第五章 基因表達(dá)調(diào)控

第五章基因的表達(dá)與調(diào)控

——原核基因表達(dá)調(diào)控模式本章主要內(nèi)容基因表達(dá)調(diào)控總論原核基因表達(dá)調(diào)控總論乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)操縱子的其他調(diào)控形式轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式轉(zhuǎn)錄后調(diào)控第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控總論典型的基因表達(dá)是儲(chǔ)存遺傳信息的基因，在一定調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)或成熟的rRNA和tRNA的過(guò)程。一、基因表達(dá)典型的哺乳類細(xì)胞中開(kāi)放轉(zhuǎn)錄的基因約在1萬(wàn)個(gè)上下，即使蛋白質(zhì)合成量比較多、基因開(kāi)放比例較高的肝細(xì)胞，一般也只有不超過(guò)20%的基因處于表達(dá)狀態(tài)。生物基因組的遺傳信息并不是同時(shí)全部都表達(dá)出來(lái)的大腸桿菌基因組（約4000個(gè)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)，或者暫時(shí)不表達(dá)。人的基因組約含有10萬(wàn)個(gè)基因，但在一個(gè)組織細(xì)胞中通常只有一部分基因表達(dá)，多數(shù)基因處在沉靜狀態(tài).二、基因表達(dá)的規(guī)律

--時(shí)間性及空間性（1）時(shí)間特異性按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性。（2）空間特異性基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性。在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)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。三、基因表達(dá)的方式1.基因組中表達(dá)的基因分為兩類：⑴管家（持家）基因（housekeepinggene）:維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必須的基因。某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因。奢侈基因:

在特別細(xì)胞類型中大量(通常)表達(dá)并編碼特殊功能產(chǎn)物的基因。⑵奢侈基因（luxurygene）:

是指導(dǎo)合成組織特異性蛋白的基因，對(duì)分化有重要影響，稱組織特異性(tissue-specificgene)表達(dá)的基因，如表皮的角蛋白基因。（1）組成性表達(dá)無(wú)論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基因表達(dá)。2.按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：（2）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動(dòng)的一類基因表達(dá)。

在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因。如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因。

是指在特定環(huán)境因素刺激下，可誘導(dǎo)基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。誘導(dǎo)表達(dá)如:DNA發(fā)生損傷時(shí)，修復(fù)酶的基因被誘導(dǎo)激活。

可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱為阻遏。阻遏如：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，如乳糖操縱子被阻遏、關(guān)閉。四、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理（一）基因表達(dá)調(diào)控的方式：多級(jí)調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平（基因激活及轉(zhuǎn)錄起始）轉(zhuǎn)錄后水平（加工及轉(zhuǎn)運(yùn)）翻譯水平翻譯后水平原核生物主要受營(yíng)養(yǎng)狀況和環(huán)境因素的影響真核生物主要受發(fā)育階段和激素水平的影響指揮系統(tǒng)多樣性1．順式作用元件：順式作用元件（cis-actingelement）又稱分子內(nèi)作用元件，指存在于DNA分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的特殊順序。在原核生物中，大多數(shù)基因表達(dá)通過(guò)操縱子模型進(jìn)行調(diào)控，順式作用元件主要由啟動(dòng)子、操作子、激活子位點(diǎn)、終止位點(diǎn)組成。在真核生物中，與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的順式作用元件主要有啟動(dòng)子（promoter）、增強(qiáng)子（enhancer）和沉默子（silencer）。（二）基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素：基因的組織結(jié)構(gòu)及順式作用元件反式作用因子（trans-actingfactor）又稱為分子間作用因子，指一些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)因子。原核生物中的反式作用因子主要分為特異因子（σ）、激活蛋白和阻遏蛋白；真核生物中的反式作用因子通常稱為轉(zhuǎn)錄因子。2．反式作用因子：大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白在與DNA結(jié)合之前，需先通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體或多聚體，然后再通過(guò)識(shí)別特定的順式作用元件，而與DNA分子結(jié)合。這種結(jié)合通常是非共價(jià)鍵結(jié)合。3．順式作用元件與反式作用因子之間的相互作用調(diào)節(jié)基因編碼的蛋白質(zhì)結(jié)合在DNA的特定位點(diǎn)以調(diào)控其轉(zhuǎn)錄五、基因表達(dá)的生物學(xué)意義1.適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖。2.維持個(gè)體發(fā)育與分化。第二節(jié)原核基因表達(dá)調(diào)控總論一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控方式1.DNA水平的調(diào)控2.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控3.翻譯水平的調(diào)控——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始二、原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)（1）σ因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性

——只有一種RNA-pol，但是有很多種σ因子（2）操縱子模型的普遍性

—功能相關(guān)基因成簇串聯(lián)通過(guò)單個(gè)啟動(dòng)子協(xié)調(diào)表達(dá)（3）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性

——原核生物主要以這種負(fù)調(diào)節(jié)方式為主分類負(fù)控制（negativecontrol）系統(tǒng)正控制（positivecontrol）系統(tǒng)正、負(fù)調(diào)控的共同點(diǎn)在于調(diào)控蛋白作為反式作用因子，能識(shí)別那些位于基因上游的順式作用元件，根據(jù)調(diào)控蛋白的自身性質(zhì)，可以激活或抑制基因表達(dá)。特點(diǎn)：通過(guò)特殊代謝物調(diào)節(jié)基因活性可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：基因由原來(lái)的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)可阻遏調(diào)節(jié)：基因由原來(lái)的開(kāi)啟狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)三、調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)1.負(fù)控制系統(tǒng)定義：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白，起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。2.阻遏蛋白（repressor）3.分類負(fù)控誘導(dǎo)：調(diào)節(jié)物為誘導(dǎo)物負(fù)控阻遏：調(diào)節(jié)物為阻遏物（一）負(fù)控制系統(tǒng)1.正控制系統(tǒng)：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活物，起著激活結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用2.激活蛋白（activator）3.分類正控誘導(dǎo)：調(diào)節(jié)物為誘導(dǎo)物正控阻遏：調(diào)節(jié)物為阻遏物（二）正控制系統(tǒng)1.可誘導(dǎo)操縱元(inducibleoperon)（1）可誘導(dǎo)操縱元:加入對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)作用的小分子后，基因的轉(zhuǎn)錄活性開(kāi)啟的操縱元，稱可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)。（2）誘導(dǎo)（induction）:小分子使基因的轉(zhuǎn)錄活性開(kāi)啟的作用和過(guò)程（3）誘導(dǎo)物（inducer）:產(chǎn)生誘導(dǎo)作用的小分子；可能的作用方式：使無(wú)活性的激活蛋白激活或使有活性的阻遏蛋白失活四、正、負(fù)控制系統(tǒng)對(duì)操縱元的控制（一）可誘導(dǎo)操縱元（1）可阻遏操縱元:加入對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)作用的小分子后，基因的轉(zhuǎn)錄活性關(guān)閉的操縱元，可阻遏調(diào)節(jié)（2）阻遏（repression）:小分子使基因的轉(zhuǎn)錄活性關(guān)閉的作用和過(guò)程（3）輔阻遏物（corepressor）:產(chǎn)生阻遏作用的小分子；可能的作用方式：使有活性的激活蛋白失活或使無(wú)活性的阻遏蛋白激活（二）可阻遏操縱元第三節(jié)乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制1.發(fā)現(xiàn)：1940年Monod：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先使用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌才利用乳糖繁殖增長(zhǎng)；1961年，法國(guó)人Jacob&Monod提出乳糖操縱子學(xué)說(shuō)。獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。FrancisJacob

JacquesMonod

一、原核生物——操縱子(operon)操縱子：是原核生物基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，它包括啟動(dòng)子、操縱序列以及在功能上彼此相關(guān)的幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因。操縱子一般含有2~6個(gè)基因，它們一起被轉(zhuǎn)錄，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。2.乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：半乳糖苷透過(guò)酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列ZYAOPDNACatabolitegeneactivatorprotein操縱序列和啟動(dòng)子的相對(duì)位置關(guān)系（1）細(xì)菌半乳糖苷酶合成的誘導(dǎo)有乳糖供應(yīng)，無(wú)葡萄糖

3.酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)（2）安慰誘導(dǎo)物:具有誘導(dǎo)效應(yīng)，而本身又不被分解的誘導(dǎo)物。常用：IPTG（異丙基巰基半乳糖苷）、TMG（巰甲基半乳糖苷）半乳糖（二）lac操縱子的影響因子1、Lac操縱子的本底水平表達(dá)2、大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能4、cAMP與代謝物激活蛋白5、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響6、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)

1、乳糖操縱子本底水平的表達(dá)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Z：β-半乳糖苷酶Y：半乳糖苷透過(guò)酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶lac操縱子理論不能解釋的2個(gè)矛盾誘導(dǎo)物需要穿過(guò)細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運(yùn)誘導(dǎo)物需要透過(guò)酶，而后者的合成也需要誘導(dǎo)。

解釋：

一些透過(guò)酶可能在沒(méi)有誘導(dǎo)物的情況下合成真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有半乳糖苷酶的預(yù)先存在。

解釋：在本底水平上，有半乳糖苷酶的組成型合成，即在非誘導(dǎo)狀態(tài)下，乳糖操縱子有本底水平上的表達(dá)。半乳糖苷酶的作用催化乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖。異構(gòu)乳糖是一種強(qiáng)誘導(dǎo)物原因一：一些誘導(dǎo)物可以以另一種攝取系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞原因二：阻遏蛋白與lacO的結(jié)合是動(dòng)態(tài)平衡本底水平的永久型合成:在非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lacmRNA合成。2、大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)沒(méi)有乳糖存在時(shí)有乳糖存在時(shí)Lac操縱子阻遏物mRNA是在弱啟動(dòng)子控制下永久型合成的。當(dāng)I基因由弱啟動(dòng)子突變?yōu)閺?qiáng)啟動(dòng)子，細(xì)胞內(nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來(lái)克服阻遏狀態(tài)，整個(gè)lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能（1）阻抑蛋白的結(jié)構(gòu)和功能（2）阻抑蛋白與特異DNA（操縱基因）的結(jié)合位點(diǎn)（3）阻抑蛋白對(duì)DNA的特異結(jié)合作用（4）阻抑蛋白對(duì)RNA聚合酶的影響阻抑蛋白的作用機(jī)制N端1～59aa,頭部片段HTH，與操縱基因DNA的大溝結(jié)合；2個(gè)核心區(qū)：每個(gè)有6個(gè)

折疊，誘導(dǎo)物結(jié)合在兩個(gè)核心區(qū)之間的裂縫中；C端為一組a-螺旋（1）阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系核心結(jié)構(gòu)域1核心結(jié)構(gòu)域2HTH鉸鏈區(qū)頭部尾部－聚合4個(gè)亞基的核心片段接觸形成四聚體該阻遏蛋白有4個(gè)相同的亞基，每個(gè)亞基均含有347個(gè)氨基酸殘基，并能與1分子IPTG結(jié)合。（2）阻抑蛋白與特異DNA（操縱基因）的結(jié)合位點(diǎn)操縱基因的對(duì)稱序列對(duì)稱軸：+11（3）阻抑蛋白對(duì)DNA的特異結(jié)合作用：非誘導(dǎo)條件下，阻抑蛋白都結(jié)合在DNA上，特異位點(diǎn)的親和力高，非特異位點(diǎn)的親和力低。誘導(dǎo)物的加入改變了阻抑蛋白的分布。（4）阻抑蛋白對(duì)RNA聚合酶的影響阻抑蛋白結(jié)合區(qū)阻抑蛋白和RNApol可同時(shí)與DNA結(jié)合；阻抑蛋白存在增強(qiáng)了RNApol的結(jié)合：

RNApol與啟動(dòng)子結(jié)合的平衡常數(shù)1.9X107；有阻抑蛋白時(shí)，2.5X109。雖然阻抑蛋白存在使得RNApol不能轉(zhuǎn)錄。但加入誘導(dǎo)物后，釋放出阻抑蛋白，閉合復(fù)合體變成為開(kāi)放復(fù)合體，立即起始轉(zhuǎn)錄。4、cAMP與代謝物激活蛋白CAP—降解物基因活化蛋白CAP-cAMP復(fù)合物CAP++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)（1）CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP（2）CAP的作用機(jī)制a.可能CAP直接作用于RNApola亞基，b.作用于DNA，改變其結(jié)構(gòu)，從而幫助RNAPol結(jié)合。CAP以兩種方法來(lái)激活轉(zhuǎn)錄：

CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)～22bpI-70~-50II-50~-40CAP為二聚體，45KD，被cAMP激活由于pLac是弱啟動(dòng)子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱元轉(zhuǎn)錄開(kāi)放，還不能使細(xì)菌很好利用乳糖，必需同時(shí)有CAP來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，細(xì)菌才能合成足夠的酶來(lái)利用乳糖。CAP存在原因：乳糖5、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響cAMP-CAP復(fù)合物對(duì)lac操縱子的正調(diào)控葡萄糖效應(yīng)：葡萄糖的存在降低了cAMP的量，不能形成cAMP-CAP復(fù)合物，lac操縱子關(guān)閉

調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄翻譯阻遏蛋白R(shí)，R與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)合在啟動(dòng)子上的RNA-pol前移，結(jié)構(gòu)基因不被轉(zhuǎn)錄。1）無(wú)乳糖也無(wú)葡萄糖存在時(shí)：2）當(dāng)無(wú)乳糖，有葡萄糖時(shí)：由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操縱子關(guān)閉，另外，由于有葡萄糖，cAMP含量低，CAP的正性調(diào)節(jié)不起作用。小結(jié)：所以：無(wú)乳糖時(shí)，無(wú)論有無(wú)葡萄糖，操縱子關(guān)閉OPOP

由于葡萄糖降解物能降低cAMP含量，不與CAP形成復(fù)合物，CAP不能結(jié)合到啟動(dòng)子附近，RNA聚合酶不能有效轉(zhuǎn)錄，使細(xì)菌只能利用葡萄糖。3）既有乳糖，又有葡萄糖時(shí)：

乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白變構(gòu)，失去與操縱基因結(jié)合的能力而脫落。O細(xì)胞內(nèi)cAMP含量高，cAMP與CAP結(jié)合成復(fù)合物，與DNA結(jié)合，并推動(dòng)RNA-pol向前移動(dòng)，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。

4）有乳糖，無(wú)葡萄糖時(shí)：mRNARNA-polO

乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白變構(gòu)，失去與操縱基因結(jié)合的能力而脫落，結(jié)合在啟動(dòng)子上的RNA-pol向前移動(dòng)，結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄翻譯，合成與乳糖代謝有關(guān)的酶類從而利用乳糖。所以：有乳糖時(shí)，沒(méi)有葡萄糖，操縱子才開(kāi)放,有葡萄糖存在，操縱子關(guān)閉6.協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，如無(wú)CAP存在加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源。若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏。第三節(jié)色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)（1）阻遏蛋白調(diào)控系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄活性的影響系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄起始頻率有70倍的調(diào)控范圍（2）弱化子系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)活性的影響弱化子系統(tǒng)對(duì)trp酶系統(tǒng)活性的有10倍的影響（3）弱化子系統(tǒng)存在的意義對(duì)轉(zhuǎn)錄體系產(chǎn)生更為精細(xì)的調(diào)節(jié)1.色氨酸操縱子：trp體系參與生物合成而不是降解一、色氨酸操縱子概述2.色氨酸的合成在微生物、植物的芳香族氨基酸的生物合成系統(tǒng)中作為中間體位于重要分支點(diǎn)的化合物。

在生物體內(nèi)由莽草酸經(jīng)5磷酸-3-烯醇丙酮酸莽草酸而合成。從分支酸經(jīng)過(guò)預(yù)苯酸合成苯丙氨酸和酪氨酸，經(jīng)鄰氨基苯酸合成色氨酸。

此外，也可作為前體物質(zhì)參于氨基安息香酸、輔酶Q等生理活性物質(zhì)的合成。3.色氨酸操縱子的雙重調(diào)控體系（操縱子與弱化子）trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表，編碼了鄰氨基苯甲酸合成酶、鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉(zhuǎn)移酶、鄰氨基苯甲酸異構(gòu)酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶在大腸桿菌中：trpGD和trpCF基因融合。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,trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶,trpF編碼異構(gòu)酶,trpA和trpB分別編碼色氨酸合酶的α和β亞基。二、色氨酸操縱子中阻抑蛋白的負(fù)調(diào)控1.Trp的作用（1）對(duì)已有的酶起反饋抑制（feedbackinhibition）（2）作為trp無(wú)活性的阻遏蛋白的輔阻遏物2.TrpR的作用（1）TrpR的活性形式——阻遏蛋白TrpR單體：12.5KDTrpR活性形式:四聚體TrpR與Trp結(jié)合后才能與trpO結(jié)合阻抑蛋白的阻遏能力低，是LacR的1/1000（2）TrpR的作用機(jī)制TrpR作用機(jī)制：trpO位于trpP內(nèi)，活性TrpR與trpO的結(jié)合完全排斥了RNA聚合酶的結(jié)合輔阻遏物當(dāng)缺乏色氨酸時(shí),該操縱子開(kāi)放表達(dá)阻遏物當(dāng)存在色氨酸時(shí)，該操縱子關(guān)閉1.弱化系統(tǒng)概述：三、色氨酸操縱子中弱化子的調(diào)控弱化子(attenuator)：也稱內(nèi)部終止子，DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止的一段核甘酸序列（123-150bp）。弱化作用(attenuation)：弱化子控制RNA聚合酶通讀弱化能力的調(diào)控機(jī)制。前導(dǎo)序列trpL(leadersequence):在trpmRNA5’端trpE基因的起始密碼前一個(gè)長(zhǎng)162bp的mRNA片段。起著隨色氨酸濃度升高降低轉(zhuǎn)錄的作用；trpP與一般原核生物基因的啟動(dòng)子一樣，具有正常的-10序序列和-35序列，-10序列完全位于trpO內(nèi)。trpO是反向重復(fù)序列，它是非連鎖trpR基因編碼的阻遏蛋白的結(jié)合

位點(diǎn)；trpP范圍（-40~+18）、trpO范圍（-21~+1）trpL是一段162bp的序列，轉(zhuǎn)錄到mRNA中成為引導(dǎo)序列，對(duì)操縱

子的轉(zhuǎn)錄起著調(diào)控作用；在trpE和trpL之間有弱化子（attenuator），約123～150bp，富含AT堿基。弱化子前導(dǎo)肽：Trp操縱子翻譯時(shí)包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA，能產(chǎn)生一個(gè)含有14個(gè)氨基酸的多肽，這個(gè)假設(shè)的多肽被稱為~。在前導(dǎo)序列的第10和第11位上有相鄰的兩個(gè)色氨酸密碼子。組氨酸操縱子含有7個(gè)相鄰的組氨酸密碼子，苯丙氨酸操縱子也有7個(gè)苯丙氨酸密碼子，這些密碼子參與了操縱子中的轉(zhuǎn)錄弱化機(jī)制。trp前導(dǎo)區(qū)的堿基序列已經(jīng)全部測(cè)定，引人注目的是其中4個(gè)分別以1、2、3和4表示的片段能以兩種不同的方式進(jìn)行堿基配對(duì)，有時(shí)以1-2和3-4配對(duì)，有時(shí)只以2-3方式互補(bǔ)配對(duì)。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終止密碼子14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):包含序列1,第10、11密碼子為trp密碼子形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱:序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

衰減子結(jié)構(gòu)

UUUU……2.色氨酸操縱子的弱化作用/衰減作用3、弱化子的普遍性及其生物學(xué)意義

（1）普遍性結(jié)構(gòu)共性O(shè)RF，終止子序列，相應(yīng)aa的密碼子，可能存在的的二級(jí)結(jié)構(gòu)作用機(jī)制共性前導(dǎo)肽翻譯作用不存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄在弱化子處終止（2）弱化子的作用機(jī)制可被看作是一種可阻遏的正調(diào)控激活物：核糖體;輔阻遏物：相應(yīng)的氨酰基-tRNA（3）弱化子調(diào)控的生物學(xué)意義調(diào)控更為靈敏對(duì)代謝產(chǎn)物的反應(yīng)更為直接調(diào)控更為精細(xì)四、trp操縱子的其他調(diào)控機(jī)制Trp操縱子中trpG-D和trpC-F為融合基因，翻譯出的多肽具有雙重功能。有兩個(gè)啟動(dòng)子控制整個(gè)操縱子的轉(zhuǎn)錄，能夠感受trp和無(wú)負(fù)載的tRNATrp的濃度變化。大腸桿菌與枯草埃希菌色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)比較一些G+菌，如枯草桿菌色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)有所不同:7個(gè)結(jié)構(gòu)基因中的6個(gè)依次排列為trpEDCFBA，存在于含有12個(gè)結(jié)構(gòu)基因的芳香族氨基酸超操縱子(arooperon）;第7個(gè)結(jié)構(gòu)基因,trpG存在于葉酸合成操縱子中，該酶參與Trp和葉酸的合成。有2個(gè)啟動(dòng)子參與調(diào)控，一個(gè)位于arooperon的起始位置，另一個(gè)則位于trpE上游約200bp處。大腸桿菌與枯草埃希菌色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)比較TRAP:RNA結(jié)合蛋白第四節(jié)操縱子的其他調(diào)控形式1.半乳糖代謝相關(guān)的酶（1）半乳糖激酶（2）半乳糖轉(zhuǎn)移酶（3）半乳糖表異構(gòu)酶一、具有雙啟動(dòng)子的半乳糖操縱子（一）半乳糖代謝（1）半乳糖+ATP半乳糖1-磷酸+ADP+H（2）半乳糖1-磷酸+UDPGluUDPGal+葡萄糖1-磷酸（3）UDPGalUDPGlu總反應(yīng)：半乳糖+ATP葡萄糖1-磷酸+ADP+H2.代謝步驟半乳糖激酶半乳糖轉(zhuǎn)移酶半乳糖表異構(gòu)酶1.gal操縱子組成（1）結(jié)構(gòu)基因（galK，galT，galE）（2）調(diào)節(jié)基因（galR）與結(jié)構(gòu)基因相距很遠(yuǎn)galR－突變?cè)斐山M成型表達(dá)（3）P/O位點(diǎn)galOC突變?cè)斐山M成型表達(dá)（4）誘導(dǎo)物：半乳糖（二）半乳糖（gal）操縱子galP1：轉(zhuǎn)錄起始位置：S1（+1）轉(zhuǎn)錄依賴cAMP-CAP功能：葡萄糖不存在時(shí)負(fù)責(zé)gal操縱子的轉(zhuǎn)錄galP2：轉(zhuǎn)錄起始位置：S2（-5）轉(zhuǎn)錄不依賴cAMP-CAP功能：葡萄糖存在時(shí)負(fù)責(zé)gal操縱子的轉(zhuǎn)錄1.半乳糖的雙重作用（1）作為細(xì)菌的碳源（2）UDPGal是細(xì)菌細(xì)胞壁的重要前體2.雙啟動(dòng)子的作用（1）galP1保證細(xì)菌可以利用半乳糖作為碳源（2）galP2保證有葡萄糖存在時(shí)，細(xì)菌可以合成UDPGal（三）gal操縱子雙啟動(dòng)子的意義二、阿拉伯糖操縱子：具有雙重功能的調(diào)節(jié)蛋白——（正調(diào)控和負(fù)調(diào)控）阿拉伯糖是另一個(gè)可以為代謝提供碳源的五碳糖。與araBAD相鄰的是一個(gè)復(fù)合的啟動(dòng)子區(qū)域和一個(gè)調(diào)節(jié)基因araC，araC產(chǎn)生的AraC蛋白同時(shí)顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的功能。araB：核酮糖激酶araA

：L-阿拉伯糖異構(gòu)酶araD

：L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶（一）阿拉伯糖操縱子的結(jié)構(gòu)

AraC蛋白通