分子生物學(xué)第七章原核生物基因表達(dá)調(diào)控課件

分子生物學(xué)第七章原核生物基因表達(dá)調(diào)控第七章原核基因表達(dá)調(diào)控模式蛋白質(zhì)合成的類型：永久型：是指蛋白質(zhì)的合成不受環(huán)境變化或代謝狀態(tài)的影響，始終維持在恒定水平。適應(yīng)型或調(diào)節(jié)型：是指蛋白質(zhì)的合成速度明顯地受環(huán)境的影響。第一節(jié)原核生物基因表達(dá)調(diào)控的概述第二節(jié)乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)第三節(jié)色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)第四節(jié)其它操縱子第五節(jié)轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控2024/12/63第一節(jié)原核生物基因表達(dá)調(diào)控的概述基因表達(dá)（geneexpression)：是指DNA分子所承載的遺傳信息，通過密碼子—反密碼子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)或功能RNA分子的過程，稱為基因表達(dá)?；虮磉_(dá)調(diào)控（generegulationorgenecontrol):

是指對(duì)基因表達(dá)過程的調(diào)節(jié)。2024/12/64基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation);P247-2482、mRNA加工成熟水平上的調(diào)控（differentialprocessingofRNAtranscription);3、翻譯水平上的調(diào)控（differentialtranslationofmRNA)2024/12/65基因調(diào)控的指揮系統(tǒng)：原核生物營養(yǎng)水平（nutritionalstatus)環(huán)境因素(environmentalfactors)真核生物激素水平（hormonelevel)發(fā)育階段（developmentalstage)2024/12/66一、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同：正轉(zhuǎn)錄調(diào)控（positivetranscriptionregulation）：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator），起著提高結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的作用。負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控（negativetranscriptionregulation）：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（reppressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。2024/12/67根據(jù)作用特征：誘導(dǎo)（induction）：調(diào)節(jié)因子與效應(yīng)物結(jié)合后，開啟基因的轉(zhuǎn)錄活性稱為

誘導(dǎo)（induction）；阻遏（repression）：調(diào)節(jié)因子與效應(yīng)物結(jié)合后，關(guān)閉基因的轉(zhuǎn)錄活性稱為

阻遏（repression）。2024/12/68可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏EDCBA如：大腸桿菌的乳糖操縱子σ54因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的區(qū)域大腸肝菌CsrAB調(diào)節(jié)系統(tǒng)。弱化子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)二、mRNA穩(wěn)定性對(duì)轉(zhuǎn)錄水平的影響活性阻遏物與trpO的結(jié)合，RNApol與啟動(dòng)子的結(jié)合發(fā)生競爭。RNA聚合酶在AraC蛋白和CRP-cAMP的作用下，起始BAD基因表達(dá)。（四）、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響（三）、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能有兩個(gè)啟動(dòng)子，一個(gè)位于操縱子5‘，一個(gè)位于trpG-D編碼區(qū)。操縱子模型：一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因與一個(gè)調(diào)節(jié)基因、一個(gè)操縱區(qū)組成一個(gè)操縱單元。巰甲基半乳糖苷（TMG）3、trpmRNA前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)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、阿拉伯糖等糖類代謝有關(guān)的酶;操縱區(qū)lacO的突變（lacOc）可導(dǎo)致乳糖操縱子基因的組成型表達(dá)。（2）SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離，SD序列與AUG之間的距離一般為4～10個(gè)核苷酸為佳，9個(gè)核苷酸最佳。cAMP與代謝物激活蛋白（3）mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)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.可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：是指一些基因在某些代謝物的誘導(dǎo)下使其活化，由原來的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放狀態(tài)。環(huán)境因素(environmentalfactors)誘導(dǎo)物作用需要跨膜，跨膜需要透過酶的存在；3區(qū)與4區(qū)配對(duì)，形成終止子結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄終止巰甲基半乳糖苷（TMG）在葡萄糖存在時(shí)，E.第六節(jié)轉(zhuǎn)錄水平上的其它調(diào)控方式P282（2）SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離，SD序列與AUG之間的距離一般為4～10個(gè)核苷酸為佳，9個(gè)核苷酸最佳。2區(qū)與3區(qū)配對(duì)，不能形成終止子結(jié)構(gòu)2024/12/692024/12/610調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物

調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與效應(yīng)物結(jié)合

基因表達(dá)基因不表達(dá)阻遏蛋白負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)

負(fù)控阻遏系統(tǒng)

激活蛋白正控誘導(dǎo)系統(tǒng)

正控阻遏系統(tǒng)

2024/12/611σ

因子是參與大腸桿菌基因表達(dá)調(diào)控最常見的蛋白質(zhì)。6種σ

因子：σ70、σ54、σ38、σ32、σ28、σ24。

除σ54

外，其余5種σ

因子在結(jié)構(gòu)上均具有同源性，統(tǒng)稱為σ70家族。2024/12/612TTGACATATAAT-35-10Startpoint16-19bp5-9bpσ70因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的區(qū)域CTGGNATTGCA-24-

12Startpoint

7-9bp6-8bpσ54因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的區(qū)域2024/12/6131、特殊代謝物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：是指一些基因在某些代謝物的誘導(dǎo)下使其活化，由原來的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放狀態(tài)。如：大腸桿菌的乳糖操縱子可阻遏調(diào)節(jié)：是指一些基因由于某些代謝物的積累，而使其由原來的開放狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)。如：色氨酸操縱子二、原核基因調(diào)節(jié)的主要特點(diǎn)2024/12/614無誘導(dǎo)物時(shí)，基因關(guān)閉誘導(dǎo)物開啟基因可誘導(dǎo)的操縱子：是一些編碼糖和氨基酸分解代謝蛋白的基因；2024/12/615可阻遏的操縱子：是一些合成各種細(xì)胞代謝過程中所必須的小分子物質(zhì)。2024/12/6162、弱化子對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)弱化子(attenuator)：是指起轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的一段核苷酸序列。2024/12/617細(xì)胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度發(fā)生改變氨酰–tRNA的濃度變化核糖體在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA上的結(jié)合位置不同，使得RNA形成特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)由RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)判斷基因能否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)理：2024/12/6183、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)P252葡萄糖效應(yīng)或降解物抑制作用：細(xì)菌培養(yǎng)基中在葡萄糖存在的情況下，即使加入乳糖、半乳糖等誘導(dǎo)物，與其對(duì)應(yīng)的操縱子也不會(huì)啟動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應(yīng)或降解物抑制作用。葡萄糖抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性導(dǎo)致環(huán)腺苷酸的合成減少環(huán)腺苷酸代謝物激活蛋白復(fù)合物復(fù)合物結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)域是乳糖、半乳糖等糖類mRNA轉(zhuǎn)錄所必需的。2024/12/6194、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)

是指細(xì)菌在供給物全面匱乏的情況下，難以找到代用物，所作出的一種反應(yīng)，幫助細(xì)菌渡過難關(guān)。應(yīng)急反應(yīng)的機(jī)理：空載的tRNA激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶鳥苷四磷酸ppGpp鳥苷五磷酸pppGpp大量合成關(guān)閉一些基因打開一些基因2024/12/620

1、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)

正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控誘導(dǎo)阻遏2、原核基因調(diào)節(jié)的主要特點(diǎn)

a、特殊代謝物對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

b、弱化子對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)

c、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)

d、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)小結(jié)2024/12/621β-半乳糖苷酶透過酶轉(zhuǎn)乙酰酶阻遏物第二節(jié)乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)2024/12/622

阻遏蛋白基因（I）屬于組成型的調(diào)控，是經(jīng)常表達(dá)的，因此，lac操縱子通常是處于關(guān)閉狀態(tài)的。lac操縱子的結(jié)構(gòu)阻遏蛋白基因（I）啟動(dòng)區(qū)（P）操縱區(qū)（O）CAP-cAMP結(jié)合部位三個(gè)結(jié)構(gòu)基因ZYA2024/12/623一、酶的誘導(dǎo)

——lac體系受調(diào)控的證據(jù)E.coli

在不含乳糖的培養(yǎng)基生長時(shí)，β-半乳糖苷酶含量極低；當(dāng)加入乳糖或半乳糖后，則迅速升高。兩種含硫的乳糖類似物：異丙基巰基半乳糖苷（IPTG）巰甲基半乳糖苷（TMG）2024/12/624誘導(dǎo)物（inducer）：如果某物質(zhì)能促使細(xì)胞產(chǎn)生一特定的酶，該物質(zhì)就叫做誘導(dǎo)物；安慰誘導(dǎo)物（gratuitousinducers）：可誘導(dǎo)酶的合成，但不被所誘導(dǎo)的酶降解的物質(zhì)稱為安慰誘導(dǎo)物。IPTG（異丙基巰基半乳糖苷）是lac

基因的安慰誘導(dǎo)物。輔阻遏物（corepressor）如果某物質(zhì)能阻止細(xì)胞產(chǎn)生一特定的酶，該物質(zhì)就叫做輔阻遏物。2024/12/625二、乳糖操縱子的模型及其影響因子

操縱子模型：一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因與一個(gè)調(diào)節(jié)基因、一個(gè)操縱區(qū)組成一個(gè)操縱單元。這個(gè)單元稱為操縱子（operon）。β-半乳糖苷酶透過酶轉(zhuǎn)乙酰酶阻遏物2024/12/626

操縱區(qū)位于啟動(dòng)子與結(jié)構(gòu)基因之間，與啟動(dòng)子部分重疊，阻遏物結(jié)合于操作區(qū)時(shí)，即阻止RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄。2024/12/627乳糖操縱子控制模型的主要內(nèi)容：②操縱區(qū)位于啟動(dòng)子與結(jié)構(gòu)基因之間，不能單獨(dú)起始結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；③操縱區(qū)是一小段DNA序列，是阻遏物結(jié)合位點(diǎn)；④操縱與啟動(dòng)子部分重疊，當(dāng)阻遏物與操縱區(qū)結(jié)合時(shí)，即阻止RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄；⑤誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)結(jié)合，從而激發(fā)mRNA的合成。①一條多順反子mRNA編碼Z、Y、A基因；2024/12/6282024/12/629調(diào)節(jié)基因阻遏蛋白產(chǎn)生結(jié)合操縱區(qū)相鄰啟動(dòng)區(qū)乳糖操縱子中調(diào)節(jié)基因的作用過程：乳糖操縱子中誘導(dǎo)物的作用機(jī)理：誘導(dǎo)物作用的對(duì)象是阻遏蛋白。阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的正常結(jié)合結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄成mRNA并合成蛋白質(zhì)抑制2024/12/630（一）、lac操縱子的本底水平表達(dá)誘導(dǎo)物的形成需要有β-半乳糖苷酶的存在；誘導(dǎo)物作用需要跨膜，跨膜需要透過酶的存在；透過酶的產(chǎn)生又需要誘導(dǎo)物的存在；β-半乳糖苷酶的產(chǎn)生又需要誘導(dǎo)物的存在；

在非誘導(dǎo)的狀態(tài)下仍有少量的lacmRNA合成，這種合成被稱為本底水平的組成型合成（backgroundlevelconstitutivesynthesis)。2024/12/631（二）、大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)乳糖本底水平透過酶進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞結(jié)合阻遏蛋白阻遏蛋白失活，β-半乳糖苷酶和透過酶表達(dá)細(xì)胞吸收大量乳糖去向葡萄糖半乳糖異構(gòu)乳糖結(jié)合阻遏蛋白當(dāng)阻遏蛋白的濃度超過異構(gòu)乳糖的濃度，細(xì)胞重新建立阻遏狀態(tài)，導(dǎo)致lacmRNA的合成被抑制。本底水平β-半乳糖苷酶葡萄糖-1,6-半乳糖誘導(dǎo)物2024/12/632（三）、阻遏物lac

I

基因產(chǎn)物及功能Lac操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動(dòng)子控制下組成型合成的，該阻遏蛋白具有4個(gè)相同的亞基，每個(gè)亞基均含347個(gè)氨基酸殘基。lacI基因?yàn)榻M成型，通過啟動(dòng)子的上升突變體可獲得較多的阻遏蛋白；β-半乳糖苷酶透過酶轉(zhuǎn)乙酰酶阻遏物2024/12/633調(diào)節(jié)基因lacI的突變也可導(dǎo)致乳糖操縱子基因的組成型表達(dá)。2024/12/634操縱區(qū)lacO的突變（lacOc）可導(dǎo)致乳糖操縱子基因的組成型表達(dá)。2024/12/635（四）、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響

在葡萄糖存在時(shí)，E.coli優(yōu)先利用葡萄糖；此時(shí)即使培養(yǎng)基中含有乳糖，乳糖操縱子蛋白仍然含量很低。這是通過阻止乳糖操縱子表達(dá)來完成的，這種效應(yīng)稱為降解物抑制（cataboliterepression）。2024/12/636葡萄糖葡萄糖-6-磷酸甘油某些代謝產(chǎn)物抑制活性腺苷酸環(huán)化酶ATPcAMPCrp基因編碼代謝物激活蛋白CAPcAMP-CAP

葡萄糖對(duì)其它糖的代謝抑制，是通過對(duì)cAMP的抑制完成的。（五）、cAMP與代謝物激活蛋白2024/12/637

代謝物活化蛋白：CAP（Catabolitegeneactivatorprotein；cAMPreceptorprotein

）是一些啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄必需的正調(diào)控因子。

CAP只有與cAMP結(jié)合后才能與其結(jié)合區(qū)域結(jié)合。2024/12/638CAP的結(jié)合部位

CAP結(jié)合部位不太固定，方向也可以不同。半乳糖操縱子乳糖操縱子阿拉伯糖操縱子2024/12/639三、lacoperon的其它問題

lacoperon的功能是在正負(fù)兩個(gè)調(diào)控體系的協(xié)調(diào)作用下實(shí)現(xiàn)的。阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP不發(fā)揮作用；如沒有CAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從operator上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性；

CAP組成型合成，所以cAMP－CAP復(fù)合物取決于cAMP含量;2024/12/640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、阿拉伯糖等糖類代謝有關(guān)的酶;降解物敏感型操縱元：只要有葡萄糖存在，這些操縱元就不表達(dá)。2024/12/6412.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?；?，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。2024/12/6423.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.2024/12/6432024/12/644Lac操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動(dòng)子控制下組成型合成的，該阻遏蛋白具有4個(gè)相同的亞基，每個(gè)亞基均含347個(gè)氨基酸殘基。細(xì)菌細(xì)胞生長過程中既要合成蛋白質(zhì)，又要合成rRNA。四、抗終止因子的調(diào)節(jié)作用二、乳糖操縱子的模型及其影響因子1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation);P247-248E:鄰氨基苯甲酸合成酶營養(yǎng)水平（nutritionalstatus)RNA聚合酶在AraC蛋白和CRP-cAMP的作用下，起始BAD基因表達(dá)。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.⑤誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)結(jié)合，從而激發(fā)mRNA的合成?？烧T導(dǎo)的操縱子：是一些編碼糖和氨基酸分解代謝蛋白的基因；前導(dǎo)肽：由前導(dǎo)序列指導(dǎo)合成的含有14個(gè)氨基酸殘基的肽稱為前導(dǎo)肽。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.essentiallynone前導(dǎo)RNA，140bpSummaryoflacoperonregulationGlucosecAMPLactoseTranscriptionoflacmRNAHighLowPresentlowrateofexpressionHighLowAbsentessentiallynoneLowHighAbsentessentiallynoneLowHighPresenthighrateofexpression2024/12/645

生物細(xì)胞中的氨基酸合成，也受操縱元的調(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。第三節(jié)色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)2024/12/646trp操縱子的組成鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶2024/12/647trpR,阻遏蛋白

P，-40~+18O,-21~+1L,+1~+162

結(jié)構(gòu)基因一、trp操縱子的結(jié)構(gòu)大腸肝菌中的trp操縱子2024/12/648trp操縱子的結(jié)構(gòu)操縱區(qū)啟動(dòng)子區(qū)（P）操縱子（O）弱化子區(qū)（a）結(jié)構(gòu)基因E:鄰氨基苯甲酸合成酶（與G基因?yàn)槿诤匣颍〤:吲哚甘油磷酸合成酶B:色氨酸合成酶α亞基

D:鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶A:色氨酸合成酶β亞基

前導(dǎo)區(qū)(L)2024/12/649二、Trpoperon的阻遏系統(tǒng)1、TrpR四聚體2024/12/650阻遏蛋白＋trp→

有活性的阻遏物＋trpO→不轉(zhuǎn)錄2024/12/6512、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，RNApol與啟動(dòng)子的結(jié)合發(fā)生競爭。2024/12/6523、阻遏系統(tǒng)

主管轉(zhuǎn)錄是否啟動(dòng)，在缺乏Trp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)2024/12/653

色氨酸操縱子:由與色氨酸合成相關(guān)的基因及其調(diào)控序列組成。當(dāng)缺乏色氨酸時(shí)，trp

操縱子基因表達(dá)；當(dāng)外源色氨酸含量較高時(shí)，操縱子中的基因受到阻遏。trp操縱子的阻遏系統(tǒng)

色氨酸調(diào)節(jié)（trpR）基因突變會(huì)引起trpmRNA的組成型合成。只有在色氨酸存在的情況下，阻遏蛋白與之結(jié)合形成有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合關(guān)閉trpmRNA的轉(zhuǎn)錄。2024/12/654三、弱化子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)

阻遏發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)錄的起始頻率下降到1/70，但trp酶系統(tǒng)活性卻下降到1/600。弱化作用（attenuation）：是指控制一些細(xì)菌操縱子轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)。弱化子（attenuator）：是指弱化所發(fā)生的終止子序列，并且這種終止是被調(diào)節(jié)的，這段序列就稱為弱化子。1、弱化子（attenuator）2024/12/6552、前導(dǎo)區(qū)：在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密碼子前有一個(gè)長162bp的mRNA片段，被稱為前導(dǎo)區(qū)。

前導(dǎo)肽：由前導(dǎo)序列指導(dǎo)合成的含有14個(gè)氨基酸殘基的肽稱為前導(dǎo)肽。前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第10和11位兩個(gè)密碼子為色氨酸密碼子。2024/12/656

弱化子，衰減子，α

前導(dǎo)RNA，140bp2024/12/657弱化子，衰減子，α2024/12/658

前導(dǎo)肽14aa2024/12/6593、trpmRNA前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)2024/12/660trp缺乏tRNAtrp也少核糖體通過兩個(gè)trp密碼子的速度慢，占據(jù)前導(dǎo)序列的trp1區(qū)2區(qū)與3區(qū)配對(duì)，不能形成終止子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄4、轉(zhuǎn)錄的弱化作用2024/12/661trp濃度高前導(dǎo)肽中trp合成速度快前導(dǎo)肽一直合成至其末端核糖體占據(jù)1區(qū)和2區(qū)3區(qū)與4區(qū)配對(duì)，形成終止子結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄終止2024/12/662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)，產(chǎn)生延遲，此時(shí)4區(qū)未轉(zhuǎn)錄出來2024/12/663RPOleadingseq.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)Negative—repressibleoperon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏四、阻遏作用與弱化作用的協(xié)調(diào)2024/12/664RPOleadingseq.EDCBA少量trp+不足以結(jié)合O位點(diǎn)為什么需要弱化系統(tǒng)？當(dāng)trp濃度低時(shí)，阻遏物從有活性變?yōu)闊o活性，速度極慢，不能很快引發(fā)trp合成。因此需要一個(gè)能快速作出反應(yīng)的系統(tǒng)，以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)腡rp水平。2024/12/665大腸肝菌中共有5個(gè)基因參與色氨酸生物合成，構(gòu)成色氨酸操縱子。其中trpG-D，trpC-F為融合基因，翻譯出的多肽具有雙重功能。有兩個(gè)啟動(dòng)子，一個(gè)位于操縱子5‘，一個(gè)位于trpG-D編碼區(qū)。大腸肝菌色氨酸操縱子受到由色氨酸激活的負(fù)阻遏蛋白的調(diào)節(jié)作用。一旦轉(zhuǎn)錄越過前導(dǎo)區(qū)，開始結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，又會(huì)受弱化子的調(diào)控，感受無負(fù)載的tRNATrp的變化。使轉(zhuǎn)錄機(jī)器在前導(dǎo)區(qū)附近停止或繼續(xù)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。2024/12/666結(jié)構(gòu)基因galE:異構(gòu)酶galT:半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶galK:半乳糖激酶作用：半乳糖葡萄糖–1–磷酸第四節(jié)其他操縱子一、半乳糖（gal）操縱子2024/12/667

無外源葡萄糖時(shí)，細(xì)菌也可利用半乳糖。gal操縱子的調(diào)控與乳糖操縱子基本相同，但稍有差別：

雙啟動(dòng)子;

雙操縱區(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)部調(diào)節(jié)基因距離結(jié)構(gòu)基因很遠(yuǎn)；在有外源葡萄糖時(shí)，仍然可以被低水平誘導(dǎo)。2024/12/668S2S1轉(zhuǎn)錄方向-101、cAMP–CAP對(duì)gal啟動(dòng)子的作用

S1起始依賴于

cAMP-CAP，只有當(dāng)葡萄糖不存在時(shí)才可轉(zhuǎn)錄，需要有半乳糖、CAP和較高濃度的cAMP;S2起始不依賴于

cAMP-CAP，只有當(dāng)葡萄糖存在時(shí)才可轉(zhuǎn)錄。2024/12/6692、雙啟動(dòng)子的生理功能半乳糖作為惟一碳源供細(xì)胞生長半乳糖差向異構(gòu)酶的作用UDP-葡萄糖UDP-半乳糖不依賴于cAMP-CAP啟動(dòng)子S2依賴于cAMP-CAP啟動(dòng)子S1是大腸肝菌細(xì)胞壁合成的前體2024/12/670二、ara操縱子阿拉伯糖降解araB:核酮糖激酶araA：L-阿拉伯糖異構(gòu)酶araD：L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶Operator2Operator1regulategenearaBADCRP結(jié)合位點(diǎn)2024/12/671araC與araBAD相鄰，但轉(zhuǎn)錄方向相反。araC

與

araBAD的結(jié)構(gòu)C蛋白有三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)：O1,O2,IC基因?yàn)樽晕艺{(diào)節(jié)基因：缺乏C蛋白時(shí)，araC表達(dá)；當(dāng)C蛋白含量升高時(shí)，抑制araC的表達(dá)。具有正、負(fù)調(diào)節(jié)作用。2024/12/672（1）當(dāng)葡萄糖水平較高、阿拉伯糖水平較低時(shí)，C蛋白與操縱區(qū)O2及araI誘導(dǎo)因子結(jié)合區(qū)上半?yún)^(qū)結(jié)合，形成DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，araBAD基因不表達(dá)；（2）當(dāng)體系中有阿拉伯糖、無葡萄糖時(shí)，AraC與阿拉伯糖相結(jié)合，改變構(gòu)象成為激活蛋白，AraC同源體分別與araO1和araI區(qū)結(jié)合。RNA聚合酶在AraC蛋白和CRP-cAMP的作用下，起始BAD基因表達(dá)。2024/12/673第六節(jié)轉(zhuǎn)錄水平上的其它調(diào)控方式P282一、σ因子的調(diào)節(jié)作用不同σ因子的選擇；σ因子本身活性的調(diào)節(jié)；二、組蛋白類似蛋白的調(diào)節(jié)作用在細(xì)菌細(xì)胞中存在的用來維持DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的非特異性DNA結(jié)合蛋白，稱為組蛋白類似蛋白。2024/12/674三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子：指與基因的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄起激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。四、抗終止因子的調(diào)節(jié)作用抗終止因子是能夠在特定位點(diǎn)阻止轉(zhuǎn)錄終止的一類蛋白質(zhì)。這種調(diào)節(jié)作用主要見于噬菌體和少數(shù)細(xì)菌中。參與大腸肝菌抗終止作用的蛋白是Nus蛋白。2024/12/675第七節(jié)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控一、翻譯起始的調(diào)控（1）起始密碼子AUG，GUG，UUG，AUU，這些不常見起始密碼子翻譯起始效率較低；（2）SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離，SD序列與AUG之間的距離一般為4～10個(gè)核苷酸為佳，9個(gè)核苷酸最佳。2024/12/676（3）mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

30S亞基與mRNA結(jié)合，要求mRNA5’端有一定的空間結(jié)構(gòu)，核苷酸序列的變化會(huì)改變mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，影響核糖體與mRNA的結(jié)合，從而造成蛋白質(zhì)合成效率的差異。2024/12/677二、mRNA穩(wěn)定性對(duì)轉(zhuǎn)錄水平的影響細(xì)胞內(nèi)無用的mRNA均被核酸酶水解。大腸肝菌CsrAB調(diào)節(jié)系統(tǒng)。CsrABCsrA為RNA結(jié)合蛋白CsrB為非編碼的RNA分子結(jié)合mRNA分子降解速度加快結(jié)合導(dǎo)致2024/12/678三、調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)控作用調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)本身也受到調(diào)控。四、反義RNA的調(diào)節(jié)作用細(xì)菌細(xì)胞中一些非編碼的小RNA，與mRNA中特定序列配對(duì)，改變所配對(duì)mRNA分子的構(gòu)象，導(dǎo)致翻譯過程的開啟或關(guān)閉。2024/12/679五、稀有密碼子對(duì)翻譯的影響使用稀有密碼子頻率較高的蛋白質(zhì)，其表達(dá)率較低。在細(xì)胞內(nèi)使用稀有密碼子頻率較高的蛋白大多是一些調(diào)控蛋白，而結(jié)構(gòu)基因使用稀有密碼子的頻率較低。2024/12/680六、重疊基因?qū)Ψg的影響

細(xì)菌中重疊基因的存在，保證了同一核糖體對(duì)兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的通暢及數(shù)量上的一致。七、翻譯的阻遏在Qβ噬菌體中，純化的復(fù)制酶可與外殼蛋白的翻譯起始區(qū)結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)的合成。2024/12/681八、魔斑核苷酸水平對(duì)翻譯的影響細(xì)菌細(xì)胞生長過程中既要合成蛋白質(zhì)，又要合成rRNA。

嚴(yán)緊控制型（基因型rel+