原核基因表達2

1、 原 核 生 物 基 因 表 達 調(diào) 控原核基因表達調(diào)控總原核基因表達調(diào)控總論論基因表達基因表達 DNA分子將所承載的遺傳信息通過密碼子反密碼子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)分子從而執(zhí)行各種生理生化功能，這個從DNA到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達調(diào)控?；蛘{(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題。 基因表達調(diào)控主要表現(xiàn)在兩方面基因表達調(diào)控主要表現(xiàn)在兩方面 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控：mRNA加工成熟水平上的調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控 原核生物基因表達和操縱原核生物基因表達和操縱子子 原核生物基因表達的調(diào)節(jié)機制可通過操縱子模型說明。 操縱子：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)基因的轉(zhuǎn)錄受操縱

2、基因的控制。 操縱子中的全部結(jié)構(gòu)基因從同一個啟動子開始轉(zhuǎn)錄成單個mRNA分子。 操縱基因是操縱子的前端部分，它能和阻抑蛋白結(jié)合，控制有關(guān)操縱子的轉(zhuǎn)錄。 因此，操縱基因是順式控制元件，阻抑蛋白是調(diào)節(jié)基因表達出的蛋白質(zhì)，是參與操縱子調(diào)節(jié)的反式作用因子。 操縱子學(xué)說是關(guān)于原核生物基因結(jié)構(gòu)及其表達調(diào)控的學(xué)說。由法國巴斯德研究所著名科學(xué)家Jacob和Monod在1961年首先提出，并在10年內(nèi)經(jīng)許多科學(xué)家的補充和修正得以逐步完善。 R P O ST 啟動 操縱 調(diào)節(jié)基因 基因 基因 結(jié)構(gòu)基因控制區(qū) 操縱子操縱子模型的一般結(jié)構(gòu)操縱子模型的一般結(jié)構(gòu)信息區(qū) 結(jié)構(gòu)基因：編碼大量功能各異的蛋白質(zhì)或RNA的任何基因

3、。 所編碼的蛋白質(zhì)主要是組成細胞和組織基本成分的結(jié)構(gòu)蛋白、具有催化活性的酶和調(diào)節(jié)蛋白等。 調(diào)節(jié)基因：參與其他基因表達調(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)蛋白通過與DNA上的特定位點結(jié)合控制轉(zhuǎn)錄是調(diào)控的關(guān)鍵。 這種相互作用可以是正調(diào)控的方式，也可以是負調(diào)控的方式。 原核生物基因調(diào)控的類型和機制 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 原核生物基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)機制不同可分為：n負轉(zhuǎn)錄調(diào)控n正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 在調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的作用下，通過操縱基因控制結(jié)構(gòu)基因（組）的轉(zhuǎn)錄而發(fā)生的。 在負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為阻遏蛋白,起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。根據(jù)其特征可分為： 1、負控誘導(dǎo)：阻遏蛋白不

4、與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；當(dāng)阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合變成無活性的阻遏蛋白時，就失去了封閉操縱基因的能力而使結(jié)構(gòu)基因得以表達。阻遏蛋白阻遏蛋白誘導(dǎo)因子誘導(dǎo)因子非活性阻遏蛋白非活性阻遏蛋白負控誘導(dǎo)系統(tǒng)負控誘導(dǎo)系統(tǒng) 2、負控阻遏：阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄，也就是說無活性的阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，變成有活性的阻遏蛋白，從而封閉操縱基因結(jié)構(gòu)基因，而使結(jié)構(gòu)基因不能被表達。非活性阻遏蛋白活性阻遏蛋白共阻遏蛋白 在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物為激活蛋白。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。根據(jù)其特征可分為： 1、正控誘導(dǎo)： 激活蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時而具有活性，利于結(jié)構(gòu)基因的

5、轉(zhuǎn)錄。 2、正控阻遏：激活蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時失去活性，與DNA分子脫離，使結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。 非活性激活蛋白誘導(dǎo)因子活性激活蛋白活性激活蛋白共阻遏蛋白非活性激活蛋白 除調(diào)節(jié)物的誘導(dǎo)與阻遏作用外，原核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達調(diào)控還存在以下調(diào)節(jié)方式 1.弱化子的弱化作用 屬于這種調(diào)節(jié)方式的有大腸桿菌的色氨酸操縱子、丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子、纈氨酸操縱子以及沙門氏菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱子等等。 弱化子：位于結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)區(qū)的終止子，它能使轉(zhuǎn)錄終止 。 在這種調(diào)節(jié)方式中，起調(diào)節(jié)作用的信號分子的是細胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度。弱化作用是更為精細的調(diào)節(jié)機制。 2.降解物

6、對基因活性的調(diào)節(jié) 通過正調(diào)節(jié)以提高基因轉(zhuǎn)錄水平，使它由原來的低水平表達變成高水平表達。 如：乳糖操縱子除負控誘導(dǎo)機制外，還存在一種正控調(diào)節(jié)機制，它受到分解代謝產(chǎn)物的阻抑作用，又稱作降解物抑制作用或葡萄糖效應(yīng)。 降解物抑制作用產(chǎn)生的原因如下：細胞內(nèi)存在一種降解物激活蛋白CAP。它與cAMP結(jié)合后才能與啟動基因結(jié)合，從而促進RNA聚合酶與啟動基因的結(jié)合與轉(zhuǎn)錄。 當(dāng)添加葡萄糖后，細菌所需要的能量可直接從葡萄糖得到滿足。葡萄糖的存在抑制了腺甘酸環(huán)化酶的活性，減少了細胞內(nèi)環(huán)腺甘酸（cAMP）的含量。CAP蛋白因找不到配體而不能形成復(fù)合物，影響了自身與與啟動基因結(jié)合，也影響了RNA聚合酶與啟動基因的結(jié)合與

7、轉(zhuǎn)錄。 降解物抑制作用是通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達的，是一種 積極的調(diào)節(jié)方式。 3.細菌的應(yīng)急反應(yīng) 在細菌面臨緊急狀況時，如氨基酸饑餓時，不是缺少一二種氨基酸，而是氨基酸的全面匱乏，細菌將會產(chǎn)生一個應(yīng)急反應(yīng)，此時生產(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。 實施這一應(yīng)急反應(yīng)的信號是鳥苷四磷酸（ppGpp）和鳥苷五磷酸（pppGpp）。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是空載tRNA?？蛰dtRNA會激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成。乳乳 糖糖 操操 縱縱 子子 與與 負負 控控 誘誘 導(dǎo)導(dǎo) 系系 統(tǒng)統(tǒng) 大腸桿菌乳糖操縱子包括3個結(jié)構(gòu)基因:Z、Y、A，以及啟動子、控制子和

8、阻遏子等。 1、Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼； 2、該mNA分子的 啟動區(qū)（P）位于阻遏基因（I）與操縱區(qū)（O）之間，不能單獨起始半乳糖苷酶和透過酶基因的高效表達； Lactose operon: a regulatory gene and 3 stuctural genes, and 2 control elementslacIRegulatory genelacZlacYlacADNAm-RNA -GalactosidasePermeaseTransacetylaseProteinStructural GenesCis-acting elementsPlacIP

9、lacOlac 3.操縱區(qū)是DNA上的一小段序列（僅26bp），是阻遏物的結(jié)合位點； 4.當(dāng)阻遏物與操縱區(qū)相結(jié)合時，lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制； 5. 誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)相結(jié)合，從而激發(fā)lac mRNA的合成，使啟動子能夠順利起始mRNA的轉(zhuǎn)錄。 乳糖操縱子的影響因子乳糖操縱子的影響因子1、lac操縱子的本底水平表達 在非誘導(dǎo)狀態(tài)下，有少量的lac mRNA合成，這種與合成被稱為本底水平的組成型合成。由于阻遏物與操縱基因的結(jié)合 不是絕對緊密的，也會偶爾掉下來；這時啟動子的障礙被解除，RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄。這種現(xiàn)象以每個細胞周期12次的概率發(fā)生。

10、2.大腸桿菌對乳糖的反應(yīng) 加入乳糖，在透過酶分子的作用下，少量乳糖分子進入細胞，又在單個-半乳糖苷酶分子的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖。異構(gòu)乳糖與結(jié)合在操縱區(qū)上的 阻遏物相結(jié)合并使阻遏物失活離開操縱區(qū)，開始lac mRNA的生物合成，編碼-半乳糖苷酶和乳糖透過酶，導(dǎo)致大量乳糖涌入細胞。 多數(shù)乳糖被降解成為葡萄糖和半乳糖，有一部分乳糖被轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖并與細胞內(nèi)的阻遏物結(jié)合使后者失活而促使mRNA高速合成。 當(dāng)培養(yǎng)基中的乳糖耗盡，由于阻遏物是不斷被合成，沒有足夠的異構(gòu)乳糖維持去阻遏狀態(tài)，有活性的阻遏物濃度超過異構(gòu)乳糖的濃度，使細胞重新建立起阻遏狀態(tài)，導(dǎo)致lac mRNA合成被終止。 3.阻遏物lac I

11、基因產(chǎn)物及功能 lac操縱子阻遏物的mRNA是由弱啟動子控制下組成型合成的。當(dāng)I基因由弱啟動子突變?yōu)閺妴幼雍?，細胞?nèi)不能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。 4.葡萄糖對lac操縱子的影響 -半乳糖苷酶在乳糖代謝中的作用是把乳糖分解為葡萄糖和半乳糖（半乳糖在gal操縱子的作用下轉(zhuǎn)化為葡萄糖）。 如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基，大腸桿菌在耗盡外源葡萄糖之前不會誘發(fā)lac操縱子，也就是說，葡萄糖對lac操縱子表達具有間接的抑制作用。 5.cAMP與代謝物激活蛋白（CAP） cAMP的濃度受到葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)。由Crp基因編碼的代謝物激活蛋白（CAP）能與c

12、AMP形成復(fù)合物。 cAMPCRP復(fù)合物是激活lac的重要組成部分，這與阻遏體系無關(guān)，細菌對它的需要是獨立的。轉(zhuǎn)錄必須有cAMPCRP復(fù)合物結(jié)合在操縱子的啟動子上。 cAMP CRP是一個不同于阻遏物的正調(diào)控因子，lac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調(diào)控體系作用下實現(xiàn)的。ipozyaNo lac mRNAAbsence of lactoseActiveipozya-GalactosidasePermease TransacetylasePresence of lactoseInactiveLack of inducer: the lac repressor block all but a v

13、ery low level of trans-cription of lacZYA .Lactose is present, the low basal level of permease allows its uptake, and-galactosidase catalyzes the conversion of some lactose to allolactose.Allolactose acts as an inducer, binding to the lac repressor and inactivate it. C ABSummaryA: RNA polymeraseB: l

14、ac repressor C: CRP-cAMPLac操縱子中其他問題 1、A基因及其生理功能 自然界中存在著許多能被-半乳糖苷酶降解的半乳糖苷分子，它們的分解產(chǎn)物不能被進一步代謝，容易在體內(nèi)積累。由于半乳糖苷分子在高濃度時是細胞生長抑制物，而A基因能使之乙?；顾鼈儾荒鼙?半乳糖苷酶分解，從而抑制了-半乳糖苷酶產(chǎn)物的有害衍生物在細胞內(nèi)的積累，這在生物進化中是有意義的。 2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較 在一個完全被誘導(dǎo)的細胞中， -半乳 糖苷酶、透過酶以及乙?；D(zhuǎn)移酶的拷貝 數(shù)比例為：1: 0.5: 0.2。它們在數(shù)量上的差異是由于在 翻譯水平上受到調(diào)節(jié)所致。 （1）lac mRNA可能與翻譯

15、過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯。這種現(xiàn)象發(fā)生的概率取決于每一個后續(xù)的AUG密碼子再度起始翻譯的概率。因此存在著一個從mRNA的5末端到3末端的蛋白質(zhì)合成的梯度。 這種現(xiàn)象對大多數(shù)多順反子mRNA分子來說具有普遍性。 （2）在lac mRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更易受內(nèi)切酶的作用發(fā)生降解。因此Z基因的完整拷貝數(shù)總是比A基因多。 對于某個活躍表達的多順反子操縱子，該mRNA所編碼的各種蛋白質(zhì)的相對濃度都由每一個順反子的翻譯頻率所決定。 3、操縱子的融合與基因工程 操縱子在自然條件下可能發(fā)生融合，如lac操縱子與負責(zé)嘌呤合成的pur操縱子的偶聯(lián)。 這一現(xiàn)象帶來的基因融合技術(shù)已經(jīng)成為

16、基因工程操作中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。色氨酸操縱子與負控阻遏系統(tǒng)Trp操縱子的的一般結(jié)構(gòu) trp操縱子由5個基因（trpE、D、C、B、A）組成，在正常情況操縱子中的5個基因 的產(chǎn)物是等量的，但trpE突變后，其鄰近的trpD產(chǎn)量比下游的trpBA產(chǎn)量要低得多。研究發(fā)現(xiàn)trpE基因的終止密碼子和trpD基因的起始密碼子共用一個核苷酸。 1、trp 操縱子的阻遏系統(tǒng) 這個系統(tǒng)中的效應(yīng)物分子是色氨酸，是由trp操縱子所編碼的生物合成途徑的末端終產(chǎn)物。 當(dāng)培養(yǎng)基中trp含量較高時，它與阻遏蛋白相結(jié)合，并使之與操縱基因緊密結(jié)合；當(dāng)培養(yǎng)基中trp供應(yīng)不足時，阻遏物失去色氨酸并從操縱子上解離，trp操縱子去阻遏

17、。LackLack of trp of trp LackLack of aminoacyl tRNA of aminoacyl tRNA RibosomeRibosome pause pause at trp codonsat trp codons , , occluding occluding sequence 1sequence 1Form 2:3 hairpin (Form 2:3 hairpin (anti-terminatoranti-terminator ) )TranscriptionTranscription into trpE into trpE and beyond and

18、 beyond Low TrpHigh Trp 2、弱化作用這種調(diào)控與阻遏物的控制無關(guān)。在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼前有一個長162bp的mRNA片段稱為前導(dǎo)區(qū)。 弱化子為位于此區(qū)中的123150位堿基序列，該序列可通過自我配對形成莖環(huán)節(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點。 弱化作用需要負載的tRNAtrp參與，這意味著前導(dǎo)序列的某些部分被翻譯了。 前導(dǎo)區(qū)的序列分析 它包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA。若翻譯起始于AUG，則產(chǎn)生一個含14個氨基酸的多肽，稱為前導(dǎo)肽。 在前導(dǎo)序列中其第10和第11位上有相鄰的兩個trp密碼子，它們參與了trp操縱子中的轉(zhuǎn)錄弱化機制。Leader RNA

19、 structure Complementary 3:4 termination of transcription Complementary 2:3 Elongation of transcription The leader sequence contain four regions (sequence 1,2,3,4) of complementary sequence and form different structures 目前，trp前導(dǎo)區(qū)的堿基序列已經(jīng)全部測定。 其中有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。轉(zhuǎn)錄的弱化理論 mRNA的轉(zhuǎn)錄終止是通過前導(dǎo)

20、肽基因 的翻譯來調(diào)節(jié)的。 前導(dǎo)肽基因中的兩個相鄰的trp密碼子的存在使得前導(dǎo)肽的翻譯對tRNAtrp的濃度敏感。其 它 操 縱 子半半 乳乳 糖糖 操操 縱縱 子子 大腸桿菌半乳糖操縱子包括3個結(jié)構(gòu)基因：異構(gòu)酶（galE），半乳糖 磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶（galT），半乳糖激酶（galK）。 這3個酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖 -1 - 磷酸。 半乳糖操縱子的調(diào)節(jié)基因是galR。RETK 與lac操縱子相比較，gal操縱子中的galR與 galE、 galT、 galK及操縱區(qū)O的距離相距很遠。 調(diào)節(jié)基因galR產(chǎn)物對galO的作用與lacI - lacO的作用相同。 gal操縱子的 誘導(dǎo)物主要

21、是半乳糖。 gal操縱子的兩個特點： 1、它有兩個啟動子，mRNA可以從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄； 2、它有兩個O區(qū)，一個在啟動子上游-67-73、另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。 1、培養(yǎng)基中無葡萄糖 RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、 CRP和較高濃度的cAMP。 2、培養(yǎng)基中含有葡萄糖 葡萄糖的存在抑制了腺甘酸環(huán)化酶的活性，減少了細胞內(nèi)環(huán)腺甘酸（cAMP）的含量，影響了cAMPCRP復(fù)合物的形成。被cAMPCRP抑制的S2轉(zhuǎn)錄開始進行。 當(dāng)有cAMPCRP時，轉(zhuǎn)錄從S1開始；當(dāng)無cAMPCRP時，轉(zhuǎn)錄從S2開始。 cAMPCRP利于RNA聚合酶- S1區(qū)復(fù)合物形成開鏈構(gòu)象，從而起始轉(zhuǎn)錄。

22、同時，由于S1和S2區(qū)的核苷酸部分重疊， cAMPCRP的存在干擾了RNA聚合酶- S2復(fù)合物的形成，抑制了S2起始的基因轉(zhuǎn)錄。 雙啟動子的生理功能： 這與半乳糖在細胞代謝中具有雙重功能有關(guān)，其功能如下：（1）作為唯一碳源供細胞生長；（2） 尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細胞壁合成的前體。 從必要性和經(jīng)濟性考慮，都需要一個不依賴于cAMPCRP的啟動子S2進行本底水平的組成型合成，以及一個依賴于cAMPCRP的啟動子S1對高水平合成進行調(diào)控。 只有當(dāng)S2活性完全被cAMPCRP抑制時，調(diào)控才是有效的。阿阿 拉拉 伯伯 糖糖 操操 縱縱 子子 阿拉伯糖（arabinose）也是為代謝

23、提供碳源的五碳糖。 大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個基因：araB、araA、araD，它們形成一個基因簇，為araBAD。 araB編碼核酮糖激，araA編碼L-阿拉伯異構(gòu)酶，araD編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶。araara操縱子操縱子araCBADaraO2 araO1 araI 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 CRP結(jié)合位點結(jié)合位點araC mRNAL-阿拉伯糖激活蛋白激活蛋白 阻遏蛋白阻遏蛋白 負責(zé)將阿拉伯糖轉(zhuǎn)運入細胞的基因araE 和araF，位于遠離這個基因簇的地方，它們分別編碼膜蛋白和位于細胞壁與細胞膜之間的阿拉伯糖結(jié)合蛋白。 阿拉伯糖操縱子具有一個復(fù)合的啟動子區(qū)域，兩個操縱區(qū)（

24、O1、O2）和一個調(diào)節(jié)基因araC。 與lac操縱子和gal操縱子中的調(diào)節(jié)基因不同的是：araC蛋白同時顯示正、負調(diào)節(jié)因子的功能。 araBAD和araC基因的轉(zhuǎn)錄是分別在兩條鏈上以相反方向進行的。 araBAD基因簇從啟動子PBAD開始向左進行轉(zhuǎn)錄，而araC基因則從PC 向右轉(zhuǎn)錄。araC蛋白的正負調(diào)控 （1）當(dāng)細胞內(nèi)沒有araC 蛋白時，由PC 啟動子起始araC基因轉(zhuǎn)錄；（2）當(dāng)體系中葡萄糖水平較高，阿拉伯糖水平較低時， araC 蛋白與操縱區(qū)O2以及araIC誘導(dǎo)因子結(jié)合區(qū)上半?yún)^(qū)相結(jié)合，形成DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，araBAD基因不表達負調(diào)控； （3）當(dāng)體系中有阿拉伯糖但無葡萄糖存在時，ar

25、aC與阿拉伯糖相結(jié)合，改變構(gòu)象成為激活蛋白，araC同源體分別與ara O1和araI區(qū)相結(jié)合，DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被破壞。RNA聚合酶在araC蛋白和CRP-cAMP的共同作用下起始PBAD所調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因表達正調(diào)控。 araC 蛋白的雙重功能是通過該蛋白的兩種異構(gòu)體來實現(xiàn)的。Pr是起阻遏作用的形式，Pi是誘導(dǎo)作用的形式。 在沒有阿拉伯糖時，Pr形式占優(yōu)勢；有阿拉伯糖存在時，以Pi形式為優(yōu)勢。阻遏蛋白阻遏蛋白LexA的降解的降解與細菌與細菌SOS應(yīng)答應(yīng)答 當(dāng)細菌DNA遭到破壞時，細菌細胞內(nèi)會啟動一個被稱為SOS的誘導(dǎo)型DNA修復(fù)系統(tǒng)。 SOS修復(fù)系統(tǒng)受到LexA阻遏蛋白的抑制，平時該蛋白表達水平很

26、低。 SOS體系的誘導(dǎo)表達過程其實就是LexA阻遏蛋白從這個基因的上游調(diào)控區(qū)移開的過程。 在正常情況下，DNA損傷的修復(fù)基因的操縱子被LexA蛋白所阻遏。 而RexA蛋白含量處在很低的本底水平。 當(dāng)DNA嚴重受阻時，DNA復(fù)制中斷，單鏈DNA缺口數(shù)量增多，誘導(dǎo)RexA基因開始表達。 表達RexA蛋白與這些缺口處單鏈DNA相結(jié)合，被激活成蛋白酶。 具有蛋白酶活性的RexA蛋白將LexA蛋白切割成沒有阻遏作用的和具有與操縱區(qū)DNA結(jié)合活性的兩個片段，導(dǎo)致SOS體系的高效表達，使DNA得以修復(fù)。 當(dāng)修復(fù)完成后，活化信號消失，RexA蛋白回復(fù)到非蛋白水解酶的形式，LexA蛋白開始逐步積累，并重新建立起

27、阻遏。RexA蛋白的合成停止，DNA恢復(fù)復(fù)制，RexA蛋白被稀釋到原來的本底水平。多啟動子調(diào)控的操縱子多啟動子調(diào)控的操縱子 rRNA操縱子 核糖體蛋白SI操縱子 DnaQ蛋白操縱子 操縱子中的不同啟動子，具有不同的強度，其啟動作用受不同因子的調(diào)控。在不同的生活環(huán)境中，不同的啟動子精密地調(diào)節(jié)基因表達的量，這對維持細胞的生存非常重要。 固 氮 基 因 調(diào) 控 1、根瘤的產(chǎn)生 根瘤菌在豆科植物的根際生長，它與寄主植物根毛幼部位的接觸是感染發(fā)生的第一步。 根瘤菌寄主范圍由其基因型所決定。 2、固氮酶的反應(yīng)N2+8H+32ATP 2NH3+H2+32ADP+32Pi 固氮酶具有兩個組分： 組分 ：為一個

28、多聚蛋白，由兩個a亞基和兩個B亞基所組成，分別由nifD和nifK基因編碼。組分含有4個4Fe-4S連接橋和兩個鐵-鉬輔助因子（FeMo-Co），稱為鐵鉬蛋白（FeMo-protein）。 組分：由兩個完全相同的亞基組成，由nifH基因編碼，稱為鐵蛋白（Fe-protein），它只含有一個4Fe-4S連接橋，位于兩亞基之間，一次只送出一個電子，是生物固氮反應(yīng)中的“瓶頸”。 3、與固氮有關(guān)的基因及其調(diào)控 通過對許多快速生長的根瘤菌株系的研究，發(fā)現(xiàn)與形成固氮根瘤有關(guān)的許多基因都位于染色體外的大質(zhì)粒上。 若這些質(zhì)粒的特定部位發(fā)生缺失，則使植物失去固氮能力。 nif 操縱子的結(jié)構(gòu) Q B A L F

29、M V S U X N E Y K D H Jnif nifAL基因控制整個固氮系統(tǒng)的表達與活性。 nifA和nifL基因產(chǎn)物分別是nif操縱子的正負調(diào)控因子。 當(dāng)細胞內(nèi)沒有NifL蛋白時，nifA基因產(chǎn)物足以激活其它nif基因的表達，甚至在有NH3和O2存在時也如此。 根瘤菌固氮酶的活性一般受NH3含量和O2濃度的影響。轉(zhuǎn) 錄 后 調(diào) 控1、翻譯起始的調(diào)控 遺傳信息翻譯成多肽鏈起始于mRNA上的核糖體結(jié)合位點（RBS）。 RBS是指起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。在RBS中有SD序列，長度一般為5個核苷酸，富含G、A，它與核糖體的16S rRNA的3端互補配對，促使核糖體結(jié)合到 mRNA 上，有利于翻譯的起始。 RBS的結(jié)合強度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其起始密碼子AUG之間的距離。SD與AUG之間相距一般以4-10個核苷酸為佳，9個核苷酸最佳。 此外，mRNA的二級結(jié)構(gòu)也是翻譯起始調(diào)控的重要因素。 mRNA的5端的空間結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于核糖體30S亞基的結(jié)合，若SD序列發(fā)生微小的變化，往往會導(dǎo)致表達效率上百倍甚至上千倍的差異。 這是由于核苷酸的變化改變了形成mRNA5端二級結(jié)構(gòu)的自由能，影響了核糖體30S亞基與mRNA的結(jié)合，從而造成了蛋白質(zhì)合成效率上的差異。 2、稀有密碼子對翻譯的影響 細胞內(nèi)