第七章 原核基因的表達(dá)調(diào)控課件

第七章原核基因的表達(dá)與調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控本章主要內(nèi)容原核基因表達(dá)調(diào)控總論乳糖操縱子和負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)其他操縱子固氮基因調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式轉(zhuǎn)錄后調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控組成型、永久型（constitutive）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)并不是以相同拷貝數(shù)存在于每個(gè)細(xì)胞中，有些蛋白質(zhì)的數(shù)目相當(dāng)固定，如糖酵解酶體系、DNA聚合酶、RNA聚合酶等。適應(yīng)型、調(diào)節(jié)型（adaptiveorregulated）蛋白質(zhì)合成速率明顯受環(huán)境影響的蛋白質(zhì)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.1原核基因表達(dá)調(diào)控總論基因表達(dá)（geneexpression）是指從DNA到蛋白質(zhì)或功能RNA的過程。對(duì)這個(gè)過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控（generegulationorgenecontrol）第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控水平轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation）轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptionalregulation）

?mRNA加工成熟水平上的調(diào)控?翻譯水平上的調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控調(diào)控信號(hào)原核生物營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素真核生物激素水平和發(fā)育階段第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控原核基因調(diào)控分類負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)控誘導(dǎo)——阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；負(fù)控阻遏——阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正控誘導(dǎo)——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)；正控阻遏——效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控大腸桿菌中的б因子（以б70為例）主要包括四個(gè)結(jié)構(gòu)域大腸桿菌中最普遍的調(diào)控方式是б因子介導(dǎo)的第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控σ70（上）和σ54（下）因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的不同區(qū)域第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.2.1DiscoveryofOperon

1961年,F.Jacob&J.Monod提出,此后不斷完善。獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1940年，Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長會(huì)出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生“二次生長曲線”。FrancisJacob

JacquesMonod

7.2乳糖操縱子第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控1951年，Monod與Jacob合作，發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因：Z基因：與合成β-半乳糖苷酶有關(guān)；I基因：決定細(xì)胞對(duì)誘導(dǎo)物的反應(yīng)。Szilard：I基因決定阻遏物的合成，當(dāng)阻遏物存在時(shí)，酶無法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該阻遏物。Jacob：結(jié)構(gòu)基因旁有開關(guān)基因（操縱基因），阻遏物通過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷透性酶?-半乳糖苷酶操作位點(diǎn)乳糖操縱子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)基因第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控操縱子是一種完整的具有特定功能的細(xì)菌基因表達(dá)和調(diào)節(jié)的單位，包括調(diào)節(jié)基因，啟動(dòng)子，操縱位點(diǎn)，結(jié)構(gòu)基因，組成一個(gè)控制單元結(jié)構(gòu)基因：產(chǎn)生mRNA,合成蛋白質(zhì)操縱位點(diǎn)operator：阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)調(diào)節(jié)基因：產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白（與操縱位點(diǎn)結(jié)合）

→結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄

誘導(dǎo)物存在時(shí)，可與阻遏蛋白結(jié)合

→結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄ControlelementStructuralgenes第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.2.2Lac體系受調(diào)控的證據(jù)：酶的誘導(dǎo)現(xiàn)象β-半乳糖苷酶第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控分解底物的酶只有在底物存在時(shí)才出現(xiàn)！無乳糖時(shí)，幾個(gè)β-gal/cell加入乳糖時(shí)，105個(gè)再去掉乳糖，lacmRNA下降

乳糖能激發(fā)lacmRNA的合成

乳糖的誘導(dǎo)作用是由酶前體轉(zhuǎn)化而來，還是誘導(dǎo)新酶合成？培養(yǎng)基（35S-aa,無乳糖）→E.coli繁殖→培養(yǎng)基（無35S-aa,加入乳糖）→β-gal(無35S)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控gratuitousinducer

安慰誘導(dǎo)物

義務(wù)誘導(dǎo)物可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生，但不是其底物IPTG，異丙基半乳糖苷TMG，巰甲基半乳糖苷ONPG,O-硝基半乳糖苷在研究誘導(dǎo)作用時(shí)，很少使用乳糖第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.2.3操縱子模型（負(fù)控誘導(dǎo)）1調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)lacI,1040bp，獨(dú)立PiP,82bp，－82～＋1O,35bp，－7～＋28lacZYA第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控阻遏狀態(tài)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)物第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控2.兩個(gè)矛盾生成lac誘導(dǎo)物乳糖代謝Allolctose異構(gòu)乳糖別乳糖細(xì)胞內(nèi)β-半乳糖苷酶來源?細(xì)胞內(nèi)透過酶來源?第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控3大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)E.coli+乳糖本底水平表達(dá)的透過酶乳糖進(jìn)入細(xì)胞β-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖與阻遏蛋白結(jié)合

釋放操縱區(qū)，lac基因轉(zhuǎn)錄β-半乳糖苷酶透過酶β-半乳糖苷酶更多乳糖分子進(jìn)入細(xì)胞葡萄糖+半乳糖得到碳源和能量一部分第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控4阻遏蛋白的作用機(jī)制阻遏蛋白結(jié)構(gòu)38KD，4聚體，一個(gè)亞基結(jié)合一個(gè)IPTG分子lacI組成型轉(zhuǎn)錄Pi弱啟動(dòng)子，5－10個(gè)／cell具有二重性阻止轉(zhuǎn)錄（與lacO結(jié)合）開始轉(zhuǎn)錄（與誘導(dǎo)物結(jié)合）第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控

阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)域N端1～59aa,頭部片段HTH，與操縱基因DNA的大溝結(jié)合；核心區(qū)：有6個(gè)

折疊，誘導(dǎo)物結(jié)合在兩個(gè)核心區(qū)之間的裂縫中；

C端為兩組亮氨酸拉鏈，形成四聚體。誘導(dǎo)物的結(jié)合可導(dǎo)致阻遏蛋白產(chǎn)生重要的構(gòu)象改變，兩個(gè)分子的誘導(dǎo)物和四聚體阻遏蛋白相結(jié)合就足以使誘導(dǎo)物釋放。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控阻遏蛋白對(duì)RNApol功能的影響阻遏蛋白和RNApol可同時(shí)與DNA結(jié)合RNApol與啟動(dòng)子結(jié)合的平衡常數(shù)1.9X107有阻遏蛋白時(shí),2.5X109結(jié)合著的RNApol不能轉(zhuǎn)錄.但加入誘導(dǎo)物后,釋放出阻遏蛋白,變?yōu)殚_放型啟動(dòng)子復(fù)合物.阻遏蛋白實(shí)際上使RNApol貯存在啟動(dòng)子上。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控+glucose-glucoseTime(hr)Unitsof-galactosidase+lactoseGlucoseadded7.2.4lacoperon的正調(diào)控

1葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響實(shí)驗(yàn)，在lac＋Glu培養(yǎng)基上E.coli只利用G，只有G耗盡時(shí)，才會(huì)利用lac葡萄糖抑制lacmRNA的轉(zhuǎn)錄：

可阻止誘導(dǎo)物引起的阻遏物失活效應(yīng)僅去掉阻遏物并不能啟動(dòng)lac基因表達(dá),有其它因素參與第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控CAP,cataboliteactivatorprotein由crp編碼，代謝物激活蛋白CRP,catabolitereceptorproteinGlu↘，cAMP↗；Glu↗,cAMP↘cAMP的濃度受葡萄糖代謝的影響糖酵解途徑中位于葡萄糖-6-磷酸與甘油之間的某些代謝產(chǎn)物是腺苷酸環(huán)化酶活性的抑制劑。腺苷酸環(huán)化酶基因和crp突變體不能合成lacmRNAcAMP-CAP復(fù)合物第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控2CRP結(jié)合位點(diǎn)CRP為二聚體，45KD，被cAMP激活結(jié)合位點(diǎn)I-70~-50II-50~-40第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控

3CRP的結(jié)合對(duì)DNA構(gòu)型的影響DNA彎曲彎曲點(diǎn)位于CRP結(jié)合位點(diǎn)二重對(duì)稱的中心彎曲使CRP能與啟動(dòng)子上的RNApol接觸第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控（1）CRP結(jié)合位點(diǎn)與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置CRP與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離，相距數(shù)個(gè)雙螺旋，結(jié)合位點(diǎn)在啟動(dòng)子的上游.4

CRP對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控（2）基因轉(zhuǎn)錄對(duì)cAMP—CRP系統(tǒng)存在依賴性

cAMP-CRP復(fù)合物的結(jié)合于啟動(dòng)子上游，能使DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，有利于形成開放型啟動(dòng)子-RNA聚合酶復(fù)合物。CRP直接作用于RNApolα亞基缺失RNApolα亞基的—C末端時(shí)，失去受CRP激活的能力第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.2.5lacoperon的其它問題1.lacoperon的功能是在正負(fù)兩個(gè)調(diào)控體系的協(xié)調(diào)作用(coordinateregulation)下實(shí)現(xiàn)的。阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CRP不發(fā)揮作用；如沒有CRP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從0上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性CRP組成型合成，所以cAMP－CRP復(fù)合物取決于cAMP含量腺苷酸環(huán)化酶位于細(xì)胞膜上，其活性與葡萄糖運(yùn)輸?shù)拿赣嘘P(guān)，因此cAMP－CAP調(diào)控乳糖、半乳糖等糖類代謝有關(guān)的酶

第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控2.A基因及其生理功能編碼β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，使半乳糖苷乙?；?。該酶不參與乳糖代謝！生理意義：在細(xì)胞中有許多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷類物質(zhì)，其分解產(chǎn)物不能進(jìn)一步代謝，積累，抑制細(xì)胞生長。半乳糖苷乙酰化后，即無毒.所以lacA雖不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物質(zhì)的積累3.lac基因產(chǎn)物數(shù)量，1：0.5：0.2不同酶的數(shù)量差異，是由于在翻譯水平上的調(diào)節(jié)。方式有二:核糖體脫離:多順反子的差別性翻譯

內(nèi)切酶作用:在lacmRNA分子內(nèi)部，a基因比z基因更易受內(nèi)切酶作用第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控Summary第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控乳糖操縱子由lacZYA三個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成，分別編碼β半乳糖苷酶，β半乳糖苷透過酶和β半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，結(jié)構(gòu)基因上游有啟動(dòng)子，操縱位點(diǎn)和cAMP-CRP激活蛋白結(jié)合位點(diǎn)，乳糖操縱子由正負(fù)兩個(gè)調(diào)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)控的。負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)：正調(diào)控系統(tǒng)：正負(fù)調(diào)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)乳糖操縱子僅在有乳糖而沒有葡萄糖的時(shí)候表達(dá)，此時(shí)，阻遏蛋白從操縱區(qū)釋放，cAMP含量高，cAMP-CRP激活蛋白結(jié)合。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.3Trpoperon生物細(xì)胞中的氨基酸合成，也受操縱子的調(diào)節(jié)。細(xì)胞需要某種氨基酸時(shí)，其基因即表達(dá)，不需要時(shí)基因關(guān)閉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的原則。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控trpR,阻遏蛋白P，-40~+18O,-21~+1L,+1~+162結(jié)構(gòu)基因7.3.1基因組成第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.3.2Trpoperon的阻遏系統(tǒng)1TrpR四聚體第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控阻遏蛋白＋trp→有活性的阻遏物SNE299＋trpO→不轉(zhuǎn)錄第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控2阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)

trpO-21~+1，反向重復(fù)序列trpP-40~+18活性阻遏物與trpO的結(jié)合與RNApol與啟動(dòng)子的結(jié)合發(fā)生競爭第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控3阻遏系統(tǒng)主管轉(zhuǎn)錄是否啟動(dòng)，在缺乏TrpR時(shí)，mRNA起始合成，但不能自動(dòng)延伸，一般在trpE之前終止轉(zhuǎn)錄

粗調(diào)開關(guān)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.3.3弱化作用

attenuation1弱化子，衰減子，α前導(dǎo)RNA，140bpα第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控弱化子，衰減子，α第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控序列分析發(fā)現(xiàn)，其中4個(gè)片段進(jìn)行配對(duì)，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)Terminator第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控

S3122前導(dǎo)肽14aa第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控3轉(zhuǎn)錄弱化作用LackoftrpLackofaminoacyltRNA

Ribosomepauseattrpcodons,occludingsequence1Form2:3hairpinanti-terminator

TranscriptionintotrpEandbeyond

第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控HightrpTrpisinsertedatthetrpcodonsTranslatetotheendofleadermessageRibosomeoccludesequence2Terminatetranscriptionat(3:4formterminator)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控弱化子對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵空間結(jié)構(gòu)，10thand11thcodonsencodetrpresidues(rareAA)時(shí)間，核糖體停頓在2個(gè)Trp密碼子上時(shí)，4區(qū)未轉(zhuǎn)錄出來Trp濃度高時(shí)，4區(qū)轉(zhuǎn)錄之前核糖體到達(dá)2區(qū)。summary第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控Negative—repressibleoperon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏RPOleadingseq.EDCBAtrp+為什么需要阻遏體系？當(dāng)大量Trp存在時(shí)，阻遏系統(tǒng)起作用。阻遏物與之結(jié)合，阻止先導(dǎo)mRNA合成。

經(jīng)濟(jì)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控為什么需要弱化子系統(tǒng)？第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.4其他操縱子7.4.1半乳糖操縱子大腸桿菌半乳糖操縱子（galactoseoperon）在大腸桿菌遺傳圖上位于17分鐘處，包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因：異構(gòu)酶（UDP-galactose-4-epimerase，galE），半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶（galactosetransferase，galT），半乳糖激酶（galactosekinase，galK），使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控半乳糖操縱子的調(diào)節(jié)基因是galR，位于遺傳圖上55分鐘處。與lac操縱子所不同的是，galR與galE、T、K及操縱區(qū)O等的距離都很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對(duì)galO的作用與lacI-lacO的作用相同。在galR-和galOc突變體中，E、T、K基因得到永久性表達(dá)，gal操縱子的誘導(dǎo)物主要是半乳糖。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控gal操縱子有兩個(gè)特點(diǎn)：①它有兩個(gè)啟動(dòng)子，其mRNA可從兩個(gè)不同的起始點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄；②它有兩個(gè)O區(qū)，一個(gè)在P區(qū)上游-67～-73，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控1、cAMP-CRP對(duì)gal啟動(dòng)子的作用有葡萄糖存在時(shí)仍可以被誘導(dǎo)；有些細(xì)胞株能在不含葡萄糖的培養(yǎng)基中高水平合成半乳糖代謝酶類（gal結(jié)構(gòu)基因高效表達(dá)），在另一類細(xì)胞株中，沒有葡萄糖，gal基因不表達(dá)。在gal操縱子P-O區(qū)有兩個(gè)相距僅為5bp的啟動(dòng)子，gal操縱子可以從兩個(gè)啟動(dòng)子分別起始基因轉(zhuǎn)錄，每個(gè)啟動(dòng)子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)S1和S2。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在無葡萄糖時(shí)才能順利進(jìn)行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CRP和較高濃度的cAMP。當(dāng)腺苷環(huán)化酶突變（cya-）或cAMP受體蛋白突變（crp-）時(shí)，gal操縱子不能從S1起始轉(zhuǎn)錄。當(dāng)有cAMP-CRP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S1開始；當(dāng)無cAMP-CRP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從S2開始。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控2、雙啟動(dòng)子的生理功能為什么gal操縱子需要兩個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)呢？因?yàn)榘肴樘遣粌H可以作為唯一碳源供細(xì)胞生長，而且與之相關(guān)的物質(zhì)——尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體，細(xì)胞必須隨時(shí)合成差向異構(gòu)酶，以保證尿苷二磷酸的供應(yīng)。在沒有外源半乳糖的情況下，細(xì)胞通過半乳糖差向異構(gòu)酶（galactoseepimerase，galE基因產(chǎn)物）的作用由UDP-葡萄糖合成UDPgal。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控如果只有S1一個(gè)啟動(dòng)子，由于這個(gè)啟動(dòng)子的活性依賴于cAMP-CRP，當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時(shí)就不能合成異構(gòu)酶。如果S2是唯一的啟動(dòng)子，那么，即使有葡萄糖存在，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)，能量被浪費(fèi)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.4.2阿拉伯糖操縱子araB、araA和araD基因參與阿拉伯糖的降解，它們是一個(gè)基因簇，簡寫為araBAD。araB基因編碼核酮糖激酶，araA編碼L-阿拉伯糖異構(gòu)酶，araD編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶。araE和araF負(fù)責(zé)將阿拉伯糖運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)。它們位于遠(yuǎn)離這個(gè)基因簇的地方，分別編碼一個(gè)膜蛋白和一個(gè)位于細(xì)胞壁與細(xì)胞膜之間的阿拉伯糖結(jié)合蛋白。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控啟動(dòng)子區(qū)域，與araBAD相鄰兩個(gè)操縱區(qū)（O1，O2）調(diào)節(jié)基因araC。cAMP-CRP是正調(diào)節(jié)因子，AraC蛋白同時(shí)顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的功能。Ara操縱子的結(jié)構(gòu)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控ara操縱子上游調(diào)控區(qū)序列與功能分析第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控ara操縱子是可誘導(dǎo)的。誘導(dǎo)物是阿拉伯糖，cAMP-CRP起正調(diào)控作用。AraC蛋白具有PBAD活性正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的雙重功能。Pr是起阻遏作用的形式，可與類操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，而Pi是起誘導(dǎo)作用的形式，它通過與PBAD啟動(dòng)子結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控a.沒有AraC蛋白時(shí)，由Pc啟動(dòng)子起始araC基因轉(zhuǎn)錄；b.葡萄糖水平較高時(shí)，AraC蛋白與操縱區(qū)O2以及araI上半?yún)^(qū)相結(jié)合，形成DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，araBAD基因不表達(dá)；c.有阿拉伯糖但無葡萄糖存在時(shí)，AraC與阿拉伯糖相結(jié)合，變構(gòu)成為激活蛋白，與araO1和araI區(qū)相結(jié)合，在CRP-cAMP的共同作用下起始結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控a.培養(yǎng)基含有葡萄糖，無阿拉伯糖時(shí)，cAMP-CRP沒有與操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，AraC蛋白處于Pr形式并與操縱區(qū)O2位點(diǎn)結(jié)合，RNA聚合酶不能與Pc結(jié)合，araC基因受到抑制，整個(gè)系統(tǒng)幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控b.沒有葡萄糖糖，也沒有阿拉伯糖。因?yàn)闆]有誘導(dǎo)物，盡管有cAMP-CRP與操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，AraC蛋白仍以Pr形式為主，無法與操縱區(qū)O2位點(diǎn)相結(jié)合，無araBADmRNA轉(zhuǎn)錄。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控c.無葡萄糖，有阿拉伯糖。大量araC基因產(chǎn)物以Pi形式存在，并分別與操縱區(qū)O1

、I位點(diǎn)相結(jié)合，在cAMP-CRP的共同作用下，araC和araBAD基因大量表達(dá)，操縱子充分激活。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.4.4二組分調(diào)控系統(tǒng)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)最簡單的細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)稱為二組分系統(tǒng)（two-componentsystems），由二種不同的蛋白質(zhì)組成：即位于細(xì)胞質(zhì)膜上的傳感蛋白（sensorprotein）及位于細(xì)胞質(zhì)中的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白（responseregulatorprotein）。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控細(xì)菌中參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的二組分調(diào)控系統(tǒng)第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.4.5多啟動(dòng)子調(diào)控的操縱子1、rRNA操縱子rRNA操縱子（rrnE）有兩個(gè)啟動(dòng)子P1和P2。其中，P1為強(qiáng)啟動(dòng)子。當(dāng)細(xì)菌處于緊急狀態(tài)，細(xì)胞中ppGpp濃度增加，P1的作用被抑制。為維持細(xì)菌最低能量需求，由P2起始rrnE基因轉(zhuǎn)錄。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控魔斑核苷酸魔斑核苷酸為ppGpp或pppGpp，因其能在色譜上檢測(cè)出斑點(diǎn)而被稱為魔斑氨基酸缺乏時(shí)，空載tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)。A位點(diǎn)積聚的GTP進(jìn)入另一反應(yīng)途徑：GTP+ATP→pppGpp+AMP→ppGpp第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控2、核糖體蛋白S1操縱子核糖體蛋白SI操縱子——rpsA有4個(gè)啟動(dòng)子，P1、P2是強(qiáng)啟動(dòng)子，平時(shí)主要依靠它們來啟動(dòng)基因的表達(dá)，合成S1蛋白。P3、P4是弱啟動(dòng)子，只有在緊急情況下，P1、P2啟動(dòng)子受ppGpp的抑制，由P3、P4起始合成的S1蛋白維持了生命的最低需要。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控3、DnaQ蛋白操縱子DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亞基。其操縱子有兩個(gè)啟動(dòng)子，P1為強(qiáng)啟動(dòng)子，P2為弱啟動(dòng)子。增殖速度慢時(shí)，在細(xì)胞中RNA聚合酶活性較低時(shí)，操縱子的轉(zhuǎn)錄由弱啟動(dòng)子P2控制；而RNA聚合酶活性較高時(shí)，就開始利用強(qiáng)啟動(dòng)子P1。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.6轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式7.6.1σ因子的調(diào)節(jié)作用σE和σK

存在于母細(xì)胞中，σF

和σG

存在于孢子細(xì)胞中。母細(xì)胞階段，σF

與抗σ因子SpoⅡAB結(jié)合，不能作為聚合酶組分。孢子形成時(shí)，SpoⅡAA結(jié)合SpoⅡAB，釋放σF因子，轉(zhuǎn)錄孢子形成期基因。包括σG和降解σE的蛋白酶基因。σG轉(zhuǎn)錄孢子形成后期基因和降解σK蛋白酶基因。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控母細(xì)胞期活性σE活性σK

非活性形式：σF+SpoⅡAB孢子形成初期釋放σFσK因子蛋白酶降解早期基因活性σG孢子形成后期基因σE因子蛋白酶降解第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.6.3轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子指能夠與基因的啟動(dòng)子區(qū)相結(jié)合，對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄起激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白質(zhì)；有些能夠調(diào)控大量基因的表達(dá)，而有些僅調(diào)控一兩個(gè)基因；有些轉(zhuǎn)錄因子對(duì)某個(gè)基因起激活作用卻對(duì)另一個(gè)基因起抑制作用；有些轉(zhuǎn)錄因子對(duì)同一基因也能發(fā)揮兩種不同的作用；許多基因的啟動(dòng)子區(qū)有多個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控7.7轉(zhuǎn)錄后調(diào)控7.7.1翻譯起始的調(diào)控起始密碼子對(duì)翻譯效率的影響；SD序列結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG的距離；mRNA5′端二級(jí)結(jié)構(gòu)；核糖開關(guān)能夠感受細(xì)胞內(nèi)諸如代謝物濃度、離子濃度、溫度等的變化而改變自身的二級(jí)結(jié)構(gòu)和調(diào)控功能，從而改變基因的表達(dá)狀態(tài)。第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控甲硫氨酸途徑的基因編碼區(qū)上游一段序列，通過小分子物質(zhì)（SAM，S-腺苷甲硫氨酸）的結(jié)合，改變?cè)搮^(qū)域mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，從而調(diào)控核糖體翻譯或RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控glmS基因5'端有一段核酶；6-磷酸葡糖胺濃度高時(shí)激活核酶活性；核酶切割自身mRNA，蛋白翻譯受阻。溫度調(diào)控pfrA的翻譯第七章原核基因的表達(dá)調(diào)控