原核基因的表達與調(diào)控

原核基因的表達與調(diào)控第1頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

物質(zhì)代謝調(diào)控與基因表達調(diào)控的關(guān)系物質(zhì)代謝調(diào)控的實質(zhì)就是對酶的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)水平：細胞水平激素水平：激素調(diào)節(jié)整體調(diào)節(jié)：神經(jīng)體液調(diào)節(jié)酶分子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)細胞內(nèi)酶的分隔分布酶分子降解調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié)第2頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四ControlofGeneExpressioninProkaryotesE.colihasabout4,000genes.Somegenesareonlyactiveundercertainconditions.Howdoesthecellregulatewhichgenesare“on”andwhichgenesare“off”?Transcriptionalcontrol第3頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四在細胞內(nèi)有許多種蛋白質(zhì)其數(shù)量幾乎不受外界環(huán)境的影響,這些蛋白質(zhì)稱為組成蛋白質(zhì)(constitutiveproteins);另一類型則被稱為適應型或調(diào)節(jié)型，因為這類蛋白蛋白質(zhì)的合成明顯受環(huán)境的影響而改變。第4頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四組成型表達(constitutiveexpression):幾乎不受環(huán)境變動影響的一類基因表達，其中某些基因表達產(chǎn)物是細胞或生物體整個生命過程中都持續(xù)需要而必不可少的，這類基因可稱為看家基因(housekeepinggene)。適應型表達(adaptiveexpression):環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。第5頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)

原核基因表達調(diào)控總論基因表達調(diào)控的水平：轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控包括：mRNA加工水平調(diào)控；

翻譯水平的調(diào)控第6頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四原核生物基因表達調(diào)控的各個水平第7頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四原核生物基因調(diào)控與外部信號：營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素

除光合自養(yǎng)細菌外,一般細菌如大腸桿菌所需的碳源首先是葡萄糖,利用葡萄糖發(fā)酵獲得能量,維持生存。在缺乏葡萄糖時,細菌也可以利用其它糖類如乳糖作為碳源,維持生活。第8頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四應環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(induction)，這類基因被稱為可誘導的基因(induciblegene)；相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。第9頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四一、原核基因調(diào)控機制的類型和特點正轉(zhuǎn)錄調(diào)控，負轉(zhuǎn)錄調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白(regulatoryprotein)是一些特殊蛋白質(zhì),它們決定著其他蛋白質(zhì)的合成。有兩種基本類型:即正調(diào)節(jié)蛋白(positiveregulator)及負調(diào)節(jié)蛋白(negativeregulator)。負調(diào)節(jié)蛋白或稱阻遏蛋白(repressor),會使其靶蛋白的合成受到抑制,即不表達。正調(diào)節(jié)蛋白是激活蛋白(activator)。對靶蛋白的合成有促進作用。因此,激活蛋白存在時被控制的基因可表達。第10頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Regulationcanbenegativeorpositive NegativeControl–mRNA在不存在調(diào)控因素的時候合成較快PositiveControl–mRNA的合成需要調(diào)控因素的存在第11頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四負控下的基因的表達可以由阻遏蛋白所關(guān)閉。通常阻遏蛋白可以與DNA結(jié)合以阻止轉(zhuǎn)錄發(fā)生，也可以與mRNA結(jié)合阻止翻譯起始。Structuralgeneclustersarecoordinatelycontrolled.第12頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四正控下的基因的表達只能發(fā)生在調(diào)節(jié)蛋白有活性的情況下。阻遏蛋白可以與DNA結(jié)合以阻止轉(zhuǎn)錄發(fā)生。正調(diào)節(jié)蛋白與DNA及RNA聚合酶相互作用，協(xié)助轉(zhuǎn)錄起始的發(fā)生。正調(diào)控蛋白通常稱為激活蛋白（activator)。第13頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四1、負控誘導和負控阻遏在負控誘導系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（誘導物）結(jié)合時，阻遏蛋白失效，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；在負控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物結(jié)合時，調(diào)節(jié)基因不轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白作用的部位是操縱區(qū)。第14頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四2、正轉(zhuǎn)錄調(diào)控調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白。可以根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導系統(tǒng)和正控阻遏系統(tǒng)在正控誘導系統(tǒng)中，效應物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；在正控阻遏系統(tǒng)中，效應物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)第15頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第16頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)節(jié)蛋白

阻遏蛋白激活蛋白游離時無活性（正控誘導）游離時有活性（正控阻遏）游離時無活性（負控阻遏）游離時有活性（負控誘導）負誘活正誘死第17頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四ThelacoperonisanexampleThelacgenesarecontrolledbyarepressor.Thelacoperoncanbeinduced.3、可誘導調(diào)節(jié)：是指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導下使基因活化。第18頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四aregulatorysysteminE.colithatcontrolsthesynthesisofenzymesrequiredforthemetabolismoflactoseLacoperonwasdiscoveredbyFrancoisJacobandJaquesMonodinthe1960'sdisaccharideFirstmodelforcontrolofgeneexpression-thelacoperoninE.coli-第19頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四E.coligrowingonglucoseCellsstopgrowingwhenallglucoseisusedup第20頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四E.coligrowingonglucoseandlactoseCellsstopgrowingwhenallglucoseisusedupAftera

"lagperiod",

thecellsstartto

growon

lactoseLagperiod第21頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四4、可阻遏調(diào)節(jié)：這類基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將關(guān)閉。Tryptophan

operonisanexampleHistidineoperon

第22頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四二、弱化子對基因活性的影響大腸桿菌：trp操縱子，phe操縱子，thr操縱子，ile操縱子，ala操縱子沙門氏菌：his操縱子，嘧啶合成操縱子弱化子：第23頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四三、降解物對基因活性的影響葡萄糖效應（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在的情況下，即使在細菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導物，與其相對應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶類。降解物基因激活蛋白（CAP,cataboliteactivatorprotein,or,cyclicAMPreceptorprotein,環(huán)腺苷酸受體蛋白，CRP）：葡萄糖降解物抑制腺苷酸環(huán)化酶活性，cAMP-CAP對細菌糖代謝發(fā)揮正調(diào)控作用。第24頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四四、細菌的應急反應細菌在面臨營養(yǎng)物質(zhì)（如氨基酸）全面匱乏時，細菌會啟動一個應急反應，包括生產(chǎn)各種RNA、糖、脂肪和蛋白質(zhì)在內(nèi)的幾乎全部生物化學反應過程均停止。這一過程要有鳥苷四磷酸（ppGpp）和鳥苷五磷酸（pppGpp）作為信號。第25頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Whatisthestringentresponse?Aminoacidstarvation(stringentconditions)leadstorapiddropinstableRNA(tRNAandrRNA)synthesis(10-20fold)Total[mRNA]alsodrops(~3fold)SomemRNAsincrease–e.g.aminoacidoperons第26頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Whatstimulatesthestringentresponse?AnunchargedtRNAenteringtheacceptor(A)sitecausingtheribosometostallAsitemRNAaminoacylatedtRNAAsitemRNAunchargedtRNAstallAminoacidstringentSignaltoshutdownstableRNAsynthesis第27頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)pppGpp、ppGpp等幾種鳥苷多磷酸，可降低rRNA和tRNA合成的速度，這是在氨基酸缺乏時細菌的一種適應性反應，稱為嚴謹反應。在大腸桿菌，當氨基酸貧乏時，ppGpp與RNA聚合酶結(jié)合，形成ppGpp—RNA聚合酶復合物，并使RNA聚合酶構(gòu)象改變，活性降低，rRNA和tRNA合成減少或停止第28頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四鳥苷四磷酸（ppGpp）和鳥苷五磷酸（pppGpp）作用范圍十分廣泛，超級調(diào)控因子AminoacidstarvationinducessynthesisofphosphorylatedguaninenucleotidespppGppandppGppGTPATPpppGppppGppmajorpathwayminorpathwayGDPATP++(p)ppGppsynthetaseUnchargretRNA(+)RNApolymeraseppGpp-RNApolymerasecomplex(inactived)(+)第29頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)操縱子和負控誘導系統(tǒng)操縱子學說：是法國巴斯德研究所Jacob和Monod在研究E.coli乳糖代謝調(diào)節(jié)時被發(fā)現(xiàn)的。JacquesMonod

FrancoisJacob第30頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Operonisaunitofbacterialgeneexpressionandregulation,includingstructuralgenesandcontrolelementsinDNArecognizedbyregulatorgeneproduct(s).OperatoristhesiteonDNAatwhicharepressorproteinbindstopreventtranscriptionfrominitiatingattheadjacentpromoter.RepressorproteinbindstooperatoronDNAorRNAtopreventtranscriptionortranslation,respectively.StructuralgenecodesforanyRNAorproteinproductotherthanaregulator.第31頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四SUGARMETABOLISMINE.coliTheoperonsforthegal,lacandaragenesareorganizedinthesamefashion,intandem.第32頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四ProkaryoticGeneRegulation第33頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Duringthelagperiod,newenzymesaresynthesised

?-galactosidase

(lacZ)-splitslactoseintoglucoseandgalactoselactosepermease

(lacY)-transportslactoseacrossthecellmembranelactosetransacetylase

(lacA)-inactivatestoxicgalactosides乳糖操縱子控制細菌對碳源乳糖的利用第34頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Howdoesthecellknowlactoseispresent?Howdoesitswitchonenzymeproduction?Howdoesitswitchontheproductionofallthreeenzymescoordinately?Thethreeenzymesareproducedonlywhenthecellneedstouselactoseasacarbonsource.酶的誘導合成第35頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure：Thelacoperonoccupies~6000bpofDNA.AttheleftthelacIgenehasitsownpromoterandterminator.TheendofthelacIregionisadjacenttothepromoter,P.Theoperator,O,occupiesthefirst26bpofthelonglacZgene,followedbythelacYandlacAgenesandaterminator.Structuralgeneclustersarecoordinatelycontrolled第36頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure：RepressorandRNApolymerasebindatsitesthatoverlaparoundthestartpointofthelacoperon.第37頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四大腸桿菌乳糖操縱子(lactoseoperon)包括3個結(jié)構(gòu)基因：lacZ、lacY和lacA，以及啟動子、控制子和阻遏子等。第38頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四LACTOSEOPERONINE.coliThelactoseoperontranscribesapolycistronicmRNA.ItistranscribedasasinglemRNAchainthatissubjectedtocoordinateregulationi.e.thatallgenesareexpressedatthesametime.第39頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四β-半乳糖苷酶：β-半乳糖苷鍵的專一性酶，能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。β-半乳糖苷透過酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質(zhì)膜進入細胞內(nèi)。β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶：把乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。第40頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

誘導

Definition:resultsinsynthesisofanenzymeifE.coliis grownontheappropriatesubstrate.

ifE.coligrowsonglucose

nob-galactosideinthemedium noneedfortheb-galactosidaseenzyme <5molecules/cell ifE.coliisswitchedfromglucosetolactose (lactoseisab-galactosidemadeupofglucose+galactose) rapidsynthesisofb-galactosidase in2-3min.>5000molecules/cell 5-10%oftotalproteinsinthecell一、酶的誘導-lac體系受調(diào)控的證據(jù)第41頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四誘導物INDUCERDefinition:smallmoleculethatcausesthesynthesisof enzymesabletometabolizeit.第42頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四在不含乳糖及β-半乳糖苷的培養(yǎng)基中，lac+基因型每個大腸桿菌細胞內(nèi)大約只有1-2個酶分子。如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，酶的濃度很快達到細胞總蛋白量的6%或7%，每個細胞中可有超過105個酶分子。第43頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四INDUCERATTHEMOLECULARLEVEL

discoveredbyJacobandMonodin1960usingbacteriawithmutationsinthelacZ,lacYandlacIgenes.1.Therepressoristranslatedfromtheinducibilitygene(I).Itisatetramericprotein.2.Therepressorbindswithgreataffinitytotheoperator(O)regionofthepromoter.3.Oncebound,itpreventsthebindingoftheRNApolymeraseandtranscriptionofthedownstream

genes.1.Ifasmallmoleculesuchaslactose(THEINDUCER)ispresent,itbinds

withgreataffinitytotherepressor.2.Thecomplexedrepressorcannolongerbindtotheoperatorregion.3.RNApolymerasebindstothe

promoterandtranscribesthegenes.EXCELLENTEXAMPLEOFNEGATIVEREGULATION第44頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四ORGANIZATIONOFTHEPROMOTERREGION第45頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四LABORATORYEXPERIMENTSGrowthofE.coliwithandwithoutinduction.Youwillmakeuseofainduceri.e.IPTG:IPTGcaninduce

galactosidasesynthesisbutwillnotmetabolizeit,since

galactosidasecannotcleavea-S-linkage.第46頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

乳糖操縱子在現(xiàn)代分子生物學試驗技術(shù)的應用galactosidase可以用作一些實驗的指示物Inmolecularcloning:bacteriaaregrownonmedium+IPTGandX-gal(chromophore).ThegalactosidaseactivitybreaksdowntheX-gal.Noinsert:bacteriaareblue+insert:

itwillinterruptthecodingregionofthe

-galactosidase,thereforenoenzymewillbeproduced.Thebacteriawillremainwhite.第47頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四載體帶有一個大腸桿菌的DNA的短區(qū)段，其中有β-半乳糖苷酶基因（lacZ）的調(diào)控序列和前146個氨基酸的編碼信息。在這個編碼區(qū)中插入了一個多克隆位點（MCS），它并不破壞讀框，但可使少數(shù)幾個氨基酸插入到β-半乳糖苷酶的氨基端而不影響功能，這種載體適用于可編碼β-半乳糖苷酶C端部分序列的宿主細胞。因此，宿主和質(zhì)粒編碼的片段雖都沒有酶活性，但它們同時存在時，可形成具有酶學活性的蛋白質(zhì)。這樣，lacZ基因在缺少近操縱基因區(qū)段的宿主細胞與帶有完整近操縱基因區(qū)段的質(zhì)粒之間實現(xiàn)了互補，稱為α-互補。由α-互補而產(chǎn)生的LacZ+細菌在誘導劑IPTG的作用下，在生色底物X-Gal存在時產(chǎn)生藍色菌落，因而易于識別。然而，當外源DNA插入到質(zhì)粒的多克隆位點后，幾乎不可避免地導致無α-互補能力的氨基端片段，使得帶有重組質(zhì)粒的細菌形成白色菌落。這種重組子的篩選，又稱為藍白斑篩選。如用藍白斑篩選則經(jīng)連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的鈣化菌平板37℃溫箱倒置培養(yǎng)12-16hr后，有重組質(zhì)粒的細菌形成白色菌落。第48頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四安慰誘導物第49頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四二、操縱子模型及影響因子Jacob與Monod所提出的關(guān)于基因表達調(diào)控的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β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β半乳糖苷酶的mRNA。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,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。第50頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四1、lac

操縱子ThreesetsofgenesnexttoeachotheronchromosomePlusDNAtranscriptionalelements第51頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四lac

轉(zhuǎn)錄元件Promoter,aDNAsequencerecognizedandbindedbyRNAPolymeraseTellsitwheretostarttranscriptionoftheDNAOperator,lacO,asequencethathelpsregulatetranscriptionofageneRegulatoryelement,lacI,aseparatetranscriptionunitConstitutively(always)expressed,unregulatedProducesthelacrepressorproteinRegulatesspecificallythelacoperon第52頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四lac

操縱子的功能Whennolactoseispresent:Don'tneedtomakeenzymestometabolizelactoseRepressorproteinsfromlacIgenebindthepromoterandlacO(Operator)DNAsequenceofthelacOperonRNAPolymeraseisunabletobindthelacpromoterDNAsequenceTheexpressionofthelacoperonisrepressedNoPermeaseorβ-galactosidaseenzymesareproduced第53頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Nolactosepresent第54頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四LactosePresentLactosepresent:expressionofoperonisneededNeedtoeliminaterepressorblockingSomeofthelactosebindstherepressorproteinsNolongerbindstheoperatorDNAsequenceTherepressorisanallostericprotein:Changesshapeonbindinganothermolecule第55頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四LactosePresent第56頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四InducibleOperon–NegativeControlTherepressorproteinInhibitstranscriptionandgeneexpressionTheoperonisoffinabsenceofexternalinducerButLactoseactstostimulatetranscriptionandexpressionofthegeneTherefore,TheoperonisinducibleAndthelactoseistheinducer第57頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四AdditionofinducerresultsinrapidinductionoflacmRNA,andisfollowedafterashortlagbysynthesisoftheenzymes;removalofinducerisfollowedbyrapidcessationofsynthesis.Repressoriscontrolledbyasmallmoleculeinducer第58頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Repressoriscontrolledbyasmallmoleculeinducer

第59頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure：Repressormaintainsthelacoperonintheinactiveconditionbybindingtotheoperator;additionofinducerreleasestherepressor,andtherebyallowsRNApolymerasetoinitiatetranscription.第60頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Cis-actingandtrans-acting

順式作用與反式作用Cis-acting:affectsgenesonlyonthesameDNAmoleculeDNAsequenceTrans-acting:affectsgenesonsameordifferentDNAmoleculesProtein(diffusible)第61頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Cis-actingDNAsequencesOcLacZ-

/

O+

LacZ+:inducibleEcolioperatormutated第62頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Trans-actingproteinsLacI+

LacZ–

/LacI–

LacZ+:inducible**第63頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第64頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四RepressorblocksthebindingofRNApolymerasetotheadjacentpromoterRNApolymeraseandrepressorcanbindtogethertothelacpromoter.Repressormaylockthepolymeraseintoanonproductivestate(morelikelytoberight)第65頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四DNA-Bindingproteins“Helix-turn-helixmotif”:alpha-helicalregionsseparatedbyaturnintheproteinstructureFitsintomajorgrooveofDNAMostrepressorproteinsareHTHs第66頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四ThecrystalstructureofamonomerofLacrepressorHTHheadpiececoreC-terminalOligomeriationInducerbidingOperatorbiding第67頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第68頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第69頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四DNAbindingbytetramersoflacrepressorThelacoperatorsequenceisanearlyperfectinvertedrepeatcenteredaroundtheGCbasepairatposition+11.第70頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

Figure10.16Whenarepressortetramerbindstotwooperators,thestretchofDNAbetweenthemisforcedintoatightloop.(ThebluestructureinthecenteroftheloopedDNArepresentsCAP,anotherregulatorproteinthatbindsinthisregion).PhotographkindlyprovidedbyMitchellLewis.第71頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四三、乳糖操縱子的其它影響因子葡萄糖對lac操縱子的影響：讓大腸桿菌生長在葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上，細菌生長曲線如右圖：第72頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Cataboliterepressiondescribesthedecreasedexpressionofmanybacterialoperonsthatresultsfromadditionofglucose.ItiscausedbyadecreaseinthelevelofcyclicAMP,whichinturninactivatestheCAPregulator.

代謝物阻遏效應與操縱子的正調(diào)控有關(guān)第73頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

Figure:CyclicAMPhasasinglephosphategroupconnectedtoboththe3￠and5￠positionsofthesugarring.

Cataboliterepressioninvolvespositiveregulationatthepromoter第74頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四cAMPandCataboliteRepressioncyclicAMP(cAMP)在無葡萄糖時積累.Adenylcyclase被葡萄糖抑制.cAMP磷酸二酯酶(phosphodiesterase

)可被glucose激活ATPcAMPAMPAdenylcyclasePhosphodiesteraseGlucose（-）（+）第75頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Whathappenswhenbothglucoseandlactosearepresent?BacteriawillnotactivatelacoperonwhenglucoseisstillavailablecAMPsensesthedepletionofglucoselevelcAMPactsbybindingto

cataboliteactivatorprotein

(CAP)

or

cAMPreceptorprotein

(CRP).Adenylcyclase第76頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure:GlucosecausescataboliterepressionbyreducingthelevelofcyclicAMP.

CataboliterepressioninvolvespositiveregulationatthepromotercAMP-CAP復合物，該復合物與啟動子區(qū)結(jié)合是lacmRNA合成所必需的。cAMP第77頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure:TheCAPproteincanbindatdifferentsitesrelativetoRNApolymerase.

Cataboliterepressioninvolvespositiveregulationatthepromoter第78頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第79頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure:TheconsensussequenceforCAPcontainsthewellconservedpentamerTGTGAand(sometimes)aninversionofthissequence(TCANA).第80頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四CooperativebindingofcAMP-CAPandRNAPonthelacpromoter第81頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第82頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四90oC第83頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Figure：

CAPbendsDNA>90°aroundthecenterofsymmetry.

Cataboliterepressioninvolvespositiveregulationatthepromoter第84頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四CAPCAPRNAP第85頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖通過其某個代謝產(chǎn)物影響cAMP的形成,cAMP-CAP復合物可與lac操作子結(jié)合第86頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖＋，乳糖－：lacmRNA－第87頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖＋，乳糖+：lacmRNA－第88頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖-，乳糖+：lacmRNA+第89頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)

色氨酸操縱子與負控阻遏體系Tryptophan(trp)operon:合成代謝途徑的調(diào)控

E.coli

可以在需要時合成tryptophantryptophan存在,trpoperon的表達下降第90頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第91頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四色氨酸操縱子(tryptophaneoperon)負責色氨酸的生物合成;當培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時，這個操縱子自動關(guān)閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開，trp基因表達;色氨酸或與其代謝有關(guān)的某種物質(zhì)在阻遏過程（而不是誘導過程）中起作用,在這個意義上講,它是一個負調(diào)控阻遏系統(tǒng)。trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調(diào)控。第92頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四trpE基因是第一個被翻譯的基因，和trpE緊臨的是啟動子區(qū)和操縱區(qū)，前導區(qū)和弱化子區(qū)為trpL和trpa。trp操縱子中產(chǎn)生阻遏物的基因是trpR，該基因距trp基因簇很遠。第93頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第94頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四阻遏作用使轉(zhuǎn)錄水平下降70倍,但是色氨酸操縱子的調(diào)控能力在700倍左右阻遏機制對色氨酸來說是一個一級開關(guān)，主管轉(zhuǎn)錄是否啟動，相當于粗調(diào)開關(guān)。trp操縱子中對應于色氨酸生物合成的還有另一個系統(tǒng)進行細調(diào)控,弱化作用。弱化作用是通過轉(zhuǎn)錄達到第一個結(jié)構(gòu)基因之前的過早終止來實現(xiàn)的，由色氨酸的濃度來調(diào)節(jié)。弱化子與前導肽第95頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四L區(qū)編碼了前導肽，當有高濃度Trp存在時，由于弱化子a的作用，轉(zhuǎn)錄迅速減弱停止，生成140核苷酸的前導RNA；當Trp濃度較低時，弱化子不起作用，轉(zhuǎn)錄得以正常進行，生成長約7kb的mRNA，操縱子中第一個結(jié)構(gòu)基因的起始密碼子AUG在+163處.前導肽第96頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四前導RNA結(jié)構(gòu)

前導RNA結(jié)構(gòu)包含4個互補的區(qū)(序列1,2,3,4)第97頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第98頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)

阿拉伯糖操縱子(arabinoseoperon)第99頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四Thearabinoseoperonfeaturesasingleproteinwhichactsasbothapositiveandanegativetranscriptionalregulator,dependinguponthebindingofparticularligands(Figure26.39).阿拉伯糖操縱子(arabinoseoperon),在葡萄糖饋乏時,它能利用阿拉伯糖作為能源。阿拉伯糖C基因編碼一種C蛋白,它能激活阿拉伯糖BAD操縱子的轉(zhuǎn)錄,此操縱子由araB,araA及araD基因組成。第100頁，共109頁，2023年，2月20日，星期四

第五節(jié)阻遏蛋白LexA的降解與細菌的SOS應答當細菌DNA遭到較大破壞時，細菌細胞內(nèi)會啟動一個稱為SOS的誘導型DNA修復系統(tǒng)

。參與SOSDNA修復系統(tǒng)的許多基因分散在染色體的各個部位，同時受LexA阻遏蛋白的抑制，平時表達水平很低。SOS體系的誘導