第六章原核基因表達調控詳解演示文稿

第六章原核基因表達調控詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期五優(yōu)選第六章原核基因表達調控現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期五

基因表達調控是生命的必需基因表達(geneexpression)是指儲存遺傳信息的基因經過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個過程。典型的基因表達是基因經過轉錄、翻譯，產生有生物活性的蛋白質的過程。rRNA或tRNA的基因經轉錄和轉錄后加工產生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA的基因表達，因為rRNA或tRNA就具有在蛋白質翻譯方面的功能?，F(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期五

基因組(genome)是指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸。

生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都表達出來的

大腸桿菌:約4000個基因，一般情況下只有5－10%在高水平轉錄狀態(tài)。哺乳類:人含有10萬個基因，開放轉錄的約1萬個上下，即使蛋白質合成量比較多、基因開放比例較高的肝細胞，一般也只有不超過20%的基因處于表達狀態(tài)。不同組織細胞中不僅表達的基因數量不相同，而且基因表達的強度和種類也各不相同，這就是基因表達的組織特異性現(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期五

基因表達的階段特異性:一般在胚胎時期基因開放的數量最多，隨著分化發(fā)展，細胞中某些基因關閉、某些基因轉向開放，胚胎發(fā)育不同階段、不同部位的細胞中開放的基因及其開放的程度不一樣，合成蛋白質的種類和數量都不相同，顯示出基因表達調控在空間和時間上極高的有序性。即使是同一個細胞，處在不同的細胞周期狀態(tài)，其基因的表達和蛋白質合成的情況也不盡相同.現(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期五

基因表達適應環(huán)境的變化①組成性表達(constitutiveexpression)指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達?？醇一?housekeepinggene)。組成性基因表達也不是一成不變的，其表達強弱也是受一定機制調控的。

②適應性表達(adaptiveexpression)指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。應環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(induction)，這類基因被稱為可誘導的基因(induciblegene)；相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。返回首頁現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期五一、原核基因表達調控總論１、原核基因表達的特點原核生物和單細胞真核生物直接暴露在變幻莫測的環(huán)境中，食物供應毫無保障，只有能根據環(huán)境條件的改變合成各種不同的蛋白質，使代謝過程適應環(huán)境的變化，才能維持自身的生存和繁衍。自然選擇傾向于保留高效率的生命過程。在一個每30min增殖一倍的109細菌群體中，若有一個細菌變成了29.5min增殖一倍，大約經過80天的連續(xù)生長后，這個群體中的99.9%都將具有29.5min增殖一倍的生長速度?，F(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期五一個大腸桿菌細胞中約有2500-3000個基因。估計正常情況下，可帶有107個蛋白質，平均每個基因產生3000多個蛋白質分子。但大腸桿菌中一般帶有15,000-30,000個核糖體，有50余種核糖體結合蛋白。此外，負責糖酵解系統(tǒng)的蛋白質數量也很大。而象半乳糖苷酶等誘導酶，其含量可少至每細胞僅1-5個分子。組成型合成蛋白質適應型或調節(jié)型蛋白質現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期五一個體系在需要時被打開，不需要時被關閉。這種"開-關"（on-off）活性是通過調節(jié)轉錄來建立的，也就是說mRNA的合成是可以被調節(jié)的。當我們說一個系統(tǒng)處于"off"狀態(tài)時，也有本底水平的基因表達，常常是每世代每個細胞只合成1或2個mRNA分子。所謂"關"實際的意思是基因表達量特別低，很難甚至無法檢測。

科學家把這個從DNA到蛋白質的過程稱為基因表達(geneexpression)，對這個過程的調節(jié)就稱為基因表達調控(generegulation或genecontrol)。現(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期五基因表達調控主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）轉錄水平上的調控（2）轉錄后的調控mRNA加工成熟水平上的調控翻譯水平上的調控

原核生物中，營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素對基因表達起著舉足輕重的影響。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和發(fā)育階段是基因表達調控的最主要手段，營養(yǎng)和環(huán)境因素的影響力大為下降。返回首頁現(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期五正調控系統(tǒng)調節(jié)基因的產物是激活蛋白根據激活蛋白的作用性質，又可分為可誘導的正調控和可阻遏的正調控。２、原核基因調控機制的類型與特點現(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期五負調控系統(tǒng)調節(jié)基因的產物是阻遏蛋白。根據其作用特征又可分為可誘導的負調控和可阻遏的負調控?，F(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期五(一)操縱子的提出大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而生長繁殖。當培養(yǎng)基中有葡萄糖和乳糖時，細菌優(yōu)先使用葡萄糖，當葡萄糖耗盡，細菌停止生長，經過短時間的適應，就能利用乳糖，細菌繼續(xù)呈指數式繁殖增長。大腸桿菌二階段生長現(xiàn)象二、乳糖操縱子(lac)的調控模式現(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期五Jacob和Monod根據對lacZ,Y,A基因突變體的研究,于1961年提出了操縱子學說。其要點是:一個或幾個結構基因與一個調節(jié)基因和一個操縱位點組成一個轉錄單元。這個單元就稱其為操縱子。調節(jié)基因產生的阻遏蛋白與操縱位點結合從而阻礙了結構基因轉錄成為mRNA;而誘導物又可以與阻遏蛋白相結合從而阻止阻遏蛋白與操作子的結合。乳糖操縱元模型提出以后,人們相繼了解了許多其他的操縱元,這些操縱元都各有其特點。例如半乳糖操縱元具有雙啟動子結構;阿拉伯糖操縱元的調節(jié)蛋白質具有正控制和負控制的雙重功能;色氨酸操縱元是一個可阻遏的操縱元。操縱子（operon）學說現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期五在環(huán)境中沒有乳糖或其他β-半乳糖苷時，大腸桿菌合成β-半乳糖苷酶量極少，加入乳糖2－3分鐘后，細菌大量合成β-半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上，在以乳糖作為唯一碳源時，菌體內的β-半乳糖苷酶量可占到細菌總蛋白量的3%。在上述二階段生長細菌利用乳糖再次繁殖前，也能測出細菌中β-半乳糖苷酶活性顯著增高的過程。大腸桿菌利用乳糖至少需要兩個酶：促使乳糖進入細菌的乳糖透過酶催化乳糖分解第一步的β－半乳糖苷酶(圖)β-半乳糖苷酶的作用現(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期五圖中z、a和b型是大腸桿菌編碼利用乳糖所需酶類的基因，p是轉錄z、a、b所需要的啟動子，調控基因i編碼合成調控蛋白R，R能與o結合而阻礙從p開始的基因轉錄，所以o就是調節(jié)基因開放的操縱序列，乳糖能改變R結構使其不能與o結合，因而乳糖濃度增高時基因就開放，轉錄合成所編碼的酶類，這樣大腸桿菌就能適應外界乳糖供應的變化而改變利用乳糖的狀況。現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期五1、結構基因群結構基因：操縱元中被調控的編碼蛋白質的基因可稱為結構基因(SG)。一個操縱元中含有2個以上的結構基因，多的可達十幾個。每個結構基因是一個連續(xù)的開放讀框，5′端有翻譯起始碼(DNA存儲鏈上是ATG，轉錄成mRNA就是AUG)，3′端有翻譯終止碼(DNA存儲鏈上是TAA、TGA或TAG，轉錄成mRNA就是UAA、UGA或UAG)。各結構基因頭尾銜接、串連排列，組成結構基因群。至少在第一個結構基因5′側具有核糖體結合位點,因而當這段含多個結構基因的DNA被轉錄成多順反子mRNA，就能被核糖體所識別結合、并起始翻譯。核糖體沿mRNA移動；在合成完第一個編碼的多肽后，核糖體可以不脫離mRNA而繼續(xù)翻譯合成下一個基因編碼的多肽。（二）操縱子(operon)的基本組成現(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期五乳糖操縱子控制模型的主要內容：⑴Z、Y、A基因的產物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼；⑵啟動區(qū)P位于阻遏基因I與操縱區(qū)O之間；⑶操縱區(qū)是DNA上的一小段序列，是阻遏物結合的位點；⑷當阻遏物與操縱區(qū)結合時，lacmRNA的轉錄起始受到抑制；⑸誘導物通過與阻遏物結合，改變其三維構象，使之不能與操縱區(qū)結合，使lacmRNA能夠合成。現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期五乳糖操縱元的結構及其基因表達調控可綜合于圖（三）乳糖操縱元的表達調控現(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期五z基因長3510bp，編碼含1170個氨基酸、分子量為135，000的多肽，以四聚體形式組成有活性的β－半乳糖苷酶，催化乳糖轉變?yōu)閯e乳糖，再分解為半乳糖和葡萄糖；z基因5′側具有大腸桿菌RBS特征的(SD)序列。y基因長780bp，編碼由260個氨基酸組成、分子量30000的半乳糖透過酶，促使環(huán)境中的乳糖進入細菌；a基因長825bp，編碼含275氨基酸、分子量為32000的轉乙酰基酶，以二聚體活性形式催化半乳糖的乙?；?。由于z、y、a三個基因頭尾相接，同一個核糖體能沿此轉錄生成的多順反子mRNA移動，在翻譯合成了上一個基因編碼的蛋白質后，不從mRNA上掉下來而繼續(xù)沿mRNA移動合成下一個基因編碼的蛋白質。1乳糖操縱元含有z、y和a三個結構基因?，F(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期五啟動基因轉錄的一段DNA序列。操縱元至少有一個啟動子，一般在第一個結構基因5′側上游，控制整個結構基因群的轉錄。用RNA聚合酶與分離的一段DNA雙鏈混合，再加入外切核酸酶去水解DNA，結果只有被RNA聚合酶識別結合而被保護的那段DNA不被水解，由此可以測出啟動子的范圍及其序列。不同的啟動子序列有所不同，有一些共同的規(guī)律，它們一般長40－60bp，含A桾堿基對較多，某些段落是很相似的，這些相似的保守性段落稱為共有性序列。如圖所示，啟動子一般可分為識別(R)、結合(B)和起始(I)三個區(qū)段。轉錄起始第一個堿基(通常標記位置為＋1)最常見的是A；在－10bp附近有TATAAT一組共有序列，稱為Pribnow盒；在－35bp處又有TTGACA一組共有序列。原核生物基因轉錄起始區(qū)2、啟動子現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期五操縱子(operator)是指能被調控蛋白特異性結合的一段DNA序列，常與啟動子鄰近或與啟動子序列重疊，當調控蛋白結合在操縱子序列上，會影響其下游基因轉錄的強弱。舉乳糖操縱元中的操縱子為例，如圖所示，其操縱子(o)序列位于啟動子(p)與被調控的基因之間，部分序列與啟動子序列重疊。仔細分析該操縱子序列，可見這段雙鏈DNA具有回文樣的對稱性一級結構，能形成十字形的莖環(huán)構造。不少操縱子都具有類似的對稱性序列，可能與特定蛋白質的結合相關。乳糖操縱元的P-O區(qū)及O區(qū)序列3、操縱子現(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期五調控基因(rg)是編碼能與操縱序列結合的調控蛋白的基因。與操縱子結合后能減弱或阻止其調控基因轉錄的調控蛋白稱為阻遏蛋白(rp)，其介導的調控方式稱為負性調控；與操縱子結合后能增強或起動調控基因轉錄的調控蛋白稱為激活蛋白，所介導的調控方式稱為正性調控。某些特定的物質能與調控蛋白結合，使調控蛋白的空間構像發(fā)生變化，從而改變其對基因錄的影響，這些特定物質可稱為效應物，其中凡能引起誘導發(fā)生的分子稱為誘導劑，能導致阻遏發(fā)生的分子稱為阻遏劑或輔助阻遏劑。4、調控基因現(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期五終止子(T)是給予RNA聚合酶轉錄終止信號的DNA序列。在一個操縱元中至少在構基因群最后一個基因的后面有一個終止子。終止子按其作用是否需蛋白因子的協(xié)助至少可以分為兩類：一類是不依賴ρ因子(蛋白性終止因子)的終止子，這類終止子在序列上有一些共通的特點，即有一段富含GC的反向重復序列，其后跟隨一段富含AT的序列(圖)，因而轉錄生成的mRNA的序列中能形成發(fā)夾式結構，后繼一連串U，正是RNA聚合酶轉錄生成的這段mRNA的結構阻止RNA聚合酶繼續(xù)沿DNA移動，并使聚合酶從DNA鏈上脫落下來，終止轉錄。另一類是依賴ρ因子的終止子，即其終止轉錄的作用需要ρ因子的協(xié)同，或至少是受ρ因子的影響。5、終止子現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期五以上5種元件是每一個操縱元必定含有的。其中啟動子、操縱子位于緊鄰結構基因群的上游，終止子在結構基因群之后，它們都在結構基因的附近，只能對同一條DNA鏈上的基因表達起調控作用，這種作用在遺傳學實驗上稱為順式作用，啟動子、操縱子和終止子就屬于順式作用元件。調控基因可以在結構基因群附近、也可以遠離結構基因，它是通過其基因產物調控蛋白來發(fā)揮作用的，因而調控基因不僅能對同一條DNA鏈上的結構基因起表達調控作用，而且能對不在一條DNA鏈上的結構基因起作用，在遺傳學實驗上稱為反式作用，其編碼產生的調控蛋白稱為反式調控因子?，F(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期五乳糖操縱元的結構及其基因表達調控可綜合于圖（三）乳糖操縱元的表達調控現(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期五當大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時，1ac操縱元處于阻遏狀態(tài)。i基因在其自身的啟動子Pi控制下，低水平、組成性表達產生阻遏蛋白R，每個細胞中僅維持約10個分子的阻遏蛋白。R以四聚體形式與操縱子o結合，阻礙了RNA聚合酶與啟動子P1ac的結合，阻止了基因的轉錄起動。R的阻遏作用不是絕對的，R與o偶爾解離，使細胞中還有極低水平的β－半乳糖苷酶及透過酶的生成。當有乳糖存在時，乳糖受β－半乳糖苷酶的催化轉變?yōu)閯e乳糖，與R結合，使R構象變化，R四聚體解聚成單體，失去與o的親和力，與o解離，基因轉錄開放，β－半乳糖苷酶在細胞內的含量可增加1000倍。這就是乳糖對1ac操縱元的誘導作用。1、阻遏蛋白的負性調控現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期五一些化學合成的乳糖類似物，不受β－半乳糖苷酶的催化分解，卻也能與R特異性結合，使R構象變化，誘導1ac操縱元的開放。例如異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)就是很強的誘導劑，不被細胞代謝而十分穩(wěn)定。X－gal(5－溴－4－氯－3－吲哚－β－半乳糖苷)也是一種人工化學合成的半乳糖苷，可被β－半乳糖苷酶水解產生蘭色化合物，因此可以用作β－半乳糖苷酶活性的指示劑。IPTG和X－gal都被廣泛應用在分子生物學和基因工程的工作中?，F(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期五細菌中的cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關，當細菌利用葡萄糖分解供給能量時，cAMP生成少而分解多，cAMP含量低；相反，當環(huán)境中無葡萄糖可供利用時，cAMP含量就升高。細菌中有一種能與cAMP特異結合的cAMP受體蛋白CRP，當CRP未與cAMP結合時它是沒有活性的，當cAMP濃度升高時，CRP與cAMP結合并發(fā)生空間構象的變化而活化，稱為CAP，能以二聚體的方式與特定的DNA序列結合。在1ac操縱元的啟動子P1ac上游端有一段與P1ac部分重疊的序列，能與CAP特異結合，稱為CAP結合位點。CAP與這段序列結合時，可增強RNA聚合酶的轉錄活性，使轉錄提高50倍。相反，當有葡萄糖可供分解利用時，cAMP濃度降低，CRP不能被活化，1ac操縱元的結構基因表達下降。葡萄糖利用對乳糖操縱元的影響2、CAP的正性調控現(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期五由于P1ac是弱啟動子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使1ac操縱元轉錄開放，還不能使細胞很好利用乳糖，必須同時有CAP來加強轉錄活性，細菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。1ac操縱元的強誘導既需要有乳糖的存在，又需要沒有葡萄糖可供利用。通過這種機制，細菌優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無葡萄糖而又有乳糖時，細菌才去充分利用乳糖。不難看出：CAP結合位點就是一種起正性調控作用的操縱子，CAP則是對轉錄起正性作用的控蛋白棗激活蛋白，編碼CRP的基因也是一個調控基因，不過它并不在1ac操縱元的附近，CAP可以對幾個操縱元都起作用。從上所述，乳糖操縱元屬于可誘導操縱元，這類操縱元通常是關閉的，當受效應物作用后誘導開放轉錄。這類操縱元使細菌能適應環(huán)境的變化，最有效地利用環(huán)境能提供的能源底物。返回首頁現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期五色氨酸是構成蛋白質的組分，一般的環(huán)境難以給細菌提供足夠的色氨酸，細菌要生存繁殖通常需要自己經過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時，細菌就會充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負擔。細菌所以能做到這點是因為有色氨酸操縱元(trpoperon)的調控。色氨酸操縱子負責色氨酸的生物合成，當培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時，這個操縱子自動關閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開，trp基因表達，色氨酸或與其代謝有關的某種物質在阻遏過程（而不是誘導過程）中起作用。由于trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調控。三、色氨酸操縱子的調控模式現(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期五色氨酸的合成分5步完成。每個環(huán)節(jié)需要一種酶，編碼這5種酶的基因緊密連鎖在一起，被轉錄在一條多順反子mRNA上，分別以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表，編碼了鄰氨基苯甲酸合成酶、鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉移酶、鄰氨基苯甲酸異構酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶trpE基因是第一個被翻譯的基因，和trpL和trpa（不是trpA）。trp操縱子中產生阻遏物的基因是trpR，該基因距trp基因簇很遠，后者在大腸桿菌染色體圖上25min處，而前者則位于90min處。在位于65min處還有一個trpS（色氨酸t(yī)RNA合成酶），它和攜帶有trp的tRNATrp也參與trp操縱子的調控作用。1、色氨酸操縱元的結構與阻遏蛋白的負性調控現(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期五合成色氨酸所需要酶類的基因E、D、C、B、A等頭尾相接串連排列組成結構基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操縱子o的調控，調控基因trpR的位置遠離P-o-結構基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成性方式低水平表達分子量為47000的調控蛋白R。R并沒有與o結合的活性，當環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結合后構象變化而活化，就能夠與o特異性親和結合，阻遏結構基因的轉錄，因此這是屬于一種負性調控的、可阻遏的操縱元(repressibleoperon)，即這操縱元通常是開放轉錄的，當有效應物(色氨酸為阻遏劑)作用時，則阻遏關閉轉錄。細菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱元都屬于這種類型，其調控可使細菌處在生存繁殖最經濟最節(jié)省的狀態(tài)。現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期五trpR基因突變常引起trpmRNA的永久型合成，該基因產物因此被稱為輔阻遏蛋白(aporepressor)。除非培養(yǎng)基中有色氨酸，否則這個輔阻遏蛋白不會與操縱區(qū)結合。輔阻遏蛋白與色氨酸相結合形成有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結合并使之關閉轉錄trpmRNA。阻遏-操縱機制對色氨酸來說是一個一級開關，主管轉錄是否啟動，相當于粗調開關。trp操縱子中對應于色氨酸生物合成的還有另一個系統(tǒng)進行細調控，指示已經啟動的轉錄是否繼續(xù)下去。這個細微調控是通過轉錄達到第一個結構基因之前的過早終止來實現(xiàn)的，由色氨酸的濃度來調節(jié)這種過早終止的頻率。trp操縱子的阻遏系統(tǒng)現(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期五實驗觀察表明：當色氨酸達到一定濃度，但還沒有高到能夠活化R使其起阻遏作用的程度時，產生色氨酸合成酶類的量已經明顯降低，而且產生的酶量與色氨酸濃度呈負相關。仔細研究發(fā)現(xiàn)這種調控現(xiàn)象與色氨酸操縱元特殊的結構有關。色氨酸操縱元中的衰減子結構及其調控示意圖2、衰減子及其作用現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期五Ptrp-o與trpE之間有162bp的一段先導序列(L)，實驗證明當色氨酸達一定濃度時，RNA聚合酶的轉錄會終止在這里。這段序列中含有編碼由14個氨基酸組成的短肽的開放讀框，其序列中有2個色氨酸相連，在此開放讀框前有核糖體識別結合位點(RBS)序列。在先導序列的后半段含有3對反向重復序列，在被轉錄生成mRNA時都能夠形成發(fā)夾式結構，但由于B的序列分別與A和C重疊，所以如果B形成發(fā)夾結構，A和C都不能再形成發(fā)夾結構；相反，當A形成發(fā)夾結構時，B就不能形成發(fā)夾結構，卻有利于C生成發(fā)夾結構。C后面緊跟一串A(轉錄成RNA就是一串U)，C實際上是一個終止子，如果轉錄mRNA時它形成發(fā)夾結構，就能使RNA聚合酶停止轉錄而從mRNA上脫離下來。三種不同情況下A、B、C形成發(fā)夾結構的狀態(tài)前導區(qū)序列特點與弱化作用現(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期五在色氨酸未達到能起阻遏作用的濃度時，從Ptrp起始轉錄，RNA聚合酶沿DNA轉錄合成mRNA，同時核糖體就結合到新生成的mRNA核糖體結合位點上開始翻譯。當色氨酸濃度低時，生成的tRNAtrp色氨酸量就少，能擴散到核糖體，mRNA形成的翻譯復合體中供給合成短肽的幾率低，使核糖體沿mRNA翻譯移動的速度慢，趕不上RNA聚合酶沿DNA移動轉錄的速度，這時核糖體占據短開放讀框的機會較多，使A不能生成發(fā)夾結構，于是B就形成發(fā)夾結構，阻止了C生成終止信號的結構，RNA聚合酶得以沿DNA前進，繼續(xù)去轉錄其后trpE等基因，trp操縱元就處于開放狀態(tài)。當色氨酸濃度增高時，tRNAtrp色氨酸濃度隨之升高，核糖體沿mRNA翻譯移動的速度加快，占據到B段的機會增加，B生成發(fā)夾結構的機會減少，C形成終止結構的機會增多，RNA聚合酶終止轉錄的的幾率增加，于是轉錄減弱?，F(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期五如果當其他氨基酸短缺或所有的氨基酸都不足時，核糖體翻譯移動的速度就更慢，甚至不能占據A的序列，結果有利于A和C發(fā)夾結構的形成，于是RNA聚合酶停止轉錄，等于告訴細菌：“整個氨基酸都不足，即使合成色氨酸也不能合成蛋白質，不如不合成以節(jié)省能量”。先導序列起到隨色氨酸濃度升高降低轉錄的作用，這段序列就稱為衰減子attenuator)。在trp操縱元中，對結構基因的轉錄阻遏蛋白的負調控起到粗調的作用，而衰減子起到細調的作用。細菌其他氨基酸合成系統(tǒng)的許多操縱元(如組氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等操縱元)中也有類似的衰減子存在。返回首頁現(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期五激酶KUDP轉移酶T差向異構酶E半乳糖半乳糖+葡萄糖半乳糖-1-磷酸乳糖UDP-葡萄糖UDP-半乳糖葡萄糖UDP轉移酶T細胞壁四、其他操縱子的調控機制1．半乳糖操縱子現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期五包括3個結構基因：

異構酶(galE)，

半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉移酶(galT)，

半乳糖激酶(galk)。

這3個酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸。GalR與galE、T、K及操縱區(qū)O等離得很遠，而galR產物對galO的作用與lacI-lacO的作用相同。galEgalTgalk