分子課件 第八章 基因表達(dá)調(diào)控

1、(Controlling of the Gene Expression)第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的概述（空間密碼）基因表達(dá)調(diào)控的概述（空間密碼）第二節(jié)第二節(jié) 乳糖操縱元（乳糖操縱元（Lac Operon）第三節(jié)第三節(jié) Trp Operon及弱化作用機(jī)理及弱化作用機(jī)理第四節(jié)第四節(jié) 基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控第五節(jié)第五節(jié) Prok.翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控第六節(jié)第六節(jié) DNA序列重排對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列重排對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控第七節(jié)第七節(jié) Euk.基因表達(dá)調(diào)控的特異性基因表達(dá)調(diào)控的特異性基因表達(dá)調(diào)控的概述基因表達(dá)調(diào)控的概述（空間密碼）（空間密碼） 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控(gene r

2、egulation or gene control):任何影響基因轉(zhuǎn)錄過程和翻譯過程的開啟、任何影響基因轉(zhuǎn)錄過程和翻譯過程的開啟、關(guān)閉和這兩個(gè)過程速率的較為直接的因素及其作用關(guān)閉和這兩個(gè)過程速率的較為直接的因素及其作用涉及：涉及：RNA轉(zhuǎn)錄的開轉(zhuǎn)錄的開/關(guān)，數(shù)量，選擇性加工關(guān)，數(shù)量，選擇性加工 蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與 降解和分泌降解和分泌原核生物對環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答原核生物對環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答真核生物的細(xì)胞分化真核生物的細(xì)胞分化, 組織特化組織特化 , 個(gè)體發(fā)育個(gè)體發(fā)育 以及環(huán)境對個(gè)體表型的影響都是基因表達(dá)的結(jié)果以及環(huán)境對個(gè)體表型的影響都是基因表達(dá)的結(jié)

3、果 Prok.和和Euk.的調(diào)控極其相似的調(diào)控極其相似 調(diào)控機(jī)制：核酸分子間的互作調(diào)控機(jī)制：核酸分子間的互作 核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作 蛋白分子間的互作蛋白分子間的互作 調(diào)控層次：調(diào)控層次：轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控 mRNA加工成熟水平上的調(diào)控加工成熟水平上的調(diào)控 翻譯水平上的調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控 翻譯后水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控 共同的起源與共同的分子基礎(chǔ)共同的起源與共同的分子基礎(chǔ) 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì), 靈活，又是最為重要，復(fù)雜的調(diào)控靈活，又是最為重要，復(fù)雜的調(diào)控a、在復(fù)雜的基因組內(nèi)，確定需要基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)、在復(fù)雜的基因組

4、內(nèi)，確定需要基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn) b、精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的水平精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的水平, 以保證生物體對環(huán)境的適應(yīng)以保證生物體對環(huán)境的適應(yīng) c、 cis factor & trans factor 間嚴(yán)格而又靈活的互作間嚴(yán)格而又靈活的互作 d、 保證保證RNA polymerase 的進(jìn)行式轉(zhuǎn)錄（不中斷，準(zhǔn)確終止）的進(jìn)行式轉(zhuǎn)錄（不中斷，準(zhǔn)確終止） 生物遺傳信息的概念生物遺傳信息的概念C cGenome DNA10%; 結(jié)構(gòu)基因的編碼序列結(jié)構(gòu)基因的編碼序列 triplet codon90%; 重復(fù)，間隔，調(diào)節(jié)序列重復(fù)，間隔，調(diào)節(jié)序列 基因選擇性表達(dá)指令基因選擇性表達(dá)指令 重要的遺傳信息重要的遺

5、傳信息遺傳信息的兩大類別遺傳信息的兩大類別II類；特定類；特定DNA seq. + 特定蛋白質(zhì)特定蛋白質(zhì)/ 核酸結(jié)合核酸結(jié)合基因表達(dá)的指令基因表達(dá)的指令 gene on / offI類；類；DNA seq. RNA seq. (codon) aa seq. protein 表型表型 (central dogma) 內(nèi)在信息內(nèi)在信息 內(nèi)內(nèi), , 外外( (信號分子信號分子) ) 結(jié)合信息結(jié)合信息 ORF only Helix , Nt seq. 遺傳信息存在于模版鏈遺傳信息存在于模版鏈 三維空間結(jié)構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)/ DNA序列序列 的一級結(jié)構(gòu)上的一級結(jié)構(gòu)上 (IR, Box, paracodon)

6、 三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼 空間，調(diào)控密碼空間，調(diào)控密碼(鑰匙與鎖鑰匙與鎖) 簡并簡并 簡并簡并搖擺搖擺同工受體同工受體 cis 1 trans 2 cis 2trans 1 cis 1trans 3 cis 3I 類類 II類類 表達(dá)表達(dá) specifical binding aa baseDNA RNA protein 遺傳信息表達(dá)的方式（遺傳信息表達(dá)的方式（Euk.） 組成型表達(dá)（組成型表達(dá)（constitutive expression）Housekeeping geneHousekeeping gene 誘導(dǎo)型表達(dá)誘導(dǎo)型表達(dá) （inducible expression by signal

7、ing molecular）Luxury geneLuxury gene 順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控 順式作用元件（順式作用元件（cis-acting element）:能夠影能夠影響同一條或相連響同一條或相連DNADNA序列活性的特定序列活性的特定DNADNA片段。例如，啟動片段。例如，啟動子子 反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factor）:一種基一種基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，能夠影響位于基因組另一條染色體上的因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，能夠影響位于基因組另一條染色體上的（或基因組別處的）另一個(gè)基因的表達(dá)活性。例如，（或基因組別處的）另一個(gè)基因的

8、表達(dá)活性。例如，RNA RNA polymerasepolymerase 正調(diào)控系統(tǒng)正調(diào)控系統(tǒng): 沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是關(guān)閉沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是關(guān)閉 的，而加入有活性的調(diào)節(jié)蛋白后的，而加入有活性的調(diào)節(jié)蛋白后,結(jié)構(gòu)基結(jié)構(gòu)基 因的表達(dá)活性被開啟因的表達(dá)活性被開啟 無輔基誘導(dǎo)物或激活物無輔基誘導(dǎo)物或激活物 負(fù)控制系統(tǒng)負(fù)控制系統(tǒng): 沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是開啟的，沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是開啟的， 加入這種有活性的調(diào)節(jié)蛋白后，結(jié)構(gòu)基因表加入這種有活性的調(diào)節(jié)蛋白后，結(jié)構(gòu)基因表 達(dá)活性被關(guān)閉達(dá)活性被關(guān)閉阻遏蛋白阻遏蛋白 所謂所謂“關(guān)閉關(guān)閉”指表達(dá)水平很低指表達(dá)水平很低 本底水平

9、的基因表達(dá)本底水平的基因表達(dá)(1(12 2個(gè)個(gè)mRNA分子細(xì)胞周期分子細(xì)胞周期) )“開啟開啟”也常有程度的差異也常有程度的差異二、基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制二、基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制1、調(diào)控蛋白質(zhì)的對稱性與其識別序列的對稱性、調(diào)控蛋白質(zhì)的對稱性與其識別序列的對稱性 調(diào)控蛋白都是同種分子的多聚體二聚體、四聚體調(diào)控蛋白都是同種分子的多聚體二聚體、四聚體 二倍旋轉(zhuǎn)對稱二倍旋轉(zhuǎn)對稱通過單體和多聚體通過單體和多聚體間的平衡迅速作用間的平衡迅速作用 與特異識別位點(diǎn)之與特異識別位點(diǎn)之 間提高調(diào)控作用的間提高調(diào)控作用的 特異性（特異性（反向重復(fù)反向重復(fù) 序列序列）in major groove 特異和非特異和非

10、特異結(jié)合力特異結(jié)合力2、調(diào)控蛋白的、調(diào)控蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的主要花式結(jié)合結(jié)構(gòu)域的主要花式 主要有：主要有：螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋（螺旋（HTH） Cys-Cys鋅指鋅指 Cys-His鋅指鋅指 調(diào)控蛋白上存在與調(diào)控蛋白上存在與DNA和其它蛋白質(zhì)相互作用的位點(diǎn)和其它蛋白質(zhì)相互作用的位點(diǎn) 螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋* 兩個(gè)兩個(gè)螺旋被一個(gè)螺旋被一個(gè)轉(zhuǎn)角隔開轉(zhuǎn)角隔開* * 一個(gè)螺旋起識別結(jié)合一個(gè)螺旋起識別結(jié)合DNADNA的作用的作用 3個(gè)個(gè) helix,H1與與H2平行平行 H2與與H3形成形成HTH motif H3位于大溝中，與位于大溝中，與DNA特異結(jié)合特異結(jié)合CC蛋白蛋白N N端有五端

11、有五個(gè)螺旋個(gè)螺旋2 2和和3 3與與DNADNA相互作用相互作用C C端負(fù)責(zé)二聚體形成端負(fù)責(zé)二聚體形成N N端負(fù)責(zé)與端負(fù)責(zé)與DNADNA接觸接觸 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) 概念概念:與與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)中一小組保守結(jié)合的蛋白質(zhì)中一小組保守AA與一個(gè)與一個(gè)Zn2+結(jié)結(jié) 合起來形成蛋白質(zhì)中一個(gè)相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域合起來形成蛋白質(zhì)中一個(gè)相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域按結(jié)合的按結(jié)合的AAAA不同有兩種類型不同有兩種類型a a、Cys-His(C2/H2)鋅指鋅指 經(jīng)典的鋅指蛋白經(jīng)典的鋅指蛋白中部芳香族氨基酸保守，中部芳香族氨基酸保守，加上加上Zn和和Cys和和His之之間的配位結(jié)構(gòu)形成間的配位結(jié)構(gòu)形成疏水核疏水核經(jīng)典的鋅指蛋

12、白、經(jīng)典的鋅指蛋白、類固醇受體（激素）類固醇受體（激素）不同鋅指蛋白中鋅指數(shù)目多少不等不同鋅指蛋白中鋅指數(shù)目多少不等鋅指可以串聯(lián)重復(fù)排列，兩指間鋅指可以串聯(lián)重復(fù)排列，兩指間7-8aa TFA TFA 有有9 9個(gè)鋅指、通用轉(zhuǎn)錄因子個(gè)鋅指、通用轉(zhuǎn)錄因子SP1SP1有三個(gè)有三個(gè)經(jīng)典鋅指的三維結(jié)構(gòu)：一個(gè)經(jīng)典鋅指的三維結(jié)構(gòu)：一個(gè)折疊和一個(gè)折疊和一個(gè)螺旋螺旋鋅指上的鋅指上的螺旋螺旋負(fù)責(zé)與負(fù)責(zé)與DNADNA作用作用b b、Cys-Cys(C2/C2)鋅指鋅指 類固醇受體類固醇受體Zn與與4個(gè)個(gè)Cys殘基殘基形成配位鍵形成配位鍵ZYJ272 The DNA-binding domain of Cys2-Cy

13、s2 zinc finger proteins (Figure 1. Glucocorticoid receptor) is composed of two irregular antiparallel beta-sheets and an alpha-helix, followed by an extended loop. 圖圖 6-B-2. 類類 固固 醇醇 受受 體體 增增 強(qiáng)強(qiáng) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 的的 機(jī)機(jī) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 。當(dāng)。當(dāng) 受受 體體 與與 配配 體體 結(jié)結(jié) 合合 之之 后后 ， 會會 再再 吸吸 引引 乙乙 醯醯 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 移移 酶酶 來來 到到 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 區(qū)區(qū) 促促 進(jìn)進(jìn) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 。

14、3、調(diào)控蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合的方式、調(diào)控蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合的方式 （1） HLH 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：長結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：長4050個(gè)個(gè)AA殘基中含有兩個(gè)既親水有親殘基中含有兩個(gè)既親水有親 酯的酯的螺旋螺旋, ,被不同長度的連接區(qū)隔開被不同長度的連接區(qū)隔開( (環(huán)環(huán)) ) 此類蛋白借助兩個(gè)螺旋對應(yīng)面上此類蛋白借助兩個(gè)螺旋對應(yīng)面上疏水基團(tuán)疏水基團(tuán)的相互作用形成的相互作用形成 二聚體二聚體(同種或不同種亞基同種或不同種亞基) 鑒定的較清楚的鑒定的較清楚的 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)基元有蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)基元有 螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋（螺旋（HLH） Leu拉鏈拉鏈HLH基元附近有個(gè)高度堿性的區(qū)段為結(jié)合基元附近

15、有個(gè)高度堿性的區(qū)段為結(jié)合DAN所必須所必須bHLH（2）Leu拉鏈拉鏈(Leu zipper) 蛋白上含有蛋白上含有4或或5個(gè)精確的個(gè)精確的相距相距7個(gè)個(gè)AA的的Leu殘基殘基 概念：調(diào)控蛋白上富含亮氨酸殘基的結(jié)構(gòu)域參與形成二聚體概念：調(diào)控蛋白上富含亮氨酸殘基的結(jié)構(gòu)域參與形成二聚體LeuLeu出現(xiàn)在出現(xiàn)在- -螺旋螺旋疏水的疏水的一側(cè)，并直線排列一側(cè)，并直線排列于是，兩個(gè)蛋白分子的兩于是，兩個(gè)蛋白分子的兩個(gè)個(gè)螺旋之間依賴螺旋之間依賴Leu殘基之間的疏水作用形成殘基之間的疏水作用形成一條拉鏈一條拉鏈GCN4Leu拉鏈區(qū)的拉鏈區(qū)的氨基端約氨基端約30個(gè)殘基的堿性區(qū)個(gè)殘基的堿性區(qū)與與DNA結(jié)合結(jié)合兩

16、個(gè)兩個(gè)Leu拉鏈作用形成拉鏈作用形成Y型結(jié)構(gòu)，拉鏈為莖、堿性區(qū)分叉對稱型結(jié)構(gòu)，拉鏈為莖、堿性區(qū)分叉對稱成臂拉鏈蛋白的目標(biāo)成臂拉鏈蛋白的目標(biāo)DNA為沒有間隔的反向重復(fù)為沒有間隔的反向重復(fù) 操縱元操縱元(Operon):Prok.中中, ,基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)完整單基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)完整單 元元, ,包括結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)包括結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)(O、P)以及調(diào)節(jié)基因以及調(diào)節(jié)基因 的整個(gè)核苷酸序列的整個(gè)核苷酸序列 操縱元中各結(jié)構(gòu)基因按一定比例協(xié)調(diào)翻譯操縱元中各結(jié)構(gòu)基因按一定比例協(xié)調(diào)翻譯 聚有極性突變效應(yīng)：聚有極性突變效應(yīng)： 操縱元中一個(gè)近基因的無義突變能夠影響遠(yuǎn)基因表，操縱元中一個(gè)近基因的無義突變能夠影響

17、遠(yuǎn)基因表， 且根據(jù)距離遠(yuǎn)近呈極性梯度效應(yīng)且根據(jù)距離遠(yuǎn)近呈極性梯度效應(yīng) P、O緊密連鎖或彼此重疊，緊密連鎖或彼此重疊，I基因位點(diǎn)不固定基因位點(diǎn)不固定 順式作用元件、反式作用因子順式作用元件、反式作用因子一、一、 乳糖操縱元乳糖操縱元1960 Jacob & Monod（法國）（法國） (1965)1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu):2、 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 I產(chǎn)物為阻遏蛋白產(chǎn)物為阻遏蛋白, ,四聚體為活性形式四聚體為活性形式轉(zhuǎn)錄方式為轉(zhuǎn)錄方式為組成型轉(zhuǎn)錄組成型轉(zhuǎn)錄LacI的表達(dá)效率很低的表達(dá)效率很低, ,原因原因其啟動子與其啟動子與RNApol的親和性很低的親和性很低阻遏蛋白有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)阻遏蛋白有兩個(gè)結(jié)合位

18、點(diǎn): : 操作子位點(diǎn)、操作子位點(diǎn)、 誘導(dǎo)物位點(diǎn)誘導(dǎo)物位點(diǎn)二、二、 Lac Operon的負(fù)調(diào)控的負(fù)調(diào)控1、 細(xì)胞內(nèi)無誘導(dǎo)物時(shí)細(xì)胞內(nèi)無誘導(dǎo)物時(shí), ,呈阻遏狀態(tài)呈阻遏狀態(tài)阻遏蛋白和操作子的結(jié)合阻遏蛋白和操作子的結(jié)合, ,影響了影響了RNApol在在-10序列上序列上 形成開放型的啟動子復(fù)合物形成開放型的啟動子復(fù)合物2 2、 細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)物時(shí)細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)物時(shí), , 呈誘導(dǎo)狀態(tài)呈誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)物與阻遏蛋白迅速結(jié)合而改變其構(gòu)象誘導(dǎo)物與阻遏蛋白迅速結(jié)合而改變其構(gòu)象從從O上解上解離離RNApol3、 誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物 異乳糖異乳糖(allolactose)乳糖進(jìn)入細(xì)胞后，由乳糖進(jìn)入細(xì)胞后，由-半乳糖苷酶催化產(chǎn)生半

19、乳糖苷酶催化產(chǎn)生 -半乳糖苷酶來源于乳糖操縱元的本底組成型合成半乳糖苷酶來源于乳糖操縱元的本底組成型合成RNApol利用利用LacO處于游離狀態(tài)的瞬間進(jìn)行轉(zhuǎn)錄處于游離狀態(tài)的瞬間進(jìn)行轉(zhuǎn)錄(阻遏蛋白與阻遏蛋白與LacO有有10min20min的結(jié)合半衰期的結(jié)合半衰期) 一個(gè)一個(gè)mRNA細(xì)胞周期細(xì)胞周期 安慰誘導(dǎo)物（義務(wù)誘導(dǎo)物）安慰誘導(dǎo)物（義務(wù)誘導(dǎo)物） 可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生但不是其底物可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生但不是其底物* IPTG，異丙基，異丙基-D硫代半乳糖苷硫代半乳糖苷* TMG ，巰甲基半乳糖苷，巰甲基半乳糖苷* ONPG，O-硝基半乳糖苷硝基半乳糖苷4 4、阻遏蛋白與操作子的相互作用（硝酸纖維

20、素膜結(jié)合試驗(yàn)）、阻遏蛋白與操作子的相互作用（硝酸纖維素膜結(jié)合試驗(yàn)） IPTG LacOCIR序列以序列以+11為對稱軸兩邊為兩段各為對稱軸兩邊為兩段各6bp的重復(fù)序列的重復(fù)序列11+5到到+17之間之間大部分在左側(cè)大部分在左側(cè)521操作子的結(jié)構(gòu)操作子的結(jié)構(gòu)Lac Repressor = tetramer三、三、 Lac OpreonLac Opreon的正調(diào)控的正調(diào)控CAP-cAMPCAP-cAMP復(fù)合物復(fù)合物cAMPcAMPCAP蛋白蛋白Low glucose = high cAMP總結(jié)總結(jié)lac operon transcription-control region正控制：正控制：CAP

21、protein負(fù)控制：負(fù)控制：repressor第三節(jié)第三節(jié) Trp Operon及及 弱化作用機(jī)理弱化作用機(jī)理一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 末端末端-終止子終止子trpt(依賴依賴)、trpt(不依賴不依賴)鄰氨基苯甲鄰氨基苯甲酸合成酶酸合成酶吲哚甘油磷吲哚甘油磷酸合成酶酸合成酶Trp合成酶合成酶 相距很遠(yuǎn)的相距很遠(yuǎn)的trpR編碼阻遏蛋白編碼阻遏蛋白 其活性形式為四聚體其活性形式為四聚體, ,并且只有結(jié)合并且只有結(jié)合trp時(shí)才有活性時(shí)才有活性 控制區(qū)域控制區(qū)域 P、O和前導(dǎo)區(qū)及弱化子和前導(dǎo)區(qū)及弱化子 trpO與與tepE之間的之間的162bp的前導(dǎo)區(qū)可轉(zhuǎn)錄到的前導(dǎo)區(qū)可轉(zhuǎn)錄到mRNA中中

22、 trpO的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)* 位于位于trpP內(nèi)，內(nèi)，20bp, ,有完美的有完美的IR序列序列* trpP有正常的有正常的35和和10區(qū)，區(qū)，10區(qū)完全在區(qū)完全在trpO內(nèi)內(nèi)二、阻遏調(diào)控機(jī)制二、阻遏調(diào)控機(jī)制無無trp時(shí)時(shí)有有trp時(shí)時(shí)無活性無活性二、弱化作用控制二、弱化作用控制-基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控通過核糖體對前導(dǎo)區(qū)的翻譯而對轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控通過核糖體對前導(dǎo)區(qū)的翻譯而對轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控弱化子（弱化子（attenuator):Trp Operon中中trpE前的一段前的一段 非結(jié)構(gòu)基因的對應(yīng)序列（非結(jié)構(gòu)基因的對應(yīng)序列（123150），）， 其中其中 包括不依賴包括不依賴因子的終止子，由于翻

23、譯的作用使因子的終止子，由于翻譯的作用使 轉(zhuǎn)錄終止，這段序列稱為轉(zhuǎn)錄終止，這段序列稱為(衰減子衰減子)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)缺失增加結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，且與阻遏蛋白無關(guān)缺失增加結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，且與阻遏蛋白無關(guān)弱化子調(diào)控的表現(xiàn)：（與阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控結(jié)果類似）弱化子調(diào)控的表現(xiàn)：（與阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控結(jié)果類似）* 無無trp時(shí)，所有時(shí)，所有RNApol都能通過弱化子都能通過弱化子* 有有trp時(shí)，部分逃過阻遏蛋白監(jiān)督的時(shí)，部分逃過阻遏蛋白監(jiān)督的RNApol在弱化子在弱化子 處大部分被扣留，而只有處大部分被扣留，而只有10能通過能通過1、Trp Operon mRNA的前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu) 下游下游-14aa的前導(dǎo)

24、肽的的前導(dǎo)肽的ORF，其中兩個(gè)相連的，其中兩個(gè)相連的trp的的 codonUGG(60位位) 對弱化作用的實(shí)現(xiàn)起重要作用對弱化作用的實(shí)現(xiàn)起重要作用 下游長下游長28bp的不依賴的不依賴因子的終止子為因子的終止子為弱化子的核心部分弱化子的核心部分 前面有核糖體結(jié)合位點(diǎn)（前面有核糖體結(jié)合位點(diǎn)（SD序列）序列）2、前導(dǎo)序列的二級結(jié)構(gòu)、前導(dǎo)序列的二級結(jié)構(gòu) 決定決定RNApol在弱化子處是終止轉(zhuǎn)錄還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄在弱化子處是終止轉(zhuǎn)錄還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄1和和2、3和和4配對配對 序列序列1 1和和2 2、3 3和和4 4配對時(shí)，配對時(shí)，RNApolRNApol在在3 3、4 4區(qū)的不依賴區(qū)的不依賴因因 子的終止子處

25、終止子的終止子處終止, ,其后的其后的trpEtrpE等基因表達(dá)受到限制等基因表達(dá)受到限制 （翻譯作用不存在時(shí)或順利進(jìn)行）（翻譯作用不存在時(shí)或順利進(jìn)行） 2和和3配對配對 序列序列2和和3配對時(shí)，配對時(shí)，RNApol繼繼 續(xù)轉(zhuǎn)錄，使前導(dǎo)序列后的結(jié)構(gòu)續(xù)轉(zhuǎn)錄，使前導(dǎo)序列后的結(jié)構(gòu) 基因得以轉(zhuǎn)錄基因得以轉(zhuǎn)錄3 3、弱化子弱化控制的機(jī)制、弱化子弱化控制的機(jī)制 ProkProk. .無核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)無核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián) （1 1）細(xì)胞缺少）細(xì)胞缺少trptrp，Trp-tRNATrp-tRNATrpTrp水水 平低，核糖體停頓在兩個(gè)鄰平低，核糖體停頓在兩個(gè)鄰 近的近的TrpTrp密碼子處，此時(shí)核密

26、碼子處，此時(shí)核 糖體占據(jù)序列糖體占據(jù)序列1 1，此時(shí)序列，此時(shí)序列4 4 還沒轉(zhuǎn)錄出來，序列還沒轉(zhuǎn)錄出來，序列2 2和和3 3有有 機(jī)會配對，機(jī)會配對，RNApolRNApol可通過弱化子可通過弱化子(3) (3) 此外此外,Arg,Arg饑餓時(shí)有相同的后果饑餓時(shí)有相同的后果(2) (2) 當(dāng)細(xì)胞有當(dāng)細(xì)胞有Trp時(shí)時(shí), ,Trp-tRNATrp水平很高水平很高, ,核糖體順利地翻核糖體順利地翻 譯出前導(dǎo)肽而在終止密碼子處譯出前導(dǎo)肽而在終止密碼子處(+70,UGA(+70,UGA位于序列位于序列1 1和和2 2之之 間間) )解離解離, ,此時(shí)此時(shí), ,核糖體占據(jù)了序列核糖體占據(jù)了序列1 1和部

27、分序列和部分序列2,2,使序列使序列2 2不不 能有效地和序列能有效地和序列3 3配對配對, ,因而序列因而序列3 3和和4 4產(chǎn)生終止子發(fā)夾結(jié)產(chǎn)生終止子發(fā)夾結(jié) 構(gòu)構(gòu), ,轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止 實(shí)現(xiàn)弱化子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)弱化子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控關(guān)鍵是時(shí)間時(shí)間和和空間空間上的巧妙安排上的巧妙安排空間上：兩個(gè)空間上：兩個(gè)Trp的的codon位置至關(guān)重要位置至關(guān)重要時(shí)間上：核糖體停頓在兩個(gè)時(shí)間上：核糖體停頓在兩個(gè)Trp codon上時(shí)，序列上時(shí)，序列4還沒還沒 轉(zhuǎn)錄出來，否則轉(zhuǎn)錄出來，否則這種巧妙安排的一個(gè)原因就是這種巧妙安排的一個(gè)原因就是RNApol在轉(zhuǎn)錄完在轉(zhuǎn)錄完+90序列序列處時(shí)產(chǎn)生一次延宕給與核

28、糖體以追趕的機(jī)會處時(shí)產(chǎn)生一次延宕給與核糖體以追趕的機(jī)會5、Prok.中弱化子（衰減子）的普遍性中弱化子（衰減子）的普遍性許多負(fù)責(zé)氨基酸合成的許多負(fù)責(zé)氨基酸合成的operon都受弱化子的控制，尤其是都受弱化子的控制，尤其是His operon中，弱化子是唯一的調(diào)控機(jī)制中，弱化子是唯一的調(diào)控機(jī)制 第四節(jié)第四節(jié) 基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控時(shí)序調(diào)控時(shí)序調(diào)控: Prok. .在生長發(fā)育的各個(gè)階段，基因的表達(dá)是按照在生長發(fā)育的各個(gè)階段，基因的表達(dá)是按照 一定的時(shí)間順序而展開的一定的時(shí)間順序而展開的如如: :噬菌體的復(fù)制和顆粒的包裝噬菌體的復(fù)制和顆粒的包裝* 有效利用能源避免浪費(fèi)有效利用能源避免浪

29、費(fèi)* 避免了某些基因表達(dá)時(shí)機(jī)不當(dāng)所帶來的危害避免了某些基因表達(dá)時(shí)機(jī)不當(dāng)所帶來的危害是多種蛋白質(zhì)與是多種蛋白質(zhì)與RNApol作用的結(jié)果作用的結(jié)果一、枯草桿菌中一、枯草桿菌中亞基的替換亞基的替換1、枯草桿菌中、枯草桿菌中phageSPO1早、中、晚期基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換早、中、晚期基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換早期基因早期基因-寄主的寄主的RNApol全酶全酶5555早期基因早期基因28編碼的編碼的gp28取代取代55含有含有g(shù)p28的全酶轉(zhuǎn)錄的全酶轉(zhuǎn)錄中期基因中期基因中期基因中期基因33、34編碼的編碼的gp33、gp34取代取代gp28以以gp33gp34為為亞基的亞基的全酶轉(zhuǎn)錄晚期基因全酶轉(zhuǎn)錄晚期基因2、枯草桿菌

30、孢子形成過程中、枯草桿菌孢子形成過程中亞基的替換亞基的替換二、二、phage裂解性生長和溶源狀態(tài)的調(diào)控裂解性生長和溶源狀態(tài)的調(diào)控phage進(jìn)入寄主進(jìn)入寄主體內(nèi)后環(huán)化體內(nèi)后環(huán)化其中其中 裂解周期裂解周期-環(huán)形分環(huán)形分子子 大部分基因表達(dá)大部分基因表達(dá) 溶源狀態(tài)溶源狀態(tài)-以線性以線性分分 子形式整合到寄主的子形式整合到寄主的 染色體上染色體上, ,使大部分基使大部分基 因不表達(dá)因不表達(dá)Phage的操縱元組織情況的操縱元組織情況(一一) phage裂解生長過程中的基因表達(dá)裂解生長過程中的基因表達(dá)進(jìn)入寄主進(jìn)入寄主cell的的phage 的的DNA上沒有任何上沒有任何調(diào)節(jié)蛋白，因此寄主的調(diào)節(jié)蛋白，因此寄

31、主的RNApol便結(jié)合于便結(jié)合于PL和和PR1、抗終止蛋白、抗終止蛋白PN和調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白Cro首先被轉(zhuǎn)錄首先被轉(zhuǎn)錄2、PN蛋白的作用導(dǎo)致蛋白的作用導(dǎo)致PL和和PR控制的遲早期基因的表達(dá)控制的遲早期基因的表達(dá) 表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物C蛋白、蛋白、C蛋白蛋白、O蛋白、蛋白、P蛋白、蛋白、Q蛋白蛋白3、PQ蛋白的作用導(dǎo)致蛋白的作用導(dǎo)致PR 控制的晚期基因的表達(dá)控制的晚期基因的表達(dá) 表達(dá)產(chǎn)物頭尾蛋白、溶菌酶蛋白表達(dá)產(chǎn)物頭尾蛋白、溶菌酶蛋白（二）溶源途徑（二）溶源途徑 巧妙的調(diào)控，小區(qū)段表達(dá)，整合到寄主染色體上巧妙的調(diào)控，小區(qū)段表達(dá)，整合到寄主染色體上* 此外，此外， C促進(jìn)促進(jìn)Pint啟動子轉(zhuǎn)錄，使啟

32、動子轉(zhuǎn)錄，使int gene表達(dá)產(chǎn)生表達(dá)產(chǎn)生 整合酶整合酶1、溶源化的建立、溶源化的建立PE啟動子的轉(zhuǎn)錄啟動子的轉(zhuǎn)錄* C、C蛋白共同確立蛋白共同確立PE處處C的轉(zhuǎn)錄（左向）的轉(zhuǎn)錄（左向） PE(Establisment Promoter)* C阻遏與裂解生長有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，其中轉(zhuǎn)錄出的阻遏與裂解生長有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，其中轉(zhuǎn)錄出的 CmRNA含有含有S-D序列，因此有很高的翻譯活性序列，因此有很高的翻譯活性Pint啟動子啟動子N蛋白和蛋白和Cro蛋白蛋白被轉(zhuǎn)錄被轉(zhuǎn)錄N蛋白抗蛋白抗終止終止C、C蛋白蛋白被轉(zhuǎn)錄被轉(zhuǎn)錄C作用于作用于PE(PRE)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄C左向轉(zhuǎn)錄左向轉(zhuǎn)錄阻遏蛋阻遏蛋白結(jié)合白結(jié)合于于O

33、ROLC導(dǎo)致導(dǎo)致自身從自身從P PRM處轉(zhuǎn)處轉(zhuǎn)錄錄 C、C蛋白是蛋白是C合成的正調(diào)控因子，作用于合成的正調(diào)控因子，作用于PE 處，處，C是關(guān)鍵是關(guān)鍵 Cro蛋白間接抑制蛋白間接抑制C、C的轉(zhuǎn)錄，直接阻止的轉(zhuǎn)錄，直接阻止C的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄2、溶源化的維持、溶源化的維持PM啟動子的轉(zhuǎn)錄啟動子的轉(zhuǎn)錄 已產(chǎn)生的整合酶使已產(chǎn)生的整合酶使整合并實(shí)現(xiàn)溶源化（整合并實(shí)現(xiàn)溶源化（attp、attB） 溶源化的維持需要低水平的溶源化的維持需要低水平的C轉(zhuǎn)錄，保持自身阻遏循轉(zhuǎn)錄，保持自身阻遏循 環(huán)，這個(gè)功能由環(huán)，這個(gè)功能由PM完成完成 C蛋白對蛋白對PM正調(diào)控正調(diào)控，但，但PM起始轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的C沒有沒有S-D 序列

34、，因此翻譯效率很低，但足以維持溶源狀態(tài)序列，因此翻譯效率很低，但足以維持溶源狀態(tài) 溶源狀態(tài)的維持通過溶源狀態(tài)的維持通過C蛋白結(jié)合于蛋白結(jié)合于OL、OR上而實(shí)現(xiàn)上而實(shí)現(xiàn) 溶源周期溶源周期3、C、C蛋白對蛋白對C和和Cro的影響的影響 C和和Cro是是phage的兩種調(diào)節(jié)蛋白，的兩種調(diào)節(jié)蛋白， 其中其中Cro能關(guān)閉能關(guān)閉C的表達(dá)的表達(dá)溶源化狀態(tài)的進(jìn)入與否靠二者結(jié)合操作子的情況決定，數(shù)量溶源化狀態(tài)的進(jìn)入與否靠二者結(jié)合操作子的情況決定，數(shù)量是誰占上風(fēng)的關(guān)鍵是誰占上風(fēng)的關(guān)鍵二者與操作子的親和次序?yàn)槎吲c操作子的親和次序?yàn)镃蛋白蛋白 OL1OL2OL3 OR1OR2OR3Cro蛋白蛋白 OL3OL2OL1

35、 OR3OR2OR1OL1OL2OL3 OR3OR2OR1結(jié)合的結(jié)果阻止結(jié)合的結(jié)果阻止PL和和PR的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄C、C蛋白是蛋白是C和和Cro蛋白誰占上風(fēng)的關(guān)鍵蛋白誰占上風(fēng)的關(guān)鍵因?yàn)樵谝驗(yàn)樵贑、C的幫助下的幫助下C表達(dá)表達(dá) 而而Cro蛋白遠(yuǎn)早于蛋白遠(yuǎn)早于C蛋白的表達(dá)蛋白的表達(dá)OL1和和OR1分別與分別與PL和和PR最靠近最靠近即即-C阻遏二啟動子的能力強(qiáng)阻遏二啟動子的能力強(qiáng) 正常情況下，寄主的正常情況下，寄主的hfl基因產(chǎn)物大量存在導(dǎo)致基因產(chǎn)物大量存在導(dǎo)致Cro占上風(fēng)占上風(fēng) 因?yàn)橐驗(yàn)閔fl編碼一種蛋白酶水解編碼一種蛋白酶水解C 此時(shí)此時(shí)Cro蛋白對左右兩個(gè)早期操作子親和力的差異，使蛋白對左右兩個(gè)

36、早期操作子親和力的差異，使兩兩 個(gè)操縱元初期表達(dá)一段時(shí)間才關(guān)閉個(gè)操縱元初期表達(dá)一段時(shí)間才關(guān)閉 因此產(chǎn)生足夠的因此產(chǎn)生足夠的O、P蛋白（復(fù)制有關(guān)）和蛋白（復(fù)制有關(guān)）和PQ，從而使菌，從而使菌 4、導(dǎo)致溶源化的因素、導(dǎo)致溶源化的因素 （1） 營養(yǎng)耗竭：寄主能源瀕臨枯竭時(shí)，導(dǎo)致營養(yǎng)耗竭：寄主能源瀕臨枯竭時(shí)，導(dǎo)致cAMP產(chǎn)生等產(chǎn)生等 一系列生理變化一系列生理變化 * cAMP對對hfl基因負(fù)調(diào)控，使分解基因負(fù)調(diào)控，使分解C蛋白的酶大大蛋白的酶大大 減少，減少， C又能抑制該酶，因而又能抑制該酶，因而C、CC 體走向裂解體走向裂解（2） MOI值過高（值過高（10）：）：MOI指感染時(shí)指感染時(shí)噬菌體與噬

37、菌體與 細(xì)菌的比例，稱感染復(fù)數(shù)細(xì)菌的比例，稱感染復(fù)數(shù) * C蛋白其作用的形式是寡聚體形式，單體不穩(wěn)蛋白其作用的形式是寡聚體形式，單體不穩(wěn) 定無活性定無活性 * 一兩個(gè)噬菌體感染寄主時(shí)，產(chǎn)生的一兩個(gè)噬菌體感染寄主時(shí)，產(chǎn)生的C不足以形成不足以形成 寡聚體寡聚體 * MOI值過高時(shí)，足夠值過高時(shí)，足夠C寡聚體產(chǎn)生，確立從寡聚體產(chǎn)生，確立從PE 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄C， CmRNA的高翻譯活性導(dǎo)致的高翻譯活性導(dǎo)致C數(shù)量數(shù)量 占上風(fēng)，占上風(fēng)， PE活躍轉(zhuǎn)錄的同時(shí)抑制了活躍轉(zhuǎn)錄的同時(shí)抑制了Cro基因的表達(dá)基因的表達(dá) * 由于由于C和操作子親和力情況，導(dǎo)致和操作子親和力情況，導(dǎo)致C、C不再不再 表達(dá)，但由于表達(dá)，但由于

38、C對對PM的正調(diào)控，產(chǎn)生能夠維持溶的正調(diào)控，產(chǎn)生能夠維持溶 源狀態(tài)數(shù)量的源狀態(tài)數(shù)量的C第五節(jié)第五節(jié) 翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控 翻譯的調(diào)控主要發(fā)生在翻譯的起始階段，基因表達(dá)時(shí)翻譯翻譯的調(diào)控主要發(fā)生在翻譯的起始階段，基因表達(dá)時(shí)翻譯 的效率主要取決于的效率主要取決于mRNA的一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu) 因此，因此，mRNA的翻譯起始區(qū)域往往是調(diào)控的靶位點(diǎn)的翻譯起始區(qū)域往往是調(diào)控的靶位點(diǎn) （結(jié)構(gòu)狀態(tài)）（結(jié)構(gòu)狀態(tài)） 一、反義一、反義RNA的調(diào)控作用的調(diào)控作用 反義反義RNA：又稱干擾又稱干擾 mRNA 的互補(bǔ)的互補(bǔ) RNA，簡稱，簡稱 micRNA （mRNA-interfering c

39、omplementary RNA） 指與靶指與靶 mRNA具有互補(bǔ)序列的調(diào)控具有互補(bǔ)序列的調(diào)控RNA，通過互補(bǔ)，通過互補(bǔ) 的的RNA序列與特定靶序列與特定靶 mRNA結(jié)合，起負(fù)調(diào)控作用結(jié)合，起負(fù)調(diào)控作用屬于核酸與核酸的相互作用屬于核酸與核酸的相互作用 作用機(jī)理作用機(jī)理 目前為止，只有原核生物發(fā)現(xiàn)了這種調(diào)控系統(tǒng)目前為止，只有原核生物發(fā)現(xiàn)了這種調(diào)控系統(tǒng)例如：例如：1985 Hoopes等人發(fā)現(xiàn)的等人發(fā)現(xiàn)的噬菌體噬菌體 C抑制晚期基因的抑制晚期基因的 轉(zhuǎn)錄就是通過轉(zhuǎn)錄就是通過micRNA起作用起作用Q基因有一個(gè)依賴于基因有一個(gè)依賴于C的啟動子的啟動子PaQ（抗（抗Q），其轉(zhuǎn)錄方向與），其轉(zhuǎn)錄方向與Q

40、基因相反，即轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物基因相反，即轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA與與Q基因的基因的5端的一半完全互補(bǔ)，從端的一半完全互補(bǔ)，從而抑制而抑制Q基因的翻譯，抑制晚期基因的表達(dá)基因的翻譯，抑制晚期基因的表達(dá) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義RNA的基因稱為的基因稱為反義基因反義基因 結(jié)合位點(diǎn)：結(jié)合位點(diǎn)：mRNA的的SD序列、起始密碼子、氨基酸序列、起始密碼子、氨基酸N端的端的 部分密碼子結(jié)合部分密碼子結(jié)合二、二、mRNAmRNA本身的二級結(jié)構(gòu)影響翻譯的進(jìn)行本身的二級結(jié)構(gòu)影響翻譯的進(jìn)行三、蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控三、蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控* * 有些蛋白質(zhì)能夠直接控制自身有些蛋白質(zhì)能夠直接控制自身mRNAmRNA的可翻譯性的可翻譯性*

41、 * 核酸結(jié)合蛋白或者是與核酸分子相互作用為其生理功核酸結(jié)合蛋白或者是與核酸分子相互作用為其生理功 能的蛋白質(zhì)能的蛋白質(zhì)* *即這些蛋白質(zhì)的即這些蛋白質(zhì)的mRNAmRNA上可能也有其結(jié)合位點(diǎn)上可能也有其結(jié)合位點(diǎn)1 1、釋放因子、釋放因子RF2RF2合成的自體調(diào)控合成的自體調(diào)控 利用自身釋放肽鏈的職能提前終止其利用自身釋放肽鏈的職能提前終止其mRNAmRNA的翻譯的翻譯* * 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)當(dāng)細(xì)胞內(nèi)RF2RF2供應(yīng)充足時(shí)，供應(yīng)充足時(shí)，RF2RF2促成核糖體在上述促成核糖體在上述UGAUGA處肽鏈處肽鏈 合成的終止合成的終止* * 若細(xì)胞缺乏若細(xì)胞缺乏RF2RF2，則核糖體以，則核糖體以未知機(jī)制未知機(jī)制

42、向前滑動一個(gè)向前滑動一個(gè)NtNt， 發(fā)生移框，繼續(xù)合成到最后一個(gè)密碼子發(fā)生移框，繼續(xù)合成到最后一個(gè)密碼子 RF2RF2蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)340340個(gè)個(gè)AA codonsAA codons不處于同一閱讀框不處于同一閱讀框 5.GUU CUU AGG GGG UAU CUUU GAC UAC GAC.3NH2 Val Leu Arg Gly Tyr Leu Asp Tyr Asp COOH 20 21 22 23 24 25 26 27 282、核糖體蛋白合成的自體調(diào)控、核糖體蛋白合成的自體調(diào)控 * * E.coli E.coli核糖體蛋白質(zhì)的合成與核糖體蛋白質(zhì)的合成與rRNArRNA（EF_TuEF

43、_Tu）合成嚴(yán)格協(xié)調(diào)）合成嚴(yán)格協(xié)調(diào) （數(shù)目）（數(shù)目） 通過控制翻譯的起點(diǎn)通過控制翻譯的起點(diǎn)即控制核糖體與自身即控制核糖體與自身mRNAmRNA的結(jié)的結(jié) 合而對其自身蛋白質(zhì)合而對其自身蛋白質(zhì)mRNAmRNA可翻譯性進(jìn)行控制可翻譯性進(jìn)行控制* * 核糖體蛋白質(zhì)與核糖體蛋白質(zhì)與RNApolRNApol各亞基及延伸因子等混合編組在不各亞基及延伸因子等混合編組在不 同的操縱元中同的操縱元中 * * 每個(gè)每個(gè)operonoperon有有一個(gè)核糖體蛋白質(zhì)作為自身一個(gè)核糖體蛋白質(zhì)作為自身operonoperon調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 * * 每個(gè)操縱元的每個(gè)操縱元的mRNAmRNA上具有與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)上具有與

44、調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn) -靠近或包含靠近或包含SDSD序列序列* 操縱元操縱元 mRNA上與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)與組裝核糖體時(shí)與上與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)與組裝核糖體時(shí)與 rRNA 相結(jié)合位點(diǎn)高度同源，具有相似的二級結(jié)構(gòu)相結(jié)合位點(diǎn)高度同源，具有相似的二級結(jié)構(gòu)mRNA上與調(diào)節(jié)上與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)23SrRNA上與上與調(diào)調(diào)節(jié)蛋白節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)L11/L1 opreon* 調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)節(jié)蛋白與 rRNA的結(jié)合力高于與自身的結(jié)合力高于與自身 mRNA的結(jié)合力的結(jié)合力* 調(diào)控方式調(diào)控方式當(dāng)細(xì)胞內(nèi)核糖體較當(dāng)細(xì)胞內(nèi)核糖體較少時(shí)，有游離的少時(shí)，有游離的rRNArRNA存在，調(diào)控蛋存在，調(diào)控蛋

45、白優(yōu)先結(jié)合白優(yōu)先結(jié)合rRNArRNA，此時(shí)此時(shí)調(diào)控蛋白控制調(diào)控蛋白控制的自身操縱元的自身操縱元mRNAmRNA繼續(xù)翻譯繼續(xù)翻譯相反情況，調(diào)控蛋相反情況，調(diào)控蛋白優(yōu)先結(jié)合白優(yōu)先結(jié)合mRNAmRNA，此時(shí)此時(shí)調(diào)控蛋白控制調(diào)控蛋白控制的自身操縱元的自身操縱元mRNAmRNA停止翻譯停止翻譯調(diào)控實(shí)質(zhì)：核酸的合成水調(diào)控實(shí)質(zhì)：核酸的合成水平調(diào)節(jié)了蛋白質(zhì)的合成平調(diào)節(jié)了蛋白質(zhì)的合成翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)四、嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)調(diào)控四、嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)調(diào)控（stringent response control） 基本概念：原核生物在不良的基本概念：原核生物在不良的營養(yǎng)條件下（營養(yǎng)條件下（AA饑餓）饑餓）， 自動停止或降低（自動停

46、止或降低（1020倍）倍）rRNA、tRNA 轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成速度蛋白質(zhì)合成速度的嚴(yán)謹(jǐn)現(xiàn)象的嚴(yán)謹(jǐn)現(xiàn)象 相關(guān)因子：相關(guān)因子： 嚴(yán)謹(jǐn)因子嚴(yán)謹(jǐn)因子： 焦磷酸轉(zhuǎn)移酶焦磷酸轉(zhuǎn)移酶 由由relArelA基因編碼基因編碼 正常情況下很少表達(dá)正常情況下很少表達(dá) 信號分子信號分子：魔斑：魔斑（magic spotmagic spot）: : ppGppppGpp 鳥苷鳥苷5-3-5-3-二磷酸二磷酸 魔斑魔斑（magic spotmagic spot）: : pppGpppppGpp 鳥苷鳥苷5-5-三磷酸三磷酸3-3-二磷酸二磷酸 之所以稱為魔斑之所以稱為魔斑-AA-AA饑餓時(shí)，饑餓時(shí)，

47、E.coliE.coli的薄層層析圖的薄層層析圖 譜上有兩種譜上有兩種NtNt與常見的與常見的NtNt的遷移率不一樣的遷移率不一樣 調(diào)控機(jī)制調(diào)控機(jī)制 空轉(zhuǎn)反應(yīng)：空轉(zhuǎn)反應(yīng)：AA饑餓時(shí)，無負(fù)載的饑餓時(shí)，無負(fù)載的tRNA進(jìn)入核糖體的進(jìn)入核糖體的A 位后，新肽鍵不能形成，但位后，新肽鍵不能形成，但GTP不斷消耗不斷消耗 空轉(zhuǎn)反應(yīng)導(dǎo)致信號分子的產(chǎn)生空轉(zhuǎn)反應(yīng)導(dǎo)致信號分子的產(chǎn)生 ppGpp pppGpp ppGppppGpp可與可與RNApolRNApol作用，使其不易變構(gòu)作用，使其不易變構(gòu) pppGpppppGpp與轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄I I位點(diǎn)作用，阻止位點(diǎn)作用，阻止RNApolRNApol結(jié)合結(jié)合從而抑制從而抑

48、制tRNA、rRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄放慢轉(zhuǎn)錄起始、延伸過程，放慢蛋白質(zhì)合成過程，啟動放慢轉(zhuǎn)錄起始、延伸過程，放慢蛋白質(zhì)合成過程，啟動AAAA合成基因，通過緊縮開支，渡過難關(guān)合成基因，通過緊縮開支，渡過難關(guān)基因表達(dá)翻譯水平的調(diào)節(jié)基因表達(dá)翻譯水平的調(diào)節(jié)第六節(jié)第六節(jié) DNA序列重排對基因序列重排對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 Prok Prok. .中研究最多的是鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛基因的相變中研究最多的是鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛基因的相變 過程過程一、沙門氏菌的一、沙門氏菌的、相及基因分布相及基因分布 onoffrh1-prh1-ponoff二、二、H2rh1轉(zhuǎn)錄單元的表達(dá)機(jī)制轉(zhuǎn)錄單元的表達(dá)機(jī)制 * H2rh1轉(zhuǎn)

49、錄單元的表達(dá)受其上游一段轉(zhuǎn)錄單元的表達(dá)受其上游一段 995bpDNA 序列排列方向控制序列排列方向控制 * 995bp 序列兩端各有一段序列兩端各有一段 14bp 的的 IR IRR 982995 IRL 114 * H2 基因的起始密碼子與基因的起始密碼子與 995bp 相隔相隔 16bp，啟動子啟動子 位于位于 995bp 序列末端序列末端 * 995bp 序列中序列中 hin 基因基因產(chǎn)物可催化產(chǎn)物可催化 995bp 序列的倒位序列的倒位 Fla. Mov. H1 O HinH2rh1 (阻遏蛋白阻遏蛋白)IR L (1-14)IR R (982-995)PP HinHin-P -P 轉(zhuǎn)

50、座酶轉(zhuǎn)座酶H2 鞭毛蛋白鞭毛蛋白 H1 阻遏蛋白阻遏蛋白FlaFla-P-P H1 O HinH2rh1 (阻遏蛋白阻遏蛋白)IR L (1-14)IR R (982-995)PPH1 鞭毛蛋白鞭毛蛋白非復(fù)制型原位轉(zhuǎn)座非復(fù)制型原位轉(zhuǎn)座相變機(jī)制相變機(jī)制三、相變的意義三、相變的意義逃脫寄主抗體的進(jìn)攻逃脫寄主抗體的進(jìn)攻此外此外 Euk.的酵母結(jié)合型的酵母結(jié)合型 免疫球蛋白的分子多樣性免疫球蛋白的分子多樣性一、一、 Prok.與與Euk.基因表達(dá)上的遺傳差異基因表達(dá)上的遺傳差異 Repetitive gene Overlapping gene 非編碼區(qū)非編碼區(qū) Splitting gene Post-

51、transcription transcription & translation RNA processing 偶聯(lián)偶聯(lián)Eukaryote ProkaryoteEukaryote ProkaryoteDNADNA DNA + histon chromatin Naked DNA Enhancer & silencer 弱化子弱化子Attenuater Monocistron polycistron (operon) m5C gene off 乙?；阴；姿峄姿峄柞；柞；?糖基化糖基化轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子trans factor活性形式活性形式Eukaryote Proka

52、ryoteEukaryote Prokaryote Housekeeping gene(constitutive)Basic promoter + T.F. Luxury gene (inducible) 多種組合的多種組合的Trans-Factor Positive control (mostly) 嚴(yán)謹(jǐn)性，?；試?yán)謹(jǐn)性，?；?，復(fù)雜性，復(fù)雜性(cAMP + CAP) site +35 + 10 單一類型單一類型保險(xiǎn)性保險(xiǎn)性 Negative controlEukaryote ProkaryoteEukaryote Prokaryote基因表達(dá)上的主要異同基因表達(dá)上的主要異同以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

53、為主以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為主真核生物染色質(zhì)的狀態(tài)對基因表達(dá)的調(diào)控真核生物染色質(zhì)的狀態(tài)對基因表達(dá)的調(diào)控m5C與基因表達(dá)的相關(guān)與基因表達(dá)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄后多種方式的加工調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后多種方式的加工調(diào)節(jié)Trans F + Cis F.Gene on /off相異：相異：相似：相似：個(gè)體發(fā)育的階段調(diào)控個(gè)體發(fā)育的階段調(diào)控 以以positive control為主為主Positive control的必要性與優(yōu)越性的必要性與優(yōu)越性a) 真核生物真核生物genome大，某一種大，某一種cis-factor出現(xiàn)的機(jī)率高出現(xiàn)的機(jī)率高但隨機(jī)出現(xiàn)但隨機(jī)出現(xiàn)5 set of (trans-F + cis-F.) 完全相同的機(jī)率小完全

54、相同的機(jī)率小靈靈活活性性可與多個(gè)可與多個(gè)(種種)trans-Factor結(jié)合結(jié)合空間密碼空間密碼 的簡并性的簡并性嚴(yán)謹(jǐn)性嚴(yán)謹(jǐn)性b) 特異基因表達(dá)特異基因表達(dá) 細(xì)胞分化細(xì)胞分化如果如果 10k/100k(10%) 基因表達(dá)基因表達(dá) （90k基因關(guān)閉）基因關(guān)閉） Negative control; 90k repressor requiredPositive control; 停止合成停止合成 90k 特異特異tran-factor 即只合成即只合成10k特異特異expresser經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)合合理理有有效效二、二、Euk.DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控1、 基因拷貝數(shù)的改變基因拷貝數(shù)的改變a) 基因的丟

55、失基因的丟失 （DNA fragment or chromosome lose）蛔蟲胚胎發(fā)育過程中有蛔蟲胚胎發(fā)育過程中有27%DNA27%DNA的丟失的丟失 細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除 這些基因的活性這些基因的活性 某些低等某些低等Euk.：原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物：原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物 體細(xì)胞內(nèi)丟失整條或部分染色體體細(xì)胞內(nèi)丟失整條或部分染色體 將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi). . 高等高等EukEuk. .內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)b) 基因的擴(kuò)增基因的擴(kuò)增 (特定基因在特定階段的選擇性擴(kuò)增

56、特定基因在特定階段的選擇性擴(kuò)增) 在沒有發(fā)生細(xì)胞分裂情況下，細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的在沒有發(fā)生細(xì)胞分裂情況下，細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的 拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象 細(xì)胞短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠的基因產(chǎn)物的細(xì)胞短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠的基因產(chǎn)物的 一種調(diào)控手段（外界因素）一種調(diào)控手段（外界因素） 兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rDNA的擴(kuò)增的擴(kuò)增 例：非洲爪蟾例：非洲爪蟾 體細(xì)胞體細(xì)胞rDNA約約 500copies 卵母細(xì)胞卵母細(xì)胞 200萬萬copies（4000倍）倍） chromatin 狀況與基因表達(dá)相關(guān)狀況與基因表達(dá)相關(guān)證據(jù)證據(jù)1：轉(zhuǎn)錄活化區(qū)轉(zhuǎn)

57、錄活化區(qū)/ 非轉(zhuǎn)錄活化區(qū)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異非轉(zhuǎn)錄活化區(qū)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異 活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)活躍轉(zhuǎn)錄區(qū) DnaseDnaseS S 核小體結(jié)構(gòu)不完整核小體結(jié)構(gòu)不完整沒有連接的沒有連接的H1常染色質(zhì)常染色質(zhì)gene on異染色質(zhì)異染色質(zhì)gene off2、 轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化對基因表達(dá)的控制轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化對基因表達(dá)的控制量大，量大， 進(jìn)化保守，進(jìn)化保守， 與與DNA 無專一性結(jié)合區(qū)無專一性結(jié)合區(qū) H2A, H2B, H3, H4 modified by乙?；⒘姿峄阴；⒘姿峄?表達(dá)非?；钴S的表達(dá)非?；钴S的rDNA 轉(zhuǎn)錄區(qū)無轉(zhuǎn)錄區(qū)無nucleosomenucleosome 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 凡被凡被T

58、rans-factor 結(jié)合的區(qū)域結(jié)合的區(qū)域 均能阻止均能阻止nucleosomenucleosome 形成形成降低組蛋白的正電荷降低組蛋白的正電荷組蛋白解聚組蛋白解聚核小體松弛核小體松弛 活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)的組蛋白確實(shí)被乙?；?、磷酸化活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)的組蛋白確實(shí)被乙酰化、磷酸化證據(jù)證據(jù)2；體外重建染色質(zhì)改變轉(zhuǎn)錄效率體外重建染色質(zhì)改變轉(zhuǎn)錄效率Naked DNA DNA + H2A, H2B, H3, H4轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度 轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度 轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度complete nucleosomecomplete nucleosomeadd H1 3、 m5C對基因表達(dá)的調(diào)控對基因表達(dá)的調(diào)控a)

59、 m5C是真核生物是真核生物 DNA中的主要修飾成分中的主要修飾成分 多發(fā)生在多發(fā)生在CpG序列中序列中,不同細(xì)胞間不同細(xì)胞間m5C 相差甚大相差甚大胚胎細(xì)胞與特化體細(xì)胞相差胚胎細(xì)胞與特化體細(xì)胞相差106b) m5C對基因轉(zhuǎn)錄抑制的表現(xiàn)對基因轉(zhuǎn)錄抑制的表現(xiàn) m5C 在大溝內(nèi)在大溝內(nèi) 影響與影響與T.F.間氫鍵的形成間氫鍵的形成 大溝內(nèi)大溝內(nèi)m5C 導(dǎo)致空間的擁擠導(dǎo)致空間的擁擠,破壞構(gòu)象的平衡破壞構(gòu)象的平衡 使使B-DNA Z-DNA T.F.結(jié)合空間的改變結(jié)合空間的改變 降低轉(zhuǎn)錄因子與降低轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合的結(jié)合三、三、Euk.的基因重排的基因重排啤酒酵母（啤酒酵母（Saccharomyc

60、es cerevisiae）接合型的決定）接合型的決定 接合型接合型 MAT單倍體細(xì)胞單倍體細(xì)胞或或a a或或接合型互變需要接合型互變需要HOHO基因基因編碼內(nèi)切酶編碼內(nèi)切酶1 1、單倍體接合型受、單倍體接合型受 MATa MATa MATMAT控制控制同宗不能接合，異宗能同宗不能接合，異宗能接合接合2 2、接合型互變的匣子模型、接合型互變的匣子模型a a、單倍體細(xì)胞中同時(shí)存在、單倍體細(xì)胞中同時(shí)存在 MATaMATa和和MATMAT的遺傳信息的遺傳信息b b、活躍匣子、活躍匣子MATaMATa或或MATMAT 沉寂匣子沉寂匣子HMLHML、HMRaHMRa 在同一條染色體上在同一條染色體上c c、接合型互變、接合型互變