基因表達的調(diào)控

1、第六章基因表達的調(diào)控本章，我們討論4個問題：1 .什么是基因表達的調(diào)控？2 .原核生物基因表達調(diào)控是如何進行的？3 .真核生物基因表達調(diào)控是如何進行的？4 .基因表達調(diào)控與醫(yī)學研究概述一、基因（gene）（一）概念從化學上來說指的是一段DNA或RNA（病毒）順序,該順序可以產(chǎn)生或影響某種表型，可以由于突變生成等位基因變異體。從遺傳學上來說代表一個遺傳單位、1個功能單位，1個交換單位和1個突變單位。基因是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA序列信息及表達這些信息所必需的全部核甘酸序列（7分P27）1 .表型和基因型某一機體可以觀察的特征，稱為表現(xiàn)型(Phenot

2、ype,簡稱表型)。與表型相應的基因組成稱為基因型(genetype)。如細菌Leu+、Leir和Leu+、Leu-。2 .等位基因(allele)(1)二倍體細胞有2套基因，一套來自父本，另一套來自母本，每個細胞的全套基因由2套基因組成，每一對基因稱做等位基因。(2)由于突變作用引起DNA結(jié)構(gòu)變異，所以某一基因可具有若干種不同的形式，這種同一基因不同的形式互稱等位基因。3 .遺傳基本功能單位基因是遺傳的功能單位，它負責有一定的遺傳信息，在特定的條件下表達這種信息，產(chǎn)生特定的生理功能。4 .交換單位基因是結(jié)構(gòu)單位，交換只能發(fā)生在基因之間。5 .作用單位基因能產(chǎn)生一種特定的表型，即基因決定蛋白質(zhì)

3、氨基酸排列順序。6 .突變單位基因可作為一個整體變?yōu)榱硪粋€等位基因。(-)分類基因可以分為結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因。結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)指能轉(zhuǎn)錄成為mRNA、rRNA或tRNA的DNA順序。二、基因組(genome)1個配子(精子或卵子，1個單倍體細胞，1個病毒所包含的全套基因。(1個哺乳動物體細胞含2套基因組，1個原核細胞、1個病毒顆粒含1套基因組)細胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組。原核、真核、病毒3大基因組比較。三、基因表達(geneexpression)(里外)(-)概念基因產(chǎn)生功能的過程，稱基因表達，也稱編碼(code)o,.CmRNA')

4、,.DNAtranslauon>RNAlRNAtranslatlon>proteinreverseI rRNA Jreplicationtranscription基因表達的過程是信息分子(DNA或RNA)轉(zhuǎn)變成功能分子(protein)的過程。1 .轉(zhuǎn)錄RNApol合成RNA的過程，產(chǎn)生單鏈RNA互補于DNA,在某些病毒中則是互補于RNA模板。2 .翻譯這是由核糖體實現(xiàn)的protein的合成過程，核糖體和tRNA解釋mRNA含有的信息密碼。蛋白質(zhì)是大而復雜的功能分子，每1類生物各有其1套特有的蛋白質(zhì)，不同的生物體內(nèi)罕見完全相同的蛋白分子，人的蛋白質(zhì)分子不下10萬種。U9基因表達的調(diào)

5、控基因表達主要包括（基因）轉(zhuǎn)錄和（蛋白質(zhì)）翻譯使信息分子DNA轉(zhuǎn)變成功分子protein的過程，這一過程在體內(nèi)受到精密的調(diào)控，以保證功能的有序性。這一調(diào)控稱為基因表達的調(diào)控，簡稱基因調(diào)控。五、基因表達調(diào)控的要點（一）調(diào)控的細胞學基礎原核生物真核生物prokaryote無真核結(jié) 構(gòu)的單細胞生物。包 括細菌、藍綠藻等。 其DNA、protein.組 成1個相當致密的類 核，但無核膜與胞質(zhì) 分開。因為無核膜， 基因受環(huán)境影響大。eukaryote單或多細胞生物，有核膜將染色體等有關(guān)物質(zhì)包圍在內(nèi)與胞質(zhì)分開，細胞有有絲分裂和減數(shù)分裂2種形式，具有這些特征的生物稱真核生物。其細胞稱為真核細胞。（二）調(diào)控最

6、大特點調(diào)控直接受環(huán)境及營養(yǎng)狀況的影響。調(diào)控是為了適應環(huán)境獲取營養(yǎng)達到生存即分裂繁殖的最優(yōu)化（原核既無充足的能源貯備，又無高等植物制造有機物的本領）。所以調(diào)控體現(xiàn)1個快字,快速適應環(huán)境，獲取營養(yǎng)，合成必需蛋白質(zhì)、降解不必要成分。這是長期進化，獲得的適應應變能力。（適應環(huán)境獲取營養(yǎng)、解決溫飽"問題。）遺傳程序調(diào)控、按既定方針辦如動物1個受精卵，按遺傳程序開開關(guān)關(guān)基因，發(fā)育成成熟個體，該遺傳程序是構(gòu)成胚胎發(fā)育和組織分化的基礎。僅極少基因間接或直接受環(huán)境因素的影響。這一特點使真核在千變?nèi)f化的環(huán)境下，主要組織或器官仍能維持正常功能（"處世不驚）。（三）調(diào)控主要水平真原核調(diào)控的主要水平

7、（主調(diào)）都在轉(zhuǎn)錄水平。因為：1.彳皆可連鎖反應控制第一步是最經(jīng)濟和最有效的（既不需要，何必轉(zhuǎn)錄）02.RNApol沒有糾錯功能（DNApol有）微調(diào)DNA水平轉(zhuǎn)錄后水平原核調(diào)控余步不大，因其轉(zhuǎn)錄翻譯同Tcompt進行。翻譯水平是原核次要調(diào)控水平。翻譯后水平（四）調(diào)控的基本方式真原核調(diào)控的基本方式都是通過調(diào)控因子：1.蛋白質(zhì)（主）2.核酸和3.小分子化合物之間的識別和相互作用對基因表達實現(xiàn)正控制或負控制（也稱正調(diào)控和負調(diào)控）0（五）調(diào)控物質(zhì)的化學本質(zhì)蛋白質(zhì)、核酸、小分子化合物。（六）調(diào)控模式原核有操縱子調(diào)控模型，已發(fā)現(xiàn)100多種。真核有Britten-Davidsen（法）模型尚未為實驗所證實。

8、病毒基因表達調(diào)控各種病毒、噬菌體等除部分帶有RNApol或逆轉(zhuǎn)錄酶外主要是利用宿主的基因表達調(diào)捽系統(tǒng)。原核病毒適應原核生物遺傳策略，真核病毒適應真核生物遺傳策略。(七)基因表達的時間性和空間性(1)時間特異性：按功能需要，某一特定基因表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性。(2)空間特異性：在個體生過程中，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這實際是由細胞在器官的分布決定的，因此又稱細胞特異性或組織特異性。(八)基因表達的方式(1)組成性的基因表達：細胞對不同蛋白質(zhì)的需要是不一樣的，一些基因產(chǎn)物對生命全過程都是必需的，這類基因的友達水平在所有細胞或組織

9、中兒乎是不變的，如三短酸循環(huán)這個中心代謝途徑的酶類,它們的基因表達就屬于這一類，這類基因稱為管家基因(housekeepinggene)o這類穩(wěn)定的幾乎不用調(diào)直的表達方式稱為組成性的基因表達或基本性的表達(constituteexpression)。(2)誘導和阻遏表達：某些基因表達產(chǎn)物數(shù)量隨著外界環(huán)境信號變化而變化，這類法因稱為調(diào)行戰(zhàn)因。仃此基因?qū)Νh(huán)境信號應答時被激活，基因表達增加的過程稱為誘導(indution),被誘導才表達的基因稱為可誘導基因(induciblegenes),反過來仃些基因?qū)Νh(huán)境信號應密時被抑制，基因表達產(chǎn)物水平降低，這種基因表達方式稱為阻遏，這類基因稱作可阻遇基因。例

10、如，當色經(jīng)酸供給豐富的情況下，細菌中有關(guān)色氨酸合成陶的基因表達就會受到阻遏。六、操縱子上世紀60年代法國分子生物學家Jacob和Monod在E.coli0一半乳糖伴酶誘導生成研究中，發(fā)現(xiàn)了適應前(adaptiveenzyme)基因負調(diào)控系統(tǒng)，提出著名乳糖操縱子模型(Lacopcron),是基因調(diào)控研究的1個里程碑。細菌調(diào)控的1個共同特點是1個啟動子作用1組基因，一般地說1個細菌代謝途徑所需要的酶是由1組基因所編碼的，這樣的1組基因就是操縱子。1 .操縱子(operon)概念是發(fā)現(xiàn)于細菌體內(nèi)的1種基因調(diào)節(jié)單位，山控制區(qū)和信息區(qū)組成，信息區(qū)包括相鄰的，功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因，在控制區(qū)的調(diào)節(jié)下轉(zhuǎn)錄成mR

11、NA,控制區(qū)主要含操縱基因，啟動子和CAP結(jié)合位點，有些操縱子尚含有衰誠子。2.類型與結(jié)構(gòu)不同的操縱子結(jié)構(gòu)區(qū)(結(jié)構(gòu)基因串)不同，調(diào)控區(qū)(P-O)也不樣，因而調(diào)控的方式也不完全相同，據(jù)操縱子對于能調(diào)節(jié)它們表達的小分子應答的性質(zhì)可將操縱子分為二大類。(1 )可誘導的操縱子 (inciduble operon)加入調(diào)節(jié)小 分子開啟基因轉(zhuǎn)錄活性，這種 作用及其過程稱誘導(induction) 產(chǎn)生誘導作用的小分子稱誘導 物(inducer)。誘導物一般為操 縱子編碼的酶蛋白分解的底物。 如：乳糖操縱子(乳糖)。(2)可阻遇的操縱子(repressible operon)力口入調(diào)節(jié)小 分子，關(guān)閉基因轉(zhuǎn)錄

12、活性這種作 用及過程稱阻遏(repression), 產(chǎn)生阻遏的小分子物質(zhì)稱輔阻遏 物(corepressor)。輔阻遏物一般 為操縱子編碼的酶合成的物質(zhì)(產(chǎn)物)如：色氨酸操縱子(色 氨酸)。第一節(jié)原核生物基因表達的調(diào)控從調(diào)控方式來看，原核生物調(diào)控最重要的特點是操縱子模式。從調(diào)控水平來看，主調(diào)在轉(zhuǎn)錄水平，翻譯水平次之。一、DNA水平的調(diào)控DNA序列重排對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，有稱反向倒位。研究得比較清楚的是沙門氏菌鞭毛抗菌素原H1和H2選擇性表達，乩表達，%關(guān)閉，反之亦然。機制基因表達時，同時轉(zhuǎn)錄翻譯出基因的阻遏蛋白。2 .h2基因不表達時，阻遏片的蛋白（r%）也不表達，瓦基因表達H做毛抗原。3 .h,

13、.r%轉(zhuǎn)錄單元是否表達受其上游一段DNA的排列方向所控制。4 .105次細胞分裂中發(fā)生1次，1個細菌克隆以表達1種鞭毛抗原為主。倒位基因|啟動子|H?|阻遏蛋白基因|啟動子HOFF啟動子|倒位基因|凡|阻遏蛋白基因On OnOFFOFF可倒位區(qū)mRNA/vvx/sz»倒位基因DNA序列位于h2-rh1（鞭毛H2-HI阻遏蛋白）轉(zhuǎn)錄單元上游，全長995bp。IRL>IRR995bp左右末端倒轉(zhuǎn)重復順序（反向重復順序、也稱回文順序、（palindiome、invertedrepeatsequence）即在DNA鏈上正讀反讀有一樣意義的序列）各長14bp。hinhin基因位于995b

14、p序列中，其編碼的蛋白產(chǎn)生可催化995bp序列倒位。當啟動子Ph2向112時，hrh轉(zhuǎn)錄單元表達H2抗原阻遏蛋白，不能表達。當995bp序列倒位后，啟動子Ph?倒向另一側(cè)，背離h2,lyrh不能表達，%表達。hl、h2基因并不緊密連鎖。二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄是基因表達的第一步：RNApol只有聚合作用，沒有校正功能。轉(zhuǎn)錄精確性依賴于:1 .一個精確起點。2 .據(jù)堿基互補準確轉(zhuǎn)錄DNA序列生成mRNA。3 .一個特異性的轉(zhuǎn)錄終止部位。轉(zhuǎn)錄是基因調(diào)控主要水平。影響轉(zhuǎn)錄因素較多，研究得也較為清楚，從原核生物來說基因調(diào)控的基本要素是：轉(zhuǎn)錄起始，終止和mRNA的快速轉(zhuǎn)換。（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素1-2.啟動

15、子和起始因子啟動子啟動基因轉(zhuǎn)錄，起始因子識別啟動了。概念1 .啟動子（promoter）促進DNA轉(zhuǎn)錄的DNA順序,是 DNA分子上可與RNA pol結(jié)合并使 之轉(zhuǎn)錄的部位。又稱啟動基因，但 啟動子本身不被轉(zhuǎn)錄。種類有強弱之分。強促轉(zhuǎn)錄效率高，弱次之。2 .起始因子（sigma ）。因子，有稱起始因子，是RNA pol組成的亞基之一（a2PPcr），重 要功能是識別啟動子。不同基因種有不同的。因子，都可 識別特征序列一致的啟動子，。因 子的更換對細菌的時序調(diào)控非常重 要。結(jié)構(gòu)功能特點如E.coli啟動子全長約4060bp , 3個功能部位，2個重要功能：(1 )起始部位 轉(zhuǎn)錄合成的第一個 互補

16、堿基對，用+1表示，左為上游， 右為下游，用負、正表示，沒有。的 位置。(2)結(jié)合部位RNApol與啟動子 結(jié)合位置，位于-10bp ,富含AT ,同 源性強,又稱TATAbox或pribnow盒。(3 )識別部位 位于-35區(qū)，RNApol 識別啟動子部位，保守性極強。(1 )主要功能是識別P (特別是其 R位點)，與P的選擇、轉(zhuǎn)錄方向及 哪能一條DNA鏈轉(zhuǎn)錄有關(guān)。和azBB 構(gòu)成全酶，參入RNA pol與P的結(jié)合(2 )通常情況下，E.coli沒有。因子 更換，當環(huán)境升溫(4250時， a 32 ( KD )大量t曾力口，。32是一種 特殊的亞基,負責熱休克蛋白基因 的識別。32的由rpo

17、h (舊稱hipR ) 基因編碼。(4 )決定轉(zhuǎn)錄方向及那一條DNA鏈 作模板(以信息鏈的互補鏈作模板， 轉(zhuǎn)錄mRNA與信息鏈一致)。(5)決定轉(zhuǎn)錄效率、與標準序列越一 致越強。強P與標準序列一致，弱次 之。克反應(heat shock response ) 由于E.coil環(huán)境溫度升高導致某些 基因迅速表達的這種現(xiàn)象稱之.a 32作用機制及這類基因表達調(diào)控機 制是研究一熱門,但機制并非太清楚。標準(致)仔列一因為-10、35區(qū)(眾多)啟動子同源性極強稱之，相應的o稱之為標準為3.阻遏蛋白概念是一類由調(diào)節(jié)基因編碼，在轉(zhuǎn)錄水平對基因表達產(chǎn)生負調(diào)控作用(關(guān)閉基因表達活性)的蛋白質(zhì)。有稱陰性調(diào)節(jié)蛋白

18、(negative-actingprorein)或阻遏物(repressor)。這種基因表1A調(diào)控方式稱負調(diào)控。功能(1)與操縱基因(。)結(jié)合(P與。重迭或P與。附近的DNA重迭)阻止RNApol結(jié)合該基因或O,從而抑制mRNA的合成(不改變RNApol與其它的P結(jié)合)。(2)阻遏蛋白能夠被小分子誘導，該小分子稱效應物(effector)。4,正調(diào)控蛋白與負控反之，使關(guān)閉基因開放的一類調(diào)節(jié)蛋白。有稱陽性調(diào)節(jié)蛋白(positiveprate)或激活因子(activator)。這種類型基因表達調(diào)控方式稱正調(diào)控。現(xiàn)介紹2種正控蛋白。(1)CAP蛋白*這種蛋白可將葡萄糖饑餓信號傳給許多操縱子一使細菌在

19、缺乏葡萄糖的環(huán)境中可利用其它的碳源。(2)ntrc蛋白*ntrc磷酸化有活性一可發(fā)揮調(diào)節(jié)功能一啟動轉(zhuǎn)錄。據(jù)效應物與阻遏蛋白結(jié)合是否使基因開放轉(zhuǎn)錄，可分成2類：(1)誘導物(inducer)誘導物與阻遏蛋白結(jié)合，解除阻遏作用。例：乳糖操縱子，乳糖誘導作用。(2)協(xié)同阻遏物(corepressor)協(xié)同阻遏蛋白(阻遏蛋白與。結(jié)合)封閉基因不轉(zhuǎn)錄。如色氨酸操縱子，色氨酸。A(1)CAP-障解物基因激活蛋白(catabolicgeneactivatorprotein)*(2)Ntrc-Ecoli氨代謝(nitrogenmetabolism)基因激活蛋白，該蛋白磷酸化有活性。其磷酸化又受ntrB的調(diào)節(jié)。

20、1624bp。 不同點8. rho ( P )因子是協(xié)助轉(zhuǎn)錄終止的一種蛋白 質(zhì)，具有6個相同的亞基。終止子依賴p因子機理是： (1 ) P因子促進轉(zhuǎn)錄終止子的(2 ) p因子禾II用NTPase水解 NTP能量在“淺齒輪"地方追上 RNA pol ,并與后者都從核酸上 游離出來。(1 ) GC含量(2)下游無固 定的特征。依賴P因子終止子)5 .倒位蛋白(inversionprotein)是一種位點特異性的重組酶(site-speciFicrecombinotionenzyme)(前述、DNA水平調(diào)控)。6 .RNApol抑制物-嚴謹反應(stringentrespsnse)細菌在缺

21、乏氨基酸的環(huán)境中，RNApol活性降低，RNApol活性降低I，RNA(rRNA,tRNA)合成減少或停止，這種現(xiàn)象稱為嚴謹反應。其機制是在氨基酸缺乏時，游離核糖體(與空我的tRNA增加，在ATP存在下，產(chǎn)生pppGpp(%甘-5磷酸)和ppGpp(%tt-4-磷酸)。后者與RNApol形成ppGpp-RNApol復合物，進而使RNApol變構(gòu)，活性“RNA和IRNA合成I或停止。當培養(yǎng)液中宮含氨基酸時，則與上述情況相反，RNApol活性3rRNA,tRNA合成T)。7.終止子(teminator)概念'號基因3端或操縱子3末端有一段特殊的核甘酸序列，它有終止轉(zhuǎn)錄的功能，稱其為轉(zhuǎn)錄終止

22、子，簡稱終止子。分2類：(1)不依p因子的終止子(強)(2)依賴p因子的終止子(弱)共同特征在轉(zhuǎn)錄終止點之前都有回文順序。(1)回文順序有2個重復部分，每個7-20bp,由幾個不重復的節(jié)段隔開。(2)回文順序?qū)ΨQ軸一般距轉(zhuǎn)錄終止點(1)回文順序富含G,C少(2)回文順序下游常有68個ATbp。(不依賴p因子終止子)終止機理DNA模板、RNApol和新轉(zhuǎn)錄RNA組成三元復合體。RNApol轉(zhuǎn)錄回文順序（發(fā)夾結(jié)構(gòu)由于GC含量低，盡管轉(zhuǎn)錄出回文）與RNA特定的空間結(jié)構(gòu)嵌合， 阻礙了 RN A鏈從三無復合體進一 步釋放,RNAQNA雜交體解離, 局部解開,DNA恢復雙螺旋RNA pol從模板釋放（深齒

23、輪）。9.衰減子（attenuator）結(jié)構(gòu)，但只能暫緩延遲RNApol的 轉(zhuǎn)錄，若無P因子就會繼續(xù)轉(zhuǎn)錄下 去,這叫通該（read through ）, 有P因子就會協(xié)助轉(zhuǎn)錄的終止，機 理參左（"淺齒輪"）乂稱弱化子，是在可阻遏的操縱子中第一個結(jié)構(gòu)基因之前常有一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的順序稱之（“可變動的終匕子”）。（-）轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控下面以操縱子為例說明轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控1 .乳糖操縱子的調(diào)控機理（可誘導的操縱子）（1）人們早在上個世紀初就發(fā)現(xiàn)了醉母中酶的誘導現(xiàn)象。即分解底物的酶只有底物存在時才出現(xiàn)。悔受底物的誘導，這種可誘導現(xiàn)象在細菌中普遍存在。在培養(yǎng)基中加入適合底物-乳糖或半乳

24、糖后23分鐘，p一半乳糖甘酶可迅速達到5000個酶分;，增加了1000倍，占細菌蛋白總量的5r0%。p一半乳糖昔酸水解乳糖一半乳糖+前萄糖2個單糖。若撤消底物，該酶合成迅速停止，就象當初迅速合成樣。從60年代乳糖操縱子模型提出一1996年分離得到該操縱子的阻遏蛋白一1975年乳糖操縱子的堿基序列已全部測定清楚了。Lac operon）結(jié)構(gòu)示（2）乳糖操縱子（Lactoseoperon意圖調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)基因I調(diào)節(jié)基因CAPCAMP姑構(gòu)M閃區(qū)（/口K）|1OZYAP-啟動子RNApol1抖一1O-操縱基因乙。半乳糖行酶基因（P-galactosidase）Y-半乳糖背透酶（乳糖透的）（OP行一定的IE

25、疊）（p-galotosideporinerase）CAP結(jié)合位點A-硫代半乳糖轉(zhuǎn)乙?；╰ransacetylase）（3）調(diào)控機理乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始受到CAP和阻遇蛋白的雙重調(diào)控，即正、負調(diào)控。CAP（正控）結(jié)合到啟動子上游CAP結(jié)合位點的一致序列附近后，促進RNApol與P的結(jié)合，才能有效的轉(zhuǎn)錄，原因是：Lacp是弱力動子，與一致序列的差異極大，CAP位點結(jié)合cAmp-CAP復合物后，Lacp結(jié)合RNApol的牢固性增強。所以CAP是Lac叩eron的正控因子。啟動子p與操縱基因有一定的重疊，妨礙RNApol與P的結(jié)合，結(jié)合CAP后，改變了空間結(jié)構(gòu)進了RNApol與P的結(jié)合。阻遏蛋白

26、（負控）調(diào)節(jié)基因I（除Lacoperon用I夕卜，其余均用R）產(chǎn)生的阻遏蛋白結(jié)合到操縱基因。上，就抑制了結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，誘導物（或稱效應物）可以去阻遏，實現(xiàn)對基因的轉(zhuǎn)錄，這是Lacopcron的負控機制。CAP結(jié)合到CAP位點發(fā)揮正控作用,乳糖誘導去阻遏,這樣1個操縱子中的1組基因就有2道開關(guān)，只有2道開關(guān)同時打開時，基因才能轉(zhuǎn)錄。CAPCAPRNApolI|DMA-35-102 個CAP分fWRNApol在Lacpft序判上代列mRNA用謝柒白效陶物乳精）細菌優(yōu)先到利用葡萄（G）-葡萄糖效應如果細菌生長環(huán)境中，乳糖、G同時存在,盡管有誘導物乳糖存在，但細菌優(yōu)先利用葡萄糖,不了理睬乳糖,在G耗

27、盡之前，Lacoperon也不會表達。也就是說G阻礙了Lacoperon的表達。這種G效應在半乳糖、阿拉伯糖操縱子中也存在。G效應的原因是G降解代謝產(chǎn)物抑制.腺苜環(huán)化酸邀U磷酸二酯酶結(jié)果使胞內(nèi)cAmp當G耗盡，cAmp開始集累T,cAmp和CAP結(jié)合-使CAP變構(gòu)才能結(jié)合到CAP結(jié)合位點上，促進RNApol與P結(jié)合。CAP在胞內(nèi)合成是相對穩(wěn)定的。CAMP-CAP含量與腺首環(huán)化酶、膜結(jié)構(gòu)、生理狀況及G代謝途徑中許多酶，與呼吸鏈酶系統(tǒng)大多數(shù)酶都有一定關(guān)系，該酶均表現(xiàn)對G效應敏感。負控因素、基因開放與結(jié)合乳糖、G存在與否及與操縱子正、關(guān)閉情況如下： X V yl XX，X，7葡萄糖(G)乳糖基因開放

28、基因關(guān)閉機理簡述(學生填充)CAP正控、乳糖去阻遏、基因開放、轉(zhuǎn)錄進行7不能誘導去阻退，CAP即使結(jié)合，基因未開放«細菌優(yōu)先用G,無CAP結(jié)合，無誘導去阻遏7CAMP-CAP豆合物無，CAP位點空，去阻遏也無RNApol結(jié)合2、阿拉伯糖操縱子調(diào)控機理(具有正負調(diào)控雙重功能調(diào)節(jié)蛋白，可略講)(1)概述阿拉伯操縱子(Araoperon)的轉(zhuǎn)錄起始是由CAP、Arae蛋白Ara糖是1個可作碳源的5碳糖,和孚魂一樣，Ecoli以Ara糖為能源生長時，能產(chǎn)生該糖代謝途徑的3種酶催化Ara糖轉(zhuǎn)換成一5磷酸木酮糖一糖酵解途徑(磷酸戊糖途徑)。(2 ) Ara operon的結(jié)構(gòu)Pnxcin(Aru

29、c)iiniC IO> PaniC IO) dna | I I I -ICAP位點I 人1 CAmP CAPArae-調(diào)行蛋白C的編碼基因Parc Pbad啟動子IO|C>2-調(diào)控元件B-L核陽糖激酶(isomerase)A-L阿拉伯糖異構(gòu)梅(kinase)D-L核酮糖9磷4表異構(gòu)梅(opimerase)1-起始部位（3）調(diào)控機理調(diào)控要素從結(jié)構(gòu)圖可以看出,arac和araBAD的轉(zhuǎn)錄方向相反，有各自的啟動子。A6c有2種形式（亞基聚合數(shù)不同？）：Od和Cep有Ara糖存在AraCnd+Ara糖（結(jié)合）表現(xiàn)為誘導araBAD轉(zhuǎn)錄作用和阻遏araC的阻遏作用。無Ara糖存在一AraCe

30、p一表現(xiàn)為對aBAD和araC阻遏作用Araoperon與Lacoperon一樣存在"G效應"，所以cAmp-CAP復合物是araC和araBAD表達必需的。阻遏機理無Ara糖時，認為AraCep二聚體同時結(jié)合araC）2、,將二者拉在一起一形成DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)，有效阻遏了araBAD的轉(zhuǎn)錄。激活機理有Ara糖時，Ara糖+AraC一去阻遏，同時cAMP-CAP結(jié)合CAP位點一>促進araBAD和arac的轉(zhuǎn)錄。當araC表達過多時T->Cind結(jié)合O1，阻礙了C的表達。若有足夠的araBAD酶產(chǎn)出，貝必皿減少或消失，這樣BAD基因關(guān)閉。結(jié)合Ara糖、G存在與否及

31、Araoperon正、負控因素基因開放、關(guān)閉情況如下：>/ X或>/ X X X ，'GAra糖基因開放基因關(guān)閉機理簡述（學生填充）7CAMPCAP位點空，Arae使Aral和O2成環(huán)7CAMPfCAP結(jié)合位點，C釋放。2、無Ara樵激活作用Ara糖+AraC-RNApol與Pbad結(jié)合一轉(zhuǎn)錄T（Trpoperon調(diào)控機理放在轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控作用中講）（三）轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控1.轉(zhuǎn)錄終止可能發(fā)生的3種情況終止部位意義操縱子結(jié)構(gòu)基因之前RNApol至I達operon之前，DNA轉(zhuǎn)錄就提前終止，這是以1個"否決"形式構(gòu)成合成mRNA的第二次調(diào)節(jié)。（2）在1個oper

32、on結(jié)構(gòu)基因之間使距離更近DNA的啟動子，較距離遠的P轉(zhuǎn)錄更多的mRNA,這將產(chǎn)生個“極性"作用，隨著與P距離增加，RNA合成減少。在2個操縱子之間如果RNApol被允許繼續(xù)轉(zhuǎn)錄從1個operon至！J另1個。peron,另B么第2個operon將接受轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié),起始將終止。據(jù)認為上述可能機制之1種在各種細菌或噬菌體中至少起到某種作用。2.轉(zhuǎn)錄終止的"2+1”種鏈終止基本形式轉(zhuǎn)錄終止比起始了解得更少，現(xiàn)已清楚有幾個因子參加鏈終止，有2種基本形式：(1)依賴P因子的鏈終止子。(2)不依賴p因子的鏈終止子。(3)衰減子是變動的終止子一鏈終止的第3種形式衰減子(attenut

33、or,A)又稱弱化子，在可阻遏的操縱子中第1個結(jié)構(gòu)基因之前有一段減弱轉(zhuǎn)錄作用的順序稱之。A使轉(zhuǎn)錄在結(jié)構(gòu)基因之前就遭到否決，是合成mRNA的第二次調(diào)節(jié),符合終止發(fā)生3種情況中的第1種。從鏈終止的形式來說，是可變動的終止子，因為有衰減子的結(jié)構(gòu)基礎，是否形成終止RNApol的轉(zhuǎn)錄作用，有賴于操縱子的調(diào)節(jié)機制，決定是否否決已啟動轉(zhuǎn)錄的RNApol繼續(xù)轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。下面以Trpoperon為例說明這一機制。色氨酸操縱子(trpoperoon)可阻遏系統(tǒng)1 .Trpoperon結(jié)構(gòu)示意圖R P O alDNA -II用遏東白 效應物I I<trp,輔 陽遇物，corepressor)EDCBA,R-

34、調(diào)節(jié)基因，編碼阻遏蛋白p啟動ro操縱姑因al-衣誠子前導序式2個單體(2X60KD)ED.編碼鄰叁基米甲酸年成酶(antlnanilatcsynthetase)C-編G學明次甘油磷酸合刀戈的(indclcglyccrol-phosphatrsynHictdsc)45KDBA-編碼Trp合成酶0亞基(50KD)和a亞基(29KD)2 .調(diào)控機理（1）輔阻遏物丁中激活無輔基的阻遏蛋白與操縱基因。結(jié)合。（2）阻遏（物）是Trpoperon的第一控制系統(tǒng)阻遏發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始水平，Trp合成酶系統(tǒng)及酶合成都受Trp抑制。是Trp對已有的酶的反饋抑制作用（feedbackinhibition）是Trp為輔阻

35、遏物一激活無輔基阻遏蛋白（R的產(chǎn)物）-從而結(jié)合到。上，阻止操縱子的轉(zhuǎn)錄，R編碼12.5KD亞基阻遏蛋白，以4聚體形式存在，每個細胞約有20個4聚體，單獨4聚體不能與。結(jié)合，只有結(jié)合了Trp的有活性4聚體才能與。結(jié)合。Ptrp有正常-10、-35序列，但-10完全位于有完美的反向重復順序的TrpO之內(nèi)，故結(jié)合了阻遏蛋白后，完全排斥了RNApol的結(jié)合。（3）衰減子（A）是Trpoperon的第二控制系統(tǒng)。第二控制系統(tǒng)實驗證據(jù)提示：Trpoperon酶本底只有1/70,Lacoperon為1/1000,說明Trpoperon的阻遏要比Lacoperon低得多，但仍可以滿足細菌適應生存的需要，說明T

36、rp存在第二控制系統(tǒng)。衰減子前導肽（aL）及其空間結(jié)構(gòu)特點空間結(jié)構(gòu)DNA RPO aL EBCDAUGGUGG 'aLmRNA I 1234位于第60位核甘酸LflXTrp-Trp苴aL離E基因上游約3060bp有4個GC特征的片段，其后是8 個U ,是不依賴p因子的終止子， 終止作用有賴于前面片段發(fā)夾結(jié) 構(gòu)形成情況。當Trpf ,片段3,4形 成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止。有2個串聯(lián)UGG （ Trp密碼子） 全長多順反子6700bp。aL"可變動終止子作用機制作用機制基本條件第一，空間結(jié)構(gòu)2個串聯(lián)的UGG4個片段，12,2.3,3.4GC酉己又寸開鄉(xiāng)成發(fā)夾（荃環(huán)）Z吉構(gòu)弓雖弱依次

37、是1.2>2.3>3.4,3,4后是不依賴p因子的終止信號8個U。第二，原核轉(zhuǎn)錄譯同一個compt進行，在aL轉(zhuǎn)錄中，RNApol轉(zhuǎn)錄至aL+90有一次延宕（喘了一口氣），給了核糖體追趕的機會。aL基因轉(zhuǎn)錄不久就開始翻譯。作用機制胞內(nèi)TrpT-形成Trp-tRNA，核糖體很快通過片段1,并封閉片段2（堵車）,片段122.3形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)，片段3.4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)->形成一個不依賴P因子終止結(jié)構(gòu)一衰減子，使前方RNApol脫落，轉(zhuǎn)錄終止。胞內(nèi)Trpl沒有Trp-tRNA供給；核糖體翻譯停在片段1中2個Trp密碼子前（等料）片段2、3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3、4形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)->不能形成終止信號，RNA轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進行、EDCBA得以轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄衰減實質(zhì)