基因表達的調(diào)控原核生物課件

1、原核細胞基因表達的調(diào)控第一節(jié) 基因表達調(diào)控概述基因（gene）是指DNA分子中的最小功能單位。包括RNA(tRNAr、rRNA)和蛋白質(zhì)編碼的結(jié)構(gòu)基因及無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的調(diào)節(jié)基因。基因表達(gene expression)就是指某一基因指導下的蛋白質(zhì)合成,蛋白質(zhì)是基因表達的產(chǎn)物。 在生物代謝過程中所需要的各種酶或蛋白質(zhì)的基因以及構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)成分的基因,在正常情況下是經(jīng)常進行表達的,而與生物發(fā)育過程有關(guān)的基因則要在特定的時間或空間才進行表達,而在其余的時間或空間這些基因則被關(guān)閉。雖然一種基因編碼一種蛋白質(zhì),但是不同蛋白質(zhì)在細胞中的相對數(shù)量差別很大,隨著它們的功能而不同,各種蛋白質(zhì)變化不定。 中心法則生

2、物個體的各種組織細胞一般都有相同的染色體數(shù)目，每個細胞含的DNA量基本相近。但不同組織細胞中不僅表達的基因數(shù)量不相同，而且基因表達的強度和種類也各不相同，這就是基因表達的組織特異性(tissue specificity)。細胞分化發(fā)育的不同時期，基因表達的情況是不相同的，這就是基因表達的階段特異性(stage specificity)。 一生合成總蛋白質(zhì)的種類約10萬種，但在一個典型的分化細胞中合成約5000種蛋白質(zhì)；如何調(diào)控？生物的基因表達不是雜亂無章的，而是受著嚴密、精確調(diào)控的。所以，不僅生命的遺傳信息是生物生存所必需的，而且遺傳信息的表達調(diào)控也是生命本質(zhì)所在。事實上，即使最簡單的生物，如

3、病毒粒子基因組的表達，也是處于調(diào)控之中。幾乎所有的基因都是被調(diào)控的。E.coli細胞大約有4000個基因，約有107個蛋白質(zhì)分子。如果每個基因都以相似的速度合成蛋白質(zhì)，那么每個基因平均產(chǎn)生約3000個蛋白質(zhì)分子。但實際上，細胞內(nèi)各種蛋白質(zhì)分子的拷貝數(shù)差異很大，有的蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)只有幾個分子，而有的蛋白質(zhì)卻多達50萬個分子。 轉(zhuǎn)錄水平(transcriptional level)的調(diào)控，是一種最經(jīng)濟的辦法,可以免去浪費從mRNA合成蛋白質(zhì)的各種元件和材料。這大概是生物在長期進化過程中自然選擇的結(jié)果。大多數(shù)基因表達都屬于轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。 翻譯水平(translational level)的調(diào)控，包

4、含一些分子裝置問題,如與核糖體的結(jié)合速度等。這種調(diào)控是較少的。 基因表達的多級調(diào)控基因表達調(diào)控的五個水平 DNA水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié) 翻譯水平調(diào)節(jié) 翻譯后加工的調(diào)節(jié)DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細胞質(zhì)一、基因表達的基本概念（一）結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因編碼細胞結(jié)構(gòu)和基本代謝活動所必要的RNA、蛋白質(zhì)或酶，它們被稱為結(jié)構(gòu)基因（structural genes）。 編碼那些控制其他基因表達的RNA或蛋白質(zhì)的基因，稱為調(diào)控基因（regulatory genes）。 （三

5、）正調(diào)控和負調(diào)控若調(diào)控因子使靶基因的表達水平上升，這種調(diào)控方式稱為正調(diào)控（positive regulation）若調(diào)控因子使靶基因的表達水平下降，甚至關(guān)閉，這種調(diào)控作用稱為負調(diào)控（negative regulation） 正調(diào)控（四）誘導和阻遏基因在特定環(huán)境中表達增強的過程稱作誘導(induction) 基因表達水平降低的過程稱作阻遏(repression) 誘導和阻遏是同一事物的兩種表現(xiàn)方式。不論是細菌還是真核生物以及人體內(nèi)均有這兩種基因表達方式存在。調(diào)節(jié)這類基因表達的信號分子都是小分子，刺激誘導發(fā)生的分子稱為誘導物(inducer)，引起阻遏發(fā)生的分子稱為阻遏物或輔阻遏物(co-repr

6、essor)。 （五）順式作用元件和反式作用因子順式作用元件是它調(diào)節(jié)鄰近基因的核酸序列（即同一染色體上的基因；順式構(gòu)型的基因），對其他染色體上的基因（反式構(gòu)型）沒有影響。反式作用因子包括各種可擴散分子（經(jīng)常是蛋白質(zhì)），可調(diào)節(jié)與它接觸的基因的表達。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的反式作用因子稱為轉(zhuǎn)錄因子，另一些反式作用因子調(diào)控RNA加工和蛋白合成。 反式作用因子二、真核和原核生物基因表達的特點（1）基因表達的時空性（2）原核生物的操縱子（3）真核生物的內(nèi)含子（4）染色質(zhì)（5）RNA聚合酶（5）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)第二節(jié) 原核生物基因表達調(diào)控 細菌的某一代謝途徑中，幾個酶按順序起作用，在這種情況中，往往是這一系列的酶要么都產(chǎn)生，要

7、么都不產(chǎn)生。這種現(xiàn)象叫協(xié)同調(diào)節(jié)，實際上這是由于編碼上述所有基因產(chǎn)物的多順反子mRNA的合成被調(diào)節(jié)的結(jié)果。有些酶活性通過生物合成途徑中的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物的濃度來共同調(diào)節(jié)，這個調(diào)節(jié)模式叫反饋抑制或終產(chǎn)物抑制。小的效應物分子也反復地用于激活或抑制一個特定的酶的活性。葡萄糖丙酮酸羧化酶乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸1，6-二磷酸果糖草酰乙酸-酮戊二酸擰檬酸天冬氨酸氨基酸蛋白質(zhì)嘧啶核苷酸核酸 氨甲酰天冬氨酸+從大腸桿菌染色體的長度可以估計它大約可以編碼2000-4000種蛋白質(zhì)。一般估計生長在以葡萄糖為唯一碳源的細菌中的酶類至少有600-800種。在這些酶中特別是與降解葡萄糖第一步有關(guān)的酶(即所謂關(guān)鍵酶),及

8、與制造氨基酸與核苷酸有關(guān)的酶,以相當大的數(shù)量存在著,產(chǎn)生ATP所需的酶類也大量存在。 E.coli生長在乳糖中,則半乳糖苷酶分子幾乎有3000個之多,而生長在其它碳源的細胞此酶只有1/1000。 這點說明當細胞需要一種蛋白質(zhì)時,與它不需要的時候比較,它能以極大數(shù)量存在。像以乳糖為底物那樣,引入培養(yǎng)基中而專一地增加某種酶的數(shù)量,這個底物即稱為誘導物(inducer),而這種酶則稱為誘導酶(indueible enzyme)。 法國的Jacob和Monod等人做了一系列遺傳學和生化學研究實驗，于1961年提出乳糖操縱子(lac operon)學說。他們的操縱子學說(theory of operon

9、)使我們得以從分子水平認識基因表達的調(diào)控,是一個劃時代的突破。 操縱子學說可以簡述如下: 有一個專一的阻遏分子(蛋白質(zhì))結(jié)合在靠近半乳糖苷酶基因上面,這段DNA他們稱之為操縱基因。由于阻遏分子結(jié)合在DNA的操縱基因上,從而阻止了RNA聚合酶合成半乳糖苷酶的mRNA。此外,他們還指出乳糖為誘導物,當乳糖結(jié)合到阻遏分子上時,即阻止阻遏分子與操縱基因的結(jié)合。當有乳糖時,阻遏分子即失活,mRNA就可以轉(zhuǎn)錄出來。如果去掉乳糖時,阻遏分子又恢復其活力,與操縱基因DNA結(jié)合,將乳糖基因關(guān)閉。 （二）操縱子(operon)的基本組成主要包括以下單元:結(jié)構(gòu)基因群(structural gene)啟動子(prom

10、oter, p)操縱子(operator, o)調(diào)控基因(regulatory, R)編碼能與操縱子結(jié)合的調(diào)控蛋白，通常為阻遏物。終止子(terminator, T)1結(jié)構(gòu)基因群操縱子中被調(diào)控的編碼蛋白質(zhì)的基因稱為結(jié)構(gòu)基因(structural gene, SG)。一個操縱子中含有2個以上的結(jié)構(gòu)基因，多的可達十幾個。各結(jié)構(gòu)基因頭尾銜接、串連排列，組成結(jié)構(gòu)基因群。 2啟動子啟動子(promoter，P)是指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子至少有一個啟動子，一般在第一個結(jié)構(gòu)基因5側(cè)上游，控制整個結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。 3操縱子操縱子(operator，O)是指能被調(diào)控蛋

11、白特異性結(jié)合的一段DNA序列，常與啟動子鄰近或與啟動子序列重疊，當調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱子序列上，會影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強弱。 4調(diào)控基因（阻遏物）調(diào)控基因(regulatory gene)是編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。與操縱子結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為阻遏蛋白(repressive protein)，其介導的調(diào)控方式稱為負性調(diào)控(negative regulation)；與操縱子結(jié)合后能增強或起動調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為激活蛋白(activating protein)，所介導的調(diào)控方式稱為正性調(diào)控(positive regulation)。5終止子終止子(term

12、inator，T)是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列。在一個操縱元中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個基因的后面有一個終止子。以上5種元件是每一個操縱子必定含有的。其中，啟動子、操縱子和終止子都屬于順式作用元件(cis acting element)。調(diào)控基因可以在結(jié)構(gòu)基因群附近、也可以遠離結(jié)構(gòu)基因，它是通過其基因產(chǎn)物棗調(diào)控蛋白來發(fā)揮作用的，因而調(diào)控基因不僅能對同一條DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起表達調(diào)控作用，而且能對不在一條DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用，在遺傳學實驗上稱為反式作用(transaction)。 二、 乳糖操縱子 乳糖操縱子(lac operon)是原核生物中研究得最清楚的一種操縱子。在乳糖

13、操縱子上,除去半乳糖苷酶(Z)和半乳糖苷透過酶(Y)基因之外,還有一個硫半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶(thiogalactoside transacytylase)基因(A)它的生理功能尚不清楚)。這3個基因每個前面都有一翻譯信號,引導核糖體結(jié)合及蛋白質(zhì)合成。在底物乳糖不存在時,lac操縱子基因即被阻遏,半乳糖苷酶只以很少的拷貝存在(每個細胞幾個分子)。 操縱基因或一稱為i(或I)的基因，編碼一個可擴散的分子,引起基因的阻遏。以后這種分子被證明為蛋白質(zhì),現(xiàn)在稱之為阻遏蛋白(repressor) 。操縱基因或一稱為i(或I)的基因的突變會引起lac操縱子基因產(chǎn)物的合成。阻遏作用并不是絕對的,即使在阻遏情況下

14、,每個細胞也有少數(shù)拷貝的半乳糖苷酶及半乳糖苷透過酶。 乳糖操縱子:(Lactose operon) 一個調(diào)節(jié)基因,三個結(jié)構(gòu)基因,二個控制元件lacI調(diào)節(jié)基因lacZlacYlacADNAm-RNA -GalactosidasePermeaseTransacetylaseProtein結(jié)構(gòu)基因啟動子 操縱子PlacIPlacOlac乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)基因啟動子操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因RPOLacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基 因 關(guān) 閉當供給細胞以乳糖時,lac操縱子即被誘導,一個誘導物分子結(jié)合在阻遏蛋白的特異部位上,引起阻遏蛋白構(gòu)象的改變,結(jié)果使阻遏蛋白從操縱基因上解離下來。在此

15、系統(tǒng)中的誘導物并非乳糖本身,而是乳糖的同素異形體,稱為異乳糖(allolactose)。乳糖進入E.coli細胞,被轉(zhuǎn)化成異乳糖。異乳糖與阻遏蛋白結(jié)合后,它們即從操縱基因上解離下來,lac操縱子基因即開始表達,半乳糖苷酶的濃度可以增加1000倍之多。 乳糖酶的誘導PLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子ORmRNA 阻遏蛋白（無活性） mRNAZmRNAYmRNAa乳糖ipozyaNo lac mRNAAbsence of lactoseActiveipozya-GalactosidasePermeaseTransacetylasePresence of lactoseIn

16、active有些結(jié)構(gòu)上與異乳糖相似的半乳糖苷也是半乳糖苷酶的誘導物,但并非它的底物。而某些半乳糖苷為底物,卻非誘導物。異丙基硫代半乳糖苷(isopropyl thiogalactoside,簡稱IPTG)是一種特別有效的誘導物,目前在基因表達的研究中常常使用,在基因表達的系統(tǒng)中加入IPTG之后,基因的表達量常成倍地增加。IPTG不是乳糖代謝的底物,屬于非代謝誘導物。 AmproripUC18(3 kb)MCS (Multiple cloning sites,多克隆位點）Lac promoterlacZGene XNo IPTG, X gene低水平表達With IPTG, X gene高水平表

17、達L1: The LAC operon乳糖操縱子的正調(diào)控現(xiàn)在了解到,即使有誘導物存在將阻遏蛋白中和,操縱子的正常表達還必須有一個蛋白質(zhì)介導的正調(diào)控信號。 E.coli生長在既有葡萄糖又有乳糖存在的介質(zhì)中,則只利用葡萄糖,而乳糖操縱子蛋白質(zhì)處于低水平。同樣如果既有萄葡糖又有半乳糖存在時,半乳糖操縱子即無活性。 葡萄糖對轉(zhuǎn)錄的作用并不是直接的,其降解產(chǎn)物(降解物catabolite)是靠降低細胞內(nèi)的環(huán)式AMP(cAMP)的含量起作用。此關(guān)鍵代謝物(cAMP)對葡萄糖降解代謝所抑制的各種操縱子的轉(zhuǎn)錄都是需要的。ATP是cAMP的直接代謝前體,擔任這種轉(zhuǎn)化的酶是腺苷酸環(huán)化酶(adenylcyclase

18、),此酶可能受代謝降解物的直接抑制。 環(huán)式AMP并不直接促進lac mRNA的合成,而靠結(jié)合在代謝降解物基因激活蛋白(catabolite-gene activator protein),簡稱CAP上起作用。此后它就獲得與DNA專一部位結(jié)合的能力,這時就增加鄰近操縱子的轉(zhuǎn)錄速度。CAP對一切葡萄糖敏感的操縱子都是正調(diào)控因子,。乳糖操縱子調(diào)控RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基 因 表達CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCGP(CAP)OCAP結(jié)合部位 RNA聚合酶TcAMP -CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP

19、的關(guān)系cAMP CGP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein） CAP：環(huán)腺苷酸受體蛋白（cycilic AMP receptor protein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)CAP能控制RNA聚合酶在乳糖啟動子上的結(jié)合。CAP或者阻遏物對mRNA生長速度都沒有任何影響。但二者則控制RNA聚合酶分子與啟動子結(jié)合的速度,一個為正調(diào)控,另一為負調(diào)控。實際上阻遏物阻斷RNA聚合酶的結(jié)合,CAP幫助RNA聚合酶有效地與乳糖啟動子結(jié)合,使更多的RNA的合成起始進行。 CAP-cAMP復合物激活RNA合成CAB乳糖操縱子小結(jié)A: RNA polyme

20、raseB: lac repressor C: CRP-cAMP三、色氨酸操縱子 色氨酸操縱子 控制五種酶的合成Trp E，D，C，B，A。當色氨酸濃度低時,這5個鄰近的trp基因才開始轉(zhuǎn)錄成mRNA。色氨酸不是一個誘導物,而是作為一個輔阻遏物(corepressor)。輔阻遏物活化其專一的阻遏物,因此它能與trp操縱基因結(jié)合并阻止其相應基因的轉(zhuǎn)錄。 許多阻遏物分子能以活性的及無活性的兩種形式存在,這要看它們與其適當?shù)恼T導物或輔阻遏物(corepressor)是否結(jié)合而定,誘導物的結(jié)合可使阻遏物失活。反之,輔阻遏物的結(jié)合則將無活性的阻遏物變?yōu)橛谢钚缘男问?。例?在細胞中加入色氨酸可以激活阻遏物

21、,后者控制色氨酸生物合成所需酶的合成,這就迅速切斷其專一的mRNA分子的合成 酶的誘導和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導劑A.有活性阻遏蛋白C.無活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因 阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達誘導物誘導物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合, 結(jié)構(gòu)基因可以表達阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達代謝產(chǎn)物在阻遏物與其誘導物或輔阻遏物之間不形成共價鍵。每個阻遏物分子的一部分在

22、形狀上與其誘導物或輔阻遏物的專一部分是互補的。二者以次級鍵(氫鍵、鹽橋或范德華力)相連結(jié),由于這些鍵是弱鍵,它們可以快速形成或快速破壞,使阻遏物(活性的或非活性的)迅速調(diào)整,以適應生理的需要。 當色氨酸充裕時,色氨酸轉(zhuǎn)錄的起始就被色氨酸阻遏物復合物與操縱子相結(jié)合而阻攔住z而當細胞中色氨酸濃度下降時,阻遏就被取消,轉(zhuǎn)錄又再開始運行。當色氨酸濃度低時,trp操縱基因不被占據(jù),trp mRNA的合成在鄰近的啟動子處開始進行。不過,trp mRNA一旦起始合成,并不自動生長到全長度,而大多數(shù)trp mRNA分子在第一個trp基因(trp E)開始轉(zhuǎn)錄之前即停止生長。 trp E之前為轉(zhuǎn)錄的終止子,它由

23、一個特征的RNA發(fā)夾環(huán)組成，隨后為8個尿嘧啶(U)殘基,此處即所謂弱化子(attenuator), RNA合成通常在此即行停止,前導RNA長為139個核苷酸 弱化子的重要性 色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄必須由一個可控制的終止部位來調(diào)節(jié),這個部位就是弱化子。它位于操縱子與這個氨基酸合成途徑的第一個酶的基因之間:P,O L a E D C B A P,O L a E D C B AO為操縱子，L為前導肽，a為弱化子，E，D，C，B，A為色氨酸合成酶類基因弱化子這個調(diào)節(jié)部位與某些操縱子末端的停止信號相似,含有一個富含GC的序列,隨后為一個富含AT的序列。這兩個區(qū)域都以弱化子為中心,表現(xiàn)出對稱的結(jié)構(gòu)： 5AGC

24、CCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTTTGAACAAAATT3TCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAAACTTGTTTTAA UUUUUU-OH3 前導mRNA，能形成轉(zhuǎn)錄不依賴P的終止子序列。 前導序列有3個特征可使RNA聚合酶通過弱化子： (1)除去由前導的1區(qū)與2區(qū)所形成的終止子發(fā)夾外還有第二個發(fā)夾; (2)2區(qū)與3區(qū)互補,于是又形成一由2區(qū)及3區(qū)組成的另一發(fā)夾,從而阻止終止子發(fā)夾的形成; (3)引導RNA編碼14個氨基酸組成的短前導肽,其前面為一長的核糖體結(jié)合位點。 前導肽有一特殊的序列特征: 2個色氨酸密碼子排成一列 Met Lys Ala Ile Phe V

25、al Lue Lys GlyTrp TrpArg Thr Ser這些密碼子的功能是使企圖翻譯前導肽的核糖體停止前進。而當色氨酸缺乏時,核糖體達到色氨酸密碼子時必須停止,圍繞色氨酸密碼子的RNA停下來結(jié)合在核糖體上,不能成為發(fā)夾環(huán)的一部分。 在色氨酸密碼子處被捕捉的核糖體被放在可使2區(qū)與3區(qū)自由配對的位置上,于是終止子發(fā)夾(3,4)不能形成,RNA聚合酶跨過弱化子達到操縱子,使trp酶表達。 如果有充分的色氨酸,使核糖體得以通過色氨酸密碼子前進,則核糖體阻止序列2,使3,4區(qū)形成終止子發(fā)夾,則轉(zhuǎn)錄在前導RNA末端停止。大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用的可能機制Trp密碼子111232233444核

26、糖體核糖體轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄終止C.高濃度色氨酸使核糖體到達2部位， 3與4 堿基配對，轉(zhuǎn)錄終止。A.游離mRNA中1與2以及3與4堿基配對。B.低濃度色氨酸使核糖體停留在1部位，轉(zhuǎn)錄得以完成。阻遏作用與弱化子控制之間可能同時存在,使得細胞內(nèi)色氨酸微細調(diào)節(jié)到一個水平,使得兩步反應更緊急地達到色氨酸饑餓,起始反應是停止阻遏物的結(jié)合,更大的饑餓則導致弱化作用的松弛,其它氨基酸的操縱子,如組氨酸及亮氨酸操縱子沒有阻遏物,它們完全依靠弱化作用來控制。 組氨酸Met Thr Arg Val Gln Phe Lys His His His His His His His Pro Asp亮氨酸Met Ser Hi

27、s Ile Val Arg Phe Thr Gly Leu Leu Leu Leu Asn Ala Phe Ile Val 這些前導肽的mRNA正是設(shè)計成能夠察覺出所被合成的蛋白質(zhì)的氨基酸水平。如果相應的氨基酰tRNA缺乏時,前導肽的翻譯就自動停止下來。例如,在色氨酸操縱子中被阻止的核糖體促使mRNA的構(gòu)象開放,使RNA聚合酶能閱讀過弱化子部位。在組氨酸操縱子前導RNA存在7個編碼組氨酸的密碼子就強化了檢查系統(tǒng)的靈敏性。這個組氨酸操縱子可以單純靠弱化子的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)它的控制作用。 四、基因表達翻譯水平的調(diào)節(jié) （一）mRNA的結(jié)構(gòu)對翻譯的調(diào)控原核生物中基因的表達也在翻譯水平上受到控制。蛋白質(zhì)翻譯的起

28、始主要依靠AUG起始密碼子上游富含嘌呤的6-8個核苷酸之存在與否。這段DNA序列就稱為（Shine-Dalgarno,S-D）序列即核糖體結(jié)合位點(ribosome-binding site)的存在。 如果這個區(qū)域發(fā)生突變,就會大大降低其相應的mRNA的翻譯效率,不論這個突變靠近AUG密碼子,或遠離密碼子都是一樣。這樣的序列被包在環(huán)卡結(jié)構(gòu)(loop structure)之中,因而無法與16S rRNA 相互作用,進行翻譯 。有證據(jù)表明Shine-Dakarno序列的工作效率受與它們結(jié)合的蛋白質(zhì)控制,從而阻礙其作用。E.coli的核糖體蛋白(ribosomal protein,r-蛋白)就是一個例證 。當-蛋白合成的速度超過-RNA合成的速度時,游離的-蛋白就積累起來,有一些關(guān)鍵的-蛋白就與Shine-Daigarno序列結(jié)合。這樣的話,核糖體蛋白就不能比它們用于制造核糖體時合成得更快。 在核糖體組裝時,關(guān)鍵的-蛋白與-RNA結(jié)合得早些。與這些蛋白質(zhì)結(jié)合的-RNA的序列及與關(guān)鍵蛋白質(zhì)相互作用的-蛋白的mRNA的序列是十分相似的。因此,翻譯水平的調(diào)控就是-RNA與蛋白mRNA之間相互與其關(guān)鍵蛋白結(jié)合的競爭。擔任以mRNA為模板翻譯成蛋白質(zhì)的核糖體是一個很大的生物大分子,含有50多種核糖體蛋白及許多種核糖體RNA（rRNA)。