第十五章rna生物合成課件

第十五章RNA生物合成（轉(zhuǎn)錄）

RNABiosynthesis(Transcription)王偉章博士/副教授生物化學(xué)與分子生物學(xué)系wei-zhangwang@

第十五章RNA生物合成（轉(zhuǎn)錄）

RNABiosynth主要內(nèi)容第一節(jié)、轉(zhuǎn)錄第二節(jié)、轉(zhuǎn)錄后的加工第三節(jié)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要內(nèi)容第一節(jié)、轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：生物體以DNA為模板、NTP為原料，在RNA聚合酶催化下合成單鏈RNA的過(guò)程。RNADNA

DNA復(fù)制

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi(NTP)n(NMP)n+PPi轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄：生物體以DNA為模板、NTP為原料，在RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的體系底物(substrate):

ATP,GTP,CTP,UTP；模板(template):DNA單鏈；聚合酶(polymerase):

依賴(lài)DNA的RNA聚合酶；RNA的延長(zhǎng)只可沿5‘→3’方向進(jìn)行；其他輔助因子:轉(zhuǎn)錄因子（真核生物），延長(zhǎng)因子（真核生物）。轉(zhuǎn)錄的體系底物(substrate):ATP,GTP,一、轉(zhuǎn)錄的模板5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtcatgtacag···5′編碼鏈模板鏈5′···GCAGUACAUGUC···3′mRNAN······Ala·Val·His·Val······C蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯一、轉(zhuǎn)錄的模板5′···GCAGTACATGTC···模板鏈與編碼鏈DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱(chēng)為模板鏈(templatestrand)，也稱(chēng)作有意義鏈或Watson鏈。與模板鏈進(jìn)行堿基配對(duì)的另一股DNA單鏈稱(chēng)為編碼鏈(codingstrand)，也稱(chēng)為反義鏈或Crick鏈。模板鏈與編碼鏈DNA雙鏈中按堿基配對(duì)規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA二、RNA聚合酶RNA聚合酶（RNApolymerase,RNApol）：催化DNA轉(zhuǎn)錄合成RNA的酶，也稱(chēng)DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（DNAdependentRNApolymerase）。二、RNA聚合酶RNA聚合酶（RNApolymera二、RNA聚合酶1.原核生物RNA聚合酶（只有一種）亞基分子量亞基數(shù)功能a365002識(shí)別特異性轉(zhuǎn)錄基因b1510001催化RNA合成b'1550001DNA結(jié)合s700001啟動(dòng)子識(shí)別

110001未知二、RNA聚合酶1.原核生物RNA聚合酶（只有一種）亞基分原核RNA聚合酶結(jié)構(gòu)示意圖核心酶

(coreenzyme)全酶

(holoenzyme)

（轉(zhuǎn)錄起始階段）（轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)階段）原核RNA聚合酶結(jié)構(gòu)示意圖核心酶全酶（二、RNA聚合酶2.真核生物RNA聚合酶RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III對(duì)鵝膏蕈堿的敏感性耐受很敏感中度敏感轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45SrRNA（5.8S、18S和28SrRNA）不均一核RNA（hnRNA，即mRNA的前體)、snRNAtRNA前體、5SrRNA二、RNA聚合酶2.真核生物RNA聚合酶RNA聚合酶IRNA二、RNA聚合酶3.RNA的復(fù)制以RNA為模板，NTP為原料，在RNA復(fù)制酶的作用下合成新的RNA稱(chēng)為RNA復(fù)制。RNA復(fù)制酶又稱(chēng)為RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶（RDRP）。二、RNA聚合酶3.RNA的復(fù)制RNA復(fù)制RNA復(fù)制酶RNA復(fù)制酶RNA復(fù)制RNA復(fù)制酶RNA復(fù)制酶三、啟動(dòng)子啟動(dòng)子（promoter）：指的是RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合和開(kāi)始轉(zhuǎn)錄的一段特定DNA序列，位于轉(zhuǎn)錄單位5’端上游區(qū)。

三、啟動(dòng)子啟動(dòng)子（promoter）：指的是RNA聚合酶識(shí)別1．原核生物啟動(dòng)子原核生物啟動(dòng)子區(qū)域有3個(gè)功能部位：起始轉(zhuǎn)錄部位轉(zhuǎn)錄第一個(gè)核苷酸的堿基對(duì)（+1）、RNA聚合酶識(shí)別位點(diǎn)(-35)和結(jié)合位點(diǎn)（-10），其中后兩項(xiàng)為啟動(dòng)子的核心區(qū)域。三、啟動(dòng)子1．原核生物啟動(dòng)子三、啟動(dòng)子3

開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)RNA-pol結(jié)合位點(diǎn)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205

3

3

5

RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(Sextamabox)5

RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因5

3

原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)3開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACA-35區(qū)RNA-pol結(jié)三、啟動(dòng)子2．真核生物啟動(dòng)子

真核生物有三種RNA聚合酶，每一種都有自己的啟動(dòng)子類(lèi)型：RNA聚合酶I只轉(zhuǎn)錄rRNA，只有一種啟動(dòng)子類(lèi)型；RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄mRNA，其啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜；RNA聚合酶III負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄tRNA和5SrRNA，其啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄的DNA序列之內(nèi)，故稱(chēng)下游啟動(dòng)子。三、啟動(dòng)子2．真核生物啟動(dòng)子三、啟動(dòng)子2．真核生物啟動(dòng)子

真核生物RNA聚合酶II的啟動(dòng)子是多部位結(jié)構(gòu)，主要有四個(gè)部位：帽子位點(diǎn)（capsite）：轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（+1）；TATA框:序列為T(mén)ATA（A/T）A（A/T），決定了轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)的選擇；CAAT框:其一致的序列為GG（C/T）CAATCT，控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率；增強(qiáng)子（enhancer）：核心序列TGG（A/T）（A/T）（A/T），能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加。三、啟動(dòng)子2．真核生物啟動(dòng)子真核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)TATAbox（-25）CAATbox（-75）

增強(qiáng)子（>-100）

結(jié)構(gòu)基因------------CAAT---TATA--轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（+1）啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄方向真核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)TATAbox（-25）CAATb四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（一）轉(zhuǎn)錄起始：1.RNA聚合酶通過(guò)識(shí)別位點(diǎn)并初步結(jié)合啟動(dòng)子；2.移動(dòng)定位并牢固結(jié)合在結(jié)合位點(diǎn)上；3.在起始位點(diǎn)上建立一個(gè)開(kāi)鏈?zhǔn)絾?dòng)子復(fù)合物。四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（一）轉(zhuǎn)錄起始：轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程閉鏈?zhǔn)蕉獜?fù)合物開(kāi)鏈?zhǔn)蕉獜?fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程閉鏈?zhǔn)蕉獜?fù)合物開(kāi)鏈?zhǔn)蕉獜?fù)合物轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP)n+NTP

(NMP)n+1+PPi四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)示意圖編碼鏈模板鏈核心酶轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)示意圖編碼鏈模板鏈核心酶轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（全貌）轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（全貌）轉(zhuǎn)錄方向四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（三）轉(zhuǎn)錄終止終止子：提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的DNA序列。RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來(lái)不再前進(jìn)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來(lái)。

原核生物有兩種轉(zhuǎn)錄終止方式：依賴(lài)Rho(r)因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴(lài)Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（三）轉(zhuǎn)錄終止四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（三）轉(zhuǎn)錄終止1.依賴(lài)r因子的轉(zhuǎn)錄終止模式ATPρ因子具有ATP酶活性和解螺旋酶(helicase)的活性。四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（三）轉(zhuǎn)錄終止ATPρ因子具有ATP酶活四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（三）轉(zhuǎn)錄終止2.非依賴(lài)r因子的轉(zhuǎn)錄終止模式 在轉(zhuǎn)錄后期，轉(zhuǎn)錄生成的RNA產(chǎn)物可形成特殊的“發(fā)夾（hairpin）”結(jié)構(gòu)使RNA聚合酶變構(gòu)，喪失其RNA聚合酶活性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止。四、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（原核）（三）轉(zhuǎn)錄終止非依賴(lài)r因子的轉(zhuǎn)錄終止模式反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放RNA-polRNA-pol非依賴(lài)r因子的轉(zhuǎn)錄終止模式反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列使RNA聚原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程總結(jié)1234567原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程總結(jié)1234567五、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（真核）真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程也可以分為起始、延伸和終止三個(gè)階段。真核生物轉(zhuǎn)錄起始需要各種轉(zhuǎn)錄因子（TF）與順式作用元件相互結(jié)合，同時(shí)蛋白質(zhì)因子之間也要相互識(shí)別、結(jié)合。能直接、間接辨認(rèn)和結(jié)合真核生物基因順式作用元件的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為反式作用因子，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的反式作用因子，則稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子。五、轉(zhuǎn)錄過(guò)程（真核）真核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程也可以分為起始、延伸和參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ*相應(yīng)于RNA-polI、II、III的轉(zhuǎn)錄因子，分別稱(chēng)為T(mén)FI、TFII、TFIII。參與RNA-polⅡ轉(zhuǎn)錄的TFⅡ*相應(yīng)于RNA-p真核轉(zhuǎn)錄起始（動(dòng)畫(huà)）真核轉(zhuǎn)錄起始（動(dòng)畫(huà)）真核轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（動(dòng)畫(huà)）真核轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（動(dòng)畫(huà)）真核轉(zhuǎn)錄終止（動(dòng)畫(huà)）真核轉(zhuǎn)錄終止（動(dòng)畫(huà)）主要內(nèi)容第一節(jié)、轉(zhuǎn)錄第二節(jié)、轉(zhuǎn)錄后的加工第三節(jié)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要內(nèi)容第一節(jié)、轉(zhuǎn)錄

基因轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（primarytranscripts），必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工（post-transcriptionalprocessing），才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泄δ艿腞NA，即成熟RNA分子。一系列的加工修飾包括：RNA鏈的裂解5

端與3

端的切除特殊結(jié)構(gòu)的形成剪接（splicing）堿基修飾和糖苷鍵改變基因轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（prim一、原核生物mRNA的加工mRNA通常沒(méi)有轉(zhuǎn)錄后的加工過(guò)程。rRNA需經(jīng)剪切和修飾加工。剪切：將初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物剪成16S、23S和5S三個(gè)片段修飾：核糖2’-羥基的甲基化tRNA的加工方式也是剪切和修飾。剪切：切除多余的核苷酸序列修飾：甲基化和3’-端加CCA一、原核生物mRNA的加工mRNA通常沒(méi)有轉(zhuǎn)錄后的加工過(guò)程。二、真核生物mRNA的加工

真核生物的大多數(shù)基因都被插入序列（interveningsequence）即內(nèi)含子（intron）所分隔而成為間斷基因（interruptedgene）即外顯子（exon）。內(nèi)含子是真核細(xì)胞基因中的非編碼序列，而外顯子是指真核細(xì)胞基因中的編碼序列。轉(zhuǎn)錄后需通過(guò)剪接反應(yīng)去除非編碼區(qū)（內(nèi)含子）使編碼區(qū)（外顯子）成為連續(xù)序列。二、真核生物mRNA的加工真核生物的大多數(shù)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為hnRNA的真核基因結(jié)構(gòu)示意圖231轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子

順式作用元件結(jié)構(gòu)基因1223112非編碼序列非編碼序列5′3′轉(zhuǎn)錄hnRNA231非編碼序列非編碼序列5′3′加工mRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為hnRNA的真核基因結(jié)構(gòu)示意圖231轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)AA二、真核生物mRNA的加工由hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工修飾過(guò)程包括：（1）5’端形成特殊的帽子結(jié)構(gòu)；（2）在鏈的3’端切斷一段序列并加上多聚腺苷酸（polyA）尾巴；（3）通過(guò)剪接除去由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄來(lái)的序列。二、真核生物mRNA的加工由hnRNA轉(zhuǎn)變成mRNA的加工修帽子結(jié)構(gòu)示意圖“帽子”結(jié)構(gòu)“帽子”結(jié)構(gòu)N7甲基鳥(niǎo)苷酸（m7GpppX）“帽子”結(jié)構(gòu)“帽子”結(jié)構(gòu)核糖的2’OH同樣可以被甲基化帽子結(jié)構(gòu)示意圖“帽子”結(jié)構(gòu)“帽子”結(jié)構(gòu)“帽子”結(jié)構(gòu)“帽子”結(jié)帽子結(jié)構(gòu)的生成過(guò)程5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥(niǎo)苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM5ppGp…磷酸酶Pi帽子結(jié)構(gòu)的生成過(guò)程5pppGp…5GpppGp…pp真核生物3’多聚腺苷酸生成過(guò)程真核生物3’多聚腺苷酸生成過(guò)程加帽和加尾的意義加帽可以使mRNA免遭核酸酶的攻擊；也能與帽結(jié)合蛋白質(zhì)復(fù)合體(cap-bindingcomplexofprotein)結(jié)合，并參與mRNA和核糖體的結(jié)合，啟動(dòng)蛋白質(zhì)的生物合成。加尾可以維持mRNA作為翻譯模板的活性，以及增加mRNA本身的穩(wěn)定性。加帽和加尾的意義加帽可以使mRNA免遭核酸酶的攻擊；也能與帽RNA剪接

mRNA的前體（hnRNA）經(jīng)過(guò)剪接體（spliceosome）加工處理，去除內(nèi)含子，并將相鄰?fù)怙@子連接起來(lái)，形成有功能mRAN(成熟mRNA)，這一過(guò)程稱(chēng)為RNA剪接（RNAsplicing）。AB內(nèi)含子外顯子CDhnRNAABCD內(nèi)含子（snRNA）mRNARNA剪接 mRNA的前體（hnRNA）經(jīng)過(guò)剪接體（spl剪接過(guò)程內(nèi)含子外顯子1外顯子2hnRNA中間產(chǎn)物成熟mRNA降解第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)剪接過(guò)程內(nèi)含子外顯子1外顯子2hnRNA中間產(chǎn)物成熟mRNA剪接體的生成

剪接體（spliceosome）：是由細(xì)胞核小分子核糖核蛋白顆粒（snRNP）與hnRNA結(jié)合，使內(nèi)含子形成套索并拉近上、下游外顯子距離的復(fù)合體。hnRNA蛋白snRNA【U1、U2、U4、U5、U6】snRNP剪接體（spliceosome）成熟mRNA剪接體組分套索切下的內(nèi)含子剪接體的生成 剪接體（spliceosome）：是由細(xì)胞核小雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾hnRNA剪接、剪切及首尾修飾成熟的mRNA雞卵清蛋白基因雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾hnRNA剪接、剪切成熟的RNA剪接（動(dòng)畫(huà)）RNA剪接（動(dòng)畫(huà)）大鼠降鈣素基因的可變剪接甲狀腺大腦大鼠降鈣素基因的可變剪接甲狀腺大腦真核mRNA轉(zhuǎn)錄后加工（動(dòng)畫(huà)）真核mRNA轉(zhuǎn)錄后加工（動(dòng)畫(huà)）三、tRNA和rRNA加工（一）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工1.剪切與剪接RNase剪切剪接三、tRNA和rRNA加工（一）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工RNas三、tRNA和rRNA加工（一）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工2.添加：添加3'氨基酸臂-CCAtRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶三、tRNA和rRNA加工（一）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工tRNA①②③④三、tRNA和rRNA加工（一）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工3.修飾①甲基化：GmG②還原：U

DHU③脫氨:A

I④轉(zhuǎn)位:U

Ψ①②③④三、tRNA和rRNA加工（一）tRNA轉(zhuǎn)錄后的加工稀有堿基結(jié)構(gòu)示意圖稀有堿基結(jié)構(gòu)示意圖三、tRNA和rRNA加工（二）rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工1.甲基化：發(fā)生于45srRNA2.剪切：45S41S20S

18S32S28S—5.8S28S5.8S（真核生物）DNA轉(zhuǎn)錄三、tRNA和rRNA加工（二）rRNA轉(zhuǎn)錄后的加工45S真核rRNA的加工過(guò)程甲基化甲基化群剪切45SrRNA成熟rRNA真核rRNA的加工過(guò)程甲基化甲基化群剪切45SrRNA成熟復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：需要DNA模板遵循堿基配對(duì)原則聚合反應(yīng)形成磷酸二酯鍵合成方向?yàn)?'

3'復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：七、復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)不同點(diǎn)：DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈為模板其中一條鏈為模板合成方式半保留復(fù)制不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄聚合酶DNA聚合酶RNA聚合酶原料dNTPNTP堿基配對(duì)A:T/G:CA:U/G:C引物需要不需要產(chǎn)物雙鏈DNA單鏈RNA七、復(fù)制與轉(zhuǎn)錄的異同點(diǎn)不同點(diǎn)：DNA復(fù)制RNA轉(zhuǎn)錄模板兩條鏈主要內(nèi)容第一節(jié)、轉(zhuǎn)錄第二節(jié)、轉(zhuǎn)錄后的加工第三節(jié)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要內(nèi)容第一節(jié)、轉(zhuǎn)錄一些基本概念基因（gene）：負(fù)載特定遺傳信息的DNA片段，可以編碼單個(gè)具有生物功能的產(chǎn)物，如RNA和多肽鏈，其結(jié)構(gòu)包括由DNA編碼序列、非編碼調(diào)節(jié)序列和內(nèi)含子組成的DNA區(qū)域?；虮磉_(dá)（geneexpression）：指基因通過(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?；虮磉_(dá)調(diào)控（RegulationofGeneExpression）：指在不同時(shí)期和不同條件下，基因表達(dá)的開(kāi)或關(guān)以及基因表達(dá)速率均受到調(diào)節(jié)和控制。一些基本概念基因（gene）：負(fù)載特定遺傳信息的DNA片段一、原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)—操縱子學(xué)說(shuō)

操縱子（operon）：由幾個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因及其調(diào)控區(qū)組成一個(gè)基因表達(dá)單位。調(diào)控區(qū)由上游的啟動(dòng)子（promoter）和操縱區(qū)（operator）組成。操縱子有兩種類(lèi)型：

一類(lèi)是誘導(dǎo)操縱子，即誘導(dǎo)基因，這些基因能因環(huán)境中某些物質(zhì)的出現(xiàn)而被活化。

另一類(lèi)是阻遏操縱子，即阻遏基因，一般情況下處于表達(dá)狀態(tài)，但當(dāng)其產(chǎn)物大量出現(xiàn)時(shí)即關(guān)閉。一、原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)—操縱子學(xué)說(shuō)操縱子（operon（一）乳糖操縱子1.乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA（一）乳糖操縱子1.乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)（一）乳糖操縱子2.乳糖操縱子受到了阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控mRNA阻遏蛋白pol阻遏基因無(wú)乳糖存在時(shí)IDNAZYAOP（一）乳糖操縱子2.乳糖操縱子受到了阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控mR（一）乳糖操縱子2.乳糖操縱子受到了阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶IDNAZYAOP（一）乳糖操縱子2.乳糖操縱子受到了阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)控mR3.分解物基因激活蛋白（CAP）的正性調(diào)節(jié)有葡萄糖，cAMP濃度低，CAP未被激活，不能結(jié)合CAP位點(diǎn)無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高，CAP被cAMP激活可結(jié)合CAP位點(diǎn)（一）乳糖操縱子++++

轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPsiteCAP3.分解物基因激活蛋白（CAP）的正性調(diào)節(jié)有葡萄糖，cAMCAP激活RNA聚合酶示意圖

沒(méi)有CAP結(jié)合CAP位點(diǎn)，RNA聚合酶僅具有低轉(zhuǎn)錄起始活性；但CAP結(jié)合CAP后，能顯著提高RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄起始活性。CAP激活RNA聚合酶示意圖沒(méi)有CAP結(jié)合CAP位點(diǎn)（一）乳糖操縱子4.阻遏蛋白與CAP的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)乳糖操縱子表達(dá)不起調(diào)控作用；當(dāng)阻遏蛋白失活，基因開(kāi)放時(shí)，無(wú)CAP的正性調(diào)控，乳糖操縱子僅處于低表達(dá)或不表達(dá)狀態(tài)；當(dāng)阻遏蛋白失活，基因開(kāi)放時(shí)，CAP的正性調(diào)控使乳糖操縱子處于高表達(dá)狀態(tài)。（一）乳糖操縱子4.阻遏蛋白與CAP的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)乳糖操縱子協(xié)調(diào)表達(dá)示意圖mRNA低乳糖時(shí)高乳糖時(shí)葡萄糖低cAMP濃度高葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO【阻遏蛋白關(guān)閉基因】【基因高表達(dá)】【阻遏蛋白關(guān)閉基因】【無(wú)CAP，基因低表達(dá)】乳糖操縱子協(xié)調(diào)表達(dá)示意圖mRNA低乳糖時(shí)高乳糖時(shí)葡萄糖低葡萄糖與乳糖對(duì)乳糖操縱子的調(diào)節(jié)作用葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源； 葡萄糖對(duì)乳糖操縱子的阻遏作用稱(chēng)分解代謝阻遏(catabolicrepression)。葡萄糖與乳糖對(duì)乳糖操縱子的調(diào)節(jié)作用葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存乳糖操縱子乳糖操縱子（二）色氨酸操縱子色氨酸操縱子含有五個(gè)結(jié)構(gòu)基因，E、D、C、B、A基因，它們所編碼的酶類(lèi)催化從分支酸合成色氨酸的一系列反應(yīng)。其中E、D基因共同產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸合成酶，C基因產(chǎn)物是吲哚甘油磷酸合成酶，B、A基因共同產(chǎn)生色氨酸合成酶。（二）色氨酸操縱子色氨酸操縱子含有五個(gè)結(jié)構(gòu)基因，E、D、C、色氨酸操縱子TrpTrp高時(shí)