7-原核生物基因表达调控课件.ppt

1、12/6/202217 基因的表达与调控（上）基因的表达与调控（上）原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式12/6/2022212/6/202237.1 原核基因表达调控总论原核基因表达调控总论 基因表达（基因表达（：指基因经过转指基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子或子或RNA产物的过程。产物的过程。对这个过程的调节称为对这个过程的调节称为基因表达调控基因表达调控（gene regulation 或或 gene control）组成型基因组成型基因(constitutive genes)调控型基因调控型基因(regulated g

2、enes)12/6/20224组成型基因组成型基因(constitutive genes)又称又称管家基因管家基因(housekeeping genes)是维持细胞生存必需是维持细胞生存必需的一类基因，在各类细胞中都处于活性状态。的一类基因，在各类细胞中都处于活性状态。管家基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达管家基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，这类基因表达只受启动程序或启动子与这类基因表达只受启动程序或启动子与RNARNA聚合酶相互作聚合酶相互作用的影响，而不受其它机制的调节。用的影响，而不受其它机制的调节。管家基因管家基因的表达水平的表达水平不同，但无论水平高低，它们都不同

3、，但无论水平高低，它们都较少受环境变化的影响较少受环境变化的影响，而且在个体各个不同的生长阶段几乎全部组织中持续表达而且在个体各个不同的生长阶段几乎全部组织中持续表达，或变化很少。，或变化很少。由于由于:（1 1）启动子的天然效率，靠它制造）启动子的天然效率，靠它制造mRNAmRNA；（；（2 2）核糖体阅读信使的速度；（核糖体阅读信使的速度；（3 3）其信使被核酸酶降解的敏）其信使被核酸酶降解的敏感性（感性（mRNAmRNA的寿命的寿命）。）。12/6/20225调控型基因调控型基因(regulated genes)又称又称奢侈基因奢侈基因(luxury genes)在不同组织在不同组织细胞

4、中选择表达的基因。根据细胞生长、细胞中选择表达的基因。根据细胞生长、发育的需要或环境因素的改变，其活性受发育的需要或环境因素的改变，其活性受到调控。到调控。12/6/2022612/6/20227基因表达调控主要表现在以下两个方面：基因表达调控主要表现在以下两个方面：转 录 水 平 上 的 调 控转 录 水 平 上 的 调 控(t r a n s c r i p t i o n a l(t r a n s c r i p t i o n a l regulation)regulation)；转录后水平上的调控（转录后水平上的调控（post-transcriptional regulation）

5、，），包括包括 mRNA加工成熟水平上的调控加工成熟水平上的调控(differential processing of RNA transcript)；翻译水平上的调控翻译水平上的调控(differential translation of mRNA)。12/6/20228指挥基因调控的信号指挥基因调控的信号 原核生物：营养状况、环境因素原核生物：营养状况、环境因素 真核生物：激素水平、发育阶段真核生物：激素水平、发育阶段12/6/20229基因表达调控的时间性和空间性基因表达调控的时间性和空间性12/6/2022107.1.1 原核基因调控分类原核基因调控分类 原核生物的基因调控主要是转录调

6、控，包原核生物的基因调控主要是转录调控，包括负转录调控和正转录调控。括负转录调控和正转录调控。正调控（正调控（positive controlpositive control）：）：在操纵子中，结构基因在操纵子中，结构基因本来不表达，可当本来不表达，可当调节蛋白（无辅基诱导蛋白）调节蛋白（无辅基诱导蛋白）出现时，出现时，使该结构基因进行表达。这样的调控叫正调控。使该结构基因进行表达。这样的调控叫正调控。负调控（负调控（negative controlnegative control）：）：在操纵子中，结构基因本在操纵子中，结构基因本来是表达的，当调节蛋白（来是表达的，当调节蛋白（阻遏蛋白阻遏蛋

7、白）出现时，使该结构）出现时，使该结构基因不表达。这样的调控叫负调控。基因不表达。这样的调控叫负调控。12/6/202211 在正调控中，反式作用因子必须结合在顺式作用元件上在正调控中，反式作用因子必须结合在顺式作用元件上以促进以促进RNARNA聚合酶在启动子位置起始转录。聚合酶在启动子位置起始转录。12/6/202212在负调控系统中，阻遏物结合在顺式作用元件上以阻止转录。在负调控系统中，阻遏物结合在顺式作用元件上以阻止转录。12/6/202213 顺式作用元件（顺式作用元件（cis-acting element）：）：DNA元元件是指件是指DNA上的一段序列，它只能上的一段序列，它只能作用

8、于同一条作用于同一条DNA，故称为顺式作用元件。，故称为顺式作用元件。结构基因（结构基因（structural gene）：）：编码编码RNA或蛋或蛋白产物的基因，如酶和结构蛋白的基因，叫结构白产物的基因，如酶和结构蛋白的基因，叫结构基因。基因。12/6/202214 调节基因（调节基因（regulatory generegulatory gene）：）：编码的产物能够调节其编码的产物能够调节其他基因的表达，这样的基因叫调节基因。他基因的表达，这样的基因叫调节基因。调节蛋白（调节蛋白（regulatory proteinregulatory protein）：）：调节基因的表达产物，调节基因的

9、表达产物，叫 调 节 蛋 白。包 括 正 调 节 蛋 白，又 叫 激 活 蛋 白叫 调 节 蛋 白。包 括 正 调 节 蛋 白，又 叫 激 活 蛋 白（activatoractivator）；负调节蛋白，又叫阻遏蛋白）；负调节蛋白，又叫阻遏蛋白(repressor)(repressor)。由于调节蛋白（由于调节蛋白（RNARNA）能够）能够自由地与其相应的结合位点结自由地与其相应的结合位点结合合，故又称为，故又称为反式作用因子反式作用因子（trans-acting elementtrans-acting element）。）。12/6/202215负调控负调控负控诱导负控诱导负控阻遏负控阻遏正

10、调控正调控正控诱导正控诱导正控阻遏正控阻遏12/6/202216细菌中的转录调细菌中的转录调控体系。控体系。a.a.负控诱导系统；负控诱导系统；b.b.正控诱导系统；正控诱导系统；c.c.负控阻遏系统；负控阻遏系统；d.d.正控阻遏系统。正控阻遏系统。12/6/2022177.1.2 原核基因调控的主要特点原核基因调控的主要特点 可诱导的调控：可诱导的调控：在可诱导的操纵子中，加入对基在可诱导的操纵子中，加入对基因表达有调节作用的小分子物质（因表达有调节作用的小分子物质（诱导物诱导物），则），则开启基因的转录活性。开启基因的转录活性。可阻遏的调控：可阻遏的调控：在可阻遏的操纵子中，加入在可阻遏

11、的操纵子中，加入 对基对基因表达有调节作用的小分子物质（因表达有调节作用的小分子物质（辅阻遏物辅阻遏物），），则关闭基因的转录活性。则关闭基因的转录活性。12/6/2022187.2 操纵子学说（操纵子学说（theory of operon）n19401940年，年，MonodMonod发现：发现：E.coliE.coli在含葡萄糖和乳糖的培养基在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，上生长时，n细菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽后，才利用乳糖；细菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽后，才利用乳糖；n在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿，即产生在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿，即产生“二次生二次生长曲线长曲线”。1

12、2/6/202219乳糖对半乳糖苷酶的合成有诱导作用。葡萄糖对半乳糖苷酶的合成有抑制作用。12/6/202220 由法国科学家由法国科学家JacobJacob和和MonodMonod于于19601960年提出的一个有关原年提出的一个有关原核基因表达调控的模型核基因表达调控的模型操纵子模型操纵子模型。获得。获得19651965年诺贝尔年诺贝尔生理学奖。生理学奖。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965.for their discoveries concerning genetic control of enzyme 12/6/2022211.

13、基本概念基本概念(Key terms defined in this section)操纵子（操纵子（operonoperon）：原核生物中几个功能相关的结原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位（DNADNA序列）。序列）。一个操纵子一个操纵子编码序列（编码序列（2-62-6）+启动序列启动序列 +操纵序列操纵序列 +(其他调节序列其他调节序列)结构基因结构基因 启动子启动子 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator)12/6/20222212/6/20222312/6/20

14、22242.乳糖操纵子乳糖操纵子（1）乳糖操纵子（）乳糖操纵子（lactose opron）结构结构 大肠杆菌大肠杆菌乳糖操纵子是一种可诱导的负调控系统。乳糖操纵子是一种可诱导的负调控系统。大肠杆菌乳糖操纵子（大肠杆菌乳糖操纵子（lactose operonlactose operon）包括）包括3 3个个结构基因：结构基因：Z Z、Y Y和和A A，以及，以及启动子启动子、控制子控制子和和阻遏子等阻遏子等。转录的调控是。转录的调控是在启动区和操纵区进行的。在启动区和操纵区进行的。12/6/202225乳糖操纵子（乳糖操纵子（lactose opron）结构结构IPOZYA调控基因调控基因 控

15、制位点控制位点 结构基因结构基因DNA阻遏蛋白阻遏蛋白启动序列启动序列cAMP-CAPcAMP-CAP结合位点结合位点操纵序列操纵序列半乳糖苷酶半乳糖苷酶通透酶通透酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶RNARNA聚合酶聚合酶结合位点结合位点（6759）（728）12/6/20222612/6/202227 Z Z-半乳糖苷酶半乳糖苷酶；Y Y-半乳糖苷透半乳糖苷透过酶过酶；A A-半乳糖苷乙酰基转移酶半乳糖苷乙酰基转移酶。-半乳糖苷酶半乳糖苷酶是一种是一种-半乳糖苷键的专一性酶，除半乳糖苷键的专一性酶，除能将能将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，还能水解其他外，还能水解其他-半乳糖苷半

16、乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。（如苯基半乳糖苷）。-半乳糖苷透过酶半乳糖苷透过酶的作用是使外界的的作用是使外界的-半乳糖苷（如乳半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。-半乳糖苷乙酰基转移酶半乳糖苷乙酰基转移酶的作用是把乙酰辅酶的作用是把乙酰辅酶A上的乙酰上的乙酰基转到基转到-半乳糖苷上，形成半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖乙酰半乳糖。12/6/202228 操纵基因的鉴定（操纵基因的鉴定（foot-printing foot-printing）1）P-O区区Footprinting identifies DNA-binding site

17、s for proteins by their protection against nicking.12/6/202229内切酶内切酶 SDS-PAGE SDS-PAGE12/6/202230 操纵基因的结构操纵基因的结构The lac operator has a symmetrical sequence.The sequence is numbered relative to the startpoint for transcription at+1.The regions of dyad symmetry are indicated by the shaded blocks.12/6/

18、202231操纵基因的位置操纵基因的位置12/6/202232Operators may lie at various positions relative to the promoter.12/6/202233Figure 9.10 RNA polymerase initially contacts the region from-55 to+20.When sigma dissociates,the core enzyme contracts to-30;when the enzyme moves a few base pairs,it becomes more compactly org

19、anized into the general elongation complex.12/6/202234 Promotor:-84-+1 Operator:-7-+28 两者有两者有7bp重叠，使这段序列可能无法同时结合重叠，使这段序列可能无法同时结合RNA聚合聚合酶和阻遏蛋白，也可能虽然可以同时结合，但无法形成开酶和阻遏蛋白，也可能虽然可以同时结合，但无法形成开放的转录起始复合物。放的转录起始复合物。12/6/20223512/6/2022362）Lac阻遏物的作用阻遏物的作用-负调控负调控 调节蛋白的基本结构调节蛋白的基本结构12/6/202237Figure 10.14 The cr

20、ystal(晶体晶体)structure of the core region of Lac repressor identifies the interactions between monomers in the tetramer.Each monomer is identified by a different color.12/6/202238Figure 10.15 Inducer changes the structure of the core so that the headpieces of a repressor dimer are no longer in an orie

21、ntation that permits binding to DNA.12/6/20223912/6/20224012/6/2022412）Lac阻遏物的作用阻遏物的作用-负调控负调控12/6/202242LacLac阻遏物的作用阻遏物的作用-负调控负调控mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时阻遏基因阻遏基因12/6/202243mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖别乳糖别乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶12/6/20224412/6/20224512/6/202246 安慰诱导物安慰诱导物

22、gratuitous inducer：能高效诱导酶：能高效诱导酶的合成但不被所诱导的酶分解的分子。的合成但不被所诱导的酶分解的分子。如：如：IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）12/6/2022473 3、乳糖操纵子学说、乳糖操纵子学说（Lac Operon Theory）一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵基因组成一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵基因组成一个操纵子。调节基因编码调节蛋白，调节蛋白与操纵基因结一个操纵子。调节基因编码调节蛋白，调节蛋白与操纵基因结合，从而调控结构基因的表达。合，从而调控结构基因的表达。乳糖为诱导物。当有乳糖存在时，乳糖与有活性的调节蛋乳糖为诱导物。当有

23、乳糖存在时，乳糖与有活性的调节蛋白（阻遏物）结合时，阻遏物失活，则不能与操纵基因结合，白（阻遏物）结合时，阻遏物失活，则不能与操纵基因结合，解除对解除对-半乳糖苷酶基因（结构基因）的抑制，开始表达。半乳糖苷酶基因（结构基因）的抑制，开始表达。如果去掉乳糖时，阻遏物又恢复其活力，与操纵基因如果去掉乳糖时，阻遏物又恢复其活力，与操纵基因DNA结合，将三个结构基因关闭。结合，将三个结构基因关闭。但这种关闭或开启并不是但这种关闭或开启并不是100%100%！12/6/20224812/6/2022494、CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中的作用复合物在乳糖操纵子表达中的作用 乳糖操纵子的乳糖操纵

24、子的正调控正调控12/6/202250 某大肠杆菌突变体，它不能将葡萄糖某大肠杆菌突变体，它不能将葡萄糖-6-6-磷酸转化为下一磷酸转化为下一步代谢中间物，该细菌的步代谢中间物，该细菌的laclac基因能在葡萄糖存在时被诱基因能在葡萄糖存在时被诱导合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解产物抑制导合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解产物抑制lacmRNAlacmRNA的合成，科学上把葡萄糖的这种效应称之为的合成，科学上把葡萄糖的这种效应称之为代谢代谢物阻遏效应（物阻遏效应（cataboliterepressioncataboliterepression）。19651965年，年，Sutherl

25、and Sutherland 发现大肠杆菌培养液中葡萄糖的含发现大肠杆菌培养液中葡萄糖的含量总是与量总是与cAMPcAMP含量成反比。含量成反比。19681968年，发现大肠杆菌培养液中加入年，发现大肠杆菌培养液中加入cAMPcAMP可增加半乳糖苷可增加半乳糖苷酶的产量。酶的产量。12/6/202251cAMP与代谢物激活蛋白与代谢物激活蛋白 cAMP是在腺苷酸环化酶的作用下由是在腺苷酸环化酶的作用下由ATP转变而转变而来的，在真核生物的激素调节过程中也起着十分来的，在真核生物的激素调节过程中也起着十分重要的作用。重要的作用。将细菌放在含葡萄糖的培养基中培养，将细菌放在含葡萄糖的培养基中培养，

26、cAMP的的浓度就低；如果培养基中只有甘油或乳糖等不进浓度就低；如果培养基中只有甘油或乳糖等不进行糖酵解途径的碳源，行糖酵解途径的碳源，cAMP的浓度就会很高。的浓度就会很高。12/6/20225212/6/202253 大肠杆菌中的代谢物激活蛋白，由大肠杆菌中的代谢物激活蛋白，由Crp基因编码，基因编码，能与能与cAMP形成复合物。形成复合物。CRP和和cAMP都是合成都是合成lac mRNA所必需的所必需的，cAMP-CRP是一个不同于是一个不同于阻遏物的正调控因子，而阻遏物的正调控因子，而lac操纵子的功能是在这操纵子的功能是在这两个相互独立的调控体系作用下实现的。两个相互独立的调控体系

27、作用下实现的。12/6/202254CAP的作用机制的作用机制ncAMP-CAP通过与通过与RNA聚合酶聚合酶亚基亚基CTD相互作相互作用，用，促进促进RNA聚合酶同启动子的结合聚合酶同启动子的结合。ncAMP-CAP结合结合DNA后，后，使其弯曲使其弯曲。使。使RNA聚合聚合酶结合更紧密，也促进了酶结合更紧密，也促进了cAMP-CAP同同RNA聚合聚合酶的结合，酶的结合，有利于形成开放型起始复合物有利于形成开放型起始复合物，促进，促进转录起始。转录起始。12/6/202255CAP-cAMP激活作用的模型激活作用的模型12/6/202256n促进促进RNA聚合酶对聚合酶对-35和和-10序列

28、的识别和序列的识别和结合，有利于形成开放型起始复合物结合，有利于形成开放型起始复合物CAP12/6/20225712/6/20225812/6/202259lac操纵子正负调控的协调作用操纵子正负调控的协调作用 两种调控机制根据存在的两种调控机制根据存在的C源性质和水平源性质和水平协协调的调节调的调节lac操纵子的表达。操纵子的表达。负调控负调控：受：受乳糖乳糖和和阻遏蛋白阻遏蛋白调节调节正调控正调控：受：受cAMP和和CAP调节调节12/6/202260无乳糖无乳糖:阻遏蛋白结合于操纵基阻遏蛋白结合于操纵基因，因，转录不能起始转录不能起始。有乳糖有乳糖:阻遏蛋白失活，转录起阻遏蛋白失活，转录

29、起始。始。有葡萄糖有葡萄糖:cAMP，CAP失活，失活，不能激活基因转录，不能激活基因转录，lac操纵子操纵子本底水平转录本底水平转录。有乳糖有乳糖:阻遏蛋白失活，转录起阻遏蛋白失活，转录起始。始。无葡萄糖无葡萄糖:CAP活化，激活基因活化，激活基因转录，转录，lac操纵子操纵子高水平转录高水平转录。12/6/2022617.3 色氨酸（色氨酸（Trp）操纵子与负控阻遏系统）操纵子与负控阻遏系统色氨酸合成步骤色氨酸合成步骤trpE&trpGtrpE&trpG邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸合酶；合酶；trpDtrpD邻氨基苯甲酸磷酸核邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶；糖转移酶；trpFtrpF异构酶；异构酶

30、；trpCtrpC吲哚甘油磷酸合酶；吲哚甘油磷酸合酶；trpAtrpA、trpBtrpB则分别编码色氨酸则分别编码色氨酸合酶的合酶的和和亚基。亚基。12/6/20226212/6/202263 Trp Trp操纵子是合成代谢途径中最具代表性的例操纵子是合成代谢途径中最具代表性的例子。它控制着子。它控制着5 5个结构基因（编码个结构基因（编码3 3种酶）的表达，种酶）的表达，分别为分别为trpEtrpE，D D（邻氨基苯甲酸合成酶）（邻氨基苯甲酸合成酶），C C（吲（吲哚甘油硼酸合成酶）哚甘油硼酸合成酶），B B、A A（色氨酸合成酶（色氨酸合成酶B B链链和和A A链）链）。当色氨酸低或缺乏时

31、，这。当色氨酸低或缺乏时，这5 5个邻近的基个邻近的基因才开始转录成因才开始转录成mRNAmRNA。12/6/2022641.结构与功能结构与功能Figure 10.41 Figure 10.41 trptrp操纵子包含操纵子包含5 5个相邻的结构基因，这五个结构个相邻的结构基因，这五个结构基因上游是前导序列、操纵基因、启动子序列和衰减子基因上游是前导序列、操纵基因、启动子序列和衰减子 。12/6/202265结构特点：结构特点：（1 1）阻遏物基因）阻遏物基因trpR trpR 和结构基因和结构基因trpEDCBA trpEDCBA 不紧密连锁；不紧密连锁；（2 2）操纵基因在启动子区域内；

32、）操纵基因在启动子区域内；（3 3）启动子、操纵基因不直接和结构基因毗邻，而和前导）启动子、操纵基因不直接和结构基因毗邻，而和前导序列直接相连；序列直接相连；（4 4）有衰减子结构。在合成代谢的操纵子的前导区内，存）有衰减子结构。在合成代谢的操纵子的前导区内，存在着类似在着类似终止子结构终止子结构的一段的一段DNADNA序列，该序列可以辅助阻遏作序列，该序列可以辅助阻遏作用，进行转录调控，故称为用，进行转录调控，故称为衰减子衰减子（attenuatorattenuator）。）。由于由于TrpTrp操纵子是一个合成体系，与糖的分解代谢无关，操纵子是一个合成体系，与糖的分解代谢无关，所以，与所以

33、，与GluGlu的存在与否没有关系，也就不存在的存在与否没有关系，也就不存在cAMP-CAPcAMP-CAP结合结合位点。位点。12/6/2022662.调控方式调控方式可阻遏的负调控可阻遏的负调控trpRmRNAA:B:无活性无活性mRNAsTrptrpRmRNARNA pol12/6/2022673.3.衰减作用衰减作用 经测序后发现，在第一个结构基因（经测序后发现，在第一个结构基因（trpEtrpE）的）的5-5-端端有一个长有一个长160bp160bp的的前导序列（前导序列（leader sequenceleader sequence）。当此序。当此序列缺失列缺失130130160bp

34、160bp时，时，mRNAmRNA总是最高水平的（总是最高水平的（6-106-10倍）。倍）。而当而当trptrp存在时，转录总是在这个区域终止，产生一个仅存在时，转录总是在这个区域终止，产生一个仅有有140140个核苷酸的个核苷酸的RNARNA分子，终止分子，终止trptrp基因转录。因为转基因转录。因为转录终止发生在这一区域，并且这种终止是被调节的，这个录终止发生在这一区域，并且这种终止是被调节的，这个区域就被称为区域就被称为弱化子弱化子。12/6/202268 前导肽（前导肽（Leader peptideLeader peptide）：）：推测前导区推测前导区mRNAmRNA可编码可编码

35、1414个个氨基酸组成的多肽，其中第氨基酸组成的多肽，其中第1010和第和第1111位均为位均为色氨酸色氨酸。有四个富含有四个富含GCGC的区段，相邻的区段之间可形成茎环结构。的区段，相邻的区段之间可形成茎环结构。12/6/202269 弱化子（弱化子（attenuator attenuator）：）：一段位于结构基因上游前导区，一段位于结构基因上游前导区，具有终止子结构的短序列，通过前导序列转录产生的具有终止子结构的短序列，通过前导序列转录产生的 mRNA mRNA 形成类似于终止子的二级结构，达到转录终止的目的。形成类似于终止子的二级结构，达到转录终止的目的。12/6/202270表表.衰

36、减子控制的氨基酸合成的操纵子中前导肽的氨基酸序列衰减子控制的氨基酸合成的操纵子中前导肽的氨基酸序列操纵子操纵子 前导肽的氨基酸序列前导肽的氨基酸序列色氨酸色氨酸 MetLysAlaIlePheValLysGlyTrpTrpArgThrSer苏氨酸苏氨酸 MetLysArgIleSerThrThrIleThrThrThrIleThrIleThrThrGlyAsnGlyAlaGly组氨酸组氨酸 MetThrArgValGlnPheLysHisHisHisHisHisHisHisProAsp异亮氨酸异亮氨酸 MetThrAlaLeuLeuArgValIleSerLeuValValIleSerValV

37、alVaLIle缬氨酸缬氨酸GEDA IleIleProProCysGlyAlaAlaLeuGlyArgGlyLysAla亮氨酸亮氨酸 MetSerHisIleValArgPheThrGlyLeuLeuLeuLeuAsnAlaPheIleVei ArgGlyArgProValGlyGlyIleGlnHis苯丙氨酸苯丙氨酸 MetLysHisIleProPhePhePheAlaPhePhePheThrPhePro异亮氨酸异亮氨酸-缬氨酸缬氨酸B MetThrThrSerMetLeuAsnAlaLysLeuLeuProThrAlaProSerAla AlaValValValValArgValVal

38、ValVaLValGlyAsnAlaPro12/6/20227112/6/20227212/6/202273 高高Trp时：时：Trp-tRNATrp 存在存在 核糖体通过片段核糖体通过片段1(2个个Trp密码子密码子)封闭片段封闭片段2 片段片段3，4形成形成发夹结构发夹结构 类似于不依赖类似于不依赖因子的转录终止序列因子的转录终止序列 RNA聚合酶停止转录聚合酶停止转录,产生衰减子转录产物产生衰减子转录产物12/6/202274 低低Trp时：时：Trp-tRNATrp 没有供应没有供应 核糖体翻译停止在片段核糖体翻译停止在片段1 （2个个Trp密码子）密码子）片段片段2，3 形成形成发夹

39、结构发夹结构 转录不终止转录不终止 RNA聚合酶继续转录聚合酶继续转录12/6/20227512/6/202276衰减子调控系统的生物学意义：衰减子调控系统的生物学意义：（1 1）活性阻遏物与非活性阻遏物之间的转换可能较慢，而活性阻遏物与非活性阻遏物之间的转换可能较慢，而tRNAtRNA的荷载与否可能更快捷；的荷载与否可能更快捷；（2 2）氨基酸的主要用途是合成蛋白质，所以，以氨基酸的主要用途是合成蛋白质，所以，以tRNAtRNA的荷的荷载情况为标准来进行调控可能更为合适；载情况为标准来进行调控可能更为合适；（3 3）阻遏蛋白与衰减子共同作用，提高了效率，避免了氨阻遏蛋白与衰减子共同作用，提高

40、了效率，避免了氨基酸的浪费。当细胞内氨基酸高于某一水平时，可完全实基酸的浪费。当细胞内氨基酸高于某一水平时，可完全实现阻遏；而低于该水平时，则启用衰减子进行微细调控。现阻遏；而低于该水平时，则启用衰减子进行微细调控。某些氨基酸操纵子仅使用衰减子即可实现调控。某些氨基酸操纵子仅使用衰减子即可实现调控。12/6/2022777.4 阿拉伯糖操纵子阿拉伯糖操纵子（Arabinose Operon）阿拉伯糖操纵子是调控阿拉伯糖分解代谢所需酶系的操阿拉伯糖操纵子是调控阿拉伯糖分解代谢所需酶系的操纵子。它具有纵子。它具有正调控正调控和和负调控负调控的功能。的功能。参与阿拉伯糖分解代谢的酶系共由三个操纵子编

41、码，这参与阿拉伯糖分解代谢的酶系共由三个操纵子编码，这三个操纵子分别是：三个操纵子分别是：araBADaraBAD、araEaraE和和araFaraF。它们由一个共。它们由一个共同的同的araC araC 调节基因进行调控。调节基因进行调控。（1 1）araBADaraBAD：包括三个基因：包括三个基因：araBaraB、araAaraA和和araDaraD。分。分别编码别编码L-L-核酮糖激酶、核酮糖激酶、L-L-阿拉伯糖异构酶和阿拉伯糖异构酶和L-L-核酮糖核酮糖-5-5-磷磷酸酸-4-4-表面异构酶。表面异构酶。（2 2）araEaraE和和araFaraF：编码膜结合蛋白，与阿拉伯糖

42、的结：编码膜结合蛋白，与阿拉伯糖的结合与转运有关。合与转运有关。12/6/2022781.结构与功能结构与功能araCaraO2araO1/PcaraI ParaBaraAaraDC蛋蛋白白mRNA mRNAKinase Isomerase Epimerase阿阿拉拉伯伯糖糖核核酮酮糖糖核核酮酮糖糖-5-P木木酮酮糖糖-5-P12/6/202279（1 1）C C蛋白具有双功能：蛋白具有双功能：它单独与它单独与araOaraO1 1(-100(-100-144bp)-144bp)结合，结合，起阻遏作用，包括其自身的表达；起阻遏作用，包括其自身的表达；C C与阿拉伯糖结合形成与阿拉伯糖结合形成

43、C Cindind复合物，即诱导型复合物，即诱导型C C蛋白。它结合在蛋白。它结合在araI araI 区区(-40(-40-78bp)78bp)，使，使RNARNA聚合酶结合于聚合酶结合于P PBADBAD 位点（位点（+40bp+40bp），转录），转录B B、A A和和D D三个基因。三个基因。（2 2）C C蛋白的两种状态：蛋白的两种状态：C Cindind和和C Creprep ，功能不同，结合的位，功能不同，结合的位点也不同。前者结合于点也不同。前者结合于araIaraI，后者结合于，后者结合于araOaraO1 1和和araOaraO2 2。（3 3）C C蛋白还可以调节分散的基

44、因蛋白还可以调节分散的基因：araEaraE和和araFaraF。So So namednamed Regulon Regulon。（4 4）有两个启动子：有两个启动子：P PC C和和P PBADBAD 。P PC C启动子与启动子与araOaraO1 1 重叠。重叠。12/6/2022802.2.调控方式调控方式 （1 1）当存在）当存在AraAra和和GluGlu时，时，araCaraC转录少量转录少量C C蛋白并与蛋白并与araOaraO1 1结合，反馈性抑制结合，反馈性抑制araCaraC的转录。的转录。（2 2）当有）当有AraAra而无而无GluGlu时，时，AraAra可作为糖

45、源。此时可作为糖源。此时AraAra与少量的与少量的C C蛋白结合，形成诱导型蛋白结合，形成诱导型C C蛋白蛋白-C Cindind，它作为正调控因子与，它作为正调控因子与araI araI 结合，促进了结合，促进了araParaPBAD BAD 的转录，产生了的转录，产生了3 3种酶，促进种酶，促进AraAra的的分解。分解。（3 3）当无）当无AraAra或用完后，或用完后，C C蛋白（蛋白（C Creprep ）与）与araOaraO1 1结合，阻碍结合，阻碍RNARNA聚合酶在此区域结合，关闭操纵子；或与聚合酶在此区域结合，关闭操纵子；或与araI araI 和和araOaraO2 2

46、 结结合，形成环状，阻遏了合，形成环状，阻遏了P PBADBAD和和 P PC C启动。启动。12/6/202281araDaraAaraBPBADCindAra cAMPCAPRNA polaraDaraAaraBaraO2araIA:诱导诱导B:阻遏阻遏C CC C+1-100-200-30012/6/2022827.5 翻译水平的调控翻译水平的调控7.5.1 翻译的自我调控翻译的自我调控1、翻译产物的蛋白质作为调控分子，直接结合在、翻译产物的蛋白质作为调控分子，直接结合在mRNA的翻译起始位点，调节翻译的效率，如核糖的翻译起始位点，调节翻译的效率，如核糖体蛋白。体蛋白。12/6/2022

47、83 在核糖体组在核糖体组装时，与装时，与rRNA结合的蛋白为结合的蛋白为关键蛋白，它关键蛋白，它对核糖体蛋白对核糖体蛋白的合成起调控的合成起调控作用。作用。每一个操纵每一个操纵子编码自己的子编码自己的关键蛋白，它关键蛋白，它抑制整个操纵抑制整个操纵子的表达。子的表达。12/6/202284 某种某种r蛋白合蛋白合成过快时，成过快时，r蛋蛋白 可 与 其 模 板白 可 与 其 模 板mRNA上的上的SD序列结合序列结合，而使，而使其不能与核糖体其不能与核糖体结 合，导 致结 合，导 致mRNA的降解而的降解而使这种使这种r蛋白合蛋白合成速度降低。成速度降低。12/6/20228512/6/20

48、22862、mRNA形成特定的二级结构，起调控作用。形成特定的二级结构，起调控作用。12/6/20228712/6/2022883.重叠基因对翻译的影响重叠基因对翻译的影响重叠的密码保证了同一核糖体对两个连续基因进重叠的密码保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。行翻译的机制。偶联翻译是保证两个基因产物在数量上相等的重偶联翻译是保证两个基因产物在数量上相等的重要手段。要手段。A基因基因B基因A基因终止密码子与基因终止密码子与B基因的起始密码子重叠基因的起始密码子重叠12/6/202289trp操纵子操纵子trpE基因与基因与trpD基因的翻译偶联机制基因的翻译偶联机制trpE苏氨酸苯丙氨

49、酸终止ACU-UUC-UGA-UGG-CUAUG-GCU甲硫氨酸丙氨酸trpD12/6/2022904、稀有密码子对翻译的影响、稀有密码子对翻译的影响12/6/202291l 实验证据实验证据 RNA引物由引物由dnaG基因编码的引物酶催化合成；基因编码的引物酶催化合成；dnaG、rpoD及及rpsU属于大肠杆菌基因组上的属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子；同一个操纵子；基因转录出来的三个蛋白相应的基因转录出来的三个蛋白相应的mRNA拷贝数大拷贝数大体相同，由于翻译的调控使得蛋白的拷贝数发生体相同，由于翻译的调控使得蛋白的拷贝数发生了很大的变化。了很大的变化。12/6/202292 由于细胞内

50、对应于稀有密码子的由于细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，高较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。影响了蛋白质合成的总量。12/6/2022935、反义、反义RNA的调节作用的调节作用反义反义RNA（antisenseRNA）：）：能与能与mRNA互补结合，从而阻断互补结合，从而阻断mRNA翻翻译的译的RNA分子分子12/6/202294mRNA 5反义反义RNAAUG+1S-D 3 以大肠杆菌外膜蛋白的表达为例，说明反义以大肠杆菌外膜蛋白的表达为例，说明反义RNA的调控作的调控作用。用。大肠杆菌外膜蛋白有两种：大