乳糖的反應(yīng)加入加入乳糖，在透過酶分子的作用下，乳糖，在透過酶分子的作用下，少量乳糖分子進(jìn)入少量乳糖分子進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞，又在又在單個(gè)單個(gè)-半乳糖苷酶分子的作用下，半乳糖苷酶分子的作用下，轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖。異構(gòu)乳為異構(gòu)乳糖。異構(gòu)乳糖與結(jié)合在操縱區(qū)上的糖與結(jié)合在操縱區(qū)上的阻遏物相阻遏物相結(jié)合并使阻遏物失活離開操縱區(qū)，結(jié)合并使阻遏物失活離開操縱區(qū)，開始開始lac

21、mRNA的生物合成的生物合成，編碼編碼-半乳糖苷酶和乳糖透過酶，導(dǎo)半乳糖苷酶和乳糖透過酶，導(dǎo)致致大量乳糖大量乳糖涌入細(xì)胞。涌入細(xì)胞。2、影響因子、影響因子（3）阻遏物）阻遏物lac I基因產(chǎn)物及功能基因產(chǎn)物及功能 lac操縱子阻遏物的操縱子阻遏物的mRNA是由弱啟動(dòng)子控制下組成型合成的。是由弱啟動(dòng)子控制下組成型合成的。當(dāng)當(dāng)lac I基因基因由弱啟動(dòng)子突變?yōu)閺?qiáng)啟動(dòng)子后，細(xì)胞由弱啟動(dòng)子突變?yōu)閺?qiáng)啟動(dòng)子后，細(xì)胞內(nèi)不能內(nèi)不能產(chǎn)生足夠產(chǎn)生足夠的的誘導(dǎo)物來誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個(gè)克服阻遏狀態(tài)，整個(gè)lac操縱子在這些突變體中操縱子在這些突變體中就不可就不可誘導(dǎo)。誘導(dǎo)。2、影響因子、影響因子（4）葡萄糖對(duì)）葡

22、萄糖對(duì)lac操縱子的影響操縱子的影響代謝物阻遏代謝物阻遏效應(yīng)效應(yīng) -半乳糖苷酶在乳糖代謝中的半乳糖苷酶在乳糖代謝中的作用作用是把乳糖分解為葡萄糖和是把乳糖分解為葡萄糖和半半乳糖乳糖（半乳糖在（半乳糖在gal操縱子的操縱子的作用下作用下轉(zhuǎn)化為葡萄糖）轉(zhuǎn)化為葡萄糖）。如果如果將葡萄糖和乳糖同時(shí)加入將葡萄糖和乳糖同時(shí)加入培養(yǎng)基培養(yǎng)基，大腸桿菌在耗盡外源，大腸桿菌在耗盡外源葡萄葡萄糖之前不會(huì)糖之前不會(huì)誘發(fā)誘發(fā)lac操縱子，操縱子，也就是說也就是說，葡萄糖對(duì)，葡萄糖對(duì)lac操縱子操縱子表達(dá)表達(dá)具具有間接的抑制作用。有間接的抑制作用。2、影響因子、影響因子（5）cAMP與代謝物激活與代謝物激活蛋白蛋白 c

23、AMP的濃度受到葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)。的濃度受到葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)。由由Crp基因編碼的基因編碼的代謝物激活蛋白（代謝物激活蛋白（CAP）能與能與cAMP形成復(fù)合物形成復(fù)合物。 cAMPCAP復(fù)合物是激活復(fù)合物是激活lac的的重要組成部分，這與阻遏重要組成部分，這與阻遏體系無體系無關(guān)關(guān)，細(xì)菌對(duì)它的需要是獨(dú)立的。轉(zhuǎn)錄必須有，細(xì)菌對(duì)它的需要是獨(dú)立的。轉(zhuǎn)錄必須有cAMPCAP復(fù)合物復(fù)合物結(jié)結(jié)合合在啟動(dòng)子區(qū)。在啟動(dòng)子區(qū)。2、影響因子、影響因子 lac操縱子上的操縱子上的CAP位點(diǎn)位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約位點(diǎn)位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約60bp處，緊鄰處，緊鄰RNA聚合酶所結(jié)合的啟動(dòng)子區(qū)。聚合酶所結(jié)合的啟動(dòng)子區(qū)。RN

24、A聚合酶聚合酶亞基的亞基的C端結(jié)構(gòu)域端結(jié)構(gòu)域(CTD)可以結(jié)合可以結(jié)合CAP位點(diǎn)，并與位點(diǎn)，并與CAP位點(diǎn)附近的位點(diǎn)附近的DNA結(jié)合。通過與結(jié)合。通過與CTD的相互作用，的相互作用，cAMPCAP復(fù)合物幫助復(fù)合物幫助RNA聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子區(qū)域，激活子區(qū)域，激活lac mRNA的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白(CAP)啟動(dòng)子操縱子阻遏蛋白（1）阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控：）阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控： 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)物時(shí)，誘導(dǎo)物結(jié)合阻遏蛋白，此刻聚合酶與當(dāng)細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)物時(shí)，誘導(dǎo)物結(jié)合阻遏蛋白，此刻聚合酶與啟動(dòng)子形成開放式啟動(dòng)子啟動(dòng)子形成開放式啟動(dòng)子復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄乳糖操縱子乳糖

25、操縱子結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因。 當(dāng)無誘導(dǎo)物時(shí)，阻遏蛋白結(jié)合到操縱子中的操縱基因上，阻當(dāng)無誘導(dǎo)物時(shí)，阻遏蛋白結(jié)合到操縱子中的操縱基因上，阻止了結(jié)構(gòu)基因的止了結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。表達(dá)。四、四、lac操縱子的正負(fù)調(diào)控機(jī)制操縱子的正負(fù)調(diào)控機(jī)制無誘導(dǎo)物時(shí)無誘導(dǎo)物時(shí)：結(jié)構(gòu)基因被抑制。：結(jié)構(gòu)基因被抑制。LacI編碼的阻遏蛋白形成編碼的阻遏蛋白形成四聚四聚體，體，與與操縱基因結(jié)合操縱基因結(jié)合，從而阻止，從而阻止轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。誘導(dǎo)物引起基因表達(dá)。誘導(dǎo)物引起基因表達(dá)。加入誘導(dǎo)物加入誘導(dǎo)物后后：誘導(dǎo)物與：誘導(dǎo)物與Lac阻遏阻遏蛋白結(jié)合，蛋白結(jié)合，改變改變了了阻遏蛋白阻遏蛋白的三維的三維構(gòu)象，使構(gòu)象，使之不能之不能與操縱序列結(jié)

26、合，與操縱序列結(jié)合，于是于是RNA聚合酶結(jié)合到起始聚合酶結(jié)合到起始區(qū)域區(qū)域開始開始轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄。阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAzyaOP沒有乳糖存在時(shí)沒有乳糖存在時(shí)乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)有乳糖存在時(shí)IDNAzyaOP啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開放乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開放（2）CAP正調(diào)控：正調(diào)控： 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺少葡萄糖時(shí)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺少葡萄糖時(shí)，cAMP合成增加，合成增加，cAMP與與CAP形成復(fù)形成復(fù)合物并與啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)乳糖操縱子的表達(dá)。合物并與啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)

27、乳糖操縱子的表達(dá)。當(dāng)有葡萄糖存在時(shí)，當(dāng)有葡萄糖存在時(shí)，cAMP合成少，合成少，CAP不與啟動(dòng)子上的不與啟動(dòng)子上的CAP位點(diǎn)結(jié)合，位點(diǎn)結(jié)合，RNA聚合酶不與操縱區(qū)結(jié)合，無法起始轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基聚合酶不與操縱區(qū)結(jié)合，無法起始轉(zhuǎn)錄，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降。因表達(dá)下降。四、四、lac操縱子的正負(fù)調(diào)控機(jī)制操縱子的正負(fù)調(diào)控機(jī)制CAP正調(diào)控正調(diào)控+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄促進(jìn)轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPThe Lac Operon:When Glucose Is

28、 Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveCome on, let me throughNo wayJose!CAPCAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHe

29、y man, Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.Repre

30、ssorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveRepressorSTOPRight therePolymeraseAlright, Im off to the races . . .Come on, let me through!第三節(jié)第三節(jié) 色氨酸操縱子與色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)負(fù)控阻遏系統(tǒng)Molecular Biology一、色氨酸操縱子一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)的阻遏系統(tǒng)二、弱化作用的調(diào)控二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制機(jī)制三、阻遏與弱化作用的協(xié)調(diào)三、阻遏與弱化作用的協(xié)調(diào)Contenttrp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或體系參與生物合成而不是降解

31、，它不受葡萄糖或cAMPCAP的調(diào)控。的調(diào)控。色氨酸的合成主要分色氨酸的合成主要分5步完成，有步完成，有7個(gè)基因參與整個(gè)合成過程，個(gè)基因參與整個(gè)合成過程，分別是分別是trpR、trpL、trpE、trpD、trpC、trpB、trpA 基因基因。 Abstract結(jié)構(gòu)基因簇結(jié)構(gòu)基因簇trpE、D、C、B、A：編碼從分支酸合成：編碼從分支酸合成色氨酸的酶。色氨酸的酶。trpE和和trpG編碼鄰氨基苯甲酸合酶編碼鄰氨基苯甲酸合酶，trpD編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，糖轉(zhuǎn)移酶，trpF編碼異構(gòu)酶，編碼異構(gòu)酶，trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶，編碼吲哚甘油磷酸合酶， trpA和和

32、trpB則分別編碼色氨酸合酶的則分別編碼色氨酸合酶的和和亞基。亞基。trpR調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因：編碼：編碼trp阻遏蛋白。這種阻遏蛋白會(huì)降低自身的阻遏蛋白。這種阻遏蛋白會(huì)降低自身的合合成，成，即自身即自身調(diào)控。調(diào)控。Abstract前導(dǎo)區(qū)和弱化子區(qū)分別定名為前導(dǎo)區(qū)和弱化子區(qū)分別定名為trpL和和trpa。當(dāng)有高濃度當(dāng)有高濃度Trp存在時(shí)，由于弱化子存在時(shí)，由于弱化子a的作用，的作用，轉(zhuǎn)錄迅速轉(zhuǎn)錄迅速減弱停減弱停止，生成止，生成140核苷酸的前導(dǎo)核苷酸的前導(dǎo)RNA；當(dāng)；當(dāng)Trp濃度較低時(shí)，濃度較低時(shí)，弱化子不起弱化子不起作用作用，轉(zhuǎn)錄得以正常進(jìn)行，生成長(zhǎng)約，轉(zhuǎn)錄得以正常進(jìn)行，生成長(zhǎng)約7kb的的mR

33、NA。弱化子弱化子：當(dāng)操縱子被阻遏，：當(dāng)操縱子被阻遏，RNA合成被終止時(shí)，起終止轉(zhuǎn)錄信合成被終止時(shí)，起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用的那一段核苷酸被稱為弱化子。號(hào)作用的那一段核苷酸被稱為弱化子。Abstract弱化子阻遏蛋白啟動(dòng)子 操縱子結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)區(qū)trpR基因突變常引起基因突變常引起trp mRNA的永久型合成，該基因產(chǎn)物因的永久型合成，該基因產(chǎn)物因此此被稱被稱為為輔阻遏蛋白輔阻遏蛋白(aporepressor)。輔阻遏蛋白與色氨酸相結(jié)輔阻遏蛋白與色氨酸相結(jié)合形成具有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合并關(guān)閉合形成具有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合并關(guān)閉trp mRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄。當(dāng)當(dāng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)基中trp含量較高含量

34、較高時(shí)，它與阻遏蛋白相結(jié)合，并使之與時(shí)，它與阻遏蛋白相結(jié)合，并使之與操縱基因操縱基因緊密結(jié)合；當(dāng)培養(yǎng)基中緊密結(jié)合；當(dāng)培養(yǎng)基中trp供應(yīng)不足供應(yīng)不足時(shí)，阻遏物失去色時(shí)，阻遏物失去色氨酸并氨酸并從操縱子從操縱子上解離，上解離，trp操縱子去阻遏。操縱子去阻遏。一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)無活性的阻遏蛋白無活性的阻遏蛋白輔阻遏蛋白有活性的阻遏蛋白色氨酸色氨酸操縱子阻遏系統(tǒng)操縱子阻遏系統(tǒng)的的特點(diǎn)特點(diǎn):（1）trpR和和trpE、D、C、B、A不不連鎖。連鎖。（2）操縱基因）操縱基因在啟動(dòng)子在啟動(dòng)子內(nèi)。內(nèi)。（3）有弱化子。）有弱化子。（4）啟動(dòng)子）啟動(dòng)子和和結(jié)構(gòu)基因不直接結(jié)構(gòu)基因

35、不直接相連相連。一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)：（1）Trp作為輔阻遏物作為輔阻遏物(corepressor)。（2）阻遏物阻遏物和和 RNA pol 在在P、O重疊區(qū)產(chǎn)生重疊區(qū)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制。競(jìng)爭(zhēng)性抑制。（3）阻遏物阻遏物的阻遏的阻遏能力低能力低，是，是LacR的的千分之一。千分之一。（4）trpO調(diào)節(jié)合成代謝，存在衰減作用調(diào)節(jié)合成代謝，存在衰減作用。一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)一、色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)可參與表達(dá)調(diào)控。的二級(jí)結(jié)構(gòu)可參與表達(dá)調(diào)控。調(diào)控調(diào)控方式：方式：RNA分子分子在分子內(nèi)在分子內(nèi)采用不同采用不同的堿基配對(duì)的堿基配對(duì)方式方式，形形成

36、不同成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)而參與調(diào)控的二級(jí)結(jié)構(gòu)而參與調(diào)控。弱化子弱化子(attenuator)：位于：位于轉(zhuǎn)錄單位開始區(qū)的轉(zhuǎn)錄單位開始區(qū)的一種一種內(nèi)部終止子內(nèi)部終止子。弱化作用弱化作用(attenuation)：控制控制RNA聚合酶通讀聚合酶通讀弱化子能力的弱化子能力的調(diào)調(diào)控作用控作用機(jī)制。機(jī)制。二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽：終止終止需要核糖體能翻譯需要核糖體能翻譯mRNA的一段的一段前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽（它包（它包括括起始密碼子起始密碼子AUG和終止密碼子和終止密碼子UGA，是一個(gè)含，是一個(gè)含14個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的多肽多肽）。）。二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制第

37、10和第11位上有相鄰的兩個(gè)trp密碼子，它們參與trp操縱子中的轉(zhuǎn)錄弱化機(jī)制。色氨酸前導(dǎo)序列可色氨酸前導(dǎo)序列可形成不同形成不同配對(duì)的構(gòu)像。中間部分是參與配對(duì)的構(gòu)像。中間部分是參與配配對(duì)的對(duì)的四個(gè)區(qū)域四個(gè)區(qū)域：有時(shí)：有時(shí)1和和2、3和和4配對(duì)；有時(shí)配對(duì)；有時(shí)2和和3配對(duì)。這兩種配對(duì)。這兩種結(jié)構(gòu)決定了結(jié)構(gòu)決定了mRNA是否形成終止所需的結(jié)構(gòu)。是否形成終止所需的結(jié)構(gòu)。二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制弱化子對(duì)弱化子對(duì)RNA聚合酶的影響依賴于前導(dǎo)肽翻譯中核糖體的位置。聚合酶的影響依賴于前導(dǎo)肽翻譯中核糖體的位置。色氨酸濃度高時(shí)色氨酸濃度高時(shí)：核糖體：核糖體可以合成可以合成前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽，并延伸

38、到，并延伸到mRNA上的上的UGA密碼子密碼子（位于（位于1區(qū)與區(qū)與2區(qū)間）。區(qū)間）。核糖體核糖體進(jìn)入進(jìn)入2區(qū)，使區(qū)，使3和和4區(qū)配對(duì)區(qū)配對(duì)，形成形成終止發(fā)夾終止發(fā)夾。色氨酸色氨酸濃度低時(shí)濃度低時(shí)：核糖體：核糖體暫停暫停在在trp密碼子，密碼子，2和和3區(qū)配對(duì)區(qū)配對(duì)，迫，迫使使4區(qū)保持區(qū)保持單鏈形式，沒有形成終止單鏈形式，沒有形成終止發(fā)夾，發(fā)夾，RNA聚合酶通過弱化聚合酶通過弱化子繼續(xù)子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄。二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制二、弱化作用的調(diào)控機(jī)制低色氨酸濃度高色氨酸濃度（1）不加）不加色氨酸的培養(yǎng)基中，色氨酸的培養(yǎng)基中，trp mRNA的合成仍然受到部分的合成仍然受到部分阻遏。阻遏。現(xiàn)在現(xiàn)在一般

39、認(rèn)為，野生型細(xì)胞中同時(shí)存在著有活性和無活一般認(rèn)為，野生型細(xì)胞中同時(shí)存在著有活性和無活性的阻遏物性的阻遏物，培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中色氨酸濃度的變化，能夠使這兩種阻遏中色氨酸濃度的變化，能夠使這兩種阻遏物間的平衡發(fā)生物間的平衡發(fā)生傾斜傾斜，最終做出關(guān)閉或啟動(dòng)，最終做出關(guān)閉或啟動(dòng)trp操縱子的決定，操縱子的決定，從而維持一定的從而維持一定的色氨酸含量。色氨酸含量。三、阻遏與弱化作用的協(xié)調(diào)三、阻遏與弱化作用的協(xié)調(diào)Question：細(xì)菌中為什么要有弱化：細(xì)菌中為什么要有弱化子系統(tǒng)呢？子系統(tǒng)呢？Brainstorming and Discussion（2）一種可能是阻遏物從有活性向無活性的轉(zhuǎn)變速度極低，需）一種

40、可能是阻遏物從有活性向無活性的轉(zhuǎn)變速度極低，需要有要有一個(gè)一個(gè)能更快地做出反應(yīng)的系統(tǒng)，以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)纳芨斓刈龀龇磻?yīng)的系統(tǒng)，以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)纳彼崴桨彼崴??；蛘??；蛘?，弱化子系統(tǒng)主要是對(duì)，弱化子系統(tǒng)主要是對(duì)外源色氨酸濃度外源色氨酸濃度做出反做出反應(yīng)。外源應(yīng)。外源色氨酸濃度色氨酸濃度很低的信號(hào)雖然足以引起很低的信號(hào)雖然足以引起trp操縱子的去阻操縱子的去阻遏作用，但是這個(gè)遏作用，但是這個(gè)信號(hào)還不足以信號(hào)還不足以很快引發(fā)內(nèi)源色氨酸的很快引發(fā)內(nèi)源色氨酸的合成在合成在這種環(huán)境下，弱化子這種環(huán)境下，弱化子就通過就通過抗終止的方法來增加抗終止的方法來增加trp基因表達(dá)，基因表達(dá)，從而提高內(nèi)

41、源色氨酸濃度。從而提高內(nèi)源色氨酸濃度。三、阻遏與弱化作用的協(xié)調(diào)三、阻遏與弱化作用的協(xié)調(diào)Question：細(xì)菌中：細(xì)菌中為什么還要為什么還要有阻有阻遏體系呢？遏體系呢？Brainstorming and Discussion沒有阻遏體系，似乎只有弱化可以調(diào)節(jié)色氨酸酶系的合成。沒有阻遏體系，似乎只有弱化可以調(diào)節(jié)色氨酸酶系的合成。目前目前認(rèn)為阻遏物的作用是當(dāng)有認(rèn)為阻遏物的作用是當(dāng)有大量外源色氨酸大量外源色氨酸存在時(shí)，阻止非存在時(shí)，阻止非必需的先導(dǎo)必需的先導(dǎo)mRNA的合成，它使這個(gè)合成系統(tǒng)的合成，它使這個(gè)合成系統(tǒng)更加更加經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)。事實(shí)。事實(shí)上，自然界中存在著不同類型的合成體系。組氨酸操縱子擁有上，自然

42、界中存在著不同類型的合成體系。組氨酸操縱子擁有在功能上與在功能上與trp操縱子完全相同的弱化子結(jié)構(gòu)，但沒有阻遏物，操縱子完全相同的弱化子結(jié)構(gòu)，但沒有阻遏物，它的表達(dá)完全受弱化子調(diào)節(jié)。它的表達(dá)完全受弱化子調(diào)節(jié)。第四節(jié)第四節(jié) 其他操縱子的其他操縱子的調(diào)控機(jī)制調(diào)控機(jī)制Molecular Biology大腸桿菌半乳糖操縱子大腸桿菌半乳糖操縱子(galactose operon)在大腸桿菌遺傳圖上在大腸桿菌遺傳圖上位于位于17min處，包括處，包括3個(gè)酶的結(jié)構(gòu)基因個(gè)酶的結(jié)構(gòu)基因： 異構(gòu)酶異構(gòu)酶(UDP-galactose-4epimerase, galE); 半乳糖半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶磷酸尿嘧啶

43、核苷轉(zhuǎn)移酶(galactose transferase, galT); 半乳糖半乳糖激酶激酶(galactose kinase, galK)。這這3個(gè)酶的作用是個(gè)酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸磷酸。一一、半乳糖操縱子、半乳糖操縱子半乳糖操縱子的調(diào)節(jié)基因是半乳糖操縱子的調(diào)節(jié)基因是galR 。galR與與galE、T、K及操縱及操縱區(qū)區(qū)O等離得很遠(yuǎn)，而等離得很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對(duì)產(chǎn)物對(duì)galO的作用與的作用與lacI-lacO的的作用相作用相同。同。半乳糖半乳糖操縱子操縱子誘導(dǎo)物是半乳糖。誘導(dǎo)物是半乳糖。一一、半乳糖操縱子、半乳糖操縱子半乳糖操縱子的特點(diǎn)：半乳糖操縱子的特

44、點(diǎn)：它有兩個(gè)啟動(dòng)子，其它有兩個(gè)啟動(dòng)子，其mRNA可從兩可從兩個(gè)不同個(gè)不同的起始的起始點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄。它有兩個(gè)它有兩個(gè)O區(qū)，一個(gè)在區(qū)，一個(gè)在P區(qū)上游區(qū)上游-67-53，另一個(gè)，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。內(nèi)部。1、半乳糖操縱子的特點(diǎn)、半乳糖操縱子的特點(diǎn)半乳糖半乳糖操縱子可以從兩個(gè)啟動(dòng)子分別起始基因轉(zhuǎn)錄，每個(gè)啟動(dòng)操縱子可以從兩個(gè)啟動(dòng)子分別起始基因轉(zhuǎn)錄，每個(gè)啟動(dòng)子擁有各自的子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)聚合酶結(jié)合位點(diǎn)S1和和S2。cAMP-CRP對(duì)從對(duì)從S1和和S2起始的轉(zhuǎn)錄有不同的作用。起始的轉(zhuǎn)錄有不同的作用。從從S1起始的轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖無葡

45、萄糖時(shí)才能順利進(jìn)行，時(shí)才能順利進(jìn)行，RNA聚合酶與聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、的結(jié)合需要半乳糖、CRP和較高濃度的和較高濃度的cAMP。從從S2起始起始的的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄則則完全依賴于葡萄糖完全依賴于葡萄糖，高水平，高水平cAMP-CRP能抑能抑制由這個(gè)啟動(dòng)子起始的轉(zhuǎn)錄。因此，制由這個(gè)啟動(dòng)子起始的轉(zhuǎn)錄。因此，cAMP-CRP在在gal操縱子中所操縱子中所起的調(diào)節(jié)作用比在起的調(diào)節(jié)作用比在lac操縱子中更復(fù)雜。操縱子中更復(fù)雜。這與半乳糖在細(xì)胞代謝中具有雙重功能有關(guān)：這與半乳糖在細(xì)胞代謝中具有雙重功能有關(guān)：（1）作為）作為唯一碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)；唯一碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)；（2）尿苷二磷酸）尿苷二磷酸半乳糖（半乳糖

46、（UDPgal）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體。前體。從從必要性和經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要一必要性和經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要一個(gè)不依賴個(gè)不依賴于于cAMP-CRP的啟的啟動(dòng)子動(dòng)子S2進(jìn)行本底水平的組成型合成，以及一個(gè)進(jìn)行本底水平的組成型合成，以及一個(gè)依賴于依賴于cAMP-CRP的啟動(dòng)子的啟動(dòng)子S1對(duì)高水平合成進(jìn)行調(diào)控對(duì)高水平合成進(jìn)行調(diào)控。只有。只有當(dāng)當(dāng)S2活性完全被活性完全被cAMP-CRP抑制時(shí)，調(diào)控才是有效的。抑制時(shí)，調(diào)控才是有效的。2、雙、雙啟動(dòng)子的生理功能啟動(dòng)子的生理功能阿拉伯糖（阿拉伯糖（arabinose）也是為代謝提供碳源的五碳糖。）也是為代謝提供碳源的五碳糖。大腸桿菌中

47、阿拉伯糖的降解需要大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個(gè)基因：個(gè)基因：araB、araA、araD，它們形成一個(gè)基因簇，為它們形成一個(gè)基因簇，為araBAD。 araB：編碼：編碼核酮糖激酶；核酮糖激酶； araA：編碼：編碼L-阿拉伯異構(gòu)酶；阿拉伯異構(gòu)酶； araD：編碼：編碼L-核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸-4-差向異構(gòu)酶。差向異構(gòu)酶。二、阿拉伯糖操縱子二、阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖阿拉伯糖操縱子（操縱子（arabinose operon）：具有）：具有一個(gè)復(fù)合的啟動(dòng)一個(gè)復(fù)合的啟動(dòng)子區(qū)域，兩個(gè)子區(qū)域，兩個(gè)操縱區(qū)操縱區(qū)（O1、O2）和一個(gè)調(diào)節(jié)基因）和一個(gè)調(diào)節(jié)基因araC。二、阿拉伯糖操縱子二、阿拉伯糖操

48、縱子與與lac操縱子和操縱子和gal操縱子操縱子中的中的調(diào)節(jié)基因不同調(diào)節(jié)基因不同的是：的是：araC蛋白同蛋白同時(shí)時(shí)顯示正、負(fù)顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)因子的功能的功能。二、阿拉伯糖操縱子二、阿拉伯糖操縱子Pr:AraC起阻遏起阻遏作用作用的的形式。形式。Pi: AraC起起激活作用激活作用的的形式。形式。RNA-P: RNA聚合酶。聚合酶。二、阿拉伯糖操縱子二、阿拉伯糖操縱子與與His降解代謝有關(guān)的兩組酶類被稱為降解代謝有關(guān)的兩組酶類被稱為hut酶酶(histidine utilizing enzyme)，控制這些酶合成的操縱子被稱為，控制這些酶合成的操縱子被稱為hut operon。Hut操縱

49、子共編碼操縱子共編碼4種酶和一個(gè)阻遏物。種酶和一個(gè)阻遏物。4種酶分別由種酶分別由hutG、hutH、hutI及及hutU基因編碼，阻遏物則由基因編碼，阻遏物則由hutC基因編碼?；蚓幋a。三、組氨酸操縱子三、組氨酸操縱子當(dāng)細(xì)菌當(dāng)細(xì)菌DNA遭到破壞時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)被遭到破壞時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)被稱為稱為SOS的誘導(dǎo)型的誘導(dǎo)型DNA修復(fù)系統(tǒng)。修復(fù)系統(tǒng)。SOS修復(fù)系統(tǒng)受到修復(fù)系統(tǒng)受到LexA阻遏蛋白的抑制，平時(shí)該蛋白阻遏蛋白的抑制，平時(shí)該蛋白表達(dá)表達(dá)水水平很低。平很低。 SOS體系的誘導(dǎo)表達(dá)過程其實(shí)就是體系的誘導(dǎo)表達(dá)過程其實(shí)就是LexA阻遏蛋白從阻遏蛋白從這個(gè)基因這個(gè)基因的上游調(diào)控區(qū)移開

50、的過程。的上游調(diào)控區(qū)移開的過程。四、阻遏蛋白四、阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌的降解與細(xì)菌SOS應(yīng)答應(yīng)答第五第五節(jié)節(jié) 原核生物原核生物的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控后調(diào)控Molecular Biology高頻率使用密碼子的基因翻譯過程極容易受阻，高頻率使用密碼子的基因翻譯過程極容易受阻，影響了蛋白影響了蛋白質(zhì)質(zhì)合成的合成的總量?？偭俊Ｒ灰?、稀有、稀有密碼子對(duì)翻譯的影響密碼子對(duì)翻譯的影響由于由于trpE的終止密碼子與的終止密碼子與trpD的起始密碼重疊，的起始密碼重疊，trpE翻譯終止翻譯終止時(shí)核糖體立即處在起始的環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一時(shí)核糖體立即處在起始的環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一核糖體對(duì)兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。核糖體對(duì)兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。除了除了trpE和和trpD基因之外，基因之外，trpB和和trpA基因也存在著翻譯偶聯(lián)基因也存在著翻譯偶聯(lián)現(xiàn)象，因?yàn)檫@兩個(gè)基因的產(chǎn)物等量存在于細(xì)胞中，而其核苷酸現(xiàn)象，因?yàn)檫@兩個(gè)基因的產(chǎn)物等量存在于細(xì)胞中，而其核苷酸序列同樣是重疊的