第六章原核生物基因表達(dá)調(diào)控.ppt

1、第六章 原核生物基因表達(dá)調(diào)控,前言,一、基因表達(dá) (gene expression),在一定調(diào)節(jié)機(jī)制控制下，基因通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯而產(chǎn)生其蛋白質(zhì)產(chǎn)物，或轉(zhuǎn)錄后直接產(chǎn)生其RNA產(chǎn)物，如tRNA、rRNA等的過(guò)程 。 大多數(shù)基因的表達(dá)產(chǎn)物是蛋白質(zhì),部分基因如tRNA和rRNA基因表達(dá)產(chǎn)物是RNA。,一個(gè)典型的原核生物基因的結(jié)構(gòu),二、基因表達(dá)調(diào)控,圍繞基因表達(dá)過(guò)程中發(fā)生的各種各樣的調(diào)節(jié)方式都通稱(chēng)為基因表達(dá)調(diào)控. 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控 翻譯水平的調(diào)控,DNA水平,基因丟失；,基因擴(kuò)增,基因重排；,甲基化修飾；,染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài),RNA水平,轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；,RNA的轉(zhuǎn)錄后加工；,mRNA從核內(nèi)向胞漿

2、轉(zhuǎn)運(yùn)；,mRNA穩(wěn)定性,蛋白質(zhì)水平,翻譯過(guò)程；,翻譯后加工；,蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,三、基因表達(dá)的特性：,1）時(shí)間特異性或階段特異性,2）空間特異性或組織細(xì)胞特異性,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(chēng)之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporal specificity)。,多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段特異性(stage specificity)。,2、空間特異性（spatial specificity）:,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(chēng)之為基因表達(dá)的空間特異性(spatial specificity)。,基因表達(dá)伴隨時(shí)間

3、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(chēng)細(xì)胞或組織特異性(cell or tissue specificity)。,四、基因表達(dá)的方式,組成性基因表達(dá) 適應(yīng)性表達(dá)（誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)）,1、組成性基因表達(dá),某些基因在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為管家基因 (house-keeping gene)。,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(lèi)基因表達(dá)被視為組成性表達(dá)。,2、誘導(dǎo)和阻遏表達(dá),誘導(dǎo)表達(dá)（induction）指在特定環(huán)境因素刺激下，基因被激活

4、，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類(lèi)基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基因。,阻遏表達(dá)（repression）指在特定環(huán)境因素刺激下，基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類(lèi)基因稱(chēng)為可阻遏基因。,在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)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)(coordinate expression)，這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)。,協(xié)調(diào)表達(dá),五、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理：,1.基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性,2 . 基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素,1.基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性,四個(gè)基本調(diào)控點(diǎn) （1）基因結(jié)構(gòu)的活化 （2）轉(zhuǎn)錄起始：最有效的調(diào)節(jié)環(huán)

5、節(jié) （3）轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn) （4）翻譯及翻譯后加工,DNA水平,基因丟失；,基因擴(kuò)增,基因重排；,甲基化修飾；,染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài),RNA水平,轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；,RNA的轉(zhuǎn)錄后加工；,mRNA從核內(nèi)向胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)；,mRNA穩(wěn)定性,蛋白質(zhì)水平,翻譯過(guò)程；,翻譯后加工；,蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,2 . 基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素,基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。,三個(gè)基本要素： 1）特異的DNA調(diào)節(jié)序列 2）調(diào)節(jié)蛋白 3）RNA聚合酶,基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素,1、特異DNA序列,原核生物的操縱子 真核生物的順式作用元件 （cis-acting

6、 element）,2、調(diào)節(jié)蛋白,- 操縱子(operon),- 操縱子(operon),- 操縱子(operon),由操縱基因以及相鄰的若干結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受操縱基因所控制。 操縱基因是順式控制元件，阻抑蛋白是反式作用因子,是指可影響自身基因表達(dá)活性的特異DNA 序列。通常是非編碼序列。包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子及沉默子等。,真核生物的順式作用元件,2、調(diào)節(jié)蛋白,是調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的蛋白因子，如原核生物的阻遏蛋白和CAP蛋白（降解物基因活化蛋白）、真核生物的基本轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄因子等。,3、 RNA聚合酶,啟動(dòng)序列影響其與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)錄起動(dòng)的

7、頻率。,原核啟動(dòng)序列或真核啟動(dòng)子是由轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)及控制轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)組件組成。,真核生物RNA聚合酶,六、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(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,第一節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)控總論,反義鏈 模板鏈、 （）鏈,正義鏈、 編碼鏈、（+）鏈,基因表達(dá),轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控,基因表達(dá)調(diào)控,原核生物主要是在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控基因的表達(dá)。 當(dāng)需要某種基因產(chǎn)物時(shí)，就大量合成這種mRNA，當(dāng)不需要這種基因產(chǎn)物時(shí)就抑制這種mRNA的轉(zhuǎn)錄，就是讓相應(yīng)的基因不表達(dá)。,通常所說(shuō)的基因不表達(dá)，并不是說(shuō)這個(gè)基因就完全不轉(zhuǎn)錄為mRNA，而是轉(zhuǎn)錄的水平很低，維持在

8、一個(gè)基礎(chǔ)水平（本底水平）。 基因表達(dá)完全關(guān)閉的情況使極為少見(jiàn)的。,真核生物基因表達(dá)的調(diào)控可發(fā)生在不同水平上,一、原核基因調(diào)控機(jī)制的類(lèi)型與特點(diǎn),（一）原核基因調(diào)控機(jī)制的類(lèi)型,負(fù)調(diào)控 正調(diào)控,gene ON OFF,阻遏蛋白,gene OFF ON,激活蛋白,基因表達(dá)量特別低,1、負(fù)調(diào)控 negative regulation,在沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是表達(dá)的，加入某種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被關(guān)閉，這樣的控制系統(tǒng)就叫做負(fù)控系統(tǒng) 。 其調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)叫做阻遏蛋白 兩種類(lèi)型：負(fù)控誘導(dǎo)和負(fù)控阻遏,負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng),負(fù)控阻遏系統(tǒng),2、正調(diào)控 positive regulation,在沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是關(guān)

9、閉的，加入某種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開(kāi)啟，這樣的控制系統(tǒng)就叫做正控系統(tǒng)。 其調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)叫做無(wú)輔基誘導(dǎo)蛋白（激活蛋白) 兩種類(lèi)型:正控誘導(dǎo)和正控阻遏系統(tǒng),（二）特殊代謝物調(diào)節(jié)基因表達(dá)的類(lèi)型,可誘導(dǎo)調(diào)節(jié) 可阻遏調(diào)節(jié),1、可誘導(dǎo)調(diào)節(jié),一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來(lái)關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化. 調(diào)節(jié)分解代謝的操縱子，同時(shí)受cAMP-CAP的活性調(diào)節(jié),可誘導(dǎo)調(diào)節(jié) 無(wú)誘導(dǎo)物時(shí),gene OFF,可誘導(dǎo)調(diào)節(jié) 有誘導(dǎo)物時(shí),gene ON,無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí),有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí),CAP的正性調(diào)節(jié),2、可阻遏調(diào)節(jié),一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用

10、下，由原來(lái)開(kāi)啟的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)，基因的表達(dá)被阻遏. 調(diào)節(jié)合成代謝的操縱子,（三）原核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn),調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行 因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性 主要通過(guò)操縱子模式進(jìn)行調(diào)節(jié) 阻遏蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的抑制作用（阻遏機(jī)制）是普遍存在的負(fù)調(diào)控作用,原核生物中基因的組織形式,幾個(gè)作用相關(guān)的基因在染色體上串連排列在一起，由同一個(gè)調(diào)控系統(tǒng)來(lái)控制。 這樣的一個(gè)整體稱(chēng)為一個(gè)操縱元(operon)。,大腸桿菌至少有6種因子,70,負(fù)責(zé)識(shí)別一般的啟動(dòng)子,54,識(shí)別與氮代謝有關(guān)的基因啟動(dòng)子,32,識(shí)別熱激（heat shock）蛋白質(zhì)基因啟動(dòng)子,二、弱化子對(duì)基因活性的影響,1、弱化子 在操縱區(qū)

11、與結(jié)構(gòu)基因之間的一段可以終止轉(zhuǎn)錄作用的核苷酸序列，當(dāng)操縱子被阻遏時(shí)，RNA合成被終止，這段核苷酸起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用.,RNA聚合酶,起調(diào)節(jié)作用的是某種氨酰-tRNA的濃度,RNA分子在分子內(nèi)采用不同的堿基配對(duì)方式，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)而參與調(diào)控。 當(dāng)不同的結(jié)構(gòu)對(duì)是否允許終止存在差異時(shí)，改變二級(jí)結(jié)構(gòu)可對(duì)轉(zhuǎn)錄終止進(jìn)行調(diào)控,2、弱化子作用機(jī)制,前導(dǎo)序列,第10、11密碼子為trp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)能力強(qiáng)弱： 序列1/2序列2/3序列3/4,5,trp mRNA trpL,1 2,3 4,寡聚U區(qū),trpE,(a) 正常,(b) 高 Trp,1,2,轉(zhuǎn)錄終止,3 4

12、,(C) 低Trp,1,2 3,4,轉(zhuǎn)錄延伸,UUUU 3,前導(dǎo)肽,前導(dǎo)mRNA,1.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí),轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制,衰減子結(jié)構(gòu) 就是終止子 可使轉(zhuǎn)錄,RNA聚合酶,終止,前導(dǎo)肽,前導(dǎo)mRNA,RNA聚合酶,2.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí),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),三、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié),1、葡萄糖效應(yīng)（降解物抑制作用） 是指當(dāng)葡萄糖和其它糖類(lèi)一起作為細(xì)菌的碳源時(shí)葡萄糖總是優(yōu)先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖類(lèi)的利用的現(xiàn)象。,2、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié),葡萄糖通過(guò)降低cAMP的含量而抑制基因表達(dá),四、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng),指細(xì)菌在惡劣生長(zhǎng)環(huán)境中關(guān)閉tRNA和核糖體形

13、成的能力。,1、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng),2、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)的機(jī)制,應(yīng)急信號(hào)： 鳥(niǎo)苷四磷酸（ppGpp）、 鳥(niǎo)苷五磷酸（pppGpp） 誘導(dǎo)物：空載tRNA,焦磷酸轉(zhuǎn)移酶,第二節(jié) 乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng),一、乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu)與組成,I,啟 動(dòng) 子 RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 調(diào)節(jié)基因 CAP結(jié)合位點(diǎn) 操 縱 基 因 Z基 阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn) mRNA,Lac操縱子調(diào)控區(qū)域,乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因及其表達(dá)產(chǎn)物,二、酶的誘導(dǎo)-lac體系受調(diào)控的證據(jù),在不含乳糖及-半乳糖苷的培養(yǎng)基中，lac+基因型每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)大約只有12個(gè)酶分子。 如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，酶的濃度很快達(dá)到細(xì)胞總蛋白量的

14、6%或7%，每個(gè)細(xì)胞中可有超過(guò)105個(gè)酶分子。,1、實(shí)驗(yàn)證據(jù),2、實(shí)驗(yàn)用誘導(dǎo)物,乳糖 IPTG(異丙基巰基半乳糖苷) TMG(巰甲基半乳糖苷) ONPG(O-硝基半乳糖苷),pUC18,Ap,r,lacZ,ori,Ap + X-gal,重組子（Apr + lacZ-）,基因工程的藍(lán)白斑篩選,藍(lán)白顯色篩選法,三、lac操縱子模型及其影響因子,（一）Lac操縱子模型,控制區(qū),信息區(qū),1961年由莫諾（Monod,J.法)和雅各布(Jacob,F.法)提出，用來(lái)闡述大腸桿菌乳糖代謝中基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制。 獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),乳糖操縱子模型的建立(Jacob and Monod, 196

15、1),獲1965年諾貝爾獎(jiǎng),乳糖操縱子模型,1、Z、Y、A基因的產(chǎn)物為一條多順?lè)醋觤RNA,lacZ：編碼-半乳糖苷酶，它可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖； lacY：編碼半乳糖苷透性酶，它能將乳糖運(yùn)送透過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞壁； lacA：編碼硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶，進(jìn)行乳糖代謝。,2、P區(qū)位于I與O之間，O為阻遏物結(jié)合位點(diǎn),啟 動(dòng) 子 RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 調(diào)節(jié)基因 CAP結(jié)合位點(diǎn) 操 縱 基 因 Z基因 阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn),乳糖操縱元的負(fù)調(diào)控,Lac操縱子P、O區(qū)的重疊,阻遏物與O區(qū)的結(jié)合影響了RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的效率。,4、 CAP的正性調(diào)節(jié),Cyclic AMP,ATP在

16、腺苷酸環(huán)化酶的作用下轉(zhuǎn)變成環(huán)式AMP(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)。,The adenyl cyclase-catalyzed synthesis of cyclic AMP (cAMP) from ATP, 2003 John Wiley and Sons Publishers,cAmp-CAP,Catabolite activating protein, CAP 代謝激活蛋白，是cAmp的受體蛋白 (cyclic Amp receptor protein, CRP) cAmp-CAP復(fù)合物，是lac操縱元的正調(diào)控因子,乳糖操縱元的正調(diào)控,5、

17、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié),當(dāng)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； 如無(wú)CAP存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，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。,低半乳糖時(shí),高半乳糖時(shí),葡萄糖低 cAMP濃度高,葡萄糖高cAMP濃度低,(二) 乳糖操縱子的影響因子,1、lac操縱子的本底水平表達(dá),乳糖,因?yàn)檎T導(dǎo)物需要穿過(guò)細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而運(yùn)轉(zhuǎn)誘導(dǎo)物需要透過(guò)酶。 在非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量（1-5個(gè)mRNA分子）lac mRNA合成-本底水平組成型合成。,lac操縱子的本底水平表達(dá),3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能,弱啟動(dòng)子控

18、制的組成型合成,4、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響,葡萄糖 腺苷酸環(huán)化酶活性降低 ATP 無(wú)法轉(zhuǎn)變成 cAMP 不能形成 CAP-cAMP 復(fù)合蛋白 RNA 酶無(wú)法結(jié)合在 DNA 上 結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)。 代謝物阻遏效應(yīng) 研究認(rèn)為葡萄糖的某些降解產(chǎn)物抑制lac mRNA的合成，這種效應(yīng)稱(chēng)之為代謝物阻遏效應(yīng).,葡萄糖效應(yīng),5、cAMP與代謝物激活蛋白,CRP結(jié)合位點(diǎn),cAMP-CRP復(fù)合物與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合lac mRNA合成起始所必需的，有利于形成穩(wěn)定的開(kāi)放型啟動(dòng)子-RNA聚合酶結(jié)構(gòu)。,四、lac操縱子DNA的調(diào)控區(qū)域P、O區(qū),控制區(qū),信息區(qū),-82+1,-7+28,五、lac操縱子中的其他問(wèn)題,（一）

19、A基因及其生理功能,-半乳糖苷酶,透過(guò)酶,乙?；D(zhuǎn)移酶,（二）lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較,Z、Y、A三個(gè)基因產(chǎn)物的拷貝數(shù)比例為1：0.5：0.2,1、Lac mRNA可能在翻譯過(guò)程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯。,原因：在翻譯水平上的調(diào)節(jié),2、Lac mRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解，故Z基因的完整拷貝數(shù)要比A基因多。,原因：在翻譯水平上的調(diào)節(jié),降解,（三）操縱子的融合與基因工程,操縱子的融合： 由較弱啟動(dòng)子和強(qiáng)啟動(dòng)子的基因形成的融合基因，可以通過(guò)強(qiáng)啟動(dòng)子使弱啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，增加蛋白表達(dá)量。,第三節(jié) 色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng),可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)分解代謝的操縱

20、子，同時(shí)受cAMP-CAP的活性調(diào)節(jié),可阻遏調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)合成代謝的操縱子,特殊代謝物調(diào)節(jié)基因活性的類(lèi)型,一、 trp操縱子的阻遏系統(tǒng),（一） trp操縱子的研究背景,酶合成阻遏的現(xiàn)象Jacob and Monod的工作,（二） trp操縱子的結(jié)構(gòu),阻遏型操縱子,trpA,trpB,trpC,trpE,trpD,Ptrp Otrp,前導(dǎo)序列 a,Trp 阻抑物 色氨酸,激活,RNA,trpE trpD trpC trpB trpA,色氨酸合成所需的酶,trpR,酶阻遏的操縱子模型,輔阻遏蛋白無(wú)活性，不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達(dá).,輔阻遏蛋白,（三） trp操縱子的阻遏調(diào)控機(jī)制,色氨酸操縱子主要

21、參與調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺乏色氨酸時(shí)，此操縱子開(kāi)放，而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)合成的色氨酸過(guò)多時(shí)，此操縱子被關(guān)閉。 色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制與乳糖操縱子類(lèi)似，但通常情況下，操縱子處于開(kāi)放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。 而當(dāng)色氨酸合成過(guò)多時(shí)，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。,Trp 濃度高時(shí),Trp濃度低時(shí),mRNA,O,P,trpR,調(diào)節(jié)區(qū),結(jié)構(gòu)基因,RNA聚合酶,RNA聚合酶,色氨酸操縱子 阻遏調(diào)節(jié),?,二、 弱化子與前導(dǎo)肽,（一）弱化子,在操縱區(qū)與結(jié)構(gòu)基因之間的一段可以終止轉(zhuǎn)錄作用的核苷酸序列，當(dāng)操縱

22、子被阻遏時(shí)，RNA合成被終止，這段核苷酸起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用.,前導(dǎo)序列,RNA聚合酶,起調(diào)節(jié)作用的是某種氨酰-tRNA的濃度,（二）前導(dǎo)肽,前導(dǎo)肽,前導(dǎo)mRNA,RNA聚合酶,當(dāng)色氨酸濃度低時(shí),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),（三）mRNA前導(dǎo)區(qū)的序列分析,前導(dǎo)區(qū)mRNA上有兩個(gè)連續(xù)的色氨酸密碼子；前導(dǎo)序列上有4個(gè)分別以1、2、3、4表示的片斷能以?xún)煞N不同的方式進(jìn)行堿基配對(duì)，有時(shí)以12和34配對(duì)，有時(shí)只以23方式互補(bǔ)配對(duì).,（四）轉(zhuǎn)錄的弱化作用,mRNA轉(zhuǎn)錄的終止是通過(guò)前導(dǎo)肽基因的翻譯來(lái)調(diào)節(jié)的。 在前導(dǎo)肽基因中有兩個(gè)相鄰的色氨酸密碼子，故這個(gè)前導(dǎo)肽的翻譯必定對(duì)

23、tRNATrp 的濃度敏感。,（五）衰減子的生物學(xué)意義,活性阻遏物和非活性阻遏物的轉(zhuǎn)變可能較慢，而tRNA負(fù)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負(fù)載情況為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行控制可能更為恰當(dāng). 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)氨基酸高于某一水平時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)完全的阻遏；而只有低于這一水平時(shí)，才需用衰減子這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻遏蛋白和衰減子調(diào)節(jié)機(jī)制都是為了避免浪費(fèi)，提高效率。,第四節(jié) 其他操縱子（自學(xué)） 第五節(jié) 固氮基因調(diào)控（自學(xué)）,第六節(jié) 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,一、翻譯起始的調(diào)控,1、SD序列對(duì)翻譯的影響 SD序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列。(9-12bp) 5-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3 SD序列的順序及位置對(duì)翻譯的影響 SD與AUG之間相距一般以4-10個(gè)核苷酸為佳，9個(gè)核苷酸最佳。,2、mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)翻譯起始的調(diào)控,SD sequence,AUG,10bases,UAAGGAGGU:complementary with 1