【正文】 eptor protein)，當(dāng)CRP未與cAMP結(jié)合時(shí)它是沒有活性的，當(dāng)cAMP濃度升高時(shí)，CRP與cAMP結(jié)合并發(fā)生空間構(gòu)象的變化而活化，稱為CAP(CRPcAMP activated protein)，能以二聚體的方式與特定的DNA序列結(jié)合。例如異丙基硫代半乳糖苷(isopropylthiogalactoside, IPTG)就是很強(qiáng)的誘導(dǎo)劑，不被細(xì)胞代謝而十分穩(wěn)定。R的阻遏作用不是絕對的，R與O偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的β－半乳糖苷酶及透過酶的生成。所以P區(qū)從－84到－1，抑制物保護(hù)區(qū)是－7到28。A PO區(qū)P區(qū)是從I基因結(jié)束到mRNA轉(zhuǎn)錄開始點(diǎn)為止，而O區(qū)的范圍是抑制物結(jié)合區(qū)。Jacob：結(jié)構(gòu)基因旁有開關(guān)基因（即操縱基因），阻遏物通過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。1947年，報(bào)告：“酶的適應(yīng)現(xiàn)象及其在細(xì)胞分化中的意義”。分離β半乳糖苷酶，發(fā)現(xiàn)這種酶無35S標(biāo)記。事實(shí)上，研究誘導(dǎo)作用時(shí)很少使用乳糖，因?yàn)榕囵B(yǎng)基中的乳糖會(huì)被誘導(dǎo)合成的β半乳糖苷酶所催化降解，從而使其濃度不斷發(fā)生變化。如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，酶的濃度很快達(dá)到細(xì)胞總蛋白量的6%或7%，每個(gè)細(xì)胞中可有超過105個(gè)酶分子。大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而生長繁殖。（一）原核基因調(diào)節(jié)特點(diǎn)σ因子決定mRNA識(shí)別特異性 原核生物細(xì)胞僅含有一種RNA聚合酶，核心酶參與轉(zhuǎn)錄延長，全酶司轉(zhuǎn)錄起始。根據(jù)作用特征又可分為負(fù)誘導(dǎo)作用和負(fù)阻遏作用。會(huì)影響其與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)錄起始頻率。除二聚化或多聚化反應(yīng)，還有一些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合DNA，而是通過蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合DNA，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。這種結(jié)合通常是非共價(jià)結(jié)合。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由某一基因表達(dá)后，通過與特異的順式作用元件相互作用（DNA蛋白質(zhì)相互作用）反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄，故稱反式作用因子。特異因子決定RNA聚合酶對一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。順式作用元件通常是非編碼序列。原核操縱子調(diào)節(jié)序列中還有一種特異DNA序列可結(jié)合激活蛋白，使轉(zhuǎn)錄激活，介導(dǎo)正性調(diào)節(jié)。這些共有序列中的任一堿基突變或變異都會(huì)影響RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合及轉(zhuǎn)錄起始。操縱子通常由 2個(gè)以上的編碼序列與啟動(dòng)序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成。RNA編輯、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)?；罨癄顟B(tài)的基因表現(xiàn)為：；；?？梢?，基因表達(dá)調(diào)控是在多級水平上進(jìn)行的復(fù)雜事件。要了解動(dòng)、植物生長發(fā)育的規(guī)律、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能，就必須弄清楚基因表達(dá)調(diào)控的時(shí)間和空間概念，掌握了基因表達(dá)調(diào)控的秘密，我們手中就有了一把揭示生物學(xué)奧妙的金鑰匙。 基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：① 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptional regulation)；② mRNA加工成熟水平上的調(diào)控(differential processing of RNA transcript)；③ 翻譯水平上的調(diào)控(differential translation of mRNA).原核生物中，營養(yǎng)狀況(nutritionalstatus)和環(huán)境因素(environmental factor)對基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。其中轉(zhuǎn)錄起始是基因表達(dá)的基本控制點(diǎn)?！　。?）轉(zhuǎn)錄起始?！　。?）翻譯及翻譯后加工。啟動(dòng)序列是RNA聚合酶結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。因此，共有序列決定啟動(dòng)序列的轉(zhuǎn)錄活性大小?！　№樖阶饔迷褪侵缚捎绊懽陨砘虮磉_(dá)活性的 DNA序列。順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游（5′端）。阻遏蛋白可結(jié)合操縱序列，阻遏基因轉(zhuǎn)錄。有些基因產(chǎn)物可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的開啟或關(guān)閉，這就是順式作用。　　絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合 DNA前需通過蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用形成二聚體或多聚體。　　4．RNA聚合酶　　DNA元件與調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)節(jié)最終是由RNA聚合酶活性體現(xiàn)的。　?。?）調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性：一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號刺激下在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，隨后這些調(diào)節(jié)蛋白通過DNA蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用影響RNA聚合酶活性，從而使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生改變，出現(xiàn)表達(dá)水平變化。在負(fù)誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白不與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；在負(fù)控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。在轉(zhuǎn)錄起始階段，σ亞基（又稱σ因子）識(shí)別特異啟動(dòng)序列；不同的σ因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定tRNA、mRNA和rRNA基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先使用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌停止生長，經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)，就能利用乳糖，細(xì)菌繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長(圖19－1)。當(dāng)有乳糖供應(yīng)時(shí)，在無葡萄糖培養(yǎng)基中生長的lac+細(xì)菌中將同時(shí)合成β半乳糖苷酶和透過酶，如圖。實(shí)驗(yàn)中通常使用乳糖類似物：異丙基硫基半乳糖苷（IPTG）、琉甲基半乳糖苷（TMC）和O硝基半乳糖苷（ONPG）。說明酶的合成不是由前體轉(zhuǎn)化而來的，而是加入誘導(dǎo)物后新合成的。1951年，Monod與Jacob合作。2結(jié)構(gòu)大腸桿菌的乳糖操縱子含Z、Y及A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，分別編碼β半乳糖苷酶、透酶、乙?；D(zhuǎn)移酶，此外還有一個(gè)操縱序列O、一個(gè)啟動(dòng)序列P及一個(gè)調(diào)節(jié)基因Ⅰ。mRNA是從第85對堿基開始的，所以P區(qū)共84個(gè)堿基，抑制物結(jié)合區(qū)從78－112，共35對堿基，和P區(qū)有7個(gè)堿基的重復(fù)。B阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)　　當(dāng)大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時(shí)，1ac操縱元處于阻遏狀態(tài)。當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖受β－半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與R結(jié)合，使R構(gòu)象變化，R四聚體解聚成單體，失去與O的親和力，與O解離，基因轉(zhuǎn)錄開放，β－半乳糖苷酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加1000倍。X－gal(5－溴－4－氯－3－吲哚－β－半乳糖苷)也是一種人工化學(xué)合成的半乳糖苷，可被β－半乳糖苷酶水解產(chǎn)生蘭色化合物，因此可以用作β－半乳糖苷酶活性的指示劑。在1ac操縱元的啟動(dòng)子P1ac上游端有一段與Plac部分重疊的序列，能與CAP特異結(jié)合，稱為CAP結(jié)合位點(diǎn)(CAP binding site)。1ac操縱元的強(qiáng)誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在，又需要沒有葡萄糖可供利用。不難看出：CAP結(jié)合位點(diǎn)就是一種起正性調(diào)控作用的操縱子，CAP則是對轉(zhuǎn)錄起正性作用的控蛋白棗激活蛋白，編碼CRP的基因也是一個(gè)調(diào)控基因，不過它并不在1ac操縱元的附近，CAP可以對幾個(gè)操縱元都起作用。細(xì)菌所以能做到這點(diǎn)是因?yàn)橛猩彼岵倏v元(trp operon)的調(diào)控。衰減子的作用在trp mRNA 539。該多肽有一個(gè)特征，其第10位和11位有相鄰的兩個(gè)色氨酸密碼子。當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸的濃度很低時(shí)，負(fù)載有色氨酸的tRNATrp也就少，這樣翻譯通過兩個(gè)相鄰色氨酸密碼子的速度就會(huì)很慢，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時(shí)，核糖體才進(jìn)行到1區(qū)（或停留在兩個(gè)相鄰的trp密碼子處），這時(shí)的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是23配對，不形成34配對的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進(jìn)行，直到將trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄。另有一個(gè)缺失前導(dǎo)區(qū)及D基因的突變體（trpΔLD102），該細(xì)菌在有色氨酸的培養(yǎng)基中仍有很高的色氨酸合成酶活性。它們催化的反應(yīng)如下：Gal+ATPGlu1p+ADP+H+結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：（1）有2個(gè)啟動(dòng)子：P1和P2，當(dāng)有活性的CAP存在時(shí)P1啟動(dòng)，其10順序位于12~6，稱為10S1，轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)為+1。在Glu存在的情況下，cAMP CAP含量少，當(dāng)Gal存在，而無Gal R時(shí)，P1不能啟動(dòng)而P2啟動(dòng)，RNA聚合酶結(jié)合10 S2順序上，10 S2（TATGCTA）和10 S1（TATGGTT）順序相似，從S2開始轉(zhuǎn)錄gal E而不轉(zhuǎn)錄另外的2個(gè)基因gal T和gal K。2）cAMPCAP的存在對P1可以激活是正調(diào)控，而對P2都是抑制，是負(fù)調(diào)控，其機(jī)制還沒有搞清楚?？赡芏咭偁嶳NA Pol，而RNA Pol 在細(xì)胞中數(shù)量是一定的，由于P1的親和力大大超過P2，所以RNA Pol幾乎都結(jié)合到P1啟動(dòng)子上，P1由于得不到RNA Pol故不能啟動(dòng)。遠(yuǎn)距離的DNA順序可以通過DNA環(huán)化(DNAlooping)而靠近啟動(dòng)子，這種環(huán)化是通過蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的互相作用以及蛋白質(zhì)和DNA的相互作用實(shí)現(xiàn)的。其特點(diǎn)是：（1）AraC蛋白是雙功能的，單純的C蛋白結(jié)于araO1(100～144)，起到阻遏的作用；當(dāng)C蛋白和誘導(dǎo)物Ara結(jié)合形成的復(fù)合體是Cind， 即誘導(dǎo)型的C蛋白，它結(jié)合于araI區(qū)（40～78）使RNA Pol結(jié)合于PBAD位點(diǎn)（+140），轉(zhuǎn)錄B、A、D三個(gè)基因；（２）C蛋白結(jié)合araO1時(shí)也反饋性地阻遏了其本身的表達(dá)；（３）C蛋白的兩種狀態(tài)（Cind和Crep）功能不同，結(jié)合的位點(diǎn)也不同Cind結(jié)合于araI；Crep可結(jié)合于araO1和araO2；（４）ara操縱子的C蛋白還可以調(diào)節(jié)分散的基因araE和F，因此此轉(zhuǎn)錄單位也稱調(diào)節(jié)子（regulon）；（５）本操縱子有兩個(gè)啟動(dòng)子Pc和PBAD，可以雙向轉(zhuǎn)錄；（６）Pc啟動(dòng)子和araO1重疊。araC基因就在這個(gè)操縱子的附近，并且使用自己的啟動(dòng)子(Pc靠近araO1)以相反于araA、B、D基因的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞中AraC蛋白濃度超過40拷貝時(shí)，它結(jié)合于araOl阻遏自己的mRNA的轉(zhuǎn)錄。阿拉伯糖操縱子是個(gè)復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它能對環(huán)境的改變作出迅速的可逆的反應(yīng)。在細(xì)菌的分裂中有1/1000的概率會(huì)出現(xiàn)由一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌?，此就稱為相轉(zhuǎn)變（phase variation）。這兩個(gè)基因協(xié)同表達(dá)。H2的起始密碼子在反向重復(fù)序列IRR右側(cè)16bp處。當(dāng)Hin片段倒位時(shí)啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄單位方向不同，轉(zhuǎn)錄單位不能表達(dá)，從而導(dǎo)致了1相表達(dá)。它所識(shí)別的啟動(dòng)子帶有的保守順序， σ70識(shí)別的相似。噬菌體的發(fā)育涉及到感染周期的改變。在感染的瞬間，噬菌體的早期基因被轉(zhuǎn)錄了。它們不能區(qū)別宿主基因。調(diào)節(jié)的方式是一種級聯(lián)調(diào)控。這種替代對從早期基因的表達(dá)轉(zhuǎn)為中期基因表達(dá)是必要的。無論是基因33還是34若發(fā)生突變將會(huì)阻止晚期基因的轉(zhuǎn)錄?？赡芩械暮诵拿付际嵌虝旱睾筒煌摩乙蜃咏Y(jié)合，但這種變化的程序是不可逆的。在孢子形成的第二階段，細(xì)胞產(chǎn)生了兩個(gè)獨(dú)立的被分隔的部分，這就是母細(xì)胞和前孢子（forespore）。這些變化和很多基因有關(guān)。在孢子形成結(jié)束時(shí)約有40% 的細(xì)菌mRNA對孢子形成是特異的。其原理是在每一間隔中存在著σ因子連續(xù)地被新的因子所決代，導(dǎo)致了不同組基因的轉(zhuǎn)錄。 SpoOA是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)物，其活性受磷酸化的作用。而宿主酶在較小的因子σH的直接指導(dǎo)下轉(zhuǎn)錄錄編碼σE的基因，在中隔形成前，這兩種新的σ因子產(chǎn)生了。在σF的指導(dǎo)下，RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第一套取代了營養(yǎng)期基因的孢子形成基因。被取代的σ45并未破壞，從孢子形成的細(xì)胞中的抽提液中σ45仍可得到恢復(fù)。一種信號（通過間隔的蛋白膜）的傳遞來激活σE，σE在先前就已合成了前體的形式（proσE），它被剪切后才有活性。它是被一種蛋白酶所激活，一旦σK有了活性，它就取代σE以及導(dǎo)致了母細(xì)胞中晚期基因的轉(zhuǎn)錄。孢子形成是由兩種級聯(lián)調(diào)控控制的，在級聯(lián)調(diào)控中每一間隔部分的σ都相繼被激活，每個(gè)σ因子指導(dǎo)一套特殊的基因合成蛋白質(zhì)。這些因子的量有效地影響基因表達(dá)的水平。修飾核心酶替換σ亞基,那就依賴本身攜帶的蛋白對宿主的核心酶加以修飾,改變其和σ亞基的結(jié)合能力,乘機(jī)將本身編碼的蛋白取代原來的σ亞基,從而改變RNA聚合酶的識(shí)別能力。T4感染伊始是利用宿主的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第一批早期mRNA；T4的頭部含有幾種小分子蛋白，稱為內(nèi)部蛋白。有時(shí)稱其為超修飾（hupermodified）的RNA聚合酶。RNA聚合酶的代換T7噬菌體在轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控中不是采用σ因子的級聯(lián)取代,也不是像T4噬菌體那樣對核心酶進(jìn)行修飾,而是根據(jù)自動(dòng)的感染特點(diǎn)采用了RNA聚合酶的代換來進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。分鐘，但其DNA的注入很慢，整個(gè)的過程約10分鐘，而其它的噬菌體僅1分鐘即可完成。晚期轉(zhuǎn)錄分為二組（Ⅱ和Ⅲ）。第Ⅱ組的基因多與T7的復(fù)制酶系的合成及幾種結(jié)構(gòu)蛋白有關(guān)，但第Ⅱ組的啟動(dòng)子和復(fù)制的φL啟動(dòng)子因其保守順序中分別有2～7個(gè)堿基發(fā)生了改