分子遺傳學(xué)原核生物基因表達(dá)調(diào)控詳解演示文稿

分子遺傳學(xué)原核生物基因表達(dá)調(diào)控詳解演示文稿1目前一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點優(yōu)選分子遺傳學(xué)原核生物基因表達(dá)調(diào)控2目前二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點基因表達(dá)的調(diào)控水平

基因組轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄后

翻譯

翻譯后中心法則(centraldogma)3目前三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.1.1基因表達(dá)調(diào)控是生命的必需基因表達(dá)(geneexpression)是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個過程。典型的基因表達(dá)是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的過程既然從DNA到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達(dá)，對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控（generegulation或genecontrol）。基因表達(dá)調(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題8.1概述(introduction)4目前四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點基因組(genome)是指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸但生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都表達(dá)出來，大腸桿菌基因組含有約4000個基因，一般情況下只有5－10%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處于較低水平的表達(dá)，有的暫時不表達(dá)5目前五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點不同組織細(xì)胞中不僅表達(dá)的基因數(shù)量不相同，而且基因表達(dá)的強(qiáng)度和種類也各不相同，這就是基因表達(dá)的組織特異性(tissuespecificity)細(xì)胞分化發(fā)育的不同時期，基因表達(dá)的情況是不相同的，這就是基因表達(dá)的階段特異性(stagespecificity)生物的基因表達(dá)不是雜亂無章的，而是受著嚴(yán)密、精確的調(diào)控，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(dá)調(diào)控也是生命本質(zhì)所在

6目前六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時間特異性(temporalspecificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。7目前七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點結(jié)構(gòu)基因（structuralgene）是編碼蛋白質(zhì)或RNA的任何基因。結(jié)構(gòu)基因編碼大量的功能各異的蛋白質(zhì)，如組成細(xì)胞和組織的結(jié)構(gòu)蛋白和酶等。調(diào)節(jié)基因（regulatorgene）僅指參與其他基因表達(dá)調(diào)控的RNA和蛋白質(zhì)的編碼基因。調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)物通過與DNA上的特定位點結(jié)合而控制受調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵。8目前八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點基因表達(dá)的產(chǎn)物(蛋白質(zhì))從合成的場所擴(kuò)散到目標(biāo)場所而發(fā)揮作用的過程稱為反式作用（trans-acting），此基因表達(dá)產(chǎn)物被稱為反式作用因子（trans-actingfactor）。反式作用因子通常為蛋白質(zhì)，其特征為可以從合成地擴(kuò)散到目標(biāo)場所發(fā)揮作用。9目前九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點

順式作用元件（cis-actingfactor）是指對基因表達(dá)有調(diào)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(zhì)，多位于基因旁側(cè)或內(nèi)含子中。

順式作用（cis-acting）的概念用于任一不轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏纹渌问降腄NA序列，它只在原位發(fā)揮DNA序列的作用，僅影響與其物理上相連的DNA序列的活性?；蚧钚缘恼{(diào)控主要通過反式作用因子（通常是蛋白質(zhì)）和順式作用元件（通常在DNA上）相互作用而實現(xiàn)。10目前十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.1.2基因表達(dá)適應(yīng)環(huán)境的變化生物體內(nèi)的基因調(diào)控各不相同，根據(jù)基因表達(dá)隨環(huán)境變化的情況，大致把基因表達(dá)分成兩類：①組成型表達(dá)（constitutiveexpression）：指不易受環(huán)境變動而變化的一類基因表達(dá)。其中某些基因表達(dá)產(chǎn)物是細(xì)胞或生物體整個生命過程中都持續(xù)需要而必不可少的，這類基因稱為看家基因（housekeepinggene）組成型基因表達(dá)也不是一成不變的，其表達(dá)強(qiáng)弱也受一定機(jī)制調(diào)控11目前十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點bcl-2β-actin1212目前十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點123GhUBI圖15GhGST基因在棉花根，莖和葉中的表達(dá)分析。泳道1，2和3分別是根，莖和葉的表達(dá)產(chǎn)物。內(nèi)參為GhUBI基因

1212GhUBIactin

AB

圖16黃萎病菌脅迫處理下的GhGST基因的表達(dá)量分析。(A)泳道1：接菌處理，泳道2：對照，actin基因作為內(nèi)參。(B)泳道1：接菌處理，泳道2：對照，GhUBI基因作為內(nèi)參8h8hCK12h24h12hCK24hCK48h48hCKGhUBI圖17棉苗根部在黃萎病菌脅迫處理不同時間的GhGST基因的特異性表達(dá)13目前十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點

3.2.3GhNiR基因表達(dá)特異性分析NiRUibiquitinRNA胚狀體胚性愈傷非胚性愈傷

GhNiR在胚性愈傷組織和胚狀體中的表達(dá)量要明顯高于非胚性愈傷組織，但GhNiR基因在胚性愈傷組織和胚狀體中的表達(dá)量幾乎相同，沒有明顯的差異。

14目前十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點2.纖維不同發(fā)育時期的半定量RT-PCR

15目前十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點3.根、莖、葉不同器官半定量RT-PCR16目前十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點常用的管家基因中文名稱英文縮寫B(tài)eta－肌動蛋白β-actin甘油醛3-磷酸脫氫酶GAPDHTATABox結(jié)合蛋白 TBP18s核糖體核糖核酸 18srRNA微管蛋白α

α-Tubulin17目前十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點②適應(yīng)型表達(dá)(adaptiveexpression)指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)應(yīng)環(huán)境條件變化，基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)相反，隨環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)

Luxurygene：細(xì)胞分化、生物的發(fā)育以及生物適應(yīng)環(huán)境所需要的基因18目前十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。19目前十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點改變基因表達(dá)的情況以適應(yīng)環(huán)境，在原核生物、單細(xì)胞生物中尤其顯得突出和重要，因為細(xì)胞的生存環(huán)境經(jīng)常會有劇烈的變化，例如：周圍有充足的葡萄糖，細(xì)菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它糖類的酶類，當(dāng)外界沒有葡萄糖時，細(xì)菌就要適應(yīng)環(huán)境中存在的其它糖類(如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等)，開放能利用這些糖的酶類基因，以滿足生長的需要即使是內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)定的高等哺乳類，也經(jīng)常要變動基因的表達(dá)來適應(yīng)環(huán)境，例如與適宜溫度下生活相比較，在冷或熱環(huán)境下適應(yīng)生活的動物，其肝臟合成的蛋白質(zhì)圖譜就有明顯的不同所以，基因表達(dá)調(diào)控是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必需20目前二十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點原核生物對環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答。真核生物的細(xì)胞分化、組織特化、個體發(fā)育及環(huán)境對個體表型的影響都是基因表達(dá)的結(jié)果。

原核生物中，營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素對基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。高等真核生物中，激素水平和發(fā)育階段是基因表達(dá)調(diào)控的最主要手段，營養(yǎng)和環(huán)境因素的影響大為下降。基因表達(dá)的調(diào)控涉及RNA轉(zhuǎn)錄的開/關(guān)，數(shù)量，選擇性加工；蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與降解和分泌…8.1.3原核生物與真核生物表達(dá)調(diào)控的異同21目前二十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有驚人的相似性共同的起源與共同的分子基礎(chǔ)調(diào)控機(jī)理上調(diào)控層次上核酸分子間的互作核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作transcriptionallevelpost-transcriptionalleveltranslationallevelpost-translationallevel22目前二十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì),靈活，又是最為重要的、復(fù)雜的調(diào)控●在復(fù)雜的基因組內(nèi)，確定需要基因轉(zhuǎn)錄的起始位點●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)●cisfactor&transfactor間嚴(yán)格而又靈活的互作●保證RNApolymerase的進(jìn)行式轉(zhuǎn)錄（不中斷，準(zhǔn)確終止）23目前二十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點e)遺傳信息表達(dá)的方式組成型表達(dá)（constitutiveexpression）Housekeepinggene誘導(dǎo)型表達(dá)（inducibleexpressionbysignalingmolecular）Luxurygene順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控Epistasiseffect24目前二十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點上位性效應(yīng)（Epistasiseffect

）：含意是指某一基因受不同位點上別的基因抑制而不能表達(dá)的現(xiàn)象。如果b基因存在時A與a的表型效果難以區(qū)別，此時b基因便是A基因的上位（ep－istatic），A基因是b基因的下位。25目前二十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.2轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控Prok.8.2.1操縱子（operon）8.2.2嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)（stringentresponse）8.2.3衰減子（attenuator）8.2.4轉(zhuǎn)座子（transposon）…26目前二十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點原核生物蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)

機(jī)制特異DNA序列編碼序列啟動序列操縱序列其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)27目前二十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點法國巴斯德研究院的FrancoisJacob與JacquesMonod于1960年在法國科學(xué)院院報上發(fā)表了一篇論文，提出乳糖代謝中的兩個基因被一靠近它們的遺傳因子所調(diào)節(jié)。這二個基因為β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)和半乳糖苷透過酶(galactosidepermease)首先提出了操縱子(operon)和操作子(operator)的概念，該學(xué)說使人們得以從分子水平認(rèn)識基因表達(dá)的調(diào)控，是一個劃時代的突破，1965年榮獲諾貝爾生理學(xué)獎operontheory8.2.1Operoncontrol28目前二十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點外周胞質(zhì)乳糖細(xì)胞內(nèi)面乳糖透(性)酶透(性)酶β－半乳糖苷酶葡萄糖半乳糖內(nèi)膜29目前二十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點是RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。1)啟動序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列30目前三十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點2操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白31目前三十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點3)其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。32目前三十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點operon調(diào)控類型－－Positive

&

Negative正負(fù)調(diào)控的區(qū)分是按照沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在的情況下操縱子對于新加入的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的響應(yīng)情況定義的負(fù)調(diào)控：在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是表達(dá)的，加入調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性被關(guān)閉。該調(diào)節(jié)蛋白稱為阻遏蛋白(repressor)正調(diào)控：在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是關(guān)閉的，加入調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性被開啟。該調(diào)節(jié)蛋白稱為無輔基誘導(dǎo)蛋白(apoinducer)或激活蛋白33目前三十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點IgeneNeg.Pos.i-or不加入I基因產(chǎn)物operononI+or加入I基因產(chǎn)物operonoffi-or不加入I基因產(chǎn)物operonoffI+or加入I基因產(chǎn)物operononrepressorNegativePositiveactivator(apoinducer)無輔基誘導(dǎo)物34目前三十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點●RepressorbindingonOsite●Operonoff●Negativecontrol是廣泛保險的機(jī)制（自然選擇使Prok.獲得選擇優(yōu)勢）Positivecontrol是靈活、嚴(yán)格、經(jīng)濟(jì)的調(diào)控機(jī)制ExpressorbindingfrontPsite意味轉(zhuǎn)錄效率極低阻止轉(zhuǎn)錄啟動激活轉(zhuǎn)錄啟動35目前三十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點輔阻遏物(corepressor)：能夠與失活的阻遏蛋白結(jié)合，并恢復(fù)阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合能力的物質(zhì)。operon調(diào)控模型無論是在正控制系統(tǒng)中，還是在負(fù)控制系統(tǒng)中，操縱子的開啟與關(guān)閉均受到環(huán)境因子的誘導(dǎo)，這種因子能與調(diào)控蛋白結(jié)合，改變調(diào)控蛋白的空間構(gòu)象，從而改變其對基因轉(zhuǎn)錄的影響，因此稱這種因子為效應(yīng)物。凡能誘導(dǎo)操縱子開啟的效應(yīng)物稱為誘導(dǎo)物（inducer）36目前三十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Signalmolecular

beneededforbothtypesAddsignalmol.

OperononAddsignalmol.

OperonoffCo-repressorInducer(inducibleoperon)(repressibleoperon)根據(jù)操縱子對于能調(diào)節(jié)它們表達(dá)的小分子應(yīng)答反應(yīng)的性質(zhì)，將操縱子分為可誘導(dǎo)的操縱子(inducibleoperon)和可阻遏的操縱子(repressibleoperon)37目前三十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Operoncontrolmodel負(fù)控制的誘導(dǎo)模型負(fù)控制的阻遏模型正控制的誘導(dǎo)模型正控制的阻遏模型38目前三十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點（1）可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控操縱子

例(分解酶類lactoseoperon)

Igene

activerepressorIbindingonOperator38kd/monomertetramer152kdrepressorinducerinactiverepressor39目前三十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點大腸桿菌能以乳糖為唯一碳源生長，這是由于它能產(chǎn)生一套利用乳糖的酶，這些酶受乳糖操縱子的控制大腸桿菌乳糖操縱子是大腸桿菌DNA的一個特定區(qū)段，由調(diào)節(jié)基因I、啟動子P、操作子O和結(jié)構(gòu)基因Z、Y、A組成P區(qū)是轉(zhuǎn)錄起始時RNA聚合酶的結(jié)合部位O區(qū)是阻遏蛋白的結(jié)合部位，其功能是控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄I基因經(jīng)常進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生有活性阻遏蛋白40目前四十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA41目前四十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點β-半乳糖苷酶是一種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(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)β-半乳糖苷乙?；D(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42目前四十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點LacILacI與結(jié)構(gòu)基因相鄰，但不與結(jié)構(gòu)基因?qū)偻晦D(zhuǎn)錄單位，有自己獨立的轉(zhuǎn)錄單位；含有自己的啟動子和終止子阻遏蛋白具有二重性：含有與O結(jié)合的位點阻止轉(zhuǎn)錄含有誘導(dǎo)物結(jié)合位點識別小分子誘導(dǎo)物阻遏蛋白與O結(jié)合時，能阻止RNA聚合酶在啟動子上的轉(zhuǎn)錄起始一個大腸桿菌細(xì)胞中有大約10個阻遏蛋白分子，組成型轉(zhuǎn)錄43目前四十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點TGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTLacO

LacO是mRNA起始點上游-5bp至轉(zhuǎn)錄單位內(nèi)+21bp的序列，與啟動子的末端重疊具有對稱性，以+11為軸，每邊為兩段各6bp的對稱序列TGTGTG和AATTGT+1+11O&Poverlaprepressor&RNApolymerasebindatsitesthatoverlaparoundthestartpointofLacoperonrepressor&RNApolymerase對重疊位點競爭44目前四十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點RNA聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位45目前四十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點---調(diào)控機(jī)理Inducer(lactose)與repressor特異結(jié)合tetramer變構(gòu)

特異結(jié)合力下降1000X作用于O

位點上的repressor變構(gòu)脫離O位作用于游離的repressoroperononrepessortetramer與operator發(fā)生特異結(jié)合operonoff

變構(gòu)失去結(jié)合于O位的能力46目前四十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Lacoperon調(diào)控機(jī)理當(dāng)細(xì)胞內(nèi)無誘導(dǎo)物時，阻遏蛋白與操作子O結(jié)合，由于O與P之間有一定程度的重疊，因而妨礙了RNAPol在-10序列上形成開放型啟動子復(fù)合物，從而妨礙了Z、Y、A基因的轉(zhuǎn)錄。(實驗表明:RNA聚合酶和LacI阻遏蛋白對操縱基因序列的結(jié)合是相互排斥的)

當(dāng)細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)物時，誘導(dǎo)物以極高的速度與阻遏蛋白迅速結(jié)合，從而改變阻遏蛋白的構(gòu)象，使之迅速從O上解離下來。RNAPol就能與啟動子牢固結(jié)合并形成開放型啟動子復(fù)合物，從而開始轉(zhuǎn)錄Z、Y、A基因47目前四十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點

48目前四十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點

Beta半乳糖苷酶半乳糖苷透性酶乙?；D(zhuǎn)移酶49目前四十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Lacoperon誘導(dǎo)物乳糖：能被β-半乳糖苷酶分解，形成別乳糖別乳糖是Lac操縱子轉(zhuǎn)錄的活性誘導(dǎo)物IPTG：異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（isopropyl-β-D-thiogalactoside）能被β-半乳糖苷酶識別但不能被β-半乳糖苷酶水解的半乳糖苷化合物。IPTG具有極強(qiáng)的誘導(dǎo)效應(yīng)，而本身不被分解，又稱為安慰誘導(dǎo)物(gratuitousinducer)所以IPTG常用于誘導(dǎo)含有l(wèi)ac啟動子的質(zhì)粒載體在細(xì)菌中的重組蛋白的表達(dá)50目前五十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點51目前五十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點誘導(dǎo)物如何進(jìn)入細(xì)胞開始誘導(dǎo)過程因為誘導(dǎo)物需要穿過細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而運轉(zhuǎn)誘導(dǎo)物需要透過酶。在非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量（1-5個mRNA分子）lacmRNA合成—本底水平永久型合成兩方面機(jī)制保證了細(xì)胞內(nèi)總有少量的蛋白足以開始誘導(dǎo)：一是操縱子有一基礎(chǔ)水平的表達(dá)，即使不被誘導(dǎo)時，操縱子也有少量表達(dá)（誘導(dǎo)水平的0.1％）二是一些誘導(dǎo)物通過其他系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)52目前五十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點w.t.(I+O+P+)誘導(dǎo)型addinduceroperononnoinduceroperonoffOC失去與repressor特異結(jié)合的能力OCmut.(I+

OC

P+)constitutivemut.（組成型）不可誘導(dǎo)的突變：使操縱子在任何情況下總不能表達(dá)的突變組成型突變：不受調(diào)控物影響的連續(xù)表達(dá)的突變Lacoperon突變53目前五十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點iCmut.

(iC

O+P+)constitutivemut.（組成型）iC

gene產(chǎn)物repressor喪失與O位點結(jié)合的能力iSmut.(iS

O+P+)super-repressionmut.（超阻型）iS

gene產(chǎn)物repressor不能與inducer結(jié)合等位基因間的顯隱關(guān)系54目前五十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點ic

poZYAicI+ic

tetramerNonbindingrepressortetramertetramertetramerLactose變構(gòu)iC

gene產(chǎn)物repressor喪失與O位點結(jié)合的能力I+>

iC等位基因間的顯隱關(guān)系I+/IC55目前五十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點iS

po

mutrepressorI+tetramerlactose等位基因間的顯隱關(guān)系iS

gene產(chǎn)物repessor不能與inducer結(jié)合iS

>

I+IS/I+iS

>

iC56目前五十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點OC失去與repressor特異結(jié)合的能力cis-dominatOC＞O+I+

OC

ZYAlactose等位基因間的顯隱關(guān)系I+O+mRNA操作子控制著鄰近的基因，而對細(xì)胞內(nèi)存在的其他等位基因沒有作用，此位點的突變（Oc）稱為順式顯性突變57目前五十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點58目前五十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點原核生物基因表達(dá)的調(diào)控乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(沒有乳糖時)ＲＰＯ

lacZlacY

lacA調(diào)節(jié)基因啟動子操縱基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶信使RNA轉(zhuǎn)錄翻譯阻抑物與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受阻．阻抑物59目前五十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點原核生物基因表達(dá)的調(diào)控乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(有乳糖時)ＲＰＯ

lacZlacY

lacA調(diào)節(jié)基因啟動子操縱基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶信使RNA轉(zhuǎn)錄翻譯阻抑物與乳糖結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生了改變，因而不能與操縱基因結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。阻抑物乳糖轉(zhuǎn)錄半乳糖苷酶酶酶乳糖分解代謝調(diào)控過程是一個自我調(diào)控過程

60目前六十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點inactiveactivatoractiveactivator（2）可誘導(dǎo)的正調(diào)控操縱子(多為分解酶類)I無活性激活物operonoff

(apoinducer)inducer有活性激活物結(jié)合在啟動子前面激活RNApolymerase啟動操縱子學(xué)說的核心是使基因從表達(dá)抑制狀態(tài)中解脫出來進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，是從負(fù)調(diào)節(jié)的角度來考慮基因表達(dá)調(diào)控的。那么，有沒有從相反的角度進(jìn)行正調(diào)節(jié)以提高基因的轉(zhuǎn)錄水平？61目前六十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點e.g.乳糖操縱子的正調(diào)控－－－cAMPcontrol

降解物對基因活性的調(diào)節(jié)

(universalcontrollingsystem)GlucoseLactoseE.coli葡萄糖優(yōu)先被利用，乳糖不被利用，why?通過阻止包括乳糖操縱子、半乳糖操縱子和阿拉伯糖操縱子等的表達(dá)來實現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應(yīng)或稱為降解物抑制作用。62目前六十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點I基因CAP—分解代謝物激活蛋白(cataboliteactivatorprotein)只有cAMP存在時，CAP才有活性，cAMP為小分子誘導(dǎo)物63目前六十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點64目前六十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點為什么會產(chǎn)生這種效應(yīng)呢？因為添加葡萄糖后，細(xì)菌所需要的能量可從葡萄糖得到滿足，葡萄糖是最方便的能源，細(xì)菌無需開動一些不常用的基因去利用這些稀有的糖類。葡萄糖的存在會抑制細(xì)菌的腺苷酸環(huán)化酶活性，減少環(huán)腺苷酸（cAMP）的合成，與它相結(jié)合的蛋白質(zhì)，即環(huán)腺苷酸受體蛋白CRP又稱分解代謝物激活蛋白CAP，因找不到配體而不能形成復(fù)合物降解物抑制作用是通過提高轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度來調(diào)節(jié)基因表達(dá)的，是一種積極的調(diào)節(jié)方式65目前六十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點在有乳糖存在，而且葡萄糖水平低時，CAP可以激活象lac操縱子那樣的操縱子的轉(zhuǎn)錄當(dāng)葡萄糖和乳糖都存在時，即使阻遏物不結(jié)合，轉(zhuǎn)錄也非常弱當(dāng)葡萄糖濃度降低，而乳糖仍然存在時，轉(zhuǎn)錄激烈增加。這是由于CAP是lac操縱子的一個激活劑，并且起始了正調(diào)控轉(zhuǎn)錄。cAMP的作用象個調(diào)節(jié)器，它與CAP結(jié)合正向調(diào)控CAP的DNA結(jié)合活性66目前六十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點E.coli中葡萄糖轉(zhuǎn)運將導(dǎo)致腺苷酸環(huán)化酶的去活化（作用），使得細(xì)胞內(nèi)cAMP處于低水平因此當(dāng)葡萄糖存在時，cAMP水平低，而CAP無活性。然而當(dāng)葡萄糖水平低時，腺苷環(huán)化酶有活性，細(xì)胞內(nèi)cAMP水平增加，導(dǎo)致CAP的激活，結(jié)果促進(jìn)RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)（下圖）概括了在葡萄糖和乳糖水平低和高的條件下lac操縱子的轉(zhuǎn)錄活性。只有當(dāng)葡萄糖水平低，而乳糖存在時，lac操縱子才被最大程度地轉(zhuǎn)錄。當(dāng)葡萄糖和乳糖的水平都很低時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？實驗表明，盡管有激活的CAP存在，lac阻遏物與lac操縱基因結(jié)合仍然能夠阻止RNA聚合酶與啟動子結(jié)合67目前六十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點68目前六十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點69目前六十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點調(diào)控機(jī)理當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺少葡萄糖時，位于細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶將ATP轉(zhuǎn)變?yōu)閏AMP，cAMP與其受體蛋白CAP結(jié)合成復(fù)合物，此復(fù)合物再與啟動子上的CAP結(jié)合位點結(jié)合，然后啟動子上的RNAPol進(jìn)入位點才能與RNAPol結(jié)合，轉(zhuǎn)錄即可進(jìn)行當(dāng)細(xì)胞內(nèi)含有葡萄糖時，細(xì)胞內(nèi)cAMP不能形成，從而也不能形成cAMP-CAP復(fù)合物，復(fù)合物不能與啟動子上的CAP位點結(jié)合，啟動子上的RNAPol進(jìn)入位點雖能結(jié)合RNAPol，但不能形成開放型復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄起始區(qū)內(nèi)的雙螺旋不能解鏈，轉(zhuǎn)錄無法進(jìn)行70目前七十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP71目前七十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點cAMP—CAP

具有廣泛生理效應(yīng)的正控制系統(tǒng)存在于多種基因表達(dá)調(diào)控體系中Lacoperon表達(dá)cAMP(Positive-inducible)lactose(Negative-inducible)

72目前七十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點

Lacoperon的協(xié)調(diào)調(diào)控正調(diào)控與負(fù)調(diào)控協(xié)調(diào)合作阻遏蛋白封閉轉(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上解離仍無轉(zhuǎn)錄活性葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP濃度，阻礙其與CAP結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)錄結(jié)論：lac操縱子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖73目前七十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點wtwtmtmtcis-dominant（順式顯性）：cisactingfactor對與其緊密連鎖基因的控制效應(yīng)不受其等位基因的影響。隱性突變74目前七十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點wtmt75目前七十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點InteralleliccomplementationIc

Z+/I+Z+O+

Z+/OCZ+OCZ+/IcZ+I+

Z+/IcZ+OCZ-/O+Z+OCZ+/O+Z+OCZ+/O+Z-GenetypesConstitutiveInducible-+++----++-++-76目前七十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點（3）可阻遏的負(fù)調(diào)控操縱子(合成酶類)e.g.色氨酸合成酶操縱子Igene

inactiverepressorCo-repressor(

色氨酸)77目前七十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點lac和ara操縱子是編碼分解代謝途徑酶系的操縱子，負(fù)責(zé)碳源（例如乳糖和阿拉伯糖等）的分解利用，這些操縱子的表達(dá)受相應(yīng)碳源的誘導(dǎo)在細(xì)菌中還有負(fù)責(zé)一些物質(zhì)合成代謝的操縱子，例如色氨酸操縱子（tryptophanoperon,trpoperon）就是負(fù)責(zé)色氨酸合成的操縱子trp操縱子是由一個啟動子和一個操縱基因區(qū)組成，該操縱基因區(qū)控制一個編碼色氨酸生物合成需要的5種蛋白的多順反子mRNA的表達(dá)78目前七十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的組分，一般的環(huán)境難以給細(xì)菌提供足夠的色氨酸，細(xì)菌要生存繁殖通常需要自己經(jīng)過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環(huán)境能夠提供色氨酸時，細(xì)菌就會充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負(fù)擔(dān)。細(xì)菌所以能做到這點是因為有色氨酸操縱元(trpoperon)的調(diào)控。

79目前七十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點由于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(diào)控色氨酸的合成主要分5步完成，有7個基因參與整個合成過程。trpE和trpG編碼鄰氨基苯甲酸合酶，trpD編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，trpF編碼異構(gòu)酶，trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB則分別編碼色氨酸合酶的α和β亞基80目前八十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點合成色氨酸所需要酶類的基因E、D、C、B、A等頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操作子O的調(diào)控，調(diào)控基因trpR的位置遠(yuǎn)離P-O-結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成型方式低水平表達(dá)分子量為47000的調(diào)控蛋白R。R并沒有與O結(jié)合的活性，當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化，就能夠與O特異性親和結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，因此這是屬于一種負(fù)性調(diào)控的、可阻遏的操縱元(repressibleoperon)，即這操縱元通常是開放轉(zhuǎn)錄的，當(dāng)有效應(yīng)物(色氨酸為阻遏劑)作用時，則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱元都屬于這種類型，其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省的狀態(tài)。81目前八十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點162P具有正常的-10和-35序列，-10序列完全位于O內(nèi)阻遏蛋白以四聚體的形式起作用。每個細(xì)胞約有20個四聚體。衰減子82目前八十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點trpRPOEDCBAtrpRPOEDCBA

色氨酸調(diào)控機(jī)理Operatoroperonoffoperononrepressor+trp

active

repressor阻遏蛋白(inactive)

不能與O結(jié)合

(色氨酸缺乏)83目前八十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點w.t.(I+O+P+)阻遏型iCmut.(iCO+P+constitutivemut.)OCmut.

(I+OCP+constitutivemut.)OC

>O+(cis-dominant)I+

>iCiC

無活性的阻遏蛋白不能被輔阻遏物激活OC

不能被有活性的阻遏蛋白結(jié)合色氨酸操縱子突變體84目前八十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點e.g.2精氨酸合成酶操縱子調(diào)控元/調(diào)節(jié)子(regulon)：受一個I基因調(diào)控的若干operon所組成的表達(dá)調(diào)節(jié)系統(tǒng)poApoGRpoDpoBCEHpoFrepressor

Arg85目前八十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點activeactivatorcorepressor（4）可阻遏的正調(diào)控操縱子Iactiveactivator(apoinducer)

operononCo-repressorInactiveactivatoroperonoff86目前八十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點e.g.阿拉伯糖操縱子(regulon)在大腸桿菌中，參與阿拉伯糖代謝的酶基因分為三個操縱子，即araBAD、

araE和araFG

araE和araFG編碼膜結(jié)合蛋白，與阿拉伯糖結(jié)合和轉(zhuǎn)運有關(guān)阿拉伯糖的降解需要3個基因：araB、araA和araD，形成一個基因簇，簡寫為araBAD。分別編碼L-核酮糖激酶、L-阿拉伯糖異構(gòu)酶和L-核酮糖-5-磷酸-4-表異構(gòu)酶三個操縱子由一個共同的araC基因產(chǎn)物(轉(zhuǎn)錄因子AraC)調(diào)控87目前八十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點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araBAD基因簇從啟動子PBAD開始向右進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而araC基因則是從Pc向左轉(zhuǎn)錄Cpind結(jié)合位點，araBAD轉(zhuǎn)錄Cprep結(jié)合位點，阻遏PC&PBAD88目前八十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點ara操縱子的調(diào)控有三個特點：第一，araC的表達(dá)受到自身產(chǎn)物AraC的自動調(diào)控第二，AraC既可充當(dāng)阻遏物，也可作為激活劑AraC蛋白同時顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的功能第三，AraC與CAP結(jié)合可充分誘導(dǎo)ara操縱子89目前八十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點AraC蛋白作為PBAD活性正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的雙重功能是通過該蛋白的兩種異構(gòu)體實現(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，然后產(chǎn)生大量的Pi，并與啟動子結(jié)合90目前九十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點阿拉伯糖的作用象AraC的一個調(diào)控器，可將AraC由一個阻遏物轉(zhuǎn)換為一個激活劑。阿拉伯糖與AraC結(jié)合改變了AraC同源二聚體化特性、促進(jìn)了AraC-CAP復(fù)合物的形成。此時，AraC－阿拉伯糖的作用象是一個轉(zhuǎn)錄激活劑，這正是CAP-cAMP誘導(dǎo)araB、araA、araD轉(zhuǎn)錄所需要的91目前九十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點當(dāng)由于araBAD編碼的蛋白質(zhì)的代謝使得阿拉伯糖水平下降時，AraC又轉(zhuǎn)換成一個阻遏物，同時araBAD轉(zhuǎn)錄減少，此時盡管CAP-cAMP復(fù)合物仍然存在于細(xì)胞中92目前九十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點阿拉伯糖作為E.coli的碳源，可以誘導(dǎo)ara操縱子的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞中葡萄糖水平高（導(dǎo)致cAMP處于低濃度）和阿拉伯糖水平低時，AraC阻遏araB，araA，araD的轉(zhuǎn)錄當(dāng)阿拉伯糖水平高，而葡萄糖水平低（cAMP高）時，CAP-cAMP復(fù)合物能夠與ara操縱子中的CAP結(jié)合部位結(jié)合，使DNA突環(huán)打開93目前九十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點94目前九十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點ArabinoseoperonopenBADgeneexpression阿拉伯糖存在cAMPenough(noglucose)CppresentCpind95目前九十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點細(xì)菌有時會碰到緊急狀況，比如氨基酸饑餓時，就不是缺少一二種氨基酸，而是氨基酸的全面匱乏。為了緊縮開支，渡過難關(guān)，細(xì)菌將會產(chǎn)生一個應(yīng)急反應(yīng)，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(xué)反應(yīng)過程均被停止8.2.2嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)調(diào)控(stringentresponsecontrol)（1）基本概念原核生物（w.t.）在氨基酸饑餓狀態(tài)下，自動停止或降低(10-20倍)rRNA,tRNA轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成速率的嚴(yán)謹(jǐn)現(xiàn)象

stringentresponse是對任何氨基酸饑餓時表現(xiàn)的一種廣泛的調(diào)節(jié)機(jī)制96目前九十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點（2）相關(guān)因子嚴(yán)謹(jǐn)因子(焦磷酸轉(zhuǎn)移酶）Relgene編碼（relaxed)pppGpp（MagicspotII）鳥苷-5’-三磷酸-3’-二磷酸PPP-CH2GMSIIPPppGpp（MagicspotI）

鳥苷-5’-二磷酸-3’-二磷酸PP-CH2MSIPPG鳥苷四磷酸(ppGpp)鳥苷五磷酸(pppGpp)

信號分子產(chǎn)生信號分子的誘導(dǎo)物是空載tRNA嚴(yán)緊反應(yīng)導(dǎo)致兩種特殊核苷酸積聚：

97目前九十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點◆最初發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在氨基酸饑餓時，出現(xiàn)兩種特殊的核苷酸，其電泳的遷移率和一般的核酸不同，感到很奇怪，就稱之為“魔斑Ⅰ”和“魔斑Ⅱ”，后來發(fā)現(xiàn)魔斑Ⅰ便是ppGpp，魔斑Ⅱ是pppGpp。◆這些鳥苷是典型的小分子效應(yīng)物，預(yù)期它們的功能是和靶蛋白結(jié)合改變它們的活性，有時它們被稱為（p）ppGpp。（p）ppGpp的功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞活性大分子的協(xié)調(diào)性。它們的產(chǎn)物是由兩種途徑來控制的。在嚴(yán)峻的條件下嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)可以觸發(fā)(p)ppGpp的增加。一些未知因素的調(diào)節(jié)也會出現(xiàn)（p）ppGpp水平與細(xì)菌生長速度之間的反向協(xié)調(diào)。

98目前九十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點pppG+ATPpppGpp+AMP嚴(yán)謹(jǐn)因子ppG+ATPppGpp+AMP

＋pi嚴(yán)謹(jǐn)因子次要途徑各種核糖體蛋白質(zhì)，EF-Tu和EF-G99目前九十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點（3）stringentresponse分子機(jī)理Rel+stringentfactorAsite的空載tRNAPPGATPAMPppGpppppGppNulltRNA,肽鏈不延伸，GTP不斷消耗10upIdlingreaction提純的RelA酶它本身實際是沒有活性的。而在核糖體存在時它才有活性。它的活性是由核糖體在合成蛋白中的狀態(tài)所控制的。

100目前一百頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點調(diào)控機(jī)制：當(dāng)細(xì)菌處于氨基酸饑餓狀態(tài)時，無負(fù)載的tRNA進(jìn)入核糖體A位點后，無法形成新的肽鍵，而GTP卻在不斷消耗，即出現(xiàn)所謂的空轉(zhuǎn)反應(yīng)（idlingreaction)。細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)反應(yīng)時促進(jìn)了嚴(yán)謹(jǐn)因子的表達(dá)，從而產(chǎn)生魔斑，其濃度可增加10倍以上。魔斑作為阻遏物特異性地與rDNA操縱子的起始位點結(jié)合關(guān)閉rDNA操縱子，同時阻止tRNA的轉(zhuǎn)錄延伸，以使細(xì)胞能適應(yīng)有限的營養(yǎng)條件。當(dāng)細(xì)菌的生存條件恢復(fù)正常時，細(xì)胞中名為spoT的基因可編碼降解ppGpp的酶，從而開放rRNA和tRNA的轉(zhuǎn)錄，保證核糖體的重新構(gòu)建和蛋白質(zhì)的合成。101目前一百零一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點trp操縱子轉(zhuǎn)錄的調(diào)控是通過Trp阻遏物實現(xiàn)的，它結(jié)合于trp操作子序列，但Trp阻遏物的DNA結(jié)合活性直接受色氨酸調(diào)控，色氨酸結(jié)合Trp阻遏物，并起著一個效應(yīng)分子的作用（稱之輔阻遏物）在有高濃度色氨酸存在時，Trp阻遏物-色氨酸復(fù)合物形成一個同源二聚體，并且緊密結(jié)合于trp操作子序列，因此可以阻止轉(zhuǎn)錄。然而當(dāng)色氨酸水平低時，缺少色氨酸的Trp阻遏物以一種非活性形式存在，不能結(jié)合DNA。在這樣的條件下，trp操縱子被RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，同時色氨酸生物合成途徑被激活8.2.3衰減子調(diào)控(Attenuatorcontrol)102目前一百零二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點103目前一百零三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點trp操縱子的另一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控是稱之衰減作用（attenuation）的調(diào)控機(jī)制，這是一種將翻譯與轉(zhuǎn)錄聯(lián)系在一起的新的轉(zhuǎn)錄調(diào)控形式在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(dǎo)區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)mRNA合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒有色氨酸，否則轉(zhuǎn)錄總是在這個區(qū)域終止，產(chǎn)生一個僅有140個核苷酸的RNA分子，終止trp基因轉(zhuǎn)錄。衰減子：是操縱子結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)內(nèi)類似于終止子的一段DNA序列104目前一百零四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點屬于衰減調(diào)控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、異亮氨酸操縱子等起信號作用的是有特殊負(fù)載的氨基酰-tRNA的濃度，在色氨酸操縱子中就是色氨酰-tRNA的濃度起調(diào)節(jié)作用的信號分子是細(xì)胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度，因此是轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的微調(diào)整，只要稍加變動就可影響整個體系的功能105目前一百零五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點TrpTrp高時Trp不存在mRNAOPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因

RNA聚合酶

RNA聚合酶

轉(zhuǎn)錄衰減的調(diào)控色氨酸操縱子6700個核苷酸140個核苷酸106目前一百零六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點◆分析前導(dǎo)肽序列，發(fā)現(xiàn)它包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA，編碼了一個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。正是這兩個相連的色氨酸密碼子（組氨酸、苯丙氨酸操縱子中都有這種現(xiàn)象）調(diào)控了蛋白質(zhì)的合成?！羟皩?dǎo)序列中有4個富含GC片斷，以兩種不同的方式進(jìn)行堿基配對，有時是1(60-68nt)－2(75-83nt)和3(110-121)－4(126-134)配對，有時只以2－3方式配對。107目前一百零七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點◆當(dāng)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(zhuǎn)錄之前就到達(dá)2區(qū)，使2-3區(qū)不能配對，3-4區(qū)自由配對形成一環(huán)終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄被終止，trp操縱子被關(guān)閉。◆當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸的濃度很低時，負(fù)載有色氨酸的tRNATrp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(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進(jìn)行到1區(qū)（或停留在兩個相鄰的trp密碼子處），這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是2-3配對，不形成3-4配對的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進(jìn)行，直到將trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄。108目前一百零八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點UUUU……UUUU……調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因trpROP前導(dǎo)序列衰減子區(qū)域UUUU……前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):

包含序列1形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力:序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……109目前一百零九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點S.D.Seq14aminoacidleaderpeptideTrp1/7trpE（1）trpoperonRNA一級結(jié)構(gòu)分析140Nt110~121—126~134(palindromicseq.)withpoly(U)27—68baseORFof14aatrphighfrequencywith1/7in14aa140baseRNAalmostbindingwithprotein(translableseq.)110121126134140276842bpAttenuatorsequenceSD序列（核糖體結(jié)合位點）110目前一百一十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Complementary3:4terminationoftranscriptionComplementary2:3Elongationoftranscription（2）140NtRNA二級結(jié)構(gòu)分析111目前一百一十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點ThetrpoperonofE.coli112目前一百一十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點113目前一百一十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點不同氨基酸合成酶操縱子前導(dǎo)肽的氨基酸序列HisPheLeuThrIleHisPheLeuThr\IleLeu\Val\Ile114目前一百一十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點細(xì)胞內(nèi)Trp-tRNATrp濃度決定核糖體是否停留在trpmRNA中的前導(dǎo)序列內(nèi)的兩個連續(xù)的色氨酸密碼子處當(dāng)色氨酸水平高和Trp-tRNATrp可利用時，起轉(zhuǎn)錄終止作用的發(fā)卡環(huán)結(jié)構(gòu)（3區(qū)和4區(qū)）形成，RNA聚合酶在聚尿嘧啶的下游處脫離DNA模板，轉(zhuǎn)錄終止。115目前一百一十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點(3)調(diào)控機(jī)制116目前一百一十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Intryptophan-poormedium當(dāng)細(xì)胞內(nèi)色氨酸有限、Trp-tRNATrp水平低時，核糖體就停留在RNA中連續(xù)的一對色氨酸密碼子處。核糖體這一瞬間的停留給出時間使得發(fā)卡結(jié)構(gòu)在新的RNA中（由2區(qū)和3區(qū)之間）形成，是一種抗終止的RNA結(jié)構(gòu)，它破壞了轉(zhuǎn)錄終止信號，使得RNA聚合酶能夠繼續(xù)沿著DNA模板滑動完成轉(zhuǎn)錄。覆蓋20個核苷酸/核糖體117目前一百一十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點而當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸濃度高時，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(zhuǎn)錄之前，核糖體就到達(dá)2區(qū)，這樣使2-3不能配對，3-4區(qū)可以自由配對形成莖-環(huán)狀終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停止，trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因被關(guān)閉而不再合成色氨酸。所以，弱化子對RNA聚合酶的影響依賴于前導(dǎo)肽翻譯中核糖體所處的位置。覆蓋20個核苷酸/核糖體118目前一百一十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點UUUU……34UUUU3’34

核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA1.當(dāng)色氨酸濃度高時轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制

125’

trp密碼子

衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)DNAUUUU3’

RNA聚合酶

終止119目前一百一十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點UUUU……342423UUUU……核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA

15’

trp密碼子

結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)DNA

RNA聚合酶

2.當(dāng)色氨酸濃度低時Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄

序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)120目前一百二十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點（4）Attenuatorcontrol的生物學(xué)意義原核生物細(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)性當(dāng)有少量trp存在repressor不足以關(guān)閉operon當(dāng)有大量trp存在少量RNApol通過O位點只要細(xì)胞內(nèi)有trp-tRNAtrp存在Attenuator就會使RNApol在引導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)錄中斷121目前一百二十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點IpoL.S.EDCBAtRNAtrp+trptrptrp-tRNAtrpproteinsynthesisTrpsynthetaseoperon粗調(diào)細(xì)調(diào)122目前一百二十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點衰減子可能的生物學(xué)意義：活性阻遏物和非活性阻遏物的轉(zhuǎn)換可能較慢，而tRNA荷載與否可能更為靈敏氨基酸的主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而以tRNA荷載情況作為標(biāo)準(zhǔn)可能更為恰當(dāng)衰減子系統(tǒng)需要先轉(zhuǎn)錄出前導(dǎo)肽mRNA，然后根據(jù)前導(dǎo)肽的翻譯情況決定mRNA是否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，而當(dāng)氨基酸供應(yīng)充足時，可以利用阻遏蛋白直接關(guān)閉mRNA的轉(zhuǎn)錄活性當(dāng)細(xì)胞內(nèi)氨基酸高于某一水平時，阻遏蛋白可以實現(xiàn)完全的阻遏，而低于這一水平時，需要衰減子來進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)123目前一百二十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.2.4基因轉(zhuǎn)座調(diào)控（基因重排）(1)廣泛存在于原核與真核生物中的一類調(diào)控方式Immunoglobulin(Ig)的多樣性Yeastmatingtype(aorα)SalmonellflagellinH1H2鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛蛋白基因124目前一百二十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點鼠傷寒沙門氏菌125目前一百二十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點在沙門氏菌（S.typhimrium）的鞭毛合成中，通過啟動子方向的改變來調(diào)節(jié)不同鞭毛蛋白的合成。細(xì)菌是通過擺動其鞭毛來運動的，許多沙門氏菌因它們具有2個非等位基控制合成鞭毛蛋白（鞭毛蛋白的亞基）而出現(xiàn)兩相性(diphasic)。同一菌落既可以表達(dá)為H1型[細(xì)菌處于1相(phase1)]，也可以表達(dá)為H2型[細(xì)菌處于2相（phase2）]。在細(xì)菌的分裂中有1/1000的概率會出現(xiàn)由一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌?，此就稱為相轉(zhuǎn)變（phasevariation）。

126目前一百二十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點SalmonellH1H2相變（phasevariation）負(fù)責(zé)合成兩種鞭毛的基因位于不同的染色體座位。H2基因是和另一個編碼H1阻遏物基因rh1緊密連鎖，這兩個基因協(xié)同表達(dá)。處于2相時，在H2基因表達(dá)的同時，阻遏物基因也得到表達(dá),且阻止了H1基因的合成；在1相時，H2基因和rh1基因都不表達(dá)，這樣H1基因就進(jìn)行合成。在此控制途徑中，細(xì)菌的相取決于H2-rh1轉(zhuǎn)錄單位是否有活性。

127目前一百二十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點這個轉(zhuǎn)錄單位的活性是由與它相鄰接的一個DNA片段來控制的，此片段長995bp，兩端是長14bp的反向重復(fù)序列（IRL和IRR）。H2的起始密碼子在反向重復(fù)序列IRR右側(cè)16bp處。含有hin基因的DNA片段在IRL（左反向重復(fù)序列）和IRR（右反向重復(fù)序列）之間，其產(chǎn)物Hin（Hsegmentinversion）蛋白通過反向重復(fù)序列之間的交互重組來介導(dǎo)整個片段的倒位。Hin基因突變會使倒位的頻率降低為野生型的10-4。

128目前一百二十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點H2-rh1轉(zhuǎn)錄單位的啟動子位于倒位片段之中，啟動和轉(zhuǎn)錄單位方向相同時，轉(zhuǎn)錄在啟動子處起始，而且持續(xù)通過H2-rh1,導(dǎo)致2相的表達(dá)。當(dāng)Hin片段倒位時啟動子和轉(zhuǎn)錄單位方向不同，轉(zhuǎn)錄單位不能表達(dá)，從而導(dǎo)致了1相表達(dá)。129目前一百二十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點MolecularbiologyofSalmonellH1&H2

phasevariationononoffoffrh1-p130目前一百三十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點Fla.Mov.H1O

HinH2rh1(repressor)IRL(1-14)IR

R(982-995)PP

Hin-PtransposaseH2flagellinH1repressorFla.-PFla.Mov.H1OHinH2rh1(repressor)IRL(1-14)IR

R(982-995)PPH1flagellin非復(fù)制型原位轉(zhuǎn)座H2－rH1轉(zhuǎn)錄單元的表達(dá)受其上游一段DNA序列的排列方向控制H2基因的AUG與此序列間隔16bp,但P位于995序列的末端131目前一百三十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點相變的意義：逃脫寄主抗體的進(jìn)攻若細(xì)菌侵染寄主時處于I相，則產(chǎn)生H1型鞭毛蛋白，寄主可能針對H1型鞭毛蛋白產(chǎn)生抗體；而細(xì)菌利用相變的手段產(chǎn)生0.1%的II相細(xì)菌后代，又可以在寄主體內(nèi)生存和繁衍隨機(jī)應(yīng)變以求生存132目前一百三十二頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.3翻譯水平上的調(diào)控133目前一百三十三頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.3.1Operon內(nèi)各基因以一定的比例協(xié)調(diào)翻譯Lac.OperonZ:Y:A=5:2:1134目前一百三十四頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.3.2Modulate—codonusage&tRNA對蛋白質(zhì)翻譯速率的調(diào)控一個氨基酸可以由幾個不同的密碼子編碼，不同密碼的偏愛性與tRNA分子的豐富度相適應(yīng)，mRNA中出現(xiàn)利用率低的密碼子，對應(yīng)的tRNA數(shù)量也較少，氨?；?tRNA與之結(jié)合速率及釋放速度相應(yīng)也較少。這一tRNA的豐富度是受其基因tDNA的拷貝數(shù)決定的，在翻譯的進(jìn)程中核糖體往往會在那些稀有密碼子上停工待料，從而放慢翻譯速度，起到“減速擋”作用。這類調(diào)諧密碼子的位點及密度是長期進(jìn)化過程中形成的一種在翻譯水平上的調(diào)控機(jī)制，廣泛存在于原核生物中。135目前一百三十五頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點8.3.3蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控--------蛋白質(zhì)與自身mRNA結(jié)合A.核糖體蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控

E.coli組成核糖體的蛋白質(zhì)50種以上一個核糖體內(nèi)（除S7/S12具有4個分子外）其他蛋白均僅為1個分子136目前一百三十六頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點在大腸桿菌中核糖體蛋白的合成與rRNA合成是嚴(yán)格協(xié)調(diào)的。這種調(diào)控機(jī)制的主要特點表現(xiàn)為：不同的核糖體蛋白基因分布于不同的操縱子中。如S7,L5,L4,S4,L1等。這些調(diào)節(jié)子蛋白具有雙功能作用，它們即可作為核糖體蛋白與rRNA結(jié)合組裝核糖體，又可作為調(diào)節(jié)子蛋白與自身所在操縱子的mRNA結(jié)合，而且這個結(jié)合位點緊鄰5‘端的SD序列，從而關(guān)閉自身操縱子mRNA的翻譯。調(diào)節(jié)子蛋白與rRNA的結(jié)合力高于與自身mRNA的結(jié)合力，因此，當(dāng)細(xì)胞中存在rRNA時，該蛋白優(yōu)先結(jié)合rRNA。當(dāng)rRNA不足時，該蛋白又以調(diào)節(jié)子蛋白的身份結(jié)合于自身操縱子mRNA上，降低自身及同一操縱子中的相關(guān)基因的翻譯速度。137目前一百三十七頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點operon基因及調(diào)節(jié)蛋白strS12,S7,EF-G,EF-TuspcL14,L24,L5,S14,S8,l6,L18,S5,L15,L30s10S10,L3,L2,

L4,L23,S19,L22,S3,S17,L16,L29αS13,S11,S4,α,l17L11L11,L1

核糖體蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控代表受調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控的基因138目前一百三十八頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點例：在大腸桿菌L11操縱子中含有編碼兩個核糖體蛋白L1和L11的基因，操縱子表達(dá)產(chǎn)生一條多順反子mRNA。當(dāng)細(xì)胞中具有充足的23SrRNA時，L1、L11核蛋白與23SrRNA結(jié)合成復(fù)合體，參與核糖體的組建，其中L1蛋白與23SrRNA的5’端GAGGA保守序列結(jié)合。當(dāng)23SrRNA不足時，L11和L1蛋白相對過剩。此時，L1蛋白與自身操縱子mRNA5‘端的GAGGA序列結(jié)合，在翻譯水平上阻止核糖體蛋白質(zhì)的生物合成。隨著23SrRNA轉(zhuǎn)錄量的逐步增加，L11和L1又重新參與組建核糖體。核糖體蛋白L11和L1的翻譯量受到自身調(diào)節(jié)子蛋白的調(diào)節(jié)，以保持與rRNA處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)。139目前一百三十九頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點rDNAGAGGAL11L1L11operonGAGGAmRNA當(dāng)rRNA充足時，調(diào)控蛋白優(yōu)先與rRNA結(jié)合當(dāng)rRNA不足時，即rRNA被飽和后，調(diào)控蛋白與mRNA上的結(jié)合位點結(jié)合regulatorGAGGA關(guān)閉核糖體蛋白合成（翻譯水平上）140目前一百四十頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點B.蛋白質(zhì)合成終止釋放因子（RF2)的自體調(diào)控在正常翻譯情況下，核糖體沿著mRNA行進(jìn)，每移動三個核苷酸便翻譯一個氨基酸殘基，當(dāng)?shù)竭_(dá)終止密碼時，核糖體A位點沒有氨酰tRNA進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)的釋放因子RF能識別終止密碼子，并引起完整的多肽鏈的釋放和核糖體的解體，終止肽鏈的翻譯過程。但由于通讀和移碼的存在，使核糖體在終止密碼處仍有小于10-3的概率繼續(xù)合成多肽鏈的不終止現(xiàn)象。141目前一百四十一頁\總數(shù)一百八十三頁\編于四點例如釋放因子RF2的第25位氨基酸是Leu，第26位氨基酸是Asp，但在其mRNA上，第25位密碼CUU與第26位密碼GAC之間存在一個U，第340位密碼子是基因末端的終止密碼子UAG。在正常閱讀時，第26個密碼應(yīng)該是終止密碼UGA，只能合成一條25個氨基酸殘基的短肽。但是當(dāng)RF2不足時，核糖體對第26位的終止密碼采用了+1移碼解讀方式，核糖體通過對第22、23位密碼形成的AGG-GGG-類SD序列識別，產(chǎn)生+1特異滑動配對，將原來的UGAC解讀為密碼子GAC，聚合Asp以保證多肽鏈的繼續(xù)延伸，在第340位密碼子UAG處完成合成終止，形成有