原核生物的基因表達(dá)調(diào)控

原核生物的基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控的重要性和形式每一種生物的基因組都含有一定數(shù)目的基因，但這些基因在一個細(xì)胞里并不都會表達(dá)，那些表達(dá)的基因表達(dá)的強(qiáng)度也不一定相同。以E.coli為例，其基因組總共能編碼幾千種蛋白質(zhì)，但在正常的生長條件下，一個細(xì)胞僅合成600~800種不同的蛋白質(zhì)。顯然，多數(shù)基因并沒有表達(dá)。之所以出現(xiàn)這樣的情形，是因為細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)受到嚴(yán)格的調(diào)控。實際上，生物體內(nèi)的基因根據(jù)表達(dá)的狀況可分為兩類，一類是管家基因，另一類是奢侈基因。管家基因始終表達(dá)，表達(dá)的量也相對恒定，因此又稱為組成型基因，奢侈基因只是在特定的時段里或者在需要的時候才表達(dá)。不管是管家基因還是奢侈基因，表達(dá)都受到調(diào)控，只是調(diào)控的方式不一樣。理論上，一種基因表達(dá)的調(diào)控可以在多種水平上展開，包括DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后加工水平、翻譯水平、翻譯后加工水平等。但在所有調(diào)控方式中，從節(jié)省能量的角度來看，對基因表達(dá)關(guān)閉的越早越好，這樣不至于將能量浪費在mRNA和蛋白質(zhì)的合成上。就這一點而言，轉(zhuǎn)錄的起始階段是最佳調(diào)控位點。原核生物是單細(xì)胞生物，一般生活在多變的環(huán)境中，需要隨時根據(jù)環(huán)境條件的變化調(diào)整自身基因的表達(dá)，以使代謝過程能夠適應(yīng)環(huán)境的變化，從而更好地生存和繁衍?；虮磉_(dá)調(diào)控的兩種方式

基因的表達(dá)模式都可根據(jù)控制的效果分為正調(diào)控和負(fù)調(diào)控。如果是在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，這兩種調(diào)控模式一般都涉及到特定的調(diào)節(jié)蛋白與DNA特定序列之間的相互作用。一般將與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合的特定DNA序列稱為順式作用元件，而對于原核生物來說，這樣的順式作用元件經(jīng)常被稱為操縱基因。如果是負(fù)調(diào)控，則在沒有調(diào)節(jié)蛋白或者調(diào)節(jié)蛋白失活的情況下，基因正常表達(dá)。一旦存在調(diào)節(jié)蛋白或者調(diào)節(jié)蛋白被激活，基因則不能表達(dá)。因此，負(fù)調(diào)控中的調(diào)節(jié)蛋白被稱為阻遏蛋白；如果是正調(diào)控，則在沒有調(diào)節(jié)蛋白或者調(diào)節(jié)蛋白失活的情況下，基因不表達(dá)或者表達(dá)量不足。一旦有調(diào)節(jié)蛋白或者調(diào)節(jié)蛋白被激活，基因才能表達(dá)或者大量表達(dá)。因此，正調(diào)控中的調(diào)節(jié)蛋白被稱為激活蛋白。正調(diào)控與負(fù)調(diào)控模式的比較在DNA水平的調(diào)控啟動子序列對基因表達(dá)的調(diào)控DNA重組對DNA表達(dá)的調(diào)控

DNA重組可以改變控制基因表達(dá)的元件與受控基因之間的距離和方向，因而可以成為控制基因表達(dá)的一種手段。不同類型啟動子與基因表達(dá)之間的關(guān)系組成型啟動子弱啟動子強(qiáng)啟動子一般與一致序列相同或相近缺乏一個或多個一致序列元件與一致序列相同或接近恒定的轉(zhuǎn)錄速率低轉(zhuǎn)錄速率高轉(zhuǎn)錄速率可能不受其它形式的調(diào)控經(jīng)常需要激活蛋白經(jīng)常受到阻遏鼠傷寒沙門氏菌相變的分子機(jī)制在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始階段的調(diào)控（1）不同σ因子的選擇性使用（2）操縱子調(diào)控模型（3）幾種重要的操縱子轉(zhuǎn)錄終止階段的調(diào)控（1）抗終止作用（2）弱化不同σ因子的選擇性使用原核生物識別啟動子序列的是σ因子。不同的σ因子可識別不同的啟動子序列，E.coli主要使用σ70。在特殊的條件下，其它類型的σ因子被表達(dá)或被激活。這些新的σ因子識別的是其它類型的啟動子，其一致序列不同于σ70所識別的啟動子，從而指導(dǎo)RNApol啟動一些新基因的表達(dá)。這樣的調(diào)控系統(tǒng)使有機(jī)體能夠?qū)υ谔囟l件下需要表達(dá)的多個基因進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控。σ因子的選擇性使用與熱激基因的表達(dá)調(diào)控σ因子的級聯(lián)與SPO1噬菌體不同時期基因表達(dá)之間的關(guān)系操縱子模型第一個被闡明的基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)是由法國巴斯德研究所的FrancoisJacob和JacquesMonod于1962年提出來的大腸桿菌基因表達(dá)的操縱子模型。事實證明，大多數(shù)原核生物的基因表達(dá)調(diào)控都采取這種方式，盡管真核細(xì)胞沒有操縱子的結(jié)構(gòu)，但模型中的一些基本原理也適用于真核生物。操縱子模型認(rèn)為：一些功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇存在，構(gòu)成所謂的多順反子，它們的表達(dá)作為一個整體受到控制元件的調(diào)節(jié)?？刂圃蓡幼印⒉倏v基因）和調(diào)節(jié)基因組成。調(diào)節(jié)基因編碼調(diào)節(jié)蛋白，與操作子結(jié)合而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。乳糖操縱子乳糖操縱子屬于誘導(dǎo)型操縱子，其天然的誘導(dǎo)物是乳糖的異構(gòu)體——別乳糖，它既受到負(fù)調(diào)控，又受到正調(diào)控。乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控乳糖操縱子的正調(diào)控β-半乳糖苷酶催化的水解和異構(gòu)化反應(yīng)葡萄糖效應(yīng)和乳糖誘導(dǎo)乳糖對乳糖代謝酶的誘導(dǎo)如果供大腸桿菌生長的培養(yǎng)基中沒有乳糖，那么細(xì)胞內(nèi)參與乳糖分解代謝的三種酶，即β-半乳糖苷酶、乳糖透過酶和巰基半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶很少，如每個細(xì)胞的β-半乳糖苷酶的平均含量只有0.5個～5個?？墒且坏┰谂囵B(yǎng)基中加入乳糖或某些乳糖的類似物，則在幾分鐘內(nèi)，每個細(xì)胞中的β-半乳糖苷酶分子數(shù)量驟增，可高達(dá)5000個，有時甚至可占細(xì)菌可溶性蛋白的5％～10％。與此同時，其它兩種酶的分子數(shù)也迅速提高。由此可見，新合成的β-半乳糖苷酶、透過酶和乙酰化酶由底物乳糖或其類似物直接誘導(dǎo)產(chǎn)生，乳糖及其相關(guān)類似物被稱為誘導(dǎo)物。大腸桿菌乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)1個調(diào)節(jié)基因（lacI）——位于Plac附近，有其自身的啟動子和終止子，轉(zhuǎn)錄方向和結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄方向相反，呈低水平的組成型表達(dá)，編碼阻遏蛋白1個操縱基因（lacO）——位于Plac和lacZ基因之間，為阻遏蛋白結(jié)合的位點1個啟動子（Plac）3個結(jié)構(gòu)基因（lacZ、lacY和lacA）組成。lacZ編碼β-半乳糖苷酶，催化很少一部分乳糖異構(gòu)化為別乳糖，絕大多數(shù)乳糖水解為半乳糖和葡萄糖；lacY基因編碼半乳糖透過酶，其功能是使環(huán)境中的β-半乳糖苷能透過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)；lacA基因編碼轉(zhuǎn)乙?；浮＾D(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶首先與Plac結(jié)合，通過lacO向右，按lacZ→lacY→lacA方向進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，每次轉(zhuǎn)錄出來的一條mRNA上都帶有這3個基因。大腸桿菌半乳糖操縱子模型乳糖操縱子三個阻遏蛋白結(jié)合位點的結(jié)構(gòu)特征及其作用乳糖操縱子的正調(diào)控葡萄糖效應(yīng)——在有葡萄糖存在時，細(xì)菌優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，即使有誘導(dǎo)物乳糖的存在，乳糖操縱子也處于被抑制的狀態(tài)，直到葡萄糖被消耗完后才能解除抑制，這時細(xì)菌才開始利用乳糖進(jìn)行生長。這說明乳糖的存在僅僅是乳糖操縱子開放的必要條件，但還不是充要條件。同時有乳糖和葡萄糖的情況下，乳糖操縱子也不能正常開放呢的原因是乳糖操縱子的開放還需要一種稱為cAMP受體蛋白（CRP）的激活蛋白的正調(diào)控。只有在負(fù)調(diào)控不起作用、正調(diào)控起作用的條件下，乳糖操縱子才能開放。CAP的正調(diào)控作用CRP的結(jié)構(gòu)與功能CRP也稱為分解代謝物激活蛋白（CAP），它也是很多其它與分解代謝有關(guān)的操縱子的激活蛋白，包括乳糖操縱子、阿拉伯糖操縱子、半乳糖操縱子和麥芽糖操縱子等近100個以上的啟動子受到它的激活。這種由同一種調(diào)控蛋白調(diào)節(jié)多個操縱子基因表達(dá)活性的調(diào)控方式被稱為調(diào)諧子。在這些操縱子的附近，都含有CAP結(jié)合位點。以乳糖操縱子為例，它的CAP結(jié)合位點位于Plac上游。序列分析表明，CAP位點序列與操縱基因的序列一樣，含有兩段反向重復(fù)序列（GTGAG），而每一段即是CAP的半個結(jié)合位點。這樣的性質(zhì)特別適合二聚體的CAP-cAMP與其結(jié)合，因為一個單體與其中的一段反向重復(fù)序列結(jié)合。與阻遏蛋白一樣，CAP也是通過螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋這種DNA結(jié)合模體在大溝與結(jié)合位點結(jié)合。CAP-cAMP同DNA結(jié)合后，可以引起DNA的彎曲，增強(qiáng)RNApol與DNA的結(jié)合能力，并協(xié)助DNA雙螺旋的解鏈，使RNApol的轉(zhuǎn)錄活性提高20~50倍。在CAP未與cAMP結(jié)合時，它是沒有活性的。當(dāng)cAMP濃度升高時，CAP與cAMP結(jié)合并發(fā)生構(gòu)象的變化而被活化，能以二聚體的方式與特定的DNA序列結(jié)合。相反，當(dāng)有葡萄糖可供分解利用時，cAMP濃度降低，CAP不能被活化，乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降。乳糖操縱子的操縱基因和CAP-cAMP結(jié)合位點序列CAP-cAMP在CAP位點上與RNApol的相互作用

CAP-cAMP與其結(jié)合位點結(jié)合以后導(dǎo)致DNA發(fā)生的彎曲為什么乳糖操縱子既要受到負(fù)調(diào)控，又要受到正調(diào)控？一是使細(xì)胞能夠優(yōu)先利用葡萄糖，而優(yōu)先利用葡萄糖對細(xì)胞來說是有益的，因為參與葡萄糖分解的基因均是管家基因，這樣葡萄糖可以迅速地被分解，為細(xì)胞提供能量；二是lac啟動子序列與啟動子的一致序列相差較大，是一個弱啟動子，而CAP-cAMP的激活就彌補(bǔ)了其啟動子活性的“先天不足”。大腸桿菌的阿拉伯糖操縱子

阿拉伯糖操縱子編碼3個與阿拉伯糖代謝有關(guān)的酶：阿拉伯糖異構(gòu)酶，催化阿拉伯糖異構(gòu)成核酮糖，由araA基因編碼；核酮糖激酶，催化核酮糖的磷酸化，由araB基因編碼；核酮糖-5-磷酸差向異構(gòu)酶，由araD基因編碼，催化核酮糖-5-磷酸異構(gòu)成木酮糖-5-磷酸，使之進(jìn)入磷酸戊糖途徑進(jìn)行代謝。這3個結(jié)構(gòu)基因按照araB、araA和araD的順序排列，簡稱為araBAD，共同受araC基因的產(chǎn)物AraC蛋白和CAP-cAMP控制。與乳糖操縱子不同的是，阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)蛋白既是一種激活蛋白，又是一種阻遏蛋白。阿拉伯糖操縱子結(jié)構(gòu)阿拉伯糖操縱子的阻遏和激活麥芽糖操縱子麥芽糖操縱子控制幾個與麥芽糖吸收和分解有關(guān)的酶基因的表達(dá)。受到調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因一個是malP——編碼麥芽糊精磷酸化酶促進(jìn)麥芽糖運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)，另一個是malQ——編碼麥芽糖酶，將進(jìn)入細(xì)胞的麥芽糖水解成葡萄糖。與乳糖操縱子相似的是，它也屬于誘導(dǎo)型操縱子，也受到CAP-cAMP的激活。但與乳糖操縱子不同的是，作為誘導(dǎo)物的麥芽糖不是與阻遏蛋白結(jié)合，導(dǎo)致阻遏蛋白的失活，而是與激活蛋白——MalT結(jié)合，激活MalT。在沒有葡萄糖的條件下，被激活的MalT與CAP-cAMP一道打開麥芽糖操縱子，使malP和malQ得以表達(dá)。E.coli的麥芽糖操縱子抗汞離子操縱子存在于Tn501之中的mer操縱子的結(jié)構(gòu)基因包括merT、merP、merA和merD，其中merT和merP編碼運(yùn)輸?shù)鞍?，merA編碼汞離子還原酶，將Hg2+還原成低毒、易揮發(fā)的Hg，merD編碼一種調(diào)節(jié)蛋白；操縱基因位于啟動子內(nèi)部，在－35區(qū)和－10區(qū)之間；調(diào)節(jié)基因為merR，編碼調(diào)節(jié)蛋白MerR。。如果存在Hg2+，單個汞離子與MerR的結(jié)合就足以激活它，使其作為激活蛋白強(qiáng)烈誘導(dǎo)抗汞離子的基因表達(dá)；如果沒有Hg2+，MerR就作為阻遏蛋白阻止抗汞離子基因的表達(dá)。MerR激活抗汞基因表達(dá)的機(jī)制非常特別，它作為激活蛋白與操縱基因結(jié)合以后，能夠改變啟動子的構(gòu)象，對啟動子DNA施加別構(gòu)效應(yīng)，使其更容易被RNApol識別、結(jié)合。這所以需要以這樣的方式激活，是因為mer操縱子的啟動子結(jié)構(gòu)比較特別：其－35區(qū)和－10區(qū)之間的間隔序列不是通常的17±1bp，而是19bp，比正常的間隔序列長，這樣的結(jié)構(gòu)使得RNApol識別的兩個元件（－35區(qū)和－10區(qū)）位于DNA雙螺旋兩邊，很難被聚合酶識別和結(jié)合。而一旦MerR-Hg2+與操縱基因結(jié)合，就扭曲－35區(qū)和－10區(qū)之間的間隔序列，使－35區(qū)和－10區(qū)處于合適的位置，容易被RNApol能夠識別、結(jié)合，從而啟動mer啟動子的轉(zhuǎn)錄。在有Hg2+的條件下，MerR激活抗汞基因表達(dá)的機(jī)制MerR-Hg2+與操縱基因結(jié)合以后造成的DNA扭曲大腸桿菌的色氨酸操縱子的色氨酸操縱子是一種阻遏型的操縱子，它控制5種參與色氨酸合成酶基因的表達(dá)。色氨酸作為輔阻遏物與阻遏蛋白結(jié)合而阻止色氨酸操縱子的表達(dá)。除了色氨酸操縱子是阻遏型以外，其它與合成代謝有關(guān)的操縱子，如組氨酸操縱子，也都屬于阻遏型操縱子。一般說來，控制分解代謝的操縱子為誘導(dǎo)型，控制合成代謝的操縱子屬于阻遏型。操縱子發(fā)生這樣的分化使得細(xì)胞能夠迅速對環(huán)境或細(xì)胞內(nèi)部的代謝變化做出反應(yīng)。分解代謝操縱子和合成代謝操縱子比較大腸桿菌色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)與功能由一個啟動子、一個操縱基因、一個前導(dǎo)肽編碼基因（trpL）和5個結(jié)構(gòu)基因（trpE、trpD、trpC、trpB、trpA）以及一個調(diào)節(jié)基因（trpR）組成。結(jié)構(gòu)基因編碼將莽草酸轉(zhuǎn)化為色氨酸的關(guān)鍵酶。trpR編碼阻遏蛋白，它距結(jié)構(gòu)基因的距離較遠(yuǎn)。當(dāng)色氨酸含量低時，阻遏蛋白沒有結(jié)合DNA的活性。這時，操縱基因區(qū)域便可以同RNApol結(jié)合，轉(zhuǎn)錄得以進(jìn)行，表達(dá)參與色氨酸合成的基因，補(bǔ)充細(xì)胞內(nèi)色氨酸的含量；當(dāng)色氨酸充足時，它作為輔阻遏物同阻遏蛋白結(jié)合后，會引起阻遏蛋白構(gòu)象變化，使其能夠同操縱基因結(jié)合，阻遏色氨酸合成基因的轉(zhuǎn)錄。色氨酸合成途徑的終產(chǎn)物會通過阻遏轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行抑制該途徑酶的合成。色氨酸操縱子模型RNA開關(guān)在許多細(xì)菌（包括某些真核生物）內(nèi)，發(fā)現(xiàn)一些特殊的雙功能mRNA在非編碼區(qū)含有特定代謝物的特異性結(jié)合位點，充當(dāng)基因表達(dá)的開關(guān)，代謝物的結(jié)合改變了mRNA的構(gòu)象，結(jié)果要么提高轉(zhuǎn)錄的終止效率，要么降低翻譯的效率，要么影響到mRNA的后加工，從而改變一個基因的表達(dá)。RNA開關(guān)或核開關(guān)就是指這一類特殊的mRNA。核開關(guān)能直接檢測到細(xì)胞內(nèi)一些重要的小分子代謝物的水平，并根據(jù)細(xì)胞的生理需要打開或關(guān)閉相關(guān)基因的表達(dá)。部分核開關(guān)的結(jié)構(gòu)

核酶核開關(guān)的調(diào)控機(jī)制雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)此系統(tǒng)存在于所有的細(xì)菌或許多低等的真核生物，通過使用一對調(diào)節(jié)蛋白檢測來自環(huán)境中的特定信號，并對信號作出反應(yīng)。這一對蛋白質(zhì)一個是感應(yīng)器激酶，一個是反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白。每一個蛋白質(zhì)都是由兩個結(jié)構(gòu)域組成。感應(yīng)器激酶含有1個檢測環(huán)境信號的結(jié)構(gòu)域和1個激酶活性結(jié)構(gòu)域。一旦檢測到特定的環(huán)境信號，感應(yīng)器激酶結(jié)構(gòu)域的一個保守的His殘基發(fā)生自我磷酸化（磷酸基團(tuán)來自ATP的γ-磷酸）。然后這個磷酸根被轉(zhuǎn)移到位于反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白的第一個結(jié)構(gòu)域上的一個保守的Asp殘基上。反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白的第二個結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)部。由于反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白的磷酸化通常激活其潛在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的活性，于是來自環(huán)境中特定的信號最終誘發(fā)了特定基因表達(dá)的變化。雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用圖解弱化1981年，CharlesYanofsky在E.coli的trp操縱子之中發(fā)現(xiàn)弱化現(xiàn)象。他的發(fā)現(xiàn)基于兩個獨立的科學(xué)事實：（1）trp操縱子不因為trpR基因的缺失完全喪失調(diào)控功能。trp操縱子調(diào)控的“總調(diào)幅”約為700倍（開/關(guān)），但trpR基因被敲除的突變體仍然表現(xiàn)10倍幅度的調(diào)控（無Trp/有Trp）；（2）序列測定表明，trp操縱子在結(jié)構(gòu)基因的5′-端含有一個不同尋常的ORF，但它并不編碼與合成Trp有關(guān)的酶。首先，這個ORF可能編碼一種短肽，里面有兩個連續(xù)的Trp密碼子，約占總密碼子數(shù)目的10%。其次，相對于此ORF的mRNA含有二重對稱的結(jié)構(gòu)，能形成兩種相互排斥的二級結(jié)構(gòu)。其中有一種二級結(jié)構(gòu)極像不依賴于ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止子結(jié)構(gòu)?？紤]到原核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)的事實，Yanofsky提出了弱化子的模型。其主要的內(nèi)容是：（1）RNApol啟動trp操縱子的轉(zhuǎn)錄；（2）在轉(zhuǎn)錄約90nt以后，RNApol暫停在第一個二級結(jié)構(gòu)之處；（3）核糖體開始與新生的mRNA結(jié)合，啟動前導(dǎo)肽的合成；（4）RNApol從暫停狀態(tài)解除，繼續(xù)轉(zhuǎn)錄；（5）RNApol當(dāng)?shù)竭_(dá)潛在的終止子區(qū)域的時候，是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄還是停止轉(zhuǎn)錄取決于緊隨其后的核糖體的位置；（6）如果細(xì)胞缺乏Trp，核糖體就會停留在兩個連續(xù)的Trp密碼子位置，等待有Trp-tRNATrp進(jìn)入A部位，那么1區(qū)被隔離在核糖體內(nèi)，無法與2區(qū)配對，于是2區(qū)和3區(qū)在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之間發(fā)生配對，迫使后來轉(zhuǎn)錄的4區(qū)處于單鏈狀態(tài)，這就阻止了3區(qū)和4區(qū)形成終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄即可以繼續(xù)；（7）如果細(xì)胞里的Trp含量充足，核糖體能夠連續(xù)地翻譯前導(dǎo)肽，它就會覆蓋了2區(qū)，阻止了2區(qū)與3區(qū)配對。于是，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄以后，就自發(fā)地與3區(qū)形成終止子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄提前結(jié)束，產(chǎn)生約140bp的轉(zhuǎn)錄物。色氨酸的衰減子模型抗終止作用轉(zhuǎn)錄的終止依賴于終止子。但不同終止子的作用也有強(qiáng)弱之分，有的終止子幾乎能完全終止轉(zhuǎn)錄；有的則只是部分終止轉(zhuǎn)錄，一部分RNApol能越過這類終止序列繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。如果操縱子的結(jié)構(gòu)基因群中間有弱終止子存在，則前后轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的量會有所不同，這也是終止子調(diào)節(jié)基因群中不同基因表達(dá)產(chǎn)物比例的一種方式。有的蛋白質(zhì)因子能作用于終止子序列，減弱或取消終止子的作用，稱為抗終止作用，這些蛋白因子就稱為抗終止因子。當(dāng)然也有一些蛋白質(zhì)因子能夠促進(jìn)終止子的作用。兩種情況都可以用來調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，BglG蛋白的抗終止作用其它氨基酸操縱子前導(dǎo)肽的氨基酸序列

枯草桿菌色氨酸操縱子的弱化子作用模型枯草桿菌氨酰-tRNA合成酶基因內(nèi)的衰減子作用模型翻譯水平上的調(diào)控反義RNA的正負(fù)調(diào)控翻譯控制自體調(diào)控mRNA的二級結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性對翻譯的調(diào)控嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)反義RNA反義RNA是指與特定目標(biāo)RNA分子（通常是mRNA）因存在互補(bǔ)序列，而發(fā)生配對從而調(diào)節(jié)目標(biāo)RNA功能的RNA分子。它通常是以一個基因編碼鏈的部分序列為模板而轉(zhuǎn)錄而成，并不編碼任何蛋白質(zhì)。反義RNA可參與DNA復(fù)制和基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，而其對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控主要在翻譯水平上，少數(shù)在轉(zhuǎn)錄水平上，反義RNA可能起負(fù)調(diào)控，也可能起正調(diào)控的作用。反義RNA的負(fù)調(diào)控作用micFRNA——由micF基因編碼，它是大腸桿菌OmpFmRNA的反義RNA，由MizunoT.在1983年發(fā)現(xiàn)。Tn10轉(zhuǎn)座酶的反義調(diào)控——利用反義機(jī)制調(diào)節(jié)它自身的轉(zhuǎn)座酶的活性。滲透壓變化與OmpF和OmpC表達(dá)之間的關(guān)系滲透壓變化改變OmpF和OmpC表達(dá)的機(jī)理micFRNA與ompFmRNA之間的堿基配對Tn10轉(zhuǎn)座酶的反義調(diào)控反義RNA的正調(diào)控作用DrsA是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的又一種反義RNA，它既可以和hnsmRNA互補(bǔ)配對，還可以和rpoS

mRNA互補(bǔ)配對，但對這兩種mRNA的翻譯影響正好相反，前一種配對掩蓋了hnsmRNA5′-端的核糖體結(jié)合位點（RBS），從而導(dǎo)致翻譯受阻，后一種配對則暴露出rpoSmRNA上的RBS，從而激活翻譯。反義RNA的負(fù)調(diào)控和正調(diào)控

翻譯控制翻譯控制是指轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物本身的結(jié)構(gòu)控制其翻譯的過程。例如，pyrC基因編碼嘧啶核苷酸合成途徑中的二氫乳清酸酶，然而，細(xì)胞內(nèi)嘧啶濃度的變化并不影響到pyrC基因的轉(zhuǎn)錄水平，但能影響到轉(zhuǎn)錄的序列。pyrC的轉(zhuǎn)錄可以從5′-CCGG-3′任何位置開始，但是，如果細(xì)胞內(nèi)的嘧啶過量，轉(zhuǎn)錄傾向于從C2開始，這樣的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物會形成一種莖環(huán)結(jié)構(gòu)而將核糖體結(jié)合位點隱藏起來，致使翻譯無法進(jìn)行；相反，如果細(xì)胞內(nèi)的嘧啶量有限，轉(zhuǎn)錄傾向于從G4開始，而這樣的轉(zhuǎn)錄物不會形成掩蓋核糖體結(jié)合位點的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，于是二氫乳清酸酶能得到正常的翻譯。自體調(diào)控自體調(diào)控是指一個基因產(chǎn)物對自己的基因表達(dá)產(chǎn)生激活或抑制的現(xiàn)象。它既可以在轉(zhuǎn)錄水平上，也可以在翻譯水平上進(jìn)行。T4噬菌體p32蛋白的自體調(diào)控

p32是由T4噬菌體基因組編碼的一種蛋白質(zhì)，它參與DNA重組、修復(fù)和復(fù)制，它與單鏈DNA結(jié)合的親和力特高，這種性質(zhì)與其功能有關(guān)。如果細(xì)胞內(nèi)沒有單鏈DNA結(jié)合位點，它便與自己的mRNA上位于起始密碼子周圍富含AT的序列結(jié)合，阻止自身的翻譯。核糖體蛋白的自體調(diào)控核糖體蛋白的基因組織成多個操縱子，大多數(shù)操縱子含有組成大、小亞基的核糖體蛋白的基因，某些與翻譯有關(guān)的蛋白質(zhì)的基因也包含在內(nèi)。在每一個核糖體的操縱子上都有一個基因（總是核糖體蛋白基因）兼做調(diào)節(jié)基因，其蛋白質(zhì)產(chǎn)物能夠與自己的mRNA5′-端結(jié)合，從而抑制自身的翻譯。不同的核糖體蛋白形成的操縱子結(jié)構(gòu)核糖體蛋白（S15）的自體調(diào)控mRNA的二級結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)的調(diào)控mRNA的二級結(jié)構(gòu)不僅可以影響到mRNA的穩(wěn)定性，還會影響到核糖體結(jié)合位點的可得性。單核細(xì)胞增生性李斯特菌是一種能夠?qū)е率澄镏卸镜娜祟惒≡?，其毒性基因只有在菌體進(jìn)入宿主內(nèi)才會表達(dá)?？刂贫拘曰虮磉_(dá)的源頭在溫度。PrfA

是一種激活蛋白，它負(fù)責(zé)激活與毒性有關(guān)的基因表達(dá)。有趣的是PrfA在37°C表達(dá)，在30°C則不表達(dá)，可是它的轉(zhuǎn)錄在兩種溫度下都能進(jìn)行，看來控制的位點只能是在翻譯的水平上了。原來在30°C或者更低的溫度下，PrfAmRNA上的SD序列與其它區(qū)域配對形成鏈內(nèi)雙鏈，致使核糖體結(jié)合位點被掩蓋，翻譯因此受到抑制；在37°C下，配對區(qū)域熱變性，SD序列暴露，核糖體可以結(jié)合，翻譯便可以進(jìn)行了。溫度對李斯特菌PrfA蛋白的表達(dá)調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性與基因表達(dá)的調(diào)控既然mRNA是翻譯的模板，那么它的穩(wěn)定性越高就會有更多的時間被翻譯，因此，如果能夠通過某種手段控制一種mRNA的穩(wěn)定性，也就多了一種在翻譯水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的渠道。但由于原核細(xì)胞的mRNA本來就很不穩(wěn)定，所以，在原核細(xì)胞利用此手段來調(diào)控基因表達(dá)的并不多見。RyhBRNA是大腸桿菌的一種小分子RNA，僅在鐵饑餓的情況下表達(dá)。在鐵供應(yīng)不足的條件下，這種RNA與胞內(nèi)6種與鐵儲存的蛋白質(zhì)mRNA配對結(jié)合，形成雙鏈區(qū)域，致使被結(jié)合的mRNA更容易被RNA酶E水解；但在高鐵的情況下，RyhBRNA的表達(dá)受阻，于是參與鐵儲存的蛋白質(zhì)的mRNA穩(wěn)定性提高，翻譯效率因此提升。sodBmRNA穩(wěn)定性與基因表達(dá)的調(diào)控應(yīng)急反應(yīng)是指細(xì)菌細(xì)胞在氨基酸饑餓的時候，胞內(nèi)所發(fā)生的各種變化。主要的變化包括：rRNA和tRNA

合成量的急劇下降（10倍~20倍）；mRNA合成下降（約3倍）；蛋白質(zhì)降解加強(qiáng)；核苷酸、碳水化合物和脂的合成下降。嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)的意義在于使細(xì)胞“勒緊褲帶”，節(jié)省能量，以度過難關(guān)。大腸桿菌內(nèi)能夠感應(yīng)到氨基酸饑餓信號的是RelA蛋白，它又被稱為嚴(yán)謹(jǐn)因子，由746個氨基酸殘基組成，為relA

基因編碼，具有依賴于核糖體的（p）ppGpp合成酶活性，此酶活性在氨基酸饑餓的時候被激活，以合成被稱為魔斑分子的pppGpp或ppGpp，從而誘導(dǎo)出嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)。魔斑分子的合成應(yīng)急反應(yīng)的分子機(jī)制λ噬菌體基因表達(dá)的時序控制

λ噬菌體的線形DNA約含有50個基因，組成4個操縱子。它是一種溫和噬菌體，其生活周期有溶原期和裂解期，其中裂解期是組成型反應(yīng)，即它總是以相同的趨勢發(fā)生，與生長條件無關(guān)，然而，溶原反應(yīng)與生長條件有關(guān)。在λ噬菌體進(jìn)入細(xì)胞后，是進(jìn)入溶原期還是進(jìn)入裂解期取決于由生長條件決定的溶原反應(yīng)的強(qiáng)弱：如果生長條件不佳，溶原反應(yīng)占優(yōu)；如果生長條件較好，裂解反應(yīng)占優(yōu)。如果進(jìn)入溶原期，噬菌體DNA首先環(huán)化，前早期基因表達(dá)Cro蛋白和N蛋白。晚早期基因表達(dá)整合酶和cI阻遏蛋白，其中cI阻止晚期基因表達(dá)，整合酶催化λDNA通過位點特異性重組整合到宿主