基因的表達與調控上演示文稿

基因的表達與調控上演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有55頁\編輯于星期五基因的表達與調控上現(xiàn)在是2頁\一共有55頁\編輯于星期五1.原核基因表達調控總論2.乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)3.色氨酸操縱子與負控阻遏系統(tǒng)4.轉錄水平的其他調控方式5.轉錄后調控主要內容現(xiàn)在是3頁\一共有55頁\編輯于星期五7.1原核基因表達調控總論□基因表達（geneexpression）：從DNA到蛋白質或功能RNA的過程□基因表達調控（generegulation或genecontrol）對基因表達過程的調節(jié)□基因表達調控主要表現(xiàn)在兩個方面：轉錄水平的調控（transcriptionalregulation）轉錄后水平的調控（past-transcriptionalregulation）

1）mRNA加工成熟水平上的調控（differentialprocessingofRNAtrscript）

2）翻譯水平上的調控□原核生物中，營養(yǎng)狀況（nutritionalstatus）和環(huán)境因素（enviromentalfactor）對基因表達起著舉足輕重的影響；在真核生物中特別是高等真核生物

激素水平（hormonelevel）和發(fā)育階段（developmentalstage）是基因表達調控的最主要的手段。現(xiàn)在是4頁\一共有55頁\編輯于星期五現(xiàn)在是5頁\一共有55頁\編輯于星期五7.1.1原核基因調控分類□負轉錄調控（negativetranscriptionregulation）調解基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（repressor），起著阻止結構基因轉錄的作用根據(jù)其特征又分為：

1）負控誘導：阻遏蛋白（活性）不與效應物（誘導物）結合時，結構基因不轉錄。

2）負控阻遏：阻遏蛋白（非活性）與效應物結合時（阻遏蛋白轉變?yōu)榛钚誀顟B(tài)）結構基因不轉錄?！跽D錄調控（positivetranscriptionregulation）調解基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator）

1）正控誘導系統(tǒng)：誘導物的存在使激活蛋白處于活化狀態(tài)

2）正控阻遏系統(tǒng)：效應物的存在使激活蛋白處于非活化狀態(tài)現(xiàn)在是6頁\一共有55頁\編輯于星期五負控誘導系統(tǒng)正控誘導系統(tǒng)現(xiàn)在是7頁\一共有55頁\編輯于星期五負控阻遏系統(tǒng)正控阻遏系統(tǒng)現(xiàn)在是8頁\一共有55頁\編輯于星期五7.1.2原核基因調控的主要特點1.可誘導調節(jié)指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關閉的狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質的誘導下使基因活化。例子：大腸桿菌的lac操縱子可誘導基因；可誘導酶；酶的誘導合成2.可阻遏調節(jié)這類基因平時都是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關閉，阻遏了基因的表達。例子：大腸桿菌的Trp操縱子可阻遏基因；可阻遏酶；可阻遏現(xiàn)象；阻遏物□一般規(guī)律：可誘導的操縱子總是一些編碼糖和AA分解代謝蛋白的基因，這些操縱子常常是關閉的；可阻遏基因正好相反，他們是一些合成各種細胞代謝過程中所必需的小分子物質的基因，這些基因常常是打開的?，F(xiàn)在是9頁\一共有55頁\編輯于星期五7.1.3弱化子對基因活性的影響在這種調節(jié)方式中，起信號作用的是有特殊負載的AA-tRNA的濃度，是轉錄調節(jié)中的微調整。當操縱子被阻遏，RNA合成被終止時，起終止轉錄信號作用的那一段核苷酸被稱為弱化子。例子：Trp操縱子的弱化作用7.1.4降解物對基因活性的調節(jié)在葡萄糖存在的情況下，即使在細菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖等誘導物，與其對應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應或降解物抑制效應。降解物抑制作用是通過提高轉錄強度來調節(jié)基因表達的。7.1.5細菌的應急反應應急反應的信號：ppGpp和pppGpp。產(chǎn)生這兩種物質的誘導物是空載tRNA?，F(xiàn)在是10頁\一共有55頁\編輯于星期五7.2乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)□操縱子模型操縱子：基因表達的協(xié)同單位。指原核生物中由一個或多個相關基因以及轉錄翻譯調控元件組成的基因表達單元。操縱子學說：關于原核基因結構及其表達調控的學說□法國巴斯德研究所Jacob和Monod在1961年提出□操縱子的組成

1）結構基因

2）調節(jié)基因（I）

3）控制部位：可接受調節(jié)基因產(chǎn)物的調節(jié)。包括啟動子（P區(qū)）和操縱基因（O區(qū)）?，F(xiàn)在是11頁\一共有55頁\編輯于星期五調節(jié)基因控制部位結構基因現(xiàn)在是12頁\一共有55頁\編輯于星期五7.2.1乳糖操縱子模型1）Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順販子的mRNA分子所編碼

Z基因：編碼β-半乳糖苷酶

Y基因：編碼β-半乳糖苷透過酶

A

基因：編碼β-半乳糖乙?；D移酶2）該mRNA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的高效表達3）操縱區(qū)（O）是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結合位點。4）當阻遏物與操縱區(qū)結合時，lacmRNA的轉錄起始受到抑制。5）誘導物通過與阻遏物結合，改變它的三維構象，使之不能與操縱區(qū)結合，從而激發(fā)lacmRNA的合成□這一模型僅解釋了lac體系的負控系統(tǒng)，在lac操縱子同樣存在正調控！現(xiàn)在是13頁\一共有55頁\編輯于星期五β-半乳糖苷酶透過酶乙?；D移酶現(xiàn)在是14頁\一共有55頁\編輯于星期五7.2.2lac操縱子的影響因子1.lac操縱子的本底水平表達□問題：1）誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結合，而轉運誘導物需要透過酶，透過酶的合成又需要誘導。

第一個誘導物是如何到達細胞的？2）乳糖（G-1,4-gal）并不與阻遏物結合，真正的誘導物是異乳糖（G-1,6-gal

）而異乳糖是在β-半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的。

乳糖誘導β-半乳糖苷酶的合成需要β-半乳糖苷酶的預先存在！□對這一現(xiàn)象的解釋：在非誘導狀態(tài)下有少量的lacmRNA合成（大約每個世代中有1-5個mRNA分子）這種合成被稱為本底水平的永久型合成現(xiàn)在是15頁\一共有55頁\編輯于星期五□研究誘導作用時很少適用乳糖，而用乳糖類似物1）異丙基巰基半乳糖苷（IPTG）2）巰甲基半乳糖苷（TMG）3）在酶活性分析中，常用顯色底物O-硝基半乳糖苷（ONPG）□他們都是高效誘導物，但不是半乳糖苷酶的底物，因此稱為安慰性誘導物現(xiàn)在是16頁\一共有55頁\編輯于星期五2.大腸桿菌對乳糖的反應

本底水平表達（幾個分子的β-半乳糖苷酶和透過酶）↓乳糖在透過酶作用下，lac進入細胞，又在β-半乳糖苷酶作用下乳糖轉變?yōu)?/p>

異乳糖↓異乳糖與結合在操縱區(qū)上的阻遏物結合導致

阻遏物失活↓

lacmRNA開始合成現(xiàn)在是17頁\一共有55頁\編輯于星期五3.阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能□lacI基因產(chǎn)物為阻遏蛋白，由4個相同亞基，每個亞基均含有

347AA，并能與1分子IPTG結合?！鮨ac阻遏物mRNA是在弱啟動子控制下永久合成的?！醍擨基因由弱啟動子突變成強啟動子，細胞內不能產(chǎn)生足夠的誘導物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中不可誘導?，F(xiàn)在是18頁\一共有55頁\編輯于星期五4.葡萄糖對lac操縱子的影響β-半乳糖苷酶lac——————→G+galgal操縱子G□將G和lac同時加入培養(yǎng)基，大腸桿菌在耗盡外源G之前不會誘發(fā)lac操縱子□G對lac操縱子表達的抑制是間接的證據(jù)：一個大腸桿菌突變株，他在EMP途徑中不能將G-6-P轉化為下一步代謝中間物，這些細菌的lac基因能在葡萄糖存在時被誘導合成?！醮x物阻遏效應（葡萄糖效應）葡萄糖的某些降解產(chǎn)物（不是葡萄糖）抑制lacmRNA合成的現(xiàn)象G耗盡（或：有葡萄糖存在時，不論誘導物存在與否，操縱子都沒有轉錄活性，結構基因都不表達）現(xiàn)在是19頁\一共有55頁\編輯于星期五5.cAMP與代謝物激活蛋白（lac操縱子的正調節(jié)）□在大腸桿菌中，cAMP的濃度受G代謝的調節(jié)1）將細菌放在缺乏碳源的培養(yǎng)基中，細胞內cAMP濃度就高；2）如果在含G培養(yǎng)基中，細胞內cAMP濃度就低；3）如果培養(yǎng)基中只有甘油或乳糖等不進行EMP途徑（甘油其實可進入EMP途徑）的碳源，細胞內cAMP濃度也會很高。

說明：在EMP途徑中位于G-6-P與甘油之間的某些代謝產(chǎn)物是cAMP酶的抑制劑□大腸桿菌中的代謝物激活蛋白（CAP），或稱為cAMP-受體蛋白（CRP）,

由Crp基因編碼，能與cAMP形成復合物cAMP-CRP?！魿rp和cAMP酶基因突變的細菌都不能合成lacmRNA

CRP和cAMP（兩者單獨不起作用）都是合成lacmRNA所必需的！現(xiàn)在是20頁\一共有55頁\編輯于星期五□G會降低細胞內cAMP的水平。當G缺乏時，大腸桿菌細胞內cAMP上升，

CRP結合到cAMP上。CRP-cAMP結合到緊鄰RNAPol結合位點上游的

lac操縱子Plac上。CRP的結合引起DNA鏈發(fā)生90度彎曲，這增強RNAPol

與啟動子的結合，使轉錄效率提高50倍?！跫毦鷮τ赾AMP-CRP復合物的需要是獨立的，與阻遏體系無關，轉錄必須有cAMP-CRP復合物結合在

DNA的啟動子上，是lac操縱子的正調控因子□lac操縱子是在負調控和正調控兩個獨立的調控體系下完成的?，F(xiàn)在是21頁\一共有55頁\編輯于星期五正調控位點負調控位點lac操縱子必須同時在CRP結合位點結合cAMP-CRP和去阻遏狀態(tài)下才能高效表達現(xiàn)在是22頁\一共有55頁\編輯于星期五7.2.3lac操縱子中的其他問題A基因及其生理功能

A基因：編碼β-半乳糖苷乙?；D移酶，使β-半乳糖第6位C原子乙?；瘑栴}：為什么A基因不在乳糖降解中起作用呢？自然界存在很多能被β-半乳糖苷酶降解的β-半乳糖苷分子，其分解產(chǎn)物不能被進一步代謝，很容易在體內積累，是細胞正常生長的抑制物。而β-半乳糖苷分子（如IPTG）被乙?；螅荒鼙沪?半乳糖苷酶降解。抑制有害物質的積累。證據(jù)：當有IPTG存在時，I-OcA-大腸桿菌的生長速度顯著慢于相應的A+

株系，其差異僅僅在于IPTG被乙?；，F(xiàn)在是23頁\一共有55頁\編輯于星期五2.Lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較

在一個完全被誘導的細胞中

β-半乳糖酶：β-半乳糖透過酶：β-半乳糖苷乙?；D移酶=1：0.5：0.2

不同酶在數(shù)量上的差異是由于翻譯水平上受到調節(jié)所致。1）大多數(shù)多順反子mRNA分子，存在一個從mRNA的5’端到3’端的蛋白質合成的梯度。當lacmRNA與核糖體脫離，終止蛋白質合成，其發(fā)生的頻率取決于AUG密碼子再度起始翻譯的概率。靠近mRNA的5’端再度起始的概率大。2）在lacmRNA分子內部，A基因比Z基因更易受內切酶作用?，F(xiàn)在是24頁\一共有55頁\編輯于星期五3.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操縱子與負責嘌呤合成的pur操縱子的偶聯(lián)。OPZpur基因POZYAtsxPOpur基因lac操縱子pur操縱子控制細胞對T6噬菌體敏感性基因tsxsZ

細胞tsxRZ-突變體強啟動子缺失pur基因啟動子一部分缺失Z基因的終止序列融合基因現(xiàn)在是25頁\一共有55頁\編輯于星期五7.3Trp操縱子與負控阻遏體系Trp的合成分5步完成，有7個基因參與整個合成過程現(xiàn)在是26頁\一共有55頁\編輯于星期五7.3.1Trp操縱子的阻遏系統(tǒng)□由于trp體系參與生物合成而不是降解，它不受G或cAMP-CRP的調控?！醍斉囵B(yǎng)基中含有高濃度的trp時，Trp操縱子不表達；當培養(yǎng)基中trp不足時，

Trp操縱子表達。

——調節(jié)基因trpR的產(chǎn)物稱為輔阻遏蛋白，可與trp結合形成有活性的阻遏物與O區(qū)結合并關閉trpmRNA轉錄；缺乏trp時，輔阻遏蛋白失去trp并從O區(qū)上解離，trp操縱子去阻遏。現(xiàn)在是27頁\一共有55頁\編輯于星期五現(xiàn)在是28頁\一共有55頁\編輯于星期五7.3.2弱化子與前導肽有些現(xiàn)象與以阻遏作為唯一調節(jié)機制的觀點不一致1）在trp高濃度和低濃度下觀察到trp操縱子的表達水平相差600倍，而阻遏作用僅使轉錄降低70倍。2）使阻遏物失活突變不能完全消除trp對trp操縱子的影響。

——這種調控機制與阻遏物的控制無關，必定有其他調控機制！□研究證實，阻遏-操縱機制控制轉錄的啟動，是trp操縱子的粗調開關，還有另外一個系統(tǒng)進行細調控并決定已經(jīng)啟動的轉錄能否繼續(xù)下去。

——弱化作用□弱化作用：是通過轉錄到達第一個結構基因之前的過早終止來實現(xiàn)的□前導區(qū)：trpE基因的起始密碼前一個162bp的mRNA片段稱為前導區(qū)其中123-150位堿基序列缺失，trp基因表達可提高6-10倍。當mRNA

合成起始后，除非培養(yǎng)基中完全沒有trp，轉錄總在這個區(qū)域終止，產(chǎn)生一個僅有140nt的RNA分子，終止trp基因轉錄。現(xiàn)在是29頁\一共有55頁\編輯于星期五弱化子（attenuator）：指原核生物操縱子中能顯著減弱甚至終止轉錄作用的一段核苷酸序列。該序列能形成不同的二級結構，利用原核生物轉錄與翻譯的偶聯(lián)機制對轉錄進行調節(jié)。□該區(qū)域mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結構，有典型終止子特點現(xiàn)在是30頁\一共有55頁\編輯于星期五前導肽：前導序列包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA，如果翻譯起始于AUG，應該產(chǎn)生一個14AA的多肽，這個假設的多肽稱為前導肽。mRNA前導區(qū)的序列分析□具有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。1）1-2，3-4配對：其中3-4配區(qū)正好位于終止密碼的識別區(qū)，為終止構型2）2-3配對：抗終止子結構現(xiàn)在是31頁\一共有55頁\編輯于星期五現(xiàn)在是32頁\一共有55頁\編輯于星期五4.轉錄的弱化作用□該理論認為，mRNA轉錄的終止是通過前導肽基因的翻譯來調節(jié)的。因為在前導肽基因中有兩個相鄰的trp密碼子（第10和11位），所以這個前導肽的翻譯必定對tRNATrp的濃度敏感。1）當培養(yǎng)基中[trp]低時，tRNATrp就少，翻譯通過兩個trp密碼子的速度就慢，當4區(qū)被轉錄完成時，核糖體才進行到1區(qū)（或停留在兩個trp密碼子處），此時前導區(qū)結構為2-3配對，不形成3-4配對的終止結構，轉錄繼續(xù)進行，直至將結構基因全部轉錄。2）當培養(yǎng)基中[trp]高時，tRNATrp就多，核糖體順利通過兩個trp密碼子，在4區(qū)被轉錄之前，核糖體就到達2區(qū)，形成形成3-4配對的終止結構，轉錄終止。弱化作用對RNAPol的影響依賴于前導肽翻譯中核糖體所處的位置現(xiàn)在是33頁\一共有55頁\編輯于星期五□trp操縱子的阻遏作用與弱化作用的協(xié)調控制1）細菌通過弱化作用彌補阻遏作用的不足，因為阻遏作用只能使轉錄不起始，對于已經(jīng)起始的轉錄，只能通過弱化作用使之中途停頓下來，阻遏作用的信號是細胞內trp的多少。2）弱化作用的信號是細胞內負載有trp的tRNATrp的多少，它通過前導肽的翻譯來控制轉錄地進行?，F(xiàn)在是34頁\一共有55頁\編輯于星期五7.4其他操縱子7.4.1半乳糖操縱子（galactoseoperon）□大腸桿菌半乳糖操縱子在大腸桿菌遺傳圖上位于17min處，包括3個結構基因：異構酶：galE

半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉移酶：galT

半乳糖激酶：galK□調節(jié)基因：galR，距離結構基因及操縱區(qū)O等很遠。位于遺傳圖上55min處。

galR產(chǎn)物對galO的作用與lacI-lacO的作用相同。在galR-和galO-突變體中，E、T、K基因得到永久性表達?！鮣al操縱子的誘導物主要是半乳糖?，F(xiàn)在是35頁\一共有55頁\編輯于星期五現(xiàn)在是36頁\一共有55頁\編輯于星期五□

gal操縱子的特點：

1）有兩個啟動子，其mRNA可從不同的起始點開始轉錄；

2）有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游-73—-67，另一個在E基因內部?！?.cAMP-CRP對gal啟動子的作用半乳糖的利用率比葡萄糖低，但在有葡萄糖存在時，gal操縱子仍可被誘導！現(xiàn)已分離的突變株：

1）能在不含葡萄糖的培養(yǎng)基中高水平表達結構基因；

2）結構基因的表達完全依賴于葡萄糖。現(xiàn)在是37頁\一共有55頁\編輯于星期五□

gal操縱子有兩個啟動子，可以從兩個啟動子分別起始轉錄，每個啟動子擁有各自的

RNAPol結合位點S1和S2。cAMP-CRP對從S1和S2起始的轉錄有不同的作用。

1）從S1起始的轉錄只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖時才能順利進行，RNAPol與S1的結合需要半乳糖、CRP和較高濃度的cAMP。當cya-或crp-

，gal操縱子不能從S1起始轉錄，此時若在體外系統(tǒng)中加入cAMP-CRP即可誘發(fā)從S1起始的轉錄。

當有cAMP-CRP時，轉錄從S1開始；當無cAMP-CRP時，轉錄從S2開始.2）從S2起始的轉錄完全依賴于葡萄糖，高水平的cAMP-CRP能抑制由S2起始的轉錄。

□從S1轉錄：無G，有cAMP-CRP；從S2轉錄：有G，無cAMP-CRP?！醮竽c桿菌的cya-（腺苷環(huán)化酶突變）或crp-

（cAMP受體蛋白突變）突變型不能利用乳糖，但可以利用半乳糖作為唯一碳源（S2）?，F(xiàn)在是38頁\一共有55頁\編輯于星期五□有一個gal啟動子突變株，不能利用培養(yǎng)基中的半乳糖（無葡萄糖），若將此突變株再行突變?yōu)閏ya-或crp-

，細胞就恢復了利用半乳糖的能力。

Why？第一次突變失去了從S1起始轉錄的能力，卻不影響從S2起始轉錄，但由于細胞中cAMP-CRP的存在抑制了從S2開始的轉錄，使gal操縱子既不能從S1起始又無法從S2起始轉錄。再行突變后，即cya-或crp-

，都能消除cAMP-CRP對S2的阻遏作用，導致gal基因表達，恢復利用半乳糖的能力?！鮟AMP-CRP有利于RNAPol—S1區(qū)復合物形成開鏈構象，從而起始轉錄。由于S1和S2區(qū)有核苷酸部分重疊，這一復合物的存在干擾了RNAPol—S2

區(qū)復合物的形成，抑制S2起始的轉錄。現(xiàn)在是39頁\一共有55頁\編輯于星期五2.雙啟動子的生理功能半乳糖在細胞代謝中具有雙重功能：1）可以作為唯一碳源供細胞生長2）UDPgal是大腸桿菌細胞壁合成的前體。在沒有外源半乳糖的情況下，細胞通過半乳糖差向異構酶（galE基因產(chǎn)物）的作用由UDPG合成UDPgal。（G-1-P+UTP→UDPG+PPi；UDPG————→UDPgal）若只有S1一個啟動子，由于它的活性依賴于cAMP-CRP，當有葡萄糖存在時不能合成異構酶；若只有S2，即使在有葡萄糖存在時，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導狀態(tài)。浪費！因此。無論從必要性或經(jīng)濟性考慮，都需要一個不依賴于cAMP-CRP

的啟動子（S2）進行本地水平的永久型合成，以及一個依賴于cAMP-CRP

的啟動子（S1）對高水平合成的調節(jié)。差向異構酶合成細胞壁對異構酶的需要量很小，本地水平的合成即可現(xiàn)在是40頁\一共有55頁\編輯于星期五7.4.2阿拉伯糖操縱子（ara操縱子）□阿拉伯糖的降解需3個基因：簡寫為araBAD

araB:核酮糖激酶

araA:L-阿拉伯糖異構酶

araD:L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構酶其作用順序為araA、

araB、araD?！鮝ra操縱子有一個復合的啟動子區(qū)、兩個操縱區(qū)（O1和O2）和一個調節(jié)基因araC。AraC蛋白同時具有正負調節(jié)因子的作用?！鮝raBAD和araC基因的轉錄分別在兩條鏈上以相反的方向進行?！鮝ra操縱子也是可誘導的，ara本身就是誘導物。在野生型操縱子中，只有ara存在時才轉錄出araBADmRNA，而有葡萄糖時則不轉錄。現(xiàn)在是41頁\一共有55頁\編輯于星期五其作用順序為araA、

araB、araDara操縱子有一個復合的啟動子區(qū)、兩個操縱區(qū)（O1和O2）和一個調節(jié)基因araCAraC蛋白同時具有正負調節(jié)因子的作用araBAD和araC基因的轉錄分別在兩條鏈上以相反的方向進行□ara操縱子也是可誘導的，ara本身就是誘導物。在野生型操縱子中，只有ara存在時才轉錄出araBADmRNA，而有葡萄糖時則不轉錄。誘導因子結合區(qū)現(xiàn)在是42頁\一共有55頁\編輯于星期五1.araC蛋白的正、負調節(jié)作用ara操縱子的表達調控（a）無AraC蛋白時，由Pc起始araC基因轉錄；（b）當體系中G含量較高，ara水平較低時，AraC蛋白與O2及araI誘導因子結合區(qū)上半?yún)^(qū)相結合，形成DNA回轉結構，araBAC不表達；（c）體系中有ara但無G時，AraC蛋白與ara結合，改變構象成為激活蛋白，AraC蛋白同源二聚體分別與araO1和araI區(qū)結合，DNA回轉結構被破壞，RNAPol在AraC蛋白和CRP-cAMP共同作用下起始PBAD所調控的結構基因表達負調控正調控現(xiàn)在是43頁\一共有55頁\編輯于星期五2.AraC蛋白的兩種形式□AraC蛋白作為PBAD活性正、負調節(jié)因子的雙重功能是通過該蛋白的兩種異構體來實現(xiàn)的。

Pr：阻遏形式。無ara時占優(yōu)勢

Pi：誘導形式，通過與PBAD結合進行調節(jié)。有ara時占優(yōu)勢。□有實驗證明，當AraC蛋白以正調控因子作用時，起始轉錄還需要cAMP-CRP的共同參與?，F(xiàn)在是44頁\一共有55頁\編輯于星期五3.營養(yǎng)狀況對ara操縱子活性的影響

（a）有G但無aracAMP-CRP沒有與操縱區(qū)位點結合，AraC蛋白處于阻遏形式Pr，Pr與操縱區(qū)A位點（O1）結合，RNA-Pol不能與Pc結合，araC只少量轉錄，系統(tǒng)幾乎靜止

（b）無G和ara（誘導物）盡管cAMP-CRP與操縱區(qū)位點結合，因沒有誘導物，AraC蛋白仍以Pr形式存在，無法與操縱區(qū)B位點（araI）結合，無araBADmRNA轉錄

（c）無G有ara

大量araC基因產(chǎn)物以Pi形式存在，分別與操縱區(qū)B、A位點結合，在cAMP-CRP的共同作用下，araC和araBAD基因大量表達，操縱子充分激活?，F(xiàn)在是45頁\一共有55頁\編輯于星期五7.4.3阻遏蛋白LexA的降解與細菌中的SOS應答□當細菌DNA遭到破壞時，細菌細胞內啟動SOS的誘導型DNA修復系統(tǒng)。□SOS反應是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的；LexA蛋白是許多基因的阻遏物。□RecA蛋白是SOS反應的最初發(fā)動因子。在有單鏈DNA和ATP存在時，RecA蛋白被激活成蛋白酶，將LexA蛋白切割成沒有阻遏和操縱區(qū)DNA結合活性的兩個片段，導致SOS高效表達，DNA得到修復。□SOS體系的誘導表達過程就是把LexA蛋白從這些基因的上游調控區(qū)移開的過程。現(xiàn)在是46頁\一共有55頁\編輯于星期五□信號轉導：外部信號（效應物）先通過傳感器（而不直接傳遞給調解蛋白）接收信號，然后以不同方式傳到調節(jié)部位。□二組分系統(tǒng)：最簡單的細胞信號系統(tǒng)□二組分系統(tǒng)的組成：

1）傳感蛋白：位于細胞質膜上。因其具有激酶活性，又稱為傳感激酶

2）應答調節(jié)蛋白7.4.4二組分調控系統(tǒng)（two-componentsystem）和信號轉導□二組分系統(tǒng)：由位于細胞質膜上的傳感蛋白（該蛋白常具有激酶活性）以及位于細胞質中的應答調節(jié)蛋白組成。傳感激酶常在受到膜外環(huán)境信號刺激時被磷酸化，并將其磷酸基團轉移到應答調節(jié)蛋白上，使該磷酸化的調節(jié)蛋白成為阻遏物或誘導蛋白，通過對操縱子的阻遏或激活作用調控下游基因的表達現(xiàn)在是47頁\一共有55頁\編輯于星期五7.4.5多啟動子調控的操縱子rRNA操縱子（rrnE）□2個啟動子：P1（強啟動子）和P2；□細菌在緊急狀態(tài)下，ppGpp增加，

P1被抑制，P2成為強啟動子（蛋白質合成需要rRNA?。?.DnaQ蛋白操縱子□DnaQ蛋白是DNAPol全酶亞基之一，能校正DNA復制中的錯誤□DnaQ蛋白操縱子受RNAPol活性調節(jié)，有2個啟動子□在RNAPol活性較低時，操縱子轉錄由弱啟動子P2控制（RNAPol活性與細胞增殖速度有關，DNA復制緩慢時，RNAPol

活性往往較低）；

RNAPol活性較高時，利用強啟動子P1?，F(xiàn)在是48頁\一共有55頁\編輯于星期五7.4轉錄水平的其他調控方式7.4.1σ因子的調節(jié)作用□原核生物RNAPol具有全能性，不同基因的轉錄依靠不同的σ因子與核心酶結合組成不同的全酶來實施，即為了保證細胞準確響應不同的環(huán)境信號的變化，σ因子之間常常交互作用構成網(wǎng)絡調控模式，使得原核基因的表達穩(wěn)定而平衡?！酽乙蜃拥恼{節(jié)1）σ因子本身的活性受蛋白水解酶的調控2）被同源的抗σ因子失活。這些抗σ因子能夠與特定的σ因子結合，阻止它們與RNAPol的組裝?，F(xiàn)在是49頁\一共有55頁\編輯于星期五例子1：營養(yǎng)缺乏時，枯草桿菌會形成孢子來度過困難時期?！蹑咦有纬尚枰?種不同的σ因子：σE、σK

、σF和σGσE和σK存在于母細胞，一旦開始形成孢子，就產(chǎn)生σF和σG1）σE和σK先以非活性的前體被合成，再經(jīng)特定的蛋白酶作用轉變?yōu)榛钚孕问?）σF被合成后，與抗σ因子SpoⅡAB結合，以非活性形式存在于細胞中。3）環(huán)境刺激導致SpoⅡAA抗-抗σ因子去磷酸化，并與SpoⅡAB結合，釋放出有活性的σF。4）σF促使早期孢子形成的相關基因表達包括σG和需要進入母細胞中降解前體σE蛋白酶基因的轉錄5）σG激活后期孢子形成相關基因和需要進入母細胞中降解前體σK蛋白酶基因的轉錄現(xiàn)在是50頁\一共有55頁\編輯于星期五例子2：噬菌體σ因子枯草桿菌SPO1噬菌體通過按級聯(lián)表達一系列σ因子。來實現(xiàn)噬菌體早中晚期基因的順序表達。當需要一個σ因子轉錄編碼下一條σ因子的基因時，就形成σ因子的級聯(lián)反應1）早期基因的表達由宿主菌的全酶負責。早期基因中含有編碼σ28的基因，它隨即取代RNAPol上細菌的σ因子。2）中期基因的表達中期基因包括基因33和34，它們能產(chǎn)生后期基因轉錄所需的σ因子。3）后期基因的表達由中期基因表達產(chǎn)生的σ因子與核心酶結合組成全酶，負責后期基因的表達細菌全酶（σ55

）→早期基因（含σ28

）

——————→中期基因（33和34）——————→后期基因σ28取代σ55取代σ28現(xiàn)在是51頁\一共有55頁\編輯于星期五7.5轉錄后調控7.5.1mRNA自身結構元件對翻譯起始的調節(jié)1）對起始密碼的識別

fMet-tRNA對AUG配對能力強；對不常用的起始密碼子GUG（14％）、UUG（13％）及AUU配對能力弱，導致翻譯效率降低。2）SD序列與核糖體結合位點（ribosomebindingsite,RBS）的結合（SD序列：存在于原核生物起始密碼子AUG上游7－12nt處的一種4－7nt的保守序列，它與16SrRNA3’端反向互補，可將mRNA的AUG起始密碼子置于核糖