原核微生物基因表達的調(diào)控

關(guān)于原核微生物基因表達的調(diào)控第一頁，共七十八頁，2022年，8月28日基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯稱之為基因表達。基因表達受到嚴(yán)格的調(diào)控。什么時間表達什么基因什么區(qū)域表達什么基因基因表達的調(diào)控基因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上。在任何一系列連鎖過程中，控制第一步是最有效、最經(jīng)濟的。第二頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.1轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控第三頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.1.1基因轉(zhuǎn)錄的操縱子調(diào)控第四頁，共七十八頁，2022年，8月28日操縱子（operon）:

結(jié)構(gòu)基因（Structuralgenes）控制成分（Controlelements）操縱序列

調(diào)節(jié)基因（Regulatorgene）其產(chǎn)物能識別控制成分

可以是這個操縱子的一部分，也可以被另一個操縱子編碼。第五頁，共七十八頁，2022年，8月28日ControlelementStructuralgenes基本調(diào)控模式第六頁，共七十八頁，2022年，8月28日1，乳糖操縱子的基本調(diào)控原理乳糖操縱子(Lactoseoperon)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因控制成分O是阻遏蛋白在操縱子上的結(jié)合位點調(diào)節(jié)基因lacI編碼阻遏蛋白

lacZ半乳糖苷酶基因lacY半乳糖苷滲透酶基因lacA硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶基因第七頁，共七十八頁，2022年，8月28日ipozyaDNAm-RNAProteinlacZlacYlacAlacIPromoterO阻遏蛋白半乳糖苷酶半乳糖苷滲透酶硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶與乳糖代謝有關(guān)第八頁，共七十八頁，2022年，8月28日基本調(diào)節(jié)過程（見P287,Fig8-3）lacI表達阻遏蛋白，阻遏蛋白結(jié)合在DNA的O位點，阻止下游結(jié)構(gòu)基因的表達。當(dāng)有乳糖時，乳糖結(jié)合在阻遏蛋白上，使其失活，阻遏蛋白不能結(jié)合在DNA的O位點，而且結(jié)合在DNA上的阻遏蛋白也會離開DNA。結(jié)構(gòu)基因開始表達。當(dāng)沒有乳糖時，新合成的阻遏蛋白又將結(jié)合在DNA上，阻止基因的表達。為什么阻遏蛋白結(jié)合在O位點就阻止了下游基因的表達？IPOXYA注意O位點與P位點之間的關(guān)系。第九頁，共七十八頁，2022年，8月28日誘導(dǎo)物乳糖在調(diào)節(jié)過程中起了什么作用？

當(dāng)基因開始表達時，乳糖成了這些酶的底物；當(dāng)乳糖結(jié)合到阻遏蛋白上，開啟基因表達時,乳糖成了誘導(dǎo)物。IPTG是不被分解的誘導(dǎo)物。別乳糖是真正的的誘導(dǎo)物。原來，乳糖在半乳糖苷滲透酶的幫助下進入細(xì)胞后，經(jīng)半乳糖苷酶的作用轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，別乳糖再發(fā)揮誘導(dǎo)作用。第十頁，共七十八頁，2022年，8月28日在乳糖進入細(xì)胞前，阻遏蛋白有阻遏的活性，與乳糖的進入、代謝有關(guān)的酶不能被表達。那么，乳糖是如何進入細(xì)胞，又如何被轉(zhuǎn)變成真正的誘導(dǎo)物？這是因為非誘導(dǎo)狀態(tài)下的乳糖操縱子存在本底組成型合成。結(jié)合在O位點的阻遏蛋白有一定的半衰期，存在著新老蛋白的交替作用，在新老阻遏蛋白交替的間隙，RNA聚合酶會乘機啟動轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生幾個半乳糖苷滲透酶，幾個半乳糖苷酶，前者使乳糖進入細(xì)胞，后者使乳糖成為別乳糖-真正的誘導(dǎo)物。IPOXYA半乳糖苷滲透酶硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶半乳糖苷酶阻遏蛋白在此結(jié)合第十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日阻遏蛋白（repressor）1）結(jié)構(gòu)38KDa,四個相同的亞基。每個亞基

C端（60-360aa）抗胰蛋白核心有形成四聚體的能力與誘導(dǎo)物結(jié)合的能力N端長頭片段（1-59aa）短頭片段（1-51aa）均保留結(jié)合操縱序列的能力2）合成阻遏蛋白是lacI的產(chǎn)物,其表達產(chǎn)物為組成型的。第十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日操縱序列（operator,O）阻遏蛋白四聚體第十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日3）相應(yīng)的突變體i-突變體產(chǎn)生的阻遏蛋白要么不能形成四聚體，要么不能與O位點結(jié)合。結(jié)果是lac酶系統(tǒng)組成型表達。is突變體產(chǎn)生的阻遏蛋白不能與誘導(dǎo)物結(jié)合。結(jié)果是lac酶系統(tǒng)不能被誘導(dǎo)表達。it突變體產(chǎn)生的阻遏蛋白與O位點結(jié)合太緊密，以致于誘導(dǎo)不下來。結(jié)果是lac酶系統(tǒng)不能被誘導(dǎo)表達。Oc突變體突變發(fā)生在DNA上。O位點被突變，不能與阻遏蛋白結(jié)合。第十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日2，色氨酸操縱子的基本調(diào)控原理色氨酸操縱子（Tryptophanoperon）的結(jié)構(gòu)五個結(jié)構(gòu)基因（trpE,trpD,trpC,trpB,trpA）的產(chǎn)物是合成色氨酸的酶系統(tǒng)。2）調(diào)節(jié)基因(trpR)并不與結(jié)構(gòu)基因位于同一條DNA鏈上。3）色氨酸操縱子的阻遏蛋白不能與操縱序列結(jié)合，需要色氨酸的激活。第十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日五個結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因(trpR)并不與結(jié)構(gòu)基因位于同一條DNA鏈上操縱序列(阻遏蛋白需要色氨酸的激活才能與操縱序列結(jié)合)第十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日無活性的阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因色氨酸色氨酸與阻遏蛋白結(jié)合，阻遏蛋白被激活。被激活的阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合。

RNA聚合酶不能結(jié)合，轉(zhuǎn)錄不能進行。第十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)過程（P299,Fig8-14）當(dāng)細(xì)胞中色氨酸數(shù)量少時，阻遏蛋白不起阻遏作用，色氨酸合成酶增多，色氨酸的數(shù)量增加。2）當(dāng)細(xì)胞中色氨酸數(shù)量多時，色氨酸與阻遏蛋白結(jié)合，阻遏蛋白被激活，與O位點結(jié)合，基因表達受阻，色氨酸合成酶減少，色氨酸的數(shù)量減少。第十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.1.2基因轉(zhuǎn)錄的時序調(diào)控第十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日1，噬菌體SPO1噬菌體SPO1的宿主是枯草桿菌，為烈性噬菌體。其生活史分為早、中、晚三個時期，在這三個時期對應(yīng)有早期基因轉(zhuǎn)錄、中期基因轉(zhuǎn)錄、晚期基因轉(zhuǎn)錄。分別由三種RNA聚合酶執(zhí)行。早期基因轉(zhuǎn)錄中期基因轉(zhuǎn)錄晚期基因轉(zhuǎn)錄α2ββ’δ55α2ββ’gp28α2ββ’gp33gp34第二十頁，共七十八頁，2022年，8月28日早期基因轉(zhuǎn)錄中期基因轉(zhuǎn)錄晚期基因轉(zhuǎn)錄α2ββ’δ55α2ββ’gp28α2ββ’gp33gp34三種RNA聚合酶實際上核心酶一樣，識別因子不一樣δ55是宿主細(xì)菌RNA聚合酶的識別因子，識別早期基因啟動子。gp28是噬菌體SPO1早期基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，識別中期基因啟動子。gp33gp34是噬菌體SPO1中期基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，識別晚期基因啟動子。第二十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日調(diào)控過程(P301,Fig8-16)早期基因中期基因晚期基因δ55gp28gp33

gp34通過識別因子的更換實現(xiàn)了兩次轉(zhuǎn)換。早期基因轉(zhuǎn)錄中期基因轉(zhuǎn)錄δ55gp28晚期基因轉(zhuǎn)錄中期基因轉(zhuǎn)錄gp33gp34gp28通過識別因子的更換實現(xiàn)了不同時期基因的轉(zhuǎn)錄。第二十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日2，枯草桿菌枯草桿菌形成芽孢經(jīng)歷兩次轉(zhuǎn)錄的改變。第一次改變：營養(yǎng)生長基因轉(zhuǎn)錄到早期芽孢形成基因轉(zhuǎn)錄的改變。第二次改變：早期芽孢形成基因轉(zhuǎn)錄到晚期芽孢形成基因轉(zhuǎn)錄的改變。第二十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日調(diào)控過程(P302,Fig8-17)營養(yǎng)生長基因早期芽孢形成基因晚期芽孢形成基因δ55δ37δ29

營養(yǎng)生長基因轉(zhuǎn)錄早期芽孢形成基因轉(zhuǎn)錄δ55δ37晚期芽孢形成基因轉(zhuǎn)錄早期芽孢形成基因轉(zhuǎn)錄δ37δ29通過識別因子的更換實現(xiàn)了不同時期基因的轉(zhuǎn)錄。第二十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日3，λ噬菌體溶原周期到裂解周期之間的調(diào)控溶原周期：噬菌體DNA整合在宿主DNA中的時期。宿主DNA宿主DNA噬菌體DNA早期基因晚期基因晚期基因裂解周期：噬菌體DNA離開宿主DNA，進行復(fù)制、裝配、裂解宿主細(xì)胞的時期。噬菌體DNA宿主DNA第二十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日宿主DNA宿主DNA噬菌體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調(diào)控由早期基因調(diào)控第二十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日λ噬菌體的基因分布1）全基因組概圖N抗終止蛋白復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因第二十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）早期基因結(jié)構(gòu)圖N抗終止蛋白復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPE第二十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

CⅢ

NPLPMPRPEλ噬菌體早期基因結(jié)構(gòu)圖λ噬菌體的調(diào)節(jié)蛋白1）CI蛋白λ阻遏蛋白，基因CI的產(chǎn)物，兩亞基。結(jié)構(gòu)N末端結(jié)構(gòu)域（1-92aa）:負(fù)責(zé)與操縱序列結(jié)合；C末端結(jié)構(gòu)域（93-131aa）:負(fù)責(zé)兩亞基的結(jié)合。P382,Fig10-5,(a)(b)(c)(a)表示λ阻遏蛋白的一個亞基很容易被蛋白水解酶切斷，產(chǎn)生兩個分離的結(jié)構(gòu)域。(b)表示C末端結(jié)構(gòu)域的相互作用形成了二聚體，將兩亞基結(jié)合起來。(c)表示λ阻遏蛋白通過N末端結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合。第二十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體早期基因結(jié)構(gòu)圖λ噬菌體的調(diào)節(jié)蛋白1）CI蛋白λ阻遏蛋白，基因CI的產(chǎn)物，兩亞基。結(jié)構(gòu)N末端結(jié)構(gòu)域（1-92aa）:負(fù)責(zé)與操縱序列結(jié)合；C末端結(jié)構(gòu)域（93-131aa）:負(fù)責(zé)兩亞基的結(jié)合。結(jié)合特性：CI蛋白能結(jié)合在其基因兩側(cè)的O位點,分別是

OL1，OL2，OL3；OR1，OR2，OR3。CI蛋白在這些位點的結(jié)合力有大小區(qū)別：OR1>

OR2>

OR3；OL1>

OL2>

OL3第三十頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）早期基因結(jié)構(gòu)圖N抗終止蛋白復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ阻遏蛋白阻止噬菌體晚期基因表達，即阻止裂解生長，促進噬菌體溶原狀態(tài)。第三十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體早期基因結(jié)構(gòu)圖λ噬菌體的調(diào)節(jié)蛋白2）cro蛋白第二阻遏蛋白，基因cro的產(chǎn)物，兩亞基。結(jié)合特性：cro蛋白也能結(jié)合在O位點上,分別是

OL1，OL2，OL3；OR1，OR2，OR3。cro蛋白在這些位點的結(jié)合力的區(qū)別與CI蛋白正好相反：OR3>

OR2>

OR1

；OL3>

OL2>OL1cro蛋白與O位點結(jié)合阻遏了λ阻遏蛋白的形成。第三十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體早期基因結(jié)構(gòu)圖λ噬菌體的調(diào)節(jié)蛋白3）CⅡ蛋白基因CⅡ的產(chǎn)物。結(jié)合特性：

CⅡ蛋白單體不穩(wěn)定，多聚體才有活性。

在CⅢ蛋白的協(xié)助下，啟動PE的轉(zhuǎn)錄。受宿主Hfl酶的水解。4）CⅢ蛋白基因CⅢ的產(chǎn)物。抑制宿主Hfl酶對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蛋白第三十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日N復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體的調(diào)節(jié)位點1）PL位置與OL1重疊，左向轉(zhuǎn)錄啟動子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有抗終止蛋白N、CⅢ蛋白、重組蛋白等。OL1被占據(jù)，PL不能啟動轉(zhuǎn)錄。第三十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日N復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體的調(diào)節(jié)位點2）PR位置與OR1重疊，右向轉(zhuǎn)錄啟動子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有cro蛋白、CⅡ蛋白以及與復(fù)制裂解有關(guān)的酶。OR1被占據(jù)，PR不能啟動轉(zhuǎn)錄。PR與PL的轉(zhuǎn)錄將導(dǎo)致λ噬菌體進入裂解期。OR1和OL1被占據(jù)則抑制這種轉(zhuǎn)錄。第三十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日N復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體的調(diào)節(jié)位點3）PE左向轉(zhuǎn)錄啟動子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有CI蛋白(λ阻遏蛋白)。PE與PM的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生CI蛋白，抑制λ噬菌體進入裂解期，促進溶原。OR3被占據(jù)則抑制CI蛋白的產(chǎn)生。4）PM左向轉(zhuǎn)錄啟動子。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有CI蛋白(λ阻遏蛋白)。CI蛋白與OR1的結(jié)合促進PM轉(zhuǎn)錄。第三十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日N復(fù)制蛋白Q抗終止蛋白裂解蛋白頭部基因尾部基因整合酶切除酶重組酶早期基因晚期基因OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPEλ噬菌體的調(diào)節(jié)位點5）OR1，OR2，OR3右向操縱序列。6）OL1，OL2，OL3左向操縱序列。PL裂解PR裂解PE溶原PM溶原OR1，OR2，OR3OL1，OL2，OL3第三十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日裂解與溶原轉(zhuǎn)變的調(diào)節(jié)營養(yǎng)耗盡cAMP產(chǎn)生Hfl被抑制CⅡ蛋白上升感染復(fù)數(shù)過高CⅡ蛋白多聚體增多裂解狀態(tài)CⅡ蛋白活性升高刺激PE轉(zhuǎn)錄CI蛋白增加CI蛋白結(jié)合到OL1和OR1

抑制了與裂解有關(guān)的基因的表達導(dǎo)致CⅡ、CⅢ蛋白的表達受阻促進PM的轉(zhuǎn)錄PE停止表達CI蛋白進一步增加溶原狀態(tài)1）裂解溶原宿主Hfl酶水解CⅡ蛋白；CⅡ蛋白+CⅢ蛋白啟動PE的轉(zhuǎn)錄；CI蛋白與OR1的結(jié)合促進PM轉(zhuǎn)錄；CI蛋白阻止晚期基因表達，即阻止裂解生長。OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPE第三十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日裂解與溶原轉(zhuǎn)變的調(diào)節(jié)2）溶原裂解cro蛋白與O位點結(jié)合阻遏λ阻遏蛋白的形成；PL,PR啟動轉(zhuǎn)錄導(dǎo)致與復(fù)制裂解有關(guān)的基因表達。OL1OL2OL3CIOR3OR2OR1croCⅡ

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NPLPMPRPECI蛋白增加導(dǎo)致所有的O位點被飽和紫外線引起DNA損傷溶原狀態(tài)CI蛋白不再增加

RecA蛋白被激活水解CI蛋白CI蛋白將從O位點解離PL,PR啟動轉(zhuǎn)錄cro蛋白產(chǎn)生裂解狀態(tài)與復(fù)制裂解有關(guān)的基因表達CⅡ、CⅢ蛋白產(chǎn)生結(jié)合在O3位點抑制CI蛋白的表達第三十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日裂解與溶原轉(zhuǎn)變的調(diào)節(jié)營養(yǎng)耗盡cAMP產(chǎn)生Hlf被抑制CⅡ蛋白上升感染復(fù)數(shù)過高CⅡ蛋白多聚體增多裂解狀態(tài)CⅡ蛋白活性升高刺激PE轉(zhuǎn)錄CI蛋白增加CI蛋白結(jié)合到OL1和OR1

抑制了與裂解有關(guān)的基因的表達導(dǎo)致CⅡ、CⅢ蛋白的表達受阻促進PM的轉(zhuǎn)錄PE停止表達CI蛋白進一步增加溶原狀態(tài)CI蛋白增加導(dǎo)致所有的O位點被飽和紫外線引起DNA損傷溶原狀態(tài)CI蛋白不再增加

RecA蛋白被激活水解CI蛋白CI蛋白將從O位點解離PL,PR啟動轉(zhuǎn)錄cro蛋白產(chǎn)生裂解狀態(tài)與復(fù)制裂解有關(guān)的基因表達CⅡ、CⅢ蛋白產(chǎn)生結(jié)合在O3位點抑制CI蛋白的表達各種蛋白質(zhì)因子，特別是CI蛋白、cro蛋白與DNA分子的作用，調(diào)節(jié)著基因的表達，實現(xiàn)了噬菌體裂解與溶原之間的相互轉(zhuǎn)變。第四十頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.1.3基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控第四十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日無活性的阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因色氨酸色氨酸與阻遏蛋白結(jié)合，阻遏蛋白被激活。被激活的阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合。

RNA聚合酶不能結(jié)合，轉(zhuǎn)錄不能進行。色氨酸操縱子第四十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日操縱子調(diào)節(jié)基因表達存在本底組成型合成。乳糖操縱子的本底組成型合成是非阻遏狀態(tài)下的1/1000。色氨酸操縱子的本底組成型合成是非阻遏狀態(tài)下的1/70。這就是說，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)存在色氨酸時，色氨酸與阻遏蛋白結(jié)合，激活了阻遏蛋白，阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合后，并沒有完全阻遏色氨酸的合成。也就是說，當(dāng)阻遏蛋白進行新老交替的間隙，RNA聚合酶乘機啟動轉(zhuǎn)錄。顯然，色氨酸操縱子的本底組成型合成遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于乳糖操縱子。這種本底組成型轉(zhuǎn)錄也受到調(diào)控。1，發(fā)生調(diào)控的位置這種調(diào)控發(fā)生在什么位置？第四十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日細(xì)菌沒有核膜，因此，轉(zhuǎn)錄與翻譯是緊密藕聯(lián)的。當(dāng)本底轉(zhuǎn)錄一旦形成新的mRNA時，核糖體就結(jié)合到mRNA上進行翻譯。DNAmRNA核糖體RNA聚合酶蛋白質(zhì)就是這種翻譯決定著前面的轉(zhuǎn)錄是否繼續(xù)進行。這種通過核糖體的翻譯作用對基因轉(zhuǎn)錄進行的調(diào)節(jié)稱為基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控。第四十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日五個結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因(trpR)操縱序列(阻遏蛋白需要色氨酸的激活才能與操縱序列結(jié)合)這種調(diào)控發(fā)生在什么位置？這種調(diào)控發(fā)生在操縱序列與結(jié)構(gòu)基因之間。我們把基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控稱為衰減作用（Attenuation）。第四十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日2，衰減作用的機構(gòu)1）trpE上游的SD序列（核糖體結(jié)合位點）2）兩個連續(xù)的色氨酸密碼子（位于前導(dǎo)序列中）和前導(dǎo)肽終止密碼子（位于序列1中）。3）衰減子序列（attenuator）序列1序列2序列3序列4配對ΔG=-11.2

配對ΔG=-11.7

配對ΔG=-20

形成不依賴蛋白質(zhì)輔助因子的終止子OtrpESD序列前導(dǎo)序列序列1序列2序列3序列4兩個連續(xù)的色氨酸密碼子位于前導(dǎo)序列中配對穩(wěn)定性：序列3-4>序列2-3>序列1-2衰減作用的機構(gòu)位于操縱序列與結(jié)構(gòu)基因之間。前導(dǎo)肽終止密碼子位于序列1中第四十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日OtrpESD序列前導(dǎo)序列序列1序列2序列3序列4轉(zhuǎn)錄、翻譯的方向當(dāng)序列1-2配對時，序列3-4配對。當(dāng)序列1被占據(jù)時，序列2-3配對，序列3–4不能配對。當(dāng)序列1，2同時被占據(jù)時，只有序列3–4才能配對，形成不依賴蛋白質(zhì)輔助因子的終止子。第四十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日3，調(diào)節(jié)的過程1）當(dāng)細(xì)胞中色氨酸（trp）的量處在穩(wěn)定狀態(tài)時，序列1-2配對，序列3-4也配對，終止信號形成，RNA聚合酶離開DNA,轉(zhuǎn)錄停止。序列1-2配對序列3-4配對,終止信號形成。RNA聚合酶離開DNA，轉(zhuǎn)錄停止。細(xì)菌沒有核膜，轉(zhuǎn)錄與翻譯是緊密藕聯(lián)的。第四十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）當(dāng)細(xì)胞中trp的量處在很低狀態(tài)時，核糖體就停留在前導(dǎo)序列中的兩個連續(xù)的色氨酸密碼子處（因trp的量很低，沒有trp供應(yīng)給核糖體的翻譯工作），核糖體占據(jù)部分前導(dǎo)序列和部分序列1。結(jié)果是：序列1不能與序列2配對，序列2與序列3配對，序列4沒有轉(zhuǎn)錄出來，終止信號不形成，RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，以滿足細(xì)胞對trp的需要。RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄兩個連續(xù)的色氨酸密碼子序列2-3配對核糖體占據(jù)前導(dǎo)序列和序列1序列4沒有轉(zhuǎn)錄出來，終止信號不形成。第四十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日3）當(dāng)細(xì)胞中trp的量處在較高狀態(tài)時，核糖體就越過兩個連續(xù)的色氨酸密碼子（因trp的量高，有trp供應(yīng)給核糖體的翻譯工作），翻譯出整個前導(dǎo)肽（前導(dǎo)序列的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物），停留在前導(dǎo)肽終止密碼處，占據(jù)著部分序列1和部分序列2，序列4已被轉(zhuǎn)錄出來。結(jié)果是：序列2不能與序列3配對，序列3與序列4配對，終止信號形成，RNA聚合酶離開DNA，終止轉(zhuǎn)錄。前導(dǎo)肽終止密碼子前導(dǎo)肽被翻譯出來核糖體占據(jù)序列1和序列2序列4被轉(zhuǎn)錄出來，與序列3配對，形成轉(zhuǎn)錄的終止信號。RNA聚合酶離開DNA，終止轉(zhuǎn)錄第五十頁，共七十八頁，2022年，8月28日4）當(dāng)細(xì)胞中別的氨基酸，比如Gly饑餓時，核糖體就停留在色氨酸密碼子之前的Gly密碼子處。序列1-2配對，RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出序列4，序列3-4配對，終止信號形成，RNA聚合酶離開DNA,轉(zhuǎn)錄停止。核糖體停留在色氨酸密碼子之前的Gly密碼子處序列1-2配對序列3-4配對,終止信號形成。RNA聚合酶離開DNA，轉(zhuǎn)錄停止?；蜣D(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控是一個普遍現(xiàn)象，在其它氨基酸，甚至核酸的合成中也存在。第五十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日色氨酸合成受到三個方面的控制：色氨酸對色氨酸合成酶系統(tǒng)的反饋作用；色氨酸對色氨酸合成酶系統(tǒng)的阻遏作用；色氨酸對色氨酸合成酶系統(tǒng)的衰減作用。第五十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.1.4基因轉(zhuǎn)錄的DNA重排調(diào)控第五十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日1,相變現(xiàn)象鼠傷寒沙門氏菌存在相變過程。具有H1型鞭毛蛋白的沙門氏菌處于相I

。具有H2型鞭毛蛋白的沙門氏菌處于相Ⅱ

。沙門氏菌侵染宿主時，處于相I，產(chǎn)生H1型鞭毛蛋白，宿主就針對H1型鞭毛蛋白形成抗體，這時處于相I時期的沙門氏菌利用相變產(chǎn)生1/1000相Ⅱ的后代。顯然，宿主形成的針對H1型鞭毛蛋白的抗體對相Ⅱ的沙門氏菌沒有作用，沙門氏菌利用相變躲過這一劫，又可以在宿主內(nèi)生存繁殖。第五十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日2,相變的遺傳基礎(chǔ)H1基因H1型鞭毛蛋白是H1基因的產(chǎn)物，H1基因是一個單獨的基因。H2型鞭毛蛋白是H2基因的產(chǎn)物，H2基因不是單獨的基因。H2基因與H1阻遏蛋白基因緊密連鎖。緊密連鎖的H2基因與H1阻遏蛋白基因是一個轉(zhuǎn)錄單位，一轉(zhuǎn)錄都轉(zhuǎn)錄。我們把這個轉(zhuǎn)錄單位稱為H2-rh1。H2基因

H1阻遏蛋白基因H2-rh1第五十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日H1基因H1型鞭毛蛋白當(dāng)沙門氏菌處于相I時，H1基因表達，產(chǎn)生H1型鞭毛蛋白，轉(zhuǎn)錄單位H2-rh1沒有表達。H2基因

H1阻遏蛋白基因H2-rh1第五十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日H1基因H2型鞭毛蛋白當(dāng)沙門氏菌處于相Ⅱ時，轉(zhuǎn)錄單位H2-rh1表達，產(chǎn)生H2型鞭毛蛋白的同時，也產(chǎn)生了H1阻遏蛋白，H1阻遏蛋白結(jié)合在H1基因的操縱序列上，阻遏了H1基因的表達。H2基因

H1阻遏蛋白基因H2-rh1H1阻遏蛋白細(xì)菌處于相I還是相Ⅱ決定于H2-rh1表達與否。若表達，細(xì)菌處于相Ⅱ；若不表達，細(xì)菌處于相I。第五十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日3,相變的實質(zhì)轉(zhuǎn)錄單位H2-rh1的上游有一995bpDNA序列，該序列的末端含有H2-rh1轉(zhuǎn)錄啟動子。

995bpDNA序列H2-rh1

995bpDNA序列H2-rh1H2-rh1轉(zhuǎn)錄啟動子當(dāng)H2-rh1轉(zhuǎn)錄啟動子與H2-rh1轉(zhuǎn)錄單位鄰近時，H2-rh1開始表達，細(xì)菌處于相Ⅱ。當(dāng)該995bpDNA序列倒位，H2-rh1的啟動子移到另一端，H2-rh1不表達，細(xì)菌處于相I。相變的實質(zhì)就是基因轉(zhuǎn)錄的DNA重排調(diào)控。第五十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.2翻譯水平的調(diào)控第五十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日基因表達的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，但在翻譯水平上也存在調(diào)控。8.2.1翻譯水平的RNA調(diào)控第六十頁，共七十八頁，2022年，8月28日1,反義RNA的調(diào)控作用反義RNA通過堿基互補的原則結(jié)合在特定的mRNA與起始翻譯有關(guān)的序列上，抑制mRNA的翻譯，從而達到調(diào)控的目的。mRNA與起始翻譯有關(guān)的序列SD序列起始密碼子滲透壓變化對E.coli外膜蛋白質(zhì)基因表達的調(diào)控就是翻譯水平的反義RNA調(diào)控作用。第六十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日受這種調(diào)節(jié)的外膜蛋白質(zhì)有兩種：

OmpCOmpF高滲透壓時增多減少低滲透壓時減少增多OmpF基因反義RNA基因OmpC

基因同一單位轉(zhuǎn)錄mRNASD序列同時轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄OmpC(反義RNA)micF當(dāng)OmpC基因表達時，反義RNA同時被表達，互補性的結(jié)合在SD序列上，OmpF蛋白的翻譯受阻，所以O(shè)mpC增多，OmpF減少。當(dāng)OmpC減少時，反義RNA也少，OmpF蛋白的翻譯受阻也得到緩解，OmpF增多。為什么會出現(xiàn)上述情況？第六十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日2,mRNA二級結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用mRNA將需要立即翻譯的序列暴露在二級結(jié)構(gòu)之外，將暫時不需要翻譯的序列包裹在二級結(jié)構(gòu)之內(nèi)，從而達到翻譯水平的調(diào)節(jié)，這就是mRNA二級結(jié)構(gòu)在翻譯水平的調(diào)控作用的實質(zhì)。以E.coli的單鏈RNA噬菌體為例，如R17病毒。R17病毒是單股正鏈RNA病毒。第六十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日1）R17病毒基因組結(jié)構(gòu)ACPrep5’3’+RNA裂解蛋白基因A基因：附著蛋白基因CP基因：衣殼蛋白基因rep基因：復(fù)制酶基因CP基因核糖體結(jié)合位點暴露在外。A、CP的其余部分以及rep基因包裹在二級結(jié)構(gòu)內(nèi)。CPArep第六十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）CP基因與rep基因的先后翻譯a,核糖體結(jié)合在CP基因暴露在外的核糖體結(jié)合位點。b,核糖體在翻譯CP基因。c,核糖體反復(fù)翻譯CP基因，直到CP分子合成達到需要量。d,CP分子達到2×106個后，核糖體

才沖開rep的二級結(jié)構(gòu)，開始翻譯rep基因。病毒對衣殼蛋白的需要量一般是較大的。CPArep5’第六十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日3）A基因的翻譯與封閉rep基因為復(fù)制酶基因，R17病毒復(fù)制酶是依賴RNA的RNA聚合酶。該復(fù)制酶復(fù)制基因組的過程是：以正鏈RNA為模板合成負(fù)鏈RNA，然后以負(fù)鏈RNA為模板合成正鏈RNA，A基因是在以負(fù)鏈RNA為模板合成正鏈RNA的同時被翻譯的。第六十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日復(fù)制酶在以負(fù)鏈RNA為模板合成正鏈RNA的同時，核糖體以剛剛合成出來的正鏈RNA為模板開始A基因的翻譯。復(fù)制酶核糖體負(fù)鏈RNA正鏈RNACPArep-3’a+5’-3’b+5’-3’cd-3’+5’當(dāng)復(fù)制酶和核糖體分別完成A基因的復(fù)制與翻譯時，RNA立即形成二級結(jié)構(gòu)，將A基因包裹在內(nèi)，核糖體不能結(jié)合上去，A基因翻譯就停止了。第六十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日2,mRNA壽命的調(diào)控作用原核微生物的mRNA壽命很短，幾分鐘后就降解。不同的mRNA有不同的降解速度。mRNA是蛋白質(zhì)翻譯的模板，壽命越長，翻譯越長。因此，mRNA壽命的長短對基因表達有一定的調(diào)控作用。降解mRNA的酶主要是3’-外切核酸酶。mRNA的終止子結(jié)構(gòu)以及終止子類似結(jié)構(gòu)均以不同程度地阻礙3’-外切核酸酶對mRNA的降解作用。第六十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日8.2.2翻譯水平的自體調(diào)控翻譯水平的自體調(diào)控就是自己調(diào)控著自己的翻譯。某種蛋白質(zhì)通過某種手段調(diào)控著自身的翻譯。第六十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日1，釋放因子RF