工學(xué)第七章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控

1、工學(xué)第七章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控內(nèi)容提要：基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控原核生物在長期進(jìn)化過程中演化出來的適應(yīng)性和高度的應(yīng)變能力，是它們賴以生存繁衍的根本。原核生物的生長與周圍環(huán)境密切相關(guān)，它們必須不斷調(diào)節(jié)各種不同的基因表達(dá)以適應(yīng)營養(yǎng)條件和對付周圍不利的物理化學(xué)因素。原核生物必須能迅速合成自身需要的蛋白質(zhì)（酶）、核酸和其他生物大分子，而同時又能迅速地停止合成和降解那些不再需要的成分。原核生物中，營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素對基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念一、基因表達(dá)的概念gene expression ：從DNA到蛋白

2、質(zhì)或功能RNA分子的過程。即基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為gene regulation 。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達(dá)永久（組成）型表達(dá)(constitutive expression)適應(yīng)型（調(diào)節(jié)型）表達(dá)(adaptive expression）1、永久型表達(dá)： 指不受環(huán)境變化或代謝狀態(tài)影響的一類基因表達(dá)。 某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。二、基因表達(dá)的方式 2、適應(yīng)型表達(dá) 指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因的表達(dá)。應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(ind

3、uction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(inducible gene)；相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressible gene)。三、基因表達(dá)的規(guī)律 時間性和空間性1、時間特異性（temporal specificity）按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性(stage specificity)。 2、空間特異性(spatial specificity)基因表達(dá)伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器

4、官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cell or tissue specificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性。四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核）維持個體發(fā)育與分化（真核）第二節(jié) 原核基因調(diào)控機(jī)制一、原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptional regulation）2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptional regulation）二、操縱子學(xué)說1、操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)

5、學(xué)獎Jacob and Monod2、操縱子的定義操縱子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。1、根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的應(yīng)答，可分為： 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控 三、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控如果在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是關(guān)閉的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開啟，這樣的調(diào)控稱正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是表達(dá)的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)

6、活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控稱負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控?？烧T導(dǎo)調(diào)節(jié)：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化。 例：大腸桿菌的乳糖操縱子 分解代謝蛋白的基因2、根據(jù)操縱子對某些能調(diào)節(jié)它們的小分子的應(yīng)答，可分為可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)和可阻遏調(diào)節(jié)兩大類：調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型誘導(dǎo)物如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物?？勺瓒粽{(diào)節(jié)：基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。 例：色氨酸操縱子

7、合成代謝蛋白的基因酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質(zhì)能夠阻止細(xì)菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。3、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（repressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。 根據(jù)其作用特征又可分為負(fù)控誘導(dǎo)和負(fù)控阻遏：在負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；在負(fù)控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。4、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator）。 根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導(dǎo)和正控阻遏在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中

8、，效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（輔阻遏物）的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式1、因子的更換 在E.coli中,當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動子結(jié)合。大腸桿菌中的各種因子比較因子編碼基因主要功能70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調(diào)控54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控38rpoH分裂間期特異基因的表達(dá)調(diào)控32rpoS熱休克基因的表達(dá)調(diào)控28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控24rpoE過度熱休克基因的表達(dá)調(diào)控溫度較高,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白 由32

9、參與構(gòu)成的RNA聚合酶與熱休克應(yīng)答基因啟動子結(jié)合,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白,適應(yīng)環(huán)境需要?？莶菅挎邨U菌芽孢形成 有序的因子的替換,RNA聚合酶識別不同基因的啟動子,使芽孢形成有關(guān)的基因有序地表達(dá)。2、降解物對基因活性的調(diào)節(jié)3、弱化子對基因活性的影響4、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)第三節(jié) 乳糖操縱子(lac operon)一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)Z編碼-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖Y編碼-半乳糖苷透過酶：使外界的-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。A編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙酰基轉(zhuǎn)到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。二、酶的誘導(dǎo)lac體系受調(diào)控的證據(jù)安慰誘導(dǎo)物：

10、如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解，這種物質(zhì)被稱為安慰誘導(dǎo)物，如IPTG（異丙基- D-硫代半乳糖苷）。三、乳糖操縱子調(diào)控模型主要內(nèi)容： Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼 這個mRNA分子的啟動子緊接著O區(qū)，而位于I與O之間的啟動子區(qū)（P），不能單獨(dú)起動合成-半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。 操縱基因是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時，lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能與操縱基因結(jié)合，從而激發(fā)lac mRNA的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時，操縱基因區(qū)沒有被阻遏物占據(jù)

11、，所以啟動子能夠順利起始mRNA的合成。RNA聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位 操縱位點(diǎn)的回文序列組成型突變： lacOc 組成型突變： lacI- 不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）：四、影響因子1、lac操縱子的本底水平表達(dá)有兩個矛盾是操縱子理論所不能解釋的：誘導(dǎo)物需要穿過細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運(yùn)誘導(dǎo)物需要透過酶，后者的合成有需要誘導(dǎo)。解釋：一些誘導(dǎo)物可以在透過酶不存在時進(jìn)入細(xì)胞？ 一些透過酶可以在沒有誘導(dǎo)物的情況下合成？真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有-半乳糖甘酶的預(yù)先存在。解釋：本底水平的組成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lac mRNA合成。

12、2、大腸桿菌對乳糖的反應(yīng) 培養(yǎng)基：甘油 按照lac操縱子本底水平的表達(dá)，每個細(xì)胞內(nèi)有幾個分子的-半乳糖苷酶和-半乳糖苷透過酶；培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖透過酶進(jìn)入細(xì)胞-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖誘導(dǎo)物誘導(dǎo)lac mRNA的生物合成大量乳糖進(jìn)入細(xì)胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構(gòu)乳糖乳糖誘導(dǎo)物的加入和去除對lac mRNA的影響3、阻遏物lac I基因產(chǎn)物及功能 Lac 操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動子控制下組成型合成的，每個細(xì)胞中有5-10個阻遏物分子。 當(dāng)I基因由弱啟動子突變成強(qiáng)啟動子，細(xì)胞內(nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。4、葡萄糖對la

13、c操縱子的影響 如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中， lac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導(dǎo)lac操縱子表達(dá)分解乳糖所需的三種酶。 代謝物阻遏效應(yīng)5、cAMP與代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白（CAP）/環(huán)腺苷酸受體蛋白（CRP）由Crp基因編碼，能與cAMP形成復(fù)合物。 cAMPCAP復(fù)合物是激活lac的重要組成部分。ZYAOPDNA 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透過酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶cAMPCAP復(fù)合物ATP腺苷酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺苷酸） 大腸桿菌中：無葡萄糖，cAMP濃度高； 有葡萄糖，cAMP濃度低+ + + +

14、轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時促進(jìn)轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，cAMP濃度低時不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 cAMPCAP復(fù)合物與啟動子區(qū)的結(jié)合是轉(zhuǎn)錄起始所必需的。協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝物阻遏(catabolic repression)。 單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖。The Lac Operon:When Glucose Is Present But N

15、ot LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveCome on, let me throughNo wayJose!CAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHey man, Im constit

16、utiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RepressorRepressor mRN

17、AHey man, Im constitutiveRepressorSTOPRight therePolymeraseAlright, Im off to the races . . .Come on, let me through!五、lac操縱子中的其他問題1、A基因及其生理功能半乳糖苷分子-半乳糖苷酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累）-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷分子乙?；?、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較 -半乳糖苷酶：透過酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2翻譯水平上受到調(diào)節(jié)：（1）lac mRNA可能與翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯；（2）在 lac mRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基

18、因更容易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解。3、操縱子的融合與基因工程POZYAtsxPOpur結(jié)構(gòu)基因缺失lac operonpur operon一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu) 調(diào)控序列 結(jié)構(gòu)基因 催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?的酶trpRtrp第四節(jié) 色氨酸操縱子（trp operon）特點(diǎn): (1) trpR和trpABCDE不連鎖； (2) 操縱基因在啟動子內(nèi) (3) 有衰減子(attenuator)/弱化子 (4) 啟動子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被 前導(dǎo)序列(Leader)所隔開二、trp 操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時：阻遏物不結(jié)合操縱基因；高Trp時：阻遏物+Trp 結(jié)合操縱基因三、trp 操縱子的弱化機(jī)制衰

19、減子（attenuator）/弱化子前導(dǎo)序列（leader sequence）1、弱化子： DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過早終止的一段核甘酸序列（123-150區(qū)）。123150 研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點(diǎn)。2、前導(dǎo)序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段。3、弱化機(jī)制前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu) 細(xì)菌通過弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的不足，因?yàn)樽瓒糇饔弥荒苁罐D(zhuǎn)錄不起始，對于已經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只能通過弱化作用使之中途停下來。阻遏作用的信號是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號則是細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少。

20、它通過前導(dǎo)肽的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內(nèi)周密的調(diào)控作用。第五節(jié) 其他操縱子一、半乳糖操縱子(galactose operon)異構(gòu)酶(galE)乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galT)半乳糖激酶(galk)。gal操縱子的特點(diǎn)： 它有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄； 它有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。二、阿拉伯糖操縱子（arabinose operon)araB基因、araA基因和araD, 形成一個基因簇，簡寫為araBAD 三個基因的表達(dá)受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調(diào)控。ara操縱子的

21、調(diào)控有兩個特點(diǎn)：第一，araC表達(dá)受到AraC的自身調(diào)控。第二，AraC既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMP-CRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。這種雙重功能是通過AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)的（Pi和Pr)。三、阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答SOS反應(yīng)的機(jī)理：由 RecA 蛋白和 LexA 阻遏物的相互作用引起的。LexA阻遏物：是SOS DNA修復(fù)系統(tǒng)所有基因的阻遏物RecA蛋白：是SOS反應(yīng)的最初的發(fā)動因子。在單鏈DNA和ATP存在時，RecA蛋白被激活，表現(xiàn)出水解酶活性，分解LexA阻遏物。當(dāng)RecA水解LexA阻遏物后，導(dǎo)致SOS體系（包括recA基因）

22、高效表達(dá)，DNA得到修復(fù)二組分調(diào)控系統(tǒng)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)二組分系統(tǒng)傳感蛋白（傳感激酶）：位于質(zhì)膜上應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白：細(xì)胞質(zhì)中磷酸化磷酸化的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白成為阻遏或激活蛋白，調(diào)控下游基因的表達(dá)。多啟動子調(diào)控的操縱子rRNA操縱子 大腸桿菌rRNA操縱子（rrnE）上有兩個啟動子P1和P2。在對數(shù)生長期，P1起始的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比P2起始的產(chǎn)物多35倍，所以P1是強(qiáng)啟動子。但是當(dāng)細(xì)菌處于緊急狀態(tài)時，如氨基酸饑餓條件下，細(xì)胞中ppGpp濃度增加，P1的作用被抑制，而由較弱的P2啟動子起始的轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行，以維持少量的rRNA供應(yīng)。核糖體蛋白SI操縱子DnaQ蛋白操縱子操縱子中不同的啟動子，強(qiáng)度不同，啟動作用受不同

23、因子調(diào)控。轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式因子的調(diào)節(jié)作用因子的活性受蛋白酶的調(diào)控，也能被同源的抗因子失活。在正常條件下，大腸桿菌大多數(shù)基因的啟動子是由70識別的，70與大腸桿菌RNA聚合酶的核心酶結(jié)合，啟動這些基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞遭遇到高溫時（由3742），一些預(yù)先合成的、沒有活性的32（也叫H）被激活，它和70競爭與核心酶結(jié)合，結(jié)合了32的RNA聚合酶啟動另一些基因的表達(dá)，以應(yīng)對高溫對細(xì)胞的傷害。這些高溫誘導(dǎo)表達(dá)的蛋白質(zhì)稱為熱激蛋白，它們主要是一些分子伴侶蛋白和蛋白酶。分子伴侶結(jié)合到因高溫而部分變性的蛋白質(zhì)上，協(xié)助其折疊成正確的構(gòu)象，無法恢復(fù)正確構(gòu)象的蛋白被蛋白酶降解。組蛋白類似蛋白的調(diào)節(jié)作用細(xì)菌中存

24、在一些非特異性的DNA結(jié)合蛋白，用來維持DNA的高級結(jié)構(gòu)，被稱為組蛋白類似蛋白（histone-like proteins，H-NS）。細(xì)菌中的H-NS蛋白包含兩個結(jié)構(gòu)域，一個DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和一個蛋白-蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域。H-NS先結(jié)合到DNA上，然后通過蛋白-蛋白相互作用形成四聚體或者多聚體，幫助維持DNA的高級結(jié)構(gòu)。當(dāng)H-NS結(jié)合到一些基因的調(diào)控區(qū)時，會抑制這些基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用 能夠與基因的啟動子區(qū)相結(jié)合，對基因的轉(zhuǎn)錄起激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。有些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子受發(fā)育階段變化而產(chǎn)生，有些受環(huán)境因子影響而產(chǎn)生，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)基因的表達(dá)。 有的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子只

25、影響一個基因的表達(dá)，有些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子可影響多個基因的表達(dá)。有的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子抑制這個基因轉(zhuǎn)錄，同時又激活另一個基因轉(zhuǎn)錄?？菇K止因子的調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的補(bǔ)充，它使基因表達(dá)的調(diào)控更加適應(yīng)生物本身的需求和外界條件的變化。一、 mRNA自身結(jié)構(gòu)對翻譯起始的調(diào)控大腸桿菌絕大多數(shù)基因以AUG為起始密碼子，約14%的基因以GUG為起始密碼子，3%以UUG為起始密碼子。兩個基因以AUU為起始密碼子。它們都被fMet-tRNA識別，但起始翻譯的效率比AUG低得多。RBS（核糖體結(jié)合位點(diǎn)）：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。 RBS的結(jié)合強(qiáng)度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間

26、的距離。 SD- 4-10（9）-AUGmRNA翻譯起始點(diǎn)附近的二級結(jié)構(gòu)也會影響核糖體的結(jié)合，從而影響翻譯起始。第六節(jié) 轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控二、mRNA穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)錄水平的影響 典型的細(xì)菌mRNA的半衰期只有23分鐘，但不同的mRNA的半衰期還是有相當(dāng)大的差異。 降解mRNA的酶有核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。 mRNA分子3末端的莖環(huán)結(jié)構(gòu)有阻止3外切酶進(jìn)攻的作用。不依賴因子的終止子有更穩(wěn)定的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，以這種終止子結(jié)尾的mRNA穩(wěn)定性更強(qiáng)。 細(xì)菌中參與mRNA降解的內(nèi)切酶主要是RNase，它的切割位點(diǎn)需要一定的二級結(jié)構(gòu)，而不是隨機(jī)的內(nèi)切酶，具有這些二級結(jié)構(gòu)的mRNA容易被降解。大腸桿菌CsrAB調(diào)節(jié)系統(tǒng)

27、在CsrAB系統(tǒng)中，CsrA是一個RNA結(jié)合蛋白，CsrB是非編碼的RNA分子，CsrB有一個家族。CsrA可以結(jié)合到受其調(diào)控的mRNA上，促進(jìn)該mRNA的降解，也可以結(jié)合到CsrB上。CsrB過多會抑制CsrA的作用。 在糖原合成途徑中，如果CsrA結(jié)合到glg基因（編碼UDPG焦磷酸化酶）的mRNA分子上，該mRNA分子就易于受核酸酶攻擊，其降解過程很快。CsrAB調(diào)節(jié)系統(tǒng)對glg基因mRNA的調(diào)節(jié)三、調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)控作用細(xì)菌中有些mRNA結(jié)合蛋白可以激活翻譯，也有些可以抑制翻譯。大腸桿菌BipA蛋白能激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白fis mRNA的翻譯，是fis蛋白合成所必需的。相反，當(dāng)核糖體蛋白表達(dá)量

28、過多時，能結(jié)合到自身mRNA的核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS），抑制翻譯。四、反義RNA的調(diào)節(jié)作用反義RNA是與mRNA中某一段序列互補(bǔ)的小分子RNA，反義RNA與mRNA的前體互補(bǔ)可阻礙剪接，與成熟mRNA的翻譯起始區(qū)互補(bǔ)可抑制翻譯。但有些反義RNA也能促進(jìn)翻譯。 細(xì)菌鐵蛋白用來貯存細(xì)胞中過剩的鐵離子，鐵蛋白基因是bfr。無論鐵離子濃度高低，bfr基因都正常轉(zhuǎn)錄出mRNA，而編碼其反義RNA的基因anti-bfr的轉(zhuǎn)錄卻受能夠感應(yīng)到鐵離子濃度變化的Fur蛋白的調(diào)控。細(xì)胞中鐵離子濃度高時，F(xiàn)ur蛋白關(guān)閉anti-bfr基因的轉(zhuǎn)錄，使得bfr的mRNA能夠翻譯出鐵蛋白。Anti-bfr基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的反義

29、RNA對bfr基因mRNA翻譯的的調(diào)節(jié)作用五、翻譯的阻遏噬菌體Q的單鏈RNA基因組是正鏈RNA，包括三個基因：成熟蛋白基因A，外殼蛋白及RNA復(fù)制酶。 當(dāng)噬菌體Q的RNA進(jìn)入細(xì)胞后，立即作為模板翻譯出這三種蛋白質(zhì)。正在翻譯的核糖體影響了復(fù)制酶對此RNA的復(fù)制，但復(fù)制酶可以結(jié)合到外殼蛋白的翻譯起始區(qū)，阻止核糖體的結(jié)合。當(dāng)已經(jīng)結(jié)合的核糖體完成翻譯脫落后，復(fù)制酶就可以從RNA的3端開始復(fù)制。在外殼蛋白的翻譯起始區(qū)和RNA的3端都有CUUUUAAA序列，能形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，具備翻譯阻遏特征。六、稀有密碼子對翻譯的影響dnaG(引物酶) RNA引物dnaG、rpoD和rpsU屬于大腸桿菌基因組上的同一個操縱

30、子50個拷貝的dnaG蛋白、2800個拷貝的rpoD和40000個拷貝的rpsU幾種蛋白質(zhì)中異亮氨酸密碼子使用頻率比較蛋白質(zhì)AUU/%AUC%AUA%結(jié)構(gòu)蛋白37621亞基26740DnaG蛋白363232細(xì)胞內(nèi)對應(yīng)于稀有密碼子的tRNA較少，高頻率使用這些密碼子的基因翻譯過程容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。七、重疊基因?qū)Ψg的影響TrpB 谷氨酸- 異亮氨酸-終止 GAA - AUC - UGA - UGG - AA AUG - GAA 甲硫氨酸 谷氨酸t(yī)rpAtrpE蘇氨酸苯丙氨酸終止 ACU - UUC - UGA - UGG - CU AUG AUG GCU 甲硫氨酸 - 丙氨酸- trpD 翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼子保證了同一