原核基因表達(dá)調(diào)控

1、關(guān)于原核基因表達(dá)調(diào)控第一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月引言一個體系在需要時被打開，不需要時被關(guān)閉。這種“開-關(guān)”（on-off）活性是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄來建立的，也就是說mRNA的合成是可以被調(diào)節(jié)的。當(dāng)我們說一個系統(tǒng)處于“off”狀態(tài)時，也有本底水平的基因表達(dá)，常常是每世代每個細(xì)胞只合成1或2個mRNA分子。所謂“關(guān)”實(shí)際的意思是基因表達(dá)量特別低，很難甚至無法檢測。科學(xué)家把這個從DNA到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達(dá)(gene expression)，對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控(gene regulation或gene control)。要了解動、植物生長發(fā)育的規(guī)律、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)

2、功能，就必須弄清楚基因表達(dá)調(diào)控的時間和空間概念，掌握了基因表達(dá)調(diào)控的秘密，我們手中就有了一把揭示生物學(xué)奧妙的金鑰匙。 第二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptional regulation)； mRNA加工成熟水平上的調(diào)控(differential processing of RNA transcript)； 翻譯水平上的調(diào)控(differential translation of mRNA).原核生物中，營養(yǎng)狀況(nutritionalstatus)和環(huán)境因素(environmental factor)對基因表

3、達(dá)起著舉足輕重的影響。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和發(fā)育階段(developmental stage)是基因表達(dá)調(diào)控的最主要手段，營養(yǎng)和環(huán)境因素的影響力大為下降。 第三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.1 Discovery of Operon 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，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)菌的生長會出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生“二次生長曲線”。文獻(xiàn)：細(xì)胞中存在兩種酶

4、，即組成酶與誘導(dǎo)酶1947年，報告：“酶的適應(yīng)現(xiàn)象及其在細(xì)胞分化中的意義”Francis Jacob Jacques Monod 6.1 乳糖操縱元第四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月1951年，Monod與Jacob合作，發(fā)現(xiàn)兩對基因：Z基因：與合成-半乳糖苷酶有關(guān)；I基因：決定細(xì)胞對誘導(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，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)。第五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷透性酶-半乳糖苷酶操作位點(diǎn)

5、乳糖操縱元結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)基因第六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月操縱元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，操縱位點(diǎn)，結(jié)構(gòu)基因，組成一個控制單元結(jié)構(gòu)基因：產(chǎn)生mRNA,合成蛋白質(zhì)操縱位點(diǎn) promotor,operator：啟動子結(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，可與阻遏蛋白結(jié)合 結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄Control elementStructural genes第七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.2 酶的誘導(dǎo)現(xiàn)象-半乳糖苷酶第八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月分解底物的酶只有在底物存在時才出現(xiàn)！無乳糖時

6、，幾個-gal/cell 加入乳糖時，5000個 再去掉乳糖，-gal mRNA下降 乳糖能激發(fā)-gal mRNA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） -gal(無35S)第九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.3 調(diào)控機(jī)理1 調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu) lacI, 1045bp，獨(dú)立PiP, 82bp，821O, 35bp，728lacZYA第十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月體外結(jié)合競爭實(shí)驗(yàn): 阻遏物RNA pol, off RNA pol阻遏物， on2. 阻遏狀態(tài)第十

7、一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)作用：在可誘導(dǎo)的操縱元中，加入對基因表達(dá)有調(diào)節(jié)作用的小分子后，開啟基因的轉(zhuǎn)錄活性第十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月4 誘導(dǎo)物不是乳糖生成lac誘導(dǎo)物乳糖代謝Allolctose 異構(gòu)乳糖 別乳糖細(xì)胞內(nèi)-半乳糖苷酶來源?第十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月gratuitous inducer 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，很少使用乳糖第十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.4 阻

8、遏蛋白的作用機(jī)制1 阻遏蛋白結(jié)構(gòu)38KD，4 聚體，一個亞基結(jié)合一個IPTG分子lacI 組成型轉(zhuǎn)錄 Pi 弱啟動子， 510個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）第十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)域 頭段，-NH2端，lacO結(jié)合區(qū) 絞鏈區(qū) 核心段，-COOH， 誘導(dǎo)物結(jié)合區(qū)第十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月4個亞基的核心片段接觸形成四聚體第十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 對稱軸，+11 對稱序列，6bp 阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)lacO的結(jié)構(gòu)第十九張，PPT共九

9、十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 阻遏蛋白對RNA pol功能的影響阻遏蛋白和RNA pol可同時與DNA結(jié)合 RNA pol 與啟動子結(jié)合的平衡常數(shù) 1.9X107 有阻遏蛋白時, 2.5X109結(jié)合著的RNA pol不能轉(zhuǎn)錄. 但加入誘導(dǎo)物后, 釋放出阻遏蛋白, 變?yōu)殚_放型啟動子復(fù)合物.阻遏蛋白實(shí)際上使RNA pol貯存在啟動子上。這一模式是否存在于其它操縱元系統(tǒng)中？第二十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月+ glucose- glucoseTime (hr)Units of -galactosidase+ lactoseGlucose added6.1.5 lac operon的正調(diào)控

10、1 代謝物阻遏效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，在lacGlu培養(yǎng)基上 E.coli只利用G，只有G 耗盡時，才會利用lac葡萄糖抑制lac mRNA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lac基因表達(dá),有其它因素參與第二十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月葡萄糖對lac操縱元表達(dá)的抑制是間接的 葡萄糖的降解是通過cAMP與 CAP結(jié)合起作用的 cAMP:環(huán)化腺苷酸CAP, catabolite activator protein 由crp編碼CRP, catabolite receptor protein第二十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十三張，PPT共九十頁，

11、創(chuàng)作于2022年6月2 CAP結(jié)合位點(diǎn)CAP為二聚體， 45KD ，被cAMP激活結(jié)合位點(diǎn)22bp I -70 -50 II -50 -40第二十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月由于序列的差異，使不同基因受cAMP激活的水平不同結(jié)合位點(diǎn)序列保守第二十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 3 CAP的結(jié)合對DNA構(gòu)型的影響DNA彎曲彎曲點(diǎn)位于CAP結(jié)合位點(diǎn)二重對稱的中心彎曲使CAP能與啟動子上的RNA pol 接觸第二十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）CAP結(jié)合位點(diǎn)與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置CAP與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離，相距數(shù)個整雙螺旋CAP結(jié)合位點(diǎn)在啟動子的上下游，都能發(fā)揮

12、作用4 CAP對轉(zhuǎn)錄的影響第二十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）基因轉(zhuǎn)錄對cAMPCAP系統(tǒng)的依賴性， 與啟動子本身的效率有關(guān)cAMP-CAP復(fù)合物的結(jié)合，使位點(diǎn)II附近的富含GC區(qū)域雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，因而-10區(qū)的熔解溫度降低，促進(jìn)開放型啟動子復(fù)合物的形成第二十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月（3） CAP激活轉(zhuǎn)錄的方式CAP直接作用于RNA pol 亞基 缺失RNA pol 亞基的C末端時，失去受CAP激活的能力作用于DNA，改變其結(jié)構(gòu)第二十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.6 lac operon 的其它問題lac operon的功能是在正負(fù)

13、兩個調(diào)控體系的協(xié)調(diào)作用(coordinate regulation)下實(shí)現(xiàn)的。阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP不發(fā)揮作用；如沒有CAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從P上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性CAP組成型合成，所以cAMPCAP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cAMPCAP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) 第三十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月2. A基因及其生理功能 編碼-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

14、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?；螅礋o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lac mRNA分子內(nèi)部，a基因比z基因更易受內(nèi)切酶作用第三十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月Summary第三十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月Summary of lac operon regulationGlucosecAMPLac

15、toseTranscription of lac mRNAHighLowPresentlow rate of expressionHighLowAbsentessentially noneLowHighAbsentessentially noneLowHighPresenthigh rate of expression第三十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2 Trp operon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，其基因即表達(dá)，不需要時基因關(guān)閉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的原則。第三十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月trpR, 阻遏蛋白P，-40+18 O,

16、 -21+1L, +1+162結(jié)構(gòu)基因t, A下游36bp, 不依賴p t, t下游250bp，依賴p 6.2.1 基因組成第三十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月sne298第三十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.2 Trp operon 的阻遏系統(tǒng)1 Trp R 四聚體第三十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月阻遏蛋白trp 有活性的阻遏物SNE299trp O 不轉(zhuǎn)錄第三十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月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RNA pol與啟動子的結(jié)合發(fā)生

17、競爭SNE299第四十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 阻遏系統(tǒng)主管轉(zhuǎn)錄是否啟動，在缺乏Trp時， mRNA起始合成，但不能自動延伸，一般在trpE之前終止轉(zhuǎn)錄 粗調(diào)開關(guān)第四十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.3 弱化作用 attenuation1 弱化子，衰減子，前導(dǎo)RNA，140bp第四十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月弱化子，衰減子，第四十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月序列分析發(fā)現(xiàn)，其中4個片段進(jìn)行配對，形成不同的二級結(jié)構(gòu)Terminator第四十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月S312POE4321LDNARNAATGTGA2

18、trp codons14322 前導(dǎo)肽14aa第四十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月3 轉(zhuǎn)錄弱化作用Lack of trp Lack of aminoacyl tRNA Ribosome pause at trp codons , occluding sequence 1Form 2:3 hairpin anti-terminator Transcription into trpE and beyond 第四十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月High trp Trp is inserted at the trp codons

19、Translate to the end of leader message Ribosome occlude sequence 2Terminate transcription at (3:4 form terminator)第四十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月弱化子對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵空間結(jié)構(gòu)，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA)時間，核糖體停頓在2個Trp 密碼子上時，產(chǎn)生延宕， 此時4區(qū)未轉(zhuǎn)錄出來The leader peptide is to determiner trp availability and to

20、regulate transcription termination14amino-acid (encoded by 27-68 of the leader RNA summary第四十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.4 阻遏作用與弱化作用的協(xié)調(diào) 阻遏效率 啟動子的轉(zhuǎn)錄起始頻率在R+和R-相差70倍 弱化作用 trp存在時，約有10的RNA pol僥幸轉(zhuǎn)錄 - trp 活性阻遏物 無活性阻遏物 +trptrp操縱子具有雙重調(diào)節(jié)體系？第五十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月Negativerepressible operon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏R P O leadin

21、g seq. E D C B Atrp+為什么需要阻遏體系？ 當(dāng)大量Trp 存在時，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)第五十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月僅有少量 trp時，RNApol啟動，但在L.S.處脫落，轉(zhuǎn)錄中斷R P O leading seq. E D C B A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，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。第五十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.5 細(xì)菌演化出弱化系統(tǒng)的生物學(xué)

22、意義 通過tRNA荷載與否進(jìn)行調(diào)控，更為靈敏 氨基酸的主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而tRNA 荷載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)控更為恰當(dāng) 兩個調(diào)控系統(tǒng)，避免浪費(fèi)提高效率 阻遏系統(tǒng) 高水平trp時，不轉(zhuǎn)錄 低水平trp時，轉(zhuǎn)錄至LS 弱化系統(tǒng) 細(xì)調(diào) 原核生物細(xì)致的精細(xì)調(diào)控機(jī)制增強(qiáng)原核生物對環(huán)境的適應(yīng)性第五十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.6 正控制系統(tǒng)和負(fù)控制系統(tǒng)1 負(fù)控制系統(tǒng)： 在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因表達(dá)，加入調(diào)節(jié)蛋白后基因表達(dá)活性被關(guān)閉 阻遏蛋白：負(fù)控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)蛋白第五十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月Add signal mo

23、l. Operon offCo-repressor 輔阻遏物Add signal mol. Operon onInducer 誘導(dǎo)物(inducible operon)(repressible operon)第五十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月2 正控制系統(tǒng)：沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因關(guān)閉,加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性被開啟誘導(dǎo)蛋白第五十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月三、 其他操縱子的調(diào)控機(jī)制1 半乳糖操縱子大腸桿菌半乳糖操縱子(galactose operon)包括3個結(jié)構(gòu)基因： 異構(gòu)酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)， 半乳糖-磷酸尿嘧啶

24、核苷轉(zhuǎn)移酶(galactose transferase, galT)， 半乳糖激酶(galactose kinase, galk)。這3個酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸。GalR與galE、T、K及操縱區(qū)O等離得很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對galO的作用與lacI-lacO的作用相同。第五十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月gal操縱子的特點(diǎn)： 它有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄； 它有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游-67-53，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。第五十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月 因?yàn)榘肴樘堑睦眯时绕咸烟堑?，人們猜想葡萄糖存在時半乳糖操縱

25、子不被誘導(dǎo)，但實(shí)際上有葡萄糖存在時，gal操縱子仍可被誘導(dǎo)。現(xiàn)已分離到一些突變株，其中一類突變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)）；而另一類突變株中g(shù)al基因的表達(dá)完全依賴于葡萄糖，培養(yǎng)基中如無葡萄糖存在，這些細(xì)菌的gal基因不表達(dá)，不合成半乳糖代謝酶類。 第六十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月分析gal操縱子P-O區(qū)的DNA序列發(fā)現(xiàn)，該操縱子確實(shí)存在兩個相距僅5bp的啟動子，可以分別起始mRNA的合成。每個啟動子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)S1和S2。 從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖時，才能順利進(jìn)行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖

26、、CAP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉(zhuǎn)錄則完全依賴于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由這個啟動子起始的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)有cAMP-CAP時，轉(zhuǎn)錄從S1開始，當(dāng)無cAMP-CAP時，轉(zhuǎn)錄從S2開始。第六十一張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月為什么gal操縱子需要兩個轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)？半乳糖不僅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。在沒有外源半乳糖的情況下，UDP-gal是通過半乳糖差向異構(gòu)酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，該酶是galE基因的產(chǎn)物。生長過程中的所有時間里細(xì)胞必須能夠合成差向異構(gòu)酶。現(xiàn)在設(shè)想只有S1一個啟動子

27、，那么由于這個啟動子的活性依賴于cAMP-CRP，當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時就不能合成異構(gòu)酶。假如唯一的啟動子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情況下，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)，這無疑是一種浪費(fèi)。無論從必要性或經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要一個不依賴于cAMP-CAP的啟動子（S1）對高水平合成進(jìn)行調(diào)節(jié)。第六十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月2 阿拉伯糖操縱子 阿拉伯糖(arabinose)是另一個可以為代謝提供碳源的五碳糖。在大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個基因：araB、araA和araD，分別編碼3個酶：araB基因編碼核酮糖激酶(ribulokinase)，araA編碼L-阿拉伯糖

28、異構(gòu)酶(L-arabinose isomerase)，araD編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶(L-ribulose-5phosphate-4epimerase)。與araBAD相鄰的是一個復(fù)合的啟動子區(qū)域和一個調(diào)節(jié)基因araC，這個AraC蛋白同時顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的功能。AraBAD和araC基因的轉(zhuǎn)錄是分別在兩條鏈上以相反的方向進(jìn)行的。在標(biāo)準(zhǔn)的遺傳學(xué)圖譜上，araBAD基因簇從啟動子PBAD開始向左進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而araC基因則是從Pc向右轉(zhuǎn)錄。第六十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月AraC蛋白作為PBAD活性正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的

29、雙重功能是通過該蛋白的兩種異構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)的。Pr是起阻遏作用的形式，可以與現(xiàn)在尚未鑒定的類操縱區(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啟動子結(jié)合進(jìn)行調(diào)節(jié)。在沒有阿拉伯糖時，Pr形式占優(yōu)勢；一旦有阿拉伯糖存在，它就能夠與AraC蛋白結(jié)合，使平衡趨向于Pi形式。這樣，阿拉伯糖的誘導(dǎo)作用就可以解釋為阿拉伯糖與Pr的結(jié)合，使Pr離開它的結(jié)合位點(diǎn)，然后，產(chǎn)生大量的Pi，并與啟動子結(jié)合。 第六十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月因?yàn)榕囵B(yǎng)基中含有葡萄糖，所以cAMP-CAP沒有與操縱區(qū)位點(diǎn)相結(jié)合，AraC蛋白處于Pr形式并與A位點(diǎn)結(jié)合，R

30、NA聚合酶很少再與Pc結(jié)合，araC基因雖然仍有轉(zhuǎn)錄，但受到抑制，只有少量 AraC蛋白形成，整個系統(tǒng)幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。 沒有葡萄糖，也沒有阿拉伯糖，因?yàn)闆]有誘導(dǎo)物，盡管有cAMP-CAP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)B位點(diǎn)相結(jié)合，無araBAD mRNA轉(zhuǎn)錄。無葡萄糖，阿拉伯糖時，大量araC基因產(chǎn)物以Pi形式存在，并分別與操縱區(qū)B、A位點(diǎn)相結(jié)合，在cAMP-CAP的共同作用下，araC和araBAD基因大量表達(dá)，操縱子充分激活。第六十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 組氨酸操縱子 與His降解代謝有關(guān)的兩組酶類被稱為hut酶(histidine

31、 utilizing enzyme)，控制這些酶合成的操縱子被稱為hut operon。由一個多重調(diào)節(jié)的操縱子控制，有兩個啟動子，兩個操縱區(qū)及兩個正調(diào)節(jié)蛋白。Hut操縱子共編碼4種酶和一個阻遏物。4種酶分別由hutG、hutH、hutI及hutU基因編碼，阻遏物則由hutC基因編碼。在產(chǎn)氣克氏菌中，以上基因構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)錄單位，hutI、hutG、hutC和hutU、hutH分別被轉(zhuǎn)錄合成兩條mRNA長鏈。這兩個轉(zhuǎn)錄單位各自都有一個啟動子和一個操縱區(qū)，其轉(zhuǎn)錄過程都是從左向右進(jìn)行的，hutC阻遏物能與每個操縱區(qū)相結(jié)合。第六十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于

32、2022年6月無論以組氨酸作為唯一碳源或氮源，hut操縱子都會處于有活性狀態(tài)。Hut操縱子的每一個啟動子上都有cAMP-CAP結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)碳供應(yīng)匱乏時，能合成cAMP，出現(xiàn)cAMP-CAP復(fù)合物，并與操縱區(qū)上的相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。雖然尚不清楚氮源缺乏時的信號是什么，但它很可能也是一個正效應(yīng)子。 第七十張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 多啟動子調(diào)控的操縱子 I rRNA操縱子大腸桿菌rRNA操縱子（rrnE）上有兩個啟動子，P1和P2。P1是強(qiáng)啟動子，營養(yǎng)充沛時，由P1起始的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物比由P2起始的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物高3-5倍。當(dāng)營養(yǎng)匱乏時，P1的作用被抑制，但P2仍有功能。 第七十一張

33、，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月II. 核糖體蛋白SI操縱子核糖體蛋白SI操縱子（rpsA），它也受應(yīng)急反應(yīng)調(diào)節(jié)。RpsA有4個啟動子，P1、P2是強(qiáng)啟動子，平時主要依靠它們來啟動基因的表達(dá)，合成SI蛋白。P3、P4是弱啟動子，只有在緊急情況下，P1、P2啟動子受ppGpp的抑制，由P3、P4起始合成的SI蛋白維持了生命的最低需要。 第七十二張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月III. Dna Q蛋白操縱子Dna Q蛋白是DNA聚合酶全酶的亞基之一，其主要功能是校正DNA復(fù)制中可能出現(xiàn)的錯誤。在RNA聚合酶活性較低時，操縱子的轉(zhuǎn)錄由弱啟動子P2控制；而RNA聚合酶活性較高時，就開始利

34、用強(qiáng)啟動子P1。 第七十三張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3 基因轉(zhuǎn)錄的時序調(diào)控概念：原核生物在生長發(fā)育的各個階段，基因的表達(dá)是按照一定時間順序進(jìn)行的意義 有效利用能源 避免不適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)，造成的危害途徑 亞基的更換（枯草桿菌，E.coli，T4 phage） T7噬菌體生長過程中RNA pol的替代 噬菌體基因表達(dá)的調(diào)控第七十四張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月亞基的更換6.3.1枯草桿菌噬菌體SPO1早中晚基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換SPO1，烈性噬菌體如何實(shí)現(xiàn)早中晚基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換?通過更換亞基，使SPO1的早中晚基因有條不紊地表達(dá)因子的負(fù)責(zé)識別啟動子的保守序列，是轉(zhuǎn)錄起始唯一需要的因子

35、。許多細(xì)菌能生產(chǎn)多種可取代的因子，以識別不同的啟動子。當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動子結(jié)合第七十五張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月早期，2 55，產(chǎn)生gp28gp28 取代 55第七十六張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月中期， gp28 取代 55產(chǎn)生gp33, gp34第七十七張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月晚期,gp33, gp34取代 gp28， 55第七十八張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月枯草桿菌中每個因子都能識別具有特征性的一致序列的一組啟動子調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)相互取代的原因，可能是它們與核心酶的親和力所決定的第七十九張，PPT共九十頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3.2 E.coli 熱休克基