(17)-5.5 原核基因表達(dá)調(diào)控

知識(shí)回顧遺傳信息傳遞DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄與加工蛋白質(zhì)翻譯第五節(jié)

原核基因表達(dá)調(diào)控

一、

操縱子模型二、大腸桿菌乳糖操縱子三、

色氨酸操縱子四、翻譯水平的調(diào)控本節(jié)重點(diǎn)1.基本概念一、

操縱子模型(1)負(fù)調(diào)控

細(xì)胞中阻遏物阻止基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程的調(diào)控機(jī)制。

阻遏物與DNA分子結(jié)合阻礙RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄使基因處于關(guān)閉狀態(tài)；（合成代謝以負(fù)調(diào)控為主）(2)正調(diào)控經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制。

誘導(dǎo)物通常與蛋白質(zhì)結(jié)合

形成一種激活子復(fù)合物與基因啟動(dòng)子DNA序列結(jié)合

激活基因起始轉(zhuǎn)錄使基因處于表達(dá)的狀態(tài)。2.操縱子模型1961年，雅各布（JacobF.）和莫諾（MonodJ.）的操縱子模型操縱子：包括結(jié)構(gòu)基因、操縱基因及啟動(dòng)子在內(nèi)的整個(gè)連續(xù)的DNA結(jié)構(gòu)單元。原核生物特有現(xiàn)象：同一代謝途徑，多酶參與，產(chǎn)生編碼所有蛋白的一個(gè)或多個(gè)順?lè)醋觤RNA。二、乳糖操縱元（操縱子）

大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控需要三種酶參加：

①-半乳糖酶：將乳糖分解成半乳糖和葡萄糖；

②滲透酶：增加糖的滲透，易于攝取乳糖和半乳糖；

③

轉(zhuǎn)乙酰酶：

-半乳糖轉(zhuǎn)變成乙酰半乳糖。

大量乳糖時(shí)：大腸桿菌三種酶的數(shù)量急劇增加，幾分鐘即可達(dá)到千倍以上，這三種酶能夠成比例地增加；

乳糖消耗完：這三種酶的合成也即同時(shí)停止。1.乳糖操縱元的負(fù)調(diào)控①乳糖操縱元組成部分；②野生型基因型（I+O+Z+Y+A+）,無(wú)乳糖時(shí)，基因不表達(dá)；③

野生型基因型（I+O+Z+Y+A+）,有乳糖時(shí)，基因表達(dá)；④抑制基因突變（I－O+Z+Y+A+）,無(wú)乳糖時(shí)，基因組成型表達(dá)；⑤操縱基因突變型（I＋O-Z+Y+A+）,無(wú)乳糖時(shí)，基因組成型表達(dá)。阻遏蛋白乳糖RNA聚合酶2.乳糖操縱元的正調(diào)控

當(dāng)有乳糖存在時(shí)，操縱子開(kāi)啟，基因進(jìn)行表達(dá)。

當(dāng)既有大量半乳糖又有葡萄糖時(shí)，基因表達(dá)將會(huì)怎樣？

基因不表達(dá)，存在新的調(diào)節(jié)因子來(lái)控制乳糖操縱子開(kāi)啟，這個(gè)因子的活性與葡萄糖有關(guān)。

葡萄糖可使腺苷酸環(huán)化酶活性降低；而腺苷酸環(huán)化酶能將ATP轉(zhuǎn)變成cAmP。

cAmP又與代謝激活蛋白（cataboliteactivatingprotein,

CAP）結(jié)合形成cAmP-CAP復(fù)合物，作為lac操縱子正調(diào)控因子。當(dāng)cAmP-CAP復(fù)合物二聚體插入到lac特異啟動(dòng)子序列時(shí)使DNA構(gòu)型發(fā)生變化，而RNA聚酶與該新構(gòu)型的DNA結(jié)合緊密，轉(zhuǎn)錄效率高。

葡萄糖抑制操縱子的原理：葡萄糖腺苷酸環(huán)化酶活性降低ATP無(wú)法轉(zhuǎn)變成cAmP不能形成CAP-cAmP復(fù)合蛋白R(shí)NA酶無(wú)法結(jié)合在DNA上基因不表達(dá)。三、色氨酸操縱元

1．色氨酸操縱元模型

操縱元：5種結(jié)構(gòu)基因：trpE、D、C、B、A；調(diào)控結(jié)構(gòu)：?jiǎn)?dòng)子、操縱子、前導(dǎo)序列、弱化子；阻遏物trpR基因：與trp操縱元相距較遠(yuǎn)；

2.色氨酸操縱元的負(fù)調(diào)控

⑴

阻遏調(diào)控

trpR基因編碼無(wú)輔基阻遏物

與色氨酸結(jié)合

形成有活性的色氨酸阻遏物

與操縱子結(jié)合

阻止轉(zhuǎn)錄；色氨酸不足：阻遏物三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化

，不能與操縱子結(jié)合，操縱元開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；色氨酸濃度升高：色氨酸與阻遏物結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄。色氨酸：作為阻遏物而不是誘導(dǎo)物參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄?！鄑rp操縱元是一個(gè)典型的可阻遏操縱元模型（repressibleoperon）。⑵弱化子調(diào)控

當(dāng)有色氨酸存在而trp操縱元受抑制時(shí)，仍有一段前導(dǎo)序列發(fā)生轉(zhuǎn)錄，可能存在另一種的機(jī)制來(lái)抑制trp操縱元的轉(zhuǎn)錄？色氨酸高濃度存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列140bp長(zhǎng)，其中有一28bp的弱化子區(qū)域；形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，為內(nèi)部終止子，RNA酶從DNA上脫落；

色氨酸低濃度或不存在時(shí)，RNA聚合酶能通過(guò)弱化子區(qū)域，轉(zhuǎn)錄完整的多順?lè)醋觤RNA序列；

四、翻譯水平的調(diào)控①反饋調(diào)控機(jī)制（feedbackregulation）大腸桿菌核糖體蛋白合成：

E.coli有7個(gè)參與核糖體蛋白合成的操縱元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄的各種mRNA都可與同一操縱元編碼的核糖體蛋白識(shí)別結(jié)合；如其中有一種核糖體蛋白過(guò)量累積，它們將與其自身的mRNA結(jié)合阻止進(jìn)一步翻譯。結(jié)合位點(diǎn)：

5’端非翻譯區(qū)（untranslatedregion，UTR）也包括啟動(dòng)子Shine-Dalgarno序列，為mRNA翻譯起始信號(hào)上游的一段5’-AGGAGGU-3’保守序列，與16SrRNA3’端保守序列互補(bǔ)配對(duì)。②

反義RNA（antisenseRNA）的調(diào)控原核生物中mRNA的翻譯也受反義RNA的調(diào)控。

真核細(xì)胞中導(dǎo)入反義RNA基因

控制真核生物基因表達(dá)。如將乙烯形成酶基因的反義RNA導(dǎo)入番茄，延長(zhǎng)了番茄常溫貯藏期。反義RNA與mRNA的5’端非翻譯區(qū)UTR片段互補(bǔ)配對(duì)，使mRN