【正文】 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。 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。Lack of trp Lack of aminoacyl tRNA Ribosome pause at trp codons , occluding sequence 1Form 2:3 hairpin ( antiterminator )Transcription into trpE and beyond Low TrpHigh Trp 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 123~150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(diǎn)。 弱化作用需要負(fù)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(jī)制。Leader RNA 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 plementary 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 3和 4表示的片段能以兩種不同的方式進(jìn)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)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 乳 糖 操 縱 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。R E T K 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(yuǎn)。 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)物主要是半乳糖。 gal操縱子的兩個特點(diǎn)： 它有兩個啟動子， mRNA可以從兩個不同的起始點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄； 它有兩個 O區(qū)，一個在啟動子上游 67~7另一個在結(jié)構(gòu)基因 galE內(nèi)部。 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。 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(xì)胞內(nèi)環(huán)腺甘酸（ cAMP） 的含量，影響 了 cAMP—CRP 復(fù)合物的形成。被 cAMP—CRP 抑制的 S2轉(zhuǎn)錄開始進(jìn)行。 當(dāng) 有 cAMP—CRP 時，轉(zhuǎn)錄 從 S1開始；當(dāng)無 cAMP—CRP 時，轉(zhuǎn)錄 從 S2開始。 cAMP—CRP 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。同時，由于 S1和 S2區(qū)的 核苷酸部分重疊， cAMP—CRP 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(xì)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(xì)胞生長；（ 2） 尿苷二磷酸半乳糖 （ UDPgal） 是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體。 從必要性和經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要一個不依賴于 cAMP—CRP 的啟動子 S2進(jìn)行本底水平的組成型合成，以及一個依賴于 cAMP—CRP 的啟動子 S1對高水平合成進(jìn)行調(diào)控。 只有當(dāng) S2活性完全被 cAMP—CRP 抑制時，調(diào)控才是有效的。阿 拉 伯 糖 操 縱 子 阿拉伯糖（ arabinose） 也是為代謝提供碳源的五碳糖。 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。ara操縱子araC B A DaraO2 araO1 araI 結(jié)構(gòu)基因 CRP結(jié)合位點(diǎn)araC mRNAL173。阿拉伯糖激活蛋白 阻遏蛋白 負(fù)責(zé)將阿拉伯糖轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞的基因 araE 和 araF， 位于遠(yuǎn)離這個基因簇的地方，它們分別編碼膜蛋白和位于細(xì)胞壁與細(xì)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)（ O 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(fù)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(jìn)行的。 araBAD基因簇從啟動子 PBAD開始向左進(jìn)行轉(zhuǎn)錄， 而 araC基因則 從 PC 向右轉(zhuǎn)錄 。araC蛋白的正負(fù)調(diào)控 （ 1） 當(dāng)細(xì)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(dá) —— 負(fù)調(diào)控； （ 3） 當(dāng)體系中有阿拉伯糖但無葡萄糖存在時 ， araC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 CRPcAMP的共同作用下起始PBAD所調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因表達(dá) —— 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(shí)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 LexA的降解與細(xì)菌 SOS應(yīng)答 當(dāng)細(xì)菌 DNA遭到破壞時，細(xì)菌細(xì)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(dá)水平很低。 SOS體系的誘導(dǎo)表達(dá)過程其實(shí)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(yán)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(dá)。 表達(dá) 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(dá)，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204。 rRNA操縱子204。 核糖體蛋白 SI操縱子204。 DnaQ蛋白操縱子 操縱子中的不同啟動子，具有不同的強(qiáng)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(dá)的量，這對維持細(xì)胞的生存非常重要。 固 氮 基 因 調(diào) 控 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。 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 Ⅰ ：為一個多聚蛋白，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 Ⅰ含有 4個 [4Fe4S]連接橋和兩個鐵 鉬輔助因子 （ FeMoCo）， 稱為鐵鉬蛋白（ FeMoprotein）。 組分 Ⅱ ：由兩個完全相同的亞基組成，由 nifH基因編碼，稱為鐵蛋白（ Feprotein）， 它只含有一個 [4Fe4S]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 ”。 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 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(dá)與活性。 nifA和 nifL基因產(chǎn)物分別 是 nif操縱子的正負(fù)調(diào)控因子。 當(dāng)細(xì)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(dá)，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 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(diǎn)（ 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(bǔ)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(qiáng)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 410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(dá)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。 稀有密碼子對翻譯的影響 細(xì)胞內(nèi)對應(yīng)于稀有密碼子 的tRNA較少，若高頻率的使用這些密碼子則翻譯過程容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量 。 重疊基因?qū)Ψg的影響 原核生物 的 mRNA為多順反 子Mrna， 重疊的密碼保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。 現(xiàn)用 trp操縱子中的 trpE基因和 trpD基因之間的翻譯偶聯(lián)現(xiàn)象來說明這個問題。trpE—— 蘇氨酸 —— 苯丙氨酸 —— 終止子 ACU —— UUC —— UGA —— UGG —— CU