原核生物基因表達(dá)調(diào)控

1、原核生物基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 原核生物基因表達(dá)特點(diǎn)原核生物基因表達(dá)特點(diǎn)Characteristics of Gene Expression of Prokaryotes操縱子在研究基因表達(dá)的重要性操縱子在研究基因表達(dá)的重要性 具有普遍性；具有普遍性； 真核生物研究的借鑒；真核生物研究的借鑒； 開(kāi)拓了分子識(shí)別（開(kāi)拓了分子識(shí)別（molecular recognition)的研的研究；究； 研究成果應(yīng)用于實(shí)踐，具有指導(dǎo)意義。研究成果應(yīng)用于實(shí)踐，具有指導(dǎo)意義。一、操縱子是原核生物的基因轉(zhuǎn)錄單元一、操縱子是原核生物的基因轉(zhuǎn)錄單元操縱子理論實(shí)驗(yàn)依據(jù)操縱子理論實(shí)驗(yàn)依據(jù) 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停杭?xì)菌

2、的乳糖代謝酶類(lèi)誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停杭?xì)菌的乳糖代謝酶類(lèi)誘導(dǎo) 突破點(diǎn)突破點(diǎn): 乳糖阻遏蛋白基因乳糖阻遏蛋白基因lac I的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)lac I 是組成型表達(dá)基因，其突變是組成型表達(dá)基因，其突變(lac I-)引起引起管轄的基因族也發(fā)生組成型表達(dá)管轄的基因族也發(fā)生組成型表達(dá)用噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)方法把野生型用噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)方法把野生型(lac I+)轉(zhuǎn)入突變轉(zhuǎn)入突變株株(lac I-)，逆轉(zhuǎn)了組成型突變，逆轉(zhuǎn)了組成型突變操縱子操縱子(operon)是由結(jié)構(gòu)基因及其上游調(diào)控是由結(jié)構(gòu)基因及其上游調(diào)控序列組成的轉(zhuǎn)錄單元，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受調(diào)控序列序列組成的轉(zhuǎn)錄單元，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受調(diào)控序列控制?？刂啤Ｕ{(diào)控序列包括遠(yuǎn)端的阻遏蛋白調(diào)控

3、序列包括遠(yuǎn)端的阻遏蛋白(repressor)基基因因I，近端的啟動(dòng)子，近端的啟動(dòng)子(promoter, P)和操縱序列和操縱序列(operator, O)。 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子特異特異DNA序列序列結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 操縱序列操縱序列阻遏蛋白基因阻遏蛋白基因 (promoter)(operator) 啟動(dòng)子是啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位。聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位。RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6A

4、AAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列操縱序列是阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)操縱序列是阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA聚聚合酶不能沿合酶不能沿DNA向前移動(dòng)向前移動(dòng) ，阻礙轉(zhuǎn)錄。，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白二、原核生物中二、原核生物中mRNA的轉(zhuǎn)錄、翻譯的轉(zhuǎn)錄、翻譯和降解偶聯(lián)進(jìn)行和降解偶聯(lián)進(jìn)行開(kāi)始轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，同時(shí)，核糖體結(jié)合mRNA進(jìn)行翻譯RNA 5端開(kāi)始降解轉(zhuǎn)錄終

5、止，繼續(xù)翻譯和降解RNA pol開(kāi)始轉(zhuǎn)錄繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，同時(shí)，核糖體結(jié)合mRNA進(jìn)行翻譯RNA 5端開(kāi)始降解轉(zhuǎn)錄終止，繼續(xù)翻譯和降解RNA pol 三、三、mRNA所攜帶的信息差別很大所攜帶的信息差別很大細(xì)菌細(xì)菌mRNA所編碼的蛋白質(zhì)數(shù)量有很大差異。所編碼的蛋白質(zhì)數(shù)量有很大差異。有的有的mRNA只帶有一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的信息（編碼一只帶有一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的信息（編碼一個(gè)蛋白質(zhì)），稱為個(gè)蛋白質(zhì)），稱為單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋觤RNA（monocistronic mRNA）；大部分大部分mRNA都是從操縱子轉(zhuǎn)錄而成，帶有都是從操縱子轉(zhuǎn)錄而成，帶有編碼幾個(gè)甚至十幾個(gè)蛋白質(zhì)的序列信息，這種編碼幾個(gè)甚至十幾個(gè)蛋白質(zhì)的序列信息，

6、這種mRNA是從幾個(gè)首尾相連的結(jié)構(gòu)基因（存在于一是從幾個(gè)首尾相連的結(jié)構(gòu)基因（存在于一個(gè)操縱子中）一次轉(zhuǎn)錄而成，稱為個(gè)操縱子中）一次轉(zhuǎn)錄而成，稱為多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋觤RNA（polycistronic mRNA）。第二節(jié)第二節(jié) 原核生物基因表達(dá)的原核生物基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控Regulation of Prokaryotic Gene Expression at Transcription Level一、轉(zhuǎn)錄調(diào)控是以特定的一、轉(zhuǎn)錄調(diào)控是以特定的DNA序列和序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)（一）特定的（一）特定的DNA序列是轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的序列是轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 在基因

7、內(nèi)和基因外都有一些特定的在基因內(nèi)和基因外都有一些特定的DNA序列，與結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、能夠被基因序列，與結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合，這些特定的調(diào)控蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合，這些特定的DNA序列稱為序列稱為順式作用元件（順式作用元件（cis-acting elements），亦稱為順式調(diào)控元件。在原核生，亦稱為順式調(diào)控元件。在原核生物中主要是啟動(dòng)子、阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)、正調(diào)物中主要是啟動(dòng)子、阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)、正調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)、增強(qiáng)子等?？氐鞍捉Y(jié)合位點(diǎn)、增強(qiáng)子等。BADNA編碼序列編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) 的啟動(dòng)子區(qū)的啟動(dòng)子區(qū) 3510+1+20+28RNA 聚合

8、酶結(jié)合區(qū)阻遏蛋白結(jié)合區(qū)3510+1+20+28RNA 聚合酶結(jié)合區(qū)阻遏蛋白結(jié)合區(qū)（二）調(diào)控蛋白具有結(jié)合（二）調(diào)控蛋白具有結(jié)合DNA所需的結(jié)構(gòu)所需的結(jié)構(gòu)特征特征 基因特異性轉(zhuǎn)錄因子（基因特異性轉(zhuǎn)錄因子（gene specific transcription factors）:能夠與順式作用元件能夠與順式作用元件特異性結(jié)合、對(duì)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程有調(diào)特異性結(jié)合、對(duì)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程有調(diào)控作用的蛋白質(zhì)控作用的蛋白質(zhì) 激活蛋白或正調(diào)控蛋白激活蛋白或正調(diào)控蛋白:對(duì)基因表達(dá)有激活作對(duì)基因表達(dá)有激活作用的用的 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 阻遏蛋白阻遏蛋白:對(duì)基因表達(dá)有抑制作用的蛋白質(zhì)對(duì)基因表達(dá)有抑制作用的蛋白質(zhì) 最

9、常見(jiàn)的最常見(jiàn)的DNA結(jié)合域：結(jié)合域： 1. 鋅指鋅指(zinc finger)C CysH His常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒123stand for zinc ion 2.螺旋螺旋-回折回折-螺旋（螺旋（helix-turn-helix, HTH）usually binds to CAAT box二、特定蛋白質(zhì)與二、特定蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合后控制結(jié)合后控制轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始（一）（一）因子和啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄是否能夠起因子和啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄是否能夠起始始 啟動(dòng)子及其與轉(zhuǎn)錄的關(guān)系啟動(dòng)子及其與轉(zhuǎn)錄的關(guān)系 -TAGTGTATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG販 販

10、 販 販 販 販 販-ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC販 販 販 販 販 販 販53-3-5-35-10+1transcriptionAGGUCCACG販 販 販 販販R N A 5-3-TAGTGTATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG販 販 販 販 販 販 販-ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC販 販 販 販 販 販 販53-3-5-35-10+1transcriptionAGGUCCACG販 販 販

11、販販R N A 5-3（二）阻遏蛋白結(jié)合操縱元件對(duì)轉(zhuǎn)錄（二）阻遏蛋白結(jié)合操縱元件對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行負(fù)調(diào)控起始進(jìn)行負(fù)調(diào)控 阻遏蛋白是一類(lèi)在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生阻遏蛋白是一類(lèi)在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用的蛋白質(zhì)。阻遏蛋白主要通過(guò)抑制開(kāi)負(fù)調(diào)控作用的蛋白質(zhì)。阻遏蛋白主要通過(guò)抑制開(kāi)放啟動(dòng)子復(fù)合物的形成而抑制基因的轉(zhuǎn)錄。阻遏放啟動(dòng)子復(fù)合物的形成而抑制基因的轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白與蛋白與DNA結(jié)合后，結(jié)合后，RNA聚合酶仍有可能與啟動(dòng)聚合酶仍有可能與啟動(dòng)子結(jié)合，但不能形成開(kāi)放起始復(fù)合物，不能啟動(dòng)子結(jié)合，但不能形成開(kāi)放起始復(fù)合物，不能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄；這種作用稱為轉(zhuǎn)錄；這種作用稱為阻遏（阻遏（repression），特定

12、，特定的信號(hào)分子與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白失活，的信號(hào)分子與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白失活，從從DNA 上脫落下來(lái)，稱為去阻遏，或上脫落下來(lái)，稱為去阻遏，或脫阻遏脫阻遏（derepression）。 阻遏蛋白都可以與信號(hào)分子結(jié)合而發(fā)生變構(gòu)，阻遏蛋白都可以與信號(hào)分子結(jié)合而發(fā)生變構(gòu)，在不同構(gòu)象時(shí)，阻遏蛋白或者與在不同構(gòu)象時(shí)，阻遏蛋白或者與DNA結(jié)合，或者結(jié)合，或者與與DNA解離。在可誘導(dǎo)型操縱子中，信號(hào)分子使解離。在可誘導(dǎo)型操縱子中，信號(hào)分子使阻遏物從阻遏物從DNA釋放下來(lái)，解除對(duì)轉(zhuǎn)錄的抑制作用；釋放下來(lái)，解除對(duì)轉(zhuǎn)錄的抑制作用；在可阻遏型操縱子中，信號(hào)分子使阻遏物結(jié)合在可阻遏型操縱子中，信號(hào)分子使阻

13、遏物結(jié)合DNA，抑制轉(zhuǎn)錄。在兩種情況下，阻遏蛋白結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄。在兩種情況下，阻遏蛋白結(jié)合于于DNA后都是抑制轉(zhuǎn)錄，這種類(lèi)型的基因表達(dá)調(diào)后都是抑制轉(zhuǎn)錄，這種類(lèi)型的基因表達(dá)調(diào)控稱為負(fù)調(diào)控?？胤Q為負(fù)調(diào)控。1. 乳糖操縱子是可誘導(dǎo)型操縱子乳糖操縱子是可誘導(dǎo)型操縱子 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子啟動(dòng)子操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶y： 通透酶通透酶a：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰基轉(zhuǎn)移酶zyaOPDNAI基因基因乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAzyaOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)沒(méi)有乳糖存在時(shí)乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉乳糖操縱子

14、被阻遏蛋白封閉mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)有乳糖存在時(shí)IDNAzyaOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開(kāi)放乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開(kāi)放 2. 色氨酸操縱子是可阻遏操縱子色氨酸操縱子是可阻遏操縱子 合成代謝操縱子由合成產(chǎn)物關(guān)閉合成代謝操縱子由合成產(chǎn)物關(guān)閉合成代謝操縱子在基礎(chǔ)狀態(tài)下持續(xù)開(kāi)放，合成代謝操縱子在基礎(chǔ)狀態(tài)下持續(xù)開(kāi)放，在產(chǎn)物達(dá)到滿足需要量時(shí)才關(guān)閉。在產(chǎn)物達(dá)到滿足需要量時(shí)才關(guān)閉。 分解和合成代謝的操縱子分解和合成代謝的操縱子操縱子操縱子基礎(chǔ)狀態(tài)基礎(chǔ)狀態(tài)調(diào)控方式調(diào)控方式分解代謝分解代謝關(guān)閉關(guān)閉由誘導(dǎo)物開(kāi)放由誘導(dǎo)物開(kāi)放合成代謝合成代謝

15、開(kāi)放開(kāi)放由阻遏物關(guān)閉由阻遏物關(guān)閉Trp Trp 高時(shí)高時(shí)Trp 低時(shí)低時(shí)mRNA OPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操縱子的作用原理色氨酸操縱子的作用原理操縱子關(guān)閉操縱子關(guān)閉（三）激活蛋白結(jié)合正調(diào)控元件而對(duì)轉(zhuǎn)錄（三）激活蛋白結(jié)合正調(diào)控元件而對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行正調(diào)控起始進(jìn)行正調(diào)控 1 1正調(diào)控蛋白可結(jié)合啟動(dòng)子鄰近序列進(jìn)行正調(diào)控蛋白可結(jié)合啟動(dòng)子鄰近序列進(jìn)行 調(diào)控調(diào)控 2激活蛋白結(jié)合增強(qiáng)子可遠(yuǎn)距離進(jìn)行轉(zhuǎn)錄激活蛋白結(jié)合增強(qiáng)子可遠(yuǎn)距離進(jìn)行轉(zhuǎn)錄 起始正調(diào)控起始正調(diào)控ntrCntrC蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控作用蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控作用 ntrC 結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄

16、起始位點(diǎn)ntrCP磷酸化 ntrCRNA聚合酶P閉合起始復(fù)合物P開(kāi)放起始復(fù)合物PPntrC 結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)ntrCP P P磷酸化 ntrCRNA聚合酶P P閉合起始復(fù)合物P P開(kāi)放起始復(fù)合物P P PP P P三、原核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄過(guò)程可通過(guò)三、原核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄過(guò)程可通過(guò) 不同模式進(jìn)行調(diào)控不同模式進(jìn)行調(diào)控（一）去阻遏和正調(diào)控機(jī)制對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)（一）去阻遏和正調(diào)控機(jī)制對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行行 雙重調(diào)控雙重調(diào)控1乳糖操縱子受阻遏蛋白（負(fù)性調(diào)節(jié)）和乳糖操縱子受阻遏蛋白（負(fù)性調(diào)節(jié)）和 CAP（正性調(diào)節(jié)）的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（正性調(diào)節(jié)）的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) 乳糖操縱子由乳糖操縱子由cAMP-CAP系統(tǒng)進(jìn)行正調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)

17、行正調(diào)控TTTACATATGTTN17N6Alac TTGACA TATAAT共有序列共有序列乳糖操縱子是弱啟動(dòng)子，被乳糖操縱子是弱啟動(dòng)子，被RNA-pol結(jié)合后，還需結(jié)合后，還需cAMP-CAP（分解代謝物基因活化蛋白）活化（分解代謝物基因活化蛋白）活化+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)mRNA低半乳糖時(shí)低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí) 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-p

18、olOOOO無(wú)轉(zhuǎn)錄無(wú)轉(zhuǎn)錄無(wú)轉(zhuǎn)錄無(wú)轉(zhuǎn)錄低水平轉(zhuǎn)錄低水平轉(zhuǎn)錄2AraC的別構(gòu)調(diào)節(jié)使阿拉伯糖操縱子調(diào)控更精的別構(gòu)調(diào)節(jié)使阿拉伯糖操縱子調(diào)控更精細(xì)細(xì) RNA聚合酶cAMPCAParabinosearaO1araO2araI啟動(dòng)子啟動(dòng)子CAP 結(jié)合位點(diǎn)C mRNABAD mRNA(A) 阿拉伯糖操縱子的調(diào)控區(qū)3. 有AraC和阿拉伯糖，無(wú)葡萄糖1. 無(wú)AraCAraC2. 有AraC和葡萄糖，有或無(wú)阿拉伯糖(B) 阿拉伯糖操縱子的調(diào)控RNA聚合酶cAMPCAParabinosearaO1araO2araI啟動(dòng)子啟動(dòng)子CAP 結(jié)合位點(diǎn)C mRNABAD mRNA(A) 阿拉伯糖操縱子的調(diào)控區(qū)3. 有AraC

19、和阿拉伯糖，無(wú)葡萄糖1. 無(wú)AraCAraC2. 有AraC和葡萄糖，有或無(wú)阿拉伯糖(B) 阿拉伯糖操縱子的調(diào)控阿拉伯糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控阿拉伯糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控 （二）色氨酸操縱子的弱化機(jī)制實(shí)質(zhì)是（二）色氨酸操縱子的弱化機(jī)制實(shí)質(zhì)是 轉(zhuǎn)錄與翻譯調(diào)控的偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄與翻譯調(diào)控的偶聯(lián)色氨酸操縱子色氨酸操縱子(trp operon)除了產(chǎn)物阻遏負(fù)調(diào)控外，還有除了產(chǎn)物阻遏負(fù)調(diào)控外，還有轉(zhuǎn)錄衰減轉(zhuǎn)錄衰減(attenuation)調(diào)控方式。調(diào)控方式。衰減是轉(zhuǎn)錄衰減是轉(zhuǎn)錄-翻譯的偶聯(lián)調(diào)控。翻譯的偶聯(lián)調(diào)控。 Trp Trp 高時(shí)高時(shí)Trp 低時(shí)低時(shí)mRNA OPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 RNA聚

20、合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操縱子的作用原理色氨酸操縱子的作用原理UUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 trpROP前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu) 第第10、11密碼子為密碼子為trp密碼子密碼子 終止密碼子終止密碼子 14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)前導(dǎo)肽編碼區(qū): 包含序列包含序列1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱： 序列序列1/2序列序列2/3序列序列3/4 trp 密碼子密碼子 UUUUUUUU34UUUU 334核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)當(dāng)色氨酸濃度高時(shí) 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制轉(zhuǎn)錄

21、衰減機(jī)制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子就是終止子可使轉(zhuǎn)錄可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)前導(dǎo)DNA UUUU 3 RNA聚合酶聚合酶 終止終止UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 15 trp 密碼子密碼子 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)前導(dǎo)DNA RNA聚合酶聚合酶 當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)當(dāng)色氨酸濃度低時(shí) Trp合成酶系相關(guān)合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)不能形成衰減子結(jié)構(gòu) 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA （三）（三）DNA片段倒位和阻遏蛋白的協(xié)同作用片段倒位和阻遏蛋白的協(xié)同作用沙沙門(mén)門(mén)菌菌鞭鞭毛毛素素基基因因的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié) H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白

22、阻遏蛋白 Hin重組酶重組酶轉(zhuǎn)位片段轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1 H1鞭毛素鞭毛素hinH2IDNA啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列H1啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列原核生物基因原核生物基因表達(dá)的翻譯水平調(diào)控表達(dá)的翻譯水平調(diào)控Regulation of Prokaryotic Gene Expression at Translation Level 第三節(jié)第三節(jié)一、一、SD序列決定翻譯起始效率序列決定翻譯起始效率（一）（一）SD序列的堿基序列影響翻譯起始的序列的堿基序列影響翻譯起始的效率效率（二）（二）SD序列的定位影響翻譯起始的效率序列的定位影響翻譯起始的效率紅霉素甲基化酶紅霉素甲基化酶mRNA的翻譯調(diào)控的翻譯調(diào)控 5 3

23、紅 霉 素 甲 基 化 酶 m R N A1234S DS D前 導(dǎo) 肽 編 碼 區(qū)(A ) 不 存 在 紅 霉 素(B ) 有 紅 霉 素前 導(dǎo) 肽 編 碼 區(qū)終 止 密 碼1234S D無(wú) 翻 譯2前 導(dǎo) 肽34S DE ryr核 糖 體 進(jìn) 行 翻 譯5 3 紅 霉 素 甲 基 化 酶 m R N A1234S DS D前 導(dǎo) 肽 編 碼 區(qū)(A ) 不 存 在 紅 霉 素(B ) 有 紅 霉 素前 導(dǎo) 肽 編 碼 區(qū)終 止 密 碼1234S D無(wú) 翻 譯2前 導(dǎo) 肽34S DE ryr核 糖 體 進(jìn) 行 翻 譯二、二、mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性是決定翻譯產(chǎn)物是決定翻譯產(chǎn)物量的重要因素量的

24、重要因素原核生物原核生物mRNA分子某些片段，例如發(fā)夾有分子某些片段，例如發(fā)夾有RNase抗性?？剐浴＜?xì)胞內(nèi)有結(jié)合細(xì)胞內(nèi)有結(jié)合RNA、使之免受、使之免受RNase降解的保護(hù)降解的保護(hù)蛋白。蛋白。近年發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源或外源的小分子近年發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源或外源的小分子RNA可特異互補(bǔ)可特異互補(bǔ)結(jié)合細(xì)胞結(jié)合細(xì)胞RNA，使其失去功能。，使其失去功能。與減少表達(dá)量一樣，降低與減少表達(dá)量一樣，降低mRNA穩(wěn)定性也是穩(wěn)定性也是基因表達(dá)調(diào)控方式基因表達(dá)調(diào)控方式三、翻譯產(chǎn)物可對(duì)翻譯過(guò)程產(chǎn)生反饋三、翻譯產(chǎn)物可對(duì)翻譯過(guò)程產(chǎn)生反饋 調(diào)節(jié)效應(yīng)調(diào)節(jié)效應(yīng) 核糖體蛋白控制多順?lè)醋雍颂求w蛋白控制多順?lè)醋觤RNA的翻譯的翻譯 翻譯終止因子翻譯

25、終止因子RF-2調(diào)節(jié)自身的翻譯調(diào)節(jié)自身的翻譯 核糖體蛋白與核糖體蛋白與rRNA 合成是互相協(xié)調(diào)的合成是互相協(xié)調(diào)的原核生物的原核生物的16S rRNA與與 21種 核 糖 體 蛋 白種 核 糖 體 蛋 白(ribosomal proteins)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱r-蛋白，組成核糖體小蛋白，組成核糖體小亞基；亞基；5S和和23S rRNA與與31種種r-蛋白組成大亞基。蛋白組成大亞基。大、小亞基在翻譯起始組合為大、小亞基在翻譯起始組合為70S核糖體。核糖體。 蛋白質(zhì)合成是生存的最基本需要，細(xì)胞必然要嚴(yán)蛋白質(zhì)合成是生存的最基本需要，細(xì)胞必然要嚴(yán)格控制格控制rRNA和和r-蛋白的比例。蛋白的比例。核糖體蛋白

26、基因與核糖體蛋白基因與RNA pol 亞基基因的多順?lè)醋觼喕虻亩囗樂(lè)醋硬倏v子操縱子基因簇基因簇表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物rif (rpoBC)rpL-K-A-J-L-rpoB- rpoCL-11-1-10-12-RNApol-rpoArpsM-K-D-rpoA-rpL-QS13-11-4-RNApol-O-L-17spcrpL-N-X-E-rpsN-H-rpL-F-R-rpsE-rpL-D-OL14-24-5-S14-8-L6-18-S-5-L-30-15 r-蛋白基因在各個(gè)操縱子上轉(zhuǎn)錄為多順?lè)醋拥鞍谆蛟诟鱾€(gè)操縱子上轉(zhuǎn)錄為多順?lè)醋舆@類(lèi)操縱子有轉(zhuǎn)錄這類(lèi)操縱子有轉(zhuǎn)錄-翻譯偶聯(lián)調(diào)控現(xiàn)象，稱為翻譯偶聯(lián)調(diào)控

27、現(xiàn)象，稱為自我調(diào)節(jié)（自我調(diào)節(jié)（autogenous control）。）。 四、小分子反義四、小分子反義RNA參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成合成（一）小分子（一）小分子RNA參與基因表達(dá)產(chǎn)物類(lèi)型參與基因表達(dá)產(chǎn)物類(lèi)型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換的調(diào)控?fù)Q的調(diào)控（二）小分子（二）小分子RNA參與維持極低水平的基參與維持極低水平的基因因 表達(dá)表達(dá) 大腸桿菌滲透壓調(diào)節(jié)中大腸桿菌滲透壓調(diào)節(jié)中mic RNA的調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)作用 低滲高滲OmpRompF基因啟動(dòng)子ONOmpF蛋白3mRNA5micF基因ompC基因啟動(dòng)子基因關(guān)閉基因關(guān)閉ONONOFF35micRNA535335ompCmRNAOmpC蛋白變構(gòu)的OmpROFF低滲高滲OmpRompF基因啟動(dòng)子ONOmpF蛋白3mRNA5micF基因ompC基因啟動(dòng)子基因關(guān)閉基因關(guān)閉ONONOFF35micRNA535335ompCmRNAOmpC蛋白變構(gòu)的OmpROFF小分子小分子RNA 在翻譯水平的調(diào)控作用在翻譯水平的調(diào)控作用 Tn10 轉(zhuǎn)座酶 mRNA3553阻遏蛋白 RNApOUT 起始轉(zhuǎn)錄3553pIN+1+1pOUTpIN 起始轉(zhuǎn)錄53阻遏蛋白 RNATn10 轉(zhuǎn)座酶 mRNA35Tn10 轉(zhuǎn)座酶 mRNA3553阻遏蛋白 RNApOUT 起始轉(zhuǎn)錄3553pIN+1+1pOUTpIN 起始轉(zhuǎn)錄53阻遏蛋白 RNATn10 轉(zhuǎn)座酶 m