原核生物基因表達調控優(yōu)秀課件

原核生物基因表達調控第1頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四一.原核生物基因表達調控概述

隨著生物個體的發(fā)育，DNA分子能有序地將其所承載的遺傳信息，通過密碼子-反密碼子系統(tǒng)轉變成蛋白質，執(zhí)行各種生理生化功能?？茖W家把從DNA到蛋白質的過程稱為基因表達（geneexpression），對這個過程的調節(jié)就稱為基因表達調控（generegulation或genecontrol）。第2頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四1.基因表達調控的生物學意義適應環(huán)境、維持生長和增殖維持個體發(fā)育與分化第3頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2.原核基因表達調控的特點1）原核生物基因表達調控包括在DNA水平、轉錄水平、轉錄后水平和翻譯水平，但轉錄水平的調節(jié)是最有效、最經(jīng)濟的方式，也是最主要的調節(jié)方式。2）原核生物基因的表達調控多以操縱子為單位進行，即：將功能相關的基因組織在一起，同時開啟或關閉基因表達。3）基因調控的模式可分成兩大類，正調控和負調控，原核生物以負調控為主。第4頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3.原核基因表達調控的幾個概念1）順式作用元件和反式作用因子基因表達的產(chǎn)物(蛋白質或RNA)從合成的場所擴散到目標場所而發(fā)揮作用的過程稱為反式作用（trans-acting），此基因表達產(chǎn)物被稱為反式作用因子（trans-actingfactor）。反式作用因子通常為的蛋白質或RNA。順式作用（cis-acting）:任一不轉變?yōu)槿魏纹渌问降腄NA序列在原位發(fā)揮作用，影響與其相連的其它DNA序列的活性。第5頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四順式作用元件（cis-actingfactor）：指對基因表達有調節(jié)活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處在一個DNA分子上的基因。順式作用元件通常不編碼蛋白質，多位于基因旁側或內(nèi)含子中。如：位于轉錄單位開始和結束位置上的啟動子和終止子，都是典型的順式作用元件。基因活性的調控主要通過反式作用因子和順式作用元件相互作用而實現(xiàn)。第6頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2）結構基因和調節(jié)基因

組成基因/管家基因（constitutivegene,

housekeepinggene）是指不大受環(huán)境變動而持續(xù)表達的一類基因。如ＤＮＡ聚合酶，ＲＮＡ聚合酶等代謝過程中十分必需的酶或蛋白質的基因。調節(jié)基因（regulatedgene）指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因。如：不同生長發(fā)育時期表達的一些基因。第7頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3）正調控和負調控正調控(positivecontrol)在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是關閉的，加入某種調節(jié)蛋白后基因活性就被開啟，這樣的調控為正轉錄調控。調節(jié)基因操縱基因結構基因mRNA酶蛋白調節(jié)蛋白第8頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四負調控（negativecontrol)

在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是表達的，加入這種調節(jié)蛋白質后基因表達活性便被關閉，這樣的調控負轉錄調控。調節(jié)基因操縱基因結構基因阻遏蛋白不轉錄，基因封閉第9頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四4）激活蛋白和阻遏蛋白激活蛋白（activator)，在正調控系統(tǒng)中，調節(jié)蛋白稱誘導蛋白或激活蛋白。和操縱基因結合后引起基因表達開放。

阻遏蛋白（repressor),

是負調控系統(tǒng)中由調節(jié)基因編碼的調節(jié)蛋白。和操縱基因結合后引起基因表達關閉。第10頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

倒位片段阻遏蛋白二、DNA水平調控1.細菌DNA重排對基因表達的影響鼠傷寒沙門菌鞭毛素基因的調節(jié)第11頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四鼠傷寒沙門氏菌（S.typhimrium）的相轉變（phasevariation）第12頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2.

σ因子對原核生物轉錄起始的調控σ因子:原核生物RNA聚合酶的一個亞基，是轉錄起始所必需的因子，主要影響RNA聚合酶對轉錄起始位點的正確識別，這種σ因子稱σ70,此外還有分子量不同,功能不同的其他σ因子。在轉錄起始階段，σ因子識別特異啟動序列；不同的σ因子決定特異編碼基因的轉錄激活，也決定不同RNA（mRNA、rRNA和tRNA）基因的轉錄。σ亞基在轉錄延長時脫落。第13頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四在E.coli，不同類型的啟動子需要不同類型的σ因子

σ32

調控熱休克基因（heatshockgenes）

σ54/60

調控氮代謝基因

σF

調控鞭毛基因

σ43

調控噬菌體基因枯草桿菌(B.subtilis)

第14頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四1.操縱子學說（theoryofoperon)1961年，法國巴斯德研究院的FrancoisJacob（雅各布）與JacquesMonod（莫洛）提出獲1965年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎三.操縱子對基因表達的調控第15頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2.操縱子：是原核生物在分子水平上基因表達調控的單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受調節(jié)基因產(chǎn)物的控制。操縱子可視為原核生物的轉錄單位，它可以逐個地從原核生物基因組中分離出來，對其結構功能加以研究。ＯＰ第16頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3.乳糖操縱子1)乳糖操縱子的結構調節(jié)蛋白（阻遏蛋白）啟動子操縱基因結構基因第17頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四Z編碼β-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，還能將乳糖轉變?yōu)楫悩嬋樘荵編碼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膜進入細胞內(nèi)。A編碼β-半乳糖苷乙?；D移酶：乙酰輔酶A上的乙?；D到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。3個編碼的結構基因第18頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四乳糖操縱子的控制模型，其主要內(nèi)容如下：

①Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼。

②這個mRNA分子的啟動子緊接著操縱基因（O區(qū)），而位于I與O之間的啟動子區(qū)（P），不能單獨啟動下游mRNA分子的轉錄。

③操縱基因（Ｏ區(qū)）是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結合位點。

ＯＰ第19頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四④當阻遏物與操縱基因結合時，lacmRNA的轉錄起始受到抑制。

⑤誘導物通過與阻遏物結合，改變它的三維構象，使之不能與操縱基因結合，從而激發(fā)lacmRNA的合成。當有誘導物存在時，操縱基因區(qū)沒有被阻遏物占據(jù)，所以啟動子能夠順利起始mRNA的合成。第20頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2）lac體系受調控的證據(jù)在不含乳糖的培養(yǎng)基中，每個大腸桿菌細胞內(nèi)大約只有1-2個利用乳糖的酶分子。如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，利用乳糖的酶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。由底物誘導合成利用該底物的酶，這種現(xiàn)象稱為酶的誘導。

第21頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

把大腸桿菌細胞放在加有放射性35S標記的氨基酸,但沒有半乳糖誘導物的培養(yǎng)基中繁殖幾代然后再將這些帶有放射活性的細菌轉移到不含35S、無放射性的培養(yǎng)基中隨著培養(yǎng)基中誘導物的加入，β-半乳糖苷酶便開始合成。分離β-半乳糖苷酶，發(fā)現(xiàn)這種酶無35S標記說明酶的合成不是由前體轉化而來的，而是加入誘導物后新合成的。同位素示蹤實驗Jacob和Monod認為誘導酶（他們當時稱為適應酶）現(xiàn)象是個基因調控問題，可以用實驗方法進行研究，因此選為突破口，終于通過大量實驗及分析，于1961年建立了該操縱子的控制模型。第22頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四酶的誘導第23頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四酶的誘導現(xiàn)象是生物進化過程中出現(xiàn)的一種合理、經(jīng)濟地利用有限資源的本能。酶誘導已證明是低等生物的普遍現(xiàn)象。第24頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3）乳糖操縱子可誘導的負調節(jié)機制無乳糖:lac操縱子處于阻遏狀態(tài)(repression)有乳糖:lac操縱子即可被誘導誘導劑(inducer):別乳糖、半乳糖、IPTG

（異丙基硫代半乳糖苷）第25頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四當阻遏物與操縱基因結合時，lacmRNA的轉錄起始受到抑制。第26頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第27頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四經(jīng)誘導后，RNA聚合酶首先與啟動區(qū)(P)結合，通過操縱區(qū)(O)向右轉錄。轉錄從O區(qū)的中間開始，按Z→Y→A方向進行，每次轉錄出來的一條mRNA上都帶有這3個基因。第29頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

別乳糖是lac操縱子轉錄的活性誘導物異丙基硫代半乳糖苷（isopropylthiogalactoside：IPTG）結構上類似于別乳糖，是乳糖操縱子非常有效的誘導物。可誘導lac操縱子表達，但不能被β-半乳糖苷酶水解。這種能誘導酶合成，但不能被酶分解的分子稱為安慰誘導物（gratuitousinducer）。安慰誘導物由于能在細胞內(nèi)保持原型不變，因此很有用處。IPTG常用于誘導含有使用了lac啟動子的質粒載體的細菌中的重組蛋白的表達。第30頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第31頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四4）乳糖操縱子的正調控當大腸桿菌以乳糖為唯一碳原時，lac操縱子可被乳糖誘導而表達，可是在培養(yǎng)基中同時加入葡萄糖時，細菌優(yōu)先利用葡萄糖，只有葡萄糖耗盡時，乳糖才能誘導基因的表達，這種現(xiàn)象稱為分解物阻遏/代謝物阻遏（cataboliterepression);葡萄糖效應：是指當葡萄糖和其它糖類一起作為細菌的碳源時葡萄糖總是優(yōu)先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖類的利用的現(xiàn)象。

第32頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四細菌在富含葡萄糖的培養(yǎng)基上生長的時，葡萄糖可降低細菌體內(nèi)cAMP的水平。在細菌中，cAMP與CAP（cataboliteactivatorprotein）結合形成二元復合物共同發(fā)揮作用。只有cAMP存在時，CAP才有活性。CAP是cAMP受體蛋白（cAMPreceptorprotein,CRP),其分子內(nèi)有DNA結合區(qū)及cAMP結合位點，是一個正調控因子，生化和遺傳學實驗證明，CAP可以結合到啟動子的某個部位而激活操縱子的轉錄。在依賴CAP的啟動子上起始轉錄必須有CAP參與。cAMP下降，CAP無活性不能與控制區(qū)結合，RNA聚合酶就不能啟動轉錄。原因：第33頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四在lac操縱元的啟動子Plac上游端有一段序列與Plac部分重疊的序列，能與CAP特異結合，稱為CAP結合位點（CAPbindingsite）。CAP與這段序列結合時，可增強RNA聚合酶的轉錄活性，使轉錄提高50倍。相反，當有葡萄糖可供分解利用時，cAMP濃度降低，CRP不能被活化，lac操縱元的結構基因表達下降。第34頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

TheLacOperon:

I.葡萄糖存在，乳糖不存在RepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNACAP葡萄糖存在，乳糖不存在，阻遏蛋白與操縱基因結合，基因不轉錄X第36頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

TheLacOperon:

II.乳糖存在，葡萄糖不存在RepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNACAPcAMPLacRepressorRepressorXCAPcAMPCAPcAMPRNAPol.RNAPol.葡萄糖不存在，乳糖存在，阻遏蛋白失活，cAMP+CAP與CAP位點結合結合，促進基因轉錄第37頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四TheLacOperon:

III.葡萄糖和乳糖都存在RepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNACAPLacRepressorRepressorXRNAPol.X葡萄糖存在，乳糖存在，阻遏蛋白失活，cAMP缺乏，不與CAP結合，基因不轉錄第38頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

TheLacOperon:

IV.乳糖不存在，葡萄糖也不存在RepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPRNAPol.RepressorRepressormRNARepressor葡萄糖不存在，乳糖不存在，阻遏蛋白與操縱基因結合，cAMP+CAP與CAP位點結合，基因不轉錄第39頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四Plac是弱啟動子，僅由乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱子轉錄開放，還不能使細菌很好利用乳糖，必需同時有CAP來加強轉錄活性，細菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。細胞內(nèi)cAMP與CRP/CAP（環(huán)腺苷酸受體蛋白/代謝物激活蛋白，由Ｃrp基因編碼）形成的復合物是啟動lac轉錄的必要條件。cAMP參與的正調節(jié)作用機制第40頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖的存在降低了細胞內(nèi)cAMP的含量，所以葡萄糖存在時，不能形成復合物，從而抑制乳糖代謝操縱子的表達。lac操縱子的強誘導既需要有乳糖的存在又需要沒有葡萄糖可供利用。通過這機制，細菌是優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無葡萄糖而又有乳糖時，細菌才去充分利用乳糖。結論：lac操縱子強的誘導作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖第41頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四協(xié)調調節(jié)(coordinateregulation)

負調節(jié)與正調節(jié)協(xié)調合作阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP不發(fā)揮作用如沒有CAP加強轉錄，即使阻遏蛋白從操作基因上解聚仍無轉錄活性降解物敏感型操縱子都有類似調節(jié)機制。

如：乳糖操縱子、阿拉伯糖及麥芽糖等的操縱子。第42頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四araB、araA和araD基因參與阿拉伯糖的降解，它們是一個基因簇，簡寫為araBAD。

araB編碼核酮糖激酶，

araA編碼L-阿拉伯糖異構酶，

araD編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構酶。4.阿拉伯糖操縱子三個基因的表達受到ara操縱子中1個基因araC

轉錄產(chǎn)物AraC的調控。

1）

阿拉伯糖操縱子結構第43頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四araBAD具有復合啟動子區(qū)域，兩個操縱區(qū)（O1，O2）和一個調節(jié)基因araC。AraC蛋白同時顯示正、負調節(jié)因子的功能。（在lac和gal操縱子中，阻遏蛋白只能作為負調節(jié)因子）。

araBAD和araC基因的轉錄是分別在一條鏈上以相反的方向進行的，araBAD基因簇從啟動子PBAD開始向右進行轉錄，而araC基因則是從Pc向左轉錄第44頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四PrPi第45頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2）

阿拉伯糖操縱子特點ara操縱子的調控有三個特點：第一，araC表達受到AraC的自動調控。第二，AraC既可充當阻遏物，也可作為激活劑。第三，cAMP與CAP結合可作為正調節(jié)物誘導ara操縱子表達。

3）

阿拉伯糖操縱子調控第46頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四有葡萄糖，缺阿拉伯糖有阿拉伯糖，沒有葡萄糖存在葡萄糖和阿拉伯糖都存在第47頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四AraC蛋白具有PBAD活性正、負調節(jié)因子的雙重功能。Pr是起阻遏作用的形式，可與類操縱區(qū)位點(araI,araO2)相結合，而Pi是起誘導作用的形式，它通過與araO1，araI結合啟動araBAD轉錄。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蛋白結合，使平衡趨向于Pi形式。第48頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四a.當葡萄糖和阿拉伯糖都存在時,過量AraC蛋白結合于araO1處，使RNA聚合酶不能結合araPc，阻止由Pc啟動子起始araC基因轉錄；b.葡萄糖水平較高時，阿拉伯糖水平低時，AraC蛋白為阻遏蛋白Pr，與操縱區(qū)O2以及araI上半?yún)^(qū)相結合，形成DNA回轉結構，araBAD基因和araC基因均不表達；c.有阿拉伯糖但無葡萄糖存在時，AraC與阿拉伯糖相結合，成為激活蛋白Pi，與araO1和araI區(qū)相結合，在CRP-cAMP的共同作用下起始結構基因表達?？偨Y第49頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第50頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第51頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四1）色氨酸操縱子的結構

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，這個操縱子自動關閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開，其結構基因表達，為可阻遏的操縱子模型。由于trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調控。5.色氨酸操縱子色氨酸的合成分5步完成。每個環(huán)節(jié)需要一種酶。這5種酶的基因緊密連鎖在一起，被轉錄在一條多順反子mRNA上。第52頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四5個基因分別以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表，編碼了與色氨酸合成有關的五種酶。第53頁，共104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相鄰的是啟動子區(qū)（P）和操縱區(qū)（O）。前導區(qū)和弱化子區(qū)分別定名為trpL和trpa（不是trpA）。第54頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四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，后者在大腸桿菌染色體圖上25cM處，而前者則位于90cM處。

第55頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2）trp操縱子的阻遏機制trpR基因產(chǎn)物為無活性的阻遏蛋白，此蛋白平常不與操縱區(qū)相結合。第56頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四當培養(yǎng)基中有色氨酸時，該阻遏蛋白與色氨酸相結合形成有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結合并關閉trpmRNA轉錄。第57頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第58頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四阻遏-操縱機制對色氨酸來說是一個一級開關，主管轉錄是否啟動，相當于粗調開關。trp操縱子中對應于色氨酸生物合成的還有另一個系統(tǒng)進行細調控，即：通過轉錄達到第一個結構基因之前終止轉錄來實現(xiàn)細調控。這個細微調控是由色氨酸的濃度來調節(jié)。當Trp濃度較低時，轉錄得到7kb的mRNA；當有高濃度Trp存在時，轉錄僅生成140核苷酸的前導RNA；這種調控機制就是弱化作用。第59頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第60頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

3）色氨酸操縱子的弱化系統(tǒng)

1）前導肽及其序列結構

在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密碼前有一個長162bp的mRNA片段被稱為前導區(qū)。第61頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四前導區(qū)（L區(qū)）編碼的多肽稱為前導肽。分析前導肽序列，發(fā)現(xiàn)它包括起始密碼子AUG，可編碼一個14個氨基酸的多肽。該多肽有一個特征，其第10位和11位有相鄰的兩個色氨酸密碼子。（組氨酸、苯丙氨酸操縱子中都有這種現(xiàn)象）若前導區(qū)當中123－150位堿基序列缺失，trp基因表達可提高6－10倍。此區(qū)域被稱為弱化子。弱化子/衰減子（attenuator)：位于轉錄單位開始區(qū)，起終止轉錄信號作用的一段核苷酸序列。第62頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四研究弱化子序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可形成莖-環(huán)結構，有典型的終止子特點。第63頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四研究發(fā)現(xiàn)，當mRNA合成起始以后，如果培養(yǎng)基中有色氨酸，轉錄總是在前導區(qū)終止，產(chǎn)生一個僅有140個核苷酸的RNA分子，終止trp基因轉錄。2）mRNA前導區(qū)序列分析第64頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四trp前導區(qū)的堿基序列已經(jīng)全部測定，其中4個分別以1、2、3和4表示的片段能以兩種不同的方式進行堿基配對，有時以1-2和3-4配對，有時只以2-3方式互補配對。4123Terminatorharipin4123第65頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3）轉錄的弱化效應

（1）當培養(yǎng)基中色氨酸的濃度很低時，負載有色氨酸的tRNA也就少，這樣翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就會很慢，當4區(qū)被轉錄完成時，核糖體才進行到1區(qū)，這時的前導區(qū)結構是2-3配對，所以轉錄可繼續(xù)進行。

第66頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3’5’5’3’4123RNAPol.RibosomeHelp,IneedTryptophan第67頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

（2）當培養(yǎng)基中色氨酸濃度較高時，核糖體可順利通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區(qū)被轉錄之前就到達2區(qū)，使2-3區(qū)不能配對，3-4區(qū)自由配對形成發(fā)夾終止子結構，轉錄被終止，trp操縱子被關閉。第68頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3’5’5’3’4123RibosomeRNAPol.第69頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四4）弱化子的作用機制弱化子對基因活性的影響是通過影響前導序列mRNA的結構而起作用的。起調節(jié)作用的是某種氨基酰-tRNA的濃度。屬于這種調節(jié)方式的有大腸桿菌中的色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子等等。第70頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四四.轉錄終止階段的調控1）抗終止作用不同的終止子的作用也有強弱之分，有的終止子幾乎能完全停止轉錄；有的則只是部分終止轉錄，一部分RNA聚合酶能越過這類終止序列繼續(xù)沿DNA移動并轉錄。如果一串結構基因群中間有這種弱終止子的存在，則前后轉錄產(chǎn)物的量會有所不同，這也是終止子調節(jié)基因群中不同基因表達產(chǎn)物比例的一種方式。有的蛋白因子能作用于終止序列或與ρ因子結合，減弱或取消終止子的作用，稱為抗終止作用(antitermination)，這類引起抗終止作用蛋白因子就稱為抗終止因子(antiterminator)?？菇K止作用最有代表性的例子見于λ噬菌體的時序控制。第71頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四噬菌體生活史溶菌途徑溶源途徑第72頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第73頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四PL

、PR

：左右向轉錄的啟動子PRM:CⅠ蛋白基因維持啟動子，受CⅠ濃度調控CⅠ蛋白：是PL、PR的主要阻遏物，并可自主調控PRMcro蛋白：

PL

、PR的阻遏蛋白，并可抑制PRM，抑制cⅠ表達

第74頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

λ噬菌體裂解生長與溶源化的建立取決于兩種阻遏蛋白CⅠ和Cro的合成。當CⅠ蛋白的合成占優(yōu)勢時，PRM被激活，CⅠ蛋白繼續(xù)起始合成，因而溶源化狀態(tài)建立；相反Cro蛋白合成占優(yōu)勢，則PRM被抑制，沒有CⅠ蛋白的合成，于是λ噬菌體在Cro蛋白的控制下進入裂解生長。CⅠ＞Cro溶源；CⅠ＜Cro溶菌第75頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四λ噬菌體進入細菌后，由于DNA上無調節(jié)蛋白。寄主RNA聚合酶分別結合于PL和PR。

PR轉錄Cro蛋白。PL轉錄翻譯產(chǎn)生抗終止蛋白N。第76頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四

在抗終止蛋白N的幫助下，轉錄翻譯出CⅡ、CⅢ蛋白。在CⅡ、CⅢ蛋白作用下，PRE（PRE主管建立溶源，repressorforestablishmentoflysogeny，位于cro和cⅡ之間）的操縱子向左轉錄cⅠ基因，產(chǎn)生CⅠ蛋白。CⅡ、CⅢ蛋白活化PRE第77頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四溶菌途徑

cro表達在先，cⅠ在后，且cⅠ的表達需CⅡ和CⅢ幫助。而CⅡ可被寄主蛋白酶（hfl編碼）水解。因此，當hfl產(chǎn)物存在時cⅠ基因不表達。此時Cro含量遠大于cⅠ。且占據(jù)OR3則使cⅠ不能轉錄，進入溶菌途徑。因此，Cro是進入溶菌途徑的關鍵蛋白。溶源途徑hfl表達受一系列基因的調控，寄主細胞碳源和能源缺乏時，使hfl產(chǎn)物活性降低，同時，CⅢ抑制hfl產(chǎn)物活性。因此，CⅡ增加，從而導致CⅠ增加。

CⅠ可抑制cro的表達，使噬菌體進入溶源途徑。第78頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四2）弱化作用弱化作用（attennuation）是CharlesYanofsky等在研究色氨酸操縱子的過程中發(fā)現(xiàn)的一種新的基因表達調控方式。弱化作用是通過DNA中可導致轉錄過程過早終止的一段核苷酸序列而發(fā)揮調節(jié)作用的。其共同特點是某些外部因素控制著弱化子發(fā)夾結構的形成。第79頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四五.翻譯水平的調控1)mRNA二級結構對翻譯起始的調控SD序列與起始密碼子AUG之間的距離是影響mRNA轉錄、翻譯成蛋白的重要因素之一，某些蛋白質與SD序列結合也會影響mRNA與核糖體的結合，從而影響蛋白質的翻譯。SD序列與16SrRNA3’-端的相應序列配對影響翻譯起始。強的配對可使翻譯頻率提高，反之翻譯頻率低。mRNA二級結構影響隱蔽SD序列，影響核糖體小亞基與mRNA的結合，影響翻譯。第80頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四E.coli的RNA噬菌體MS2,R17,f2和Qβ都非常?。ㄖ睆郊s為250）,是最簡單的病毒?；蚪M長3600～4200nt，只含4個基因：A、cp、Rep和Lys。CP(coatprotein)編碼外殼蛋白（含129aa,MW為13.7KDa）A（attachment）編碼附著蛋白（含393氨aa，MW為44KDa）Rep（replicase）編碼復制酶（含544aa，MW為61KKDa）；lys（lysis）編碼裂解蛋白,和cp，Rep基因重疊，該蛋白含75aa。第81頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第82頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四翻譯一個順反子需要二級結構的改變。mRNA上有多個核糖體存在時，第一個順反子的翻譯會破壞mRNA原有的二級結構，使核糖體能夠與下一個順反子的翻譯起始區(qū)域結合。第83頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四mRNA的降解速度受細菌的生理狀態(tài)、環(huán)境因素及mRNA結構的影響；mRNA分子自身回折產(chǎn)生的莖環(huán)結構有助于維持mRNA穩(wěn)定性；2)

mRNA穩(wěn)定性對翻譯的調控第84頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第85頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四3)反義RNA的調控1984年Mizuno,T.和Iwoue發(fā)現(xiàn)干擾mRNA的互補RNA（mic-RNA,mRNA-interferingcomplementaryRNA）AntisenseRNA的作用可能有三種機制。(1)反義RNA與mRNA上核糖體結合位點結合，形成雙鏈區(qū)，使核糖體不能結合，使翻譯不能起始；(2)在復制水平，與引物RNA互補結合，抑制DNA復制；(3)在靶分子的部分區(qū)域形成雙鏈區(qū)，使靶分子成為內(nèi)切酶的特異底物。第86頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第87頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四4)蛋白質合成水平的自體調控指一個基因的表達產(chǎn)物蛋白質或者RNA反過來控制自身基因的翻譯表達。第88頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四細菌編碼核糖體蛋白質、蛋白質合成因子和RNA聚合酶亞基等蛋白質的基因混合組成幾個操縱子。每個操縱子都含有數(shù)個基因。這些操縱子的表達都受操縱子自身的一些基因產(chǎn)物的調控。操縱子自身編碼的蛋白質的富集會抑制其自身及一些相關基因產(chǎn)物的進一步合成。一種蛋白質或RNA調控其自身的表達，即為自體調控。第89頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四（1）阻遏蛋白對翻譯起始的調控阻遏蛋白通過與mRNA的特定區(qū)域結合，抑制核糖體對翻譯起始區(qū)的識別。這種調控最常見的形式是，調控蛋白與含有起始密碼子AUG的序列直接結合，從而阻止核糖體的結合。（2）核糖體蛋白質的合成與rRNA的合成直接相關。（3）RF2蛋白合成、T4噬菌體基因32的表達產(chǎn)物都與自體調控有關。第90頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第91頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第92頁，共104頁，2023年，2月20日，星期四第93頁，共104頁，2023年，2月20日