【正文】 乳糖分解代 謝調(diào)控過程 是一個(gè)自我 調(diào)控過程 2. CAP的正調(diào)控 細(xì)菌中的 cAMP含量與葡萄糖的分解代謝有關(guān) ， 當(dāng)細(xì)菌利用葡萄糖分解產(chǎn)生能量時(shí) ， cAMP生成少而分解多 ， cAMP含量低；相反 ， 當(dāng)環(huán)境中無(wú)葡萄糖可供利用時(shí) ， cAMP含量就升高 。 相反 ， 當(dāng)有葡萄糖可供分解利用時(shí) ， cAMP濃度降低 ， CRP不能被活化 ，lac操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降 。 細(xì)菌對(duì)葡萄糖以外的其他糖 （ 如阿拉伯糖 、半乳糖 、 麥芽糖等 ） 的利用上也有類似對(duì)乳糖利用的情況 ， 在含有編碼利用阿拉伯糖的酶類基因群的 阿拉伯糖操縱子 （ ara operon） 、 半乳糖操縱子 （ gal operon） 中也有 CAP結(jié)合位點(diǎn) ，CAP也起類似的 正性調(diào)控作用 。 這類操縱子使細(xì)菌能適應(yīng)環(huán)境的變化 ， 最有效地利用 環(huán)境能提供的能源底物 。在結(jié)構(gòu)基因之前為調(diào)控區(qū)域，包括啟動(dòng)子區(qū)（ P）、操縱區(qū)（ O）、前導(dǎo)肽編碼區(qū)（ L）和弱化子區(qū)（ a）。為 ?因子所識(shí)別，因此 ?因子也參與了調(diào)控。 細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型 ， 其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖 最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省 的狀態(tài) 。 這段序列中含有編碼由 14個(gè)氨基酸組成的短肽的開放閱讀框 ， 其序列中有 2個(gè)色氨酸 相連 ，在此開放閱讀框前有核糖體識(shí)別結(jié)合位點(diǎn) （ RBS）序列 ， 提示這段短開放閱讀框在轉(zhuǎn)錄后是能 被翻譯的 。通過 RNaseT1降解實(shí)驗(yàn)（此酶不水解配對(duì)的 RNA）表明純化的trp前導(dǎo)序列中只有 12和 34的配對(duì)方式。 測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn) ， 在 缺乏色氨酸時(shí)所有的 RNA聚合酶都能經(jīng)過弱化子繼續(xù)參與轉(zhuǎn)錄 。應(yīng)該指出，色氨酸含量變化對(duì)阻遏過程和弱化過程的作用 方向是相同的。 ara操縱子的調(diào)控有兩個(gè)特點(diǎn)： ? 第一， araC表達(dá)受到 AraC的自身調(diào)控。 LexA阻遏物 ：是 SOS DNA修復(fù)系統(tǒng)所有基因的阻遏物 RecA蛋白： 是 SOS反應(yīng)的最初的發(fā)動(dòng)因子。 （一） SD序列對(duì)翻譯的影響 （ SD Sequence,SDs）概念 原核生物 mRNA起始密碼子 AuG上游 3~10bp處有 1個(gè) RbS稱為 SD序列。 （ 4）多順反子 — 編碼多個(gè)蛋白質(zhì)，每 1個(gè)編碼區(qū)前都有 1個(gè) AuG和 SD序列，多個(gè)核糖體與 SDs結(jié)合將蛋白質(zhì)分別譯出來(lái)。 SD序列的作用 SDs存在 mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)夾（莖環(huán)）中，受到了隱蔽 → 核糖體無(wú)法靠近與之結(jié)合，只有打開二級(jí)結(jié)構(gòu)，暴露位點(diǎn)、方可結(jié)合。 （ 1） amrc翻譯起始區(qū)有一個(gè)反向重復(fù)順序 ，其上游先導(dǎo)肽也有一個(gè)反向重復(fù)順序，類似 Trp operon的前導(dǎo)肽，能形成轉(zhuǎn)錄衰減子發(fā)夾結(jié)構(gòu)，稱為翻譯弱化子。 （一級(jí)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)） 不同 mRNA降解速度不同，降解作用不是隨機(jī)的，長(zhǎng)不一定比短的不穩(wěn)。決定 mRNA壽命的許多因素都影響到基因表達(dá)。 （ 2）細(xì)菌中 50余種核糖體 ，合成這些 pr.，速率是與細(xì)胞增殖適應(yīng)的，受生長(zhǎng)條件營(yíng)養(yǎng)環(huán)境影響。 RF2合成的自體調(diào)控 （ 1）終止密碼和釋放因子（終止子） 無(wú)論原核、真核都有 3種終止碼： UAG、 UGA和 UAA 沒有 1種 tRNA與終止碼作用，而是由特殊的 作用，這類 ，也有稱翻譯終止子。 mRNA核苷酸序列中，3個(gè)核苷酸為 1組（稱為密碼子），由核糖體進(jìn)行翻譯。 基因密碼閱讀的 3個(gè)特點(diǎn) ①每個(gè)基因都有特定的閱讀框 （如組 Pr.），閱讀必須從第 1個(gè)密碼子開始到最后 1個(gè)密碼子結(jié)束。 3’ 合成肽鏈方向 NH2 – Gly – Tyr – Leu – Asp Tyr AspCOOH 前面 25個(gè)氨基酸 后面 315個(gè)氨基酸 (AA) ① RF2是由 340氨基酸組成的 1個(gè)閱讀框中，前 25個(gè) AA處于 AUG所在閱讀框中，后 315AA處于（ +1）另 1閱讀框中。 RF2 ↑ → RF2mRNA譯至第 25個(gè) AA →在其后 UGA處將不成熟的肽釋放。 omPC基因關(guān)閉。 正控 正控 轉(zhuǎn)錄 翻譯 同時(shí)轉(zhuǎn)錄 RNA對(duì) Tn10轉(zhuǎn)位酶的調(diào)控作用 （ 1） Tn10帶有 terr，轉(zhuǎn)座最大的特點(diǎn)是原位轉(zhuǎn)座不動(dòng)，僅將 1個(gè)新的合成復(fù)本插到另 1個(gè)新的位點(diǎn)上上去。 ③只有 RNAin擺脫了 RNAout配對(duì)才有機(jī)會(huì)翻譯。為了緊縮開支，渡過難關(guān)，細(xì)菌將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)急反應(yīng)，包括生產(chǎn)各種 RNA、糖、脂肪和蛋白質(zhì)在內(nèi)的幾乎全部生物化學(xué)反應(yīng)過程均被停止。ppGpp的出現(xiàn)會(huì)關(guān)閉許多基因 ， 當(dāng)然也會(huì)打開一些合成氨基酸的基因 ， 以應(yīng)付這種緊急狀況 。 2 Trp 操縱子的精細(xì)調(diào)節(jié)包括 _________ 及 _________ 兩種機(jī)制。 ppGpp與 pppGpp的作用范圍十分廣泛，它們不是只影響一個(gè)或幾個(gè)操縱子，而是影響一大批，所以它們是超級(jí)調(diào)控因子。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是空載 tRNA。 ④生物學(xué)意義 對(duì)于細(xì)菌來(lái)說， Tn是入侵者，除抗生素抗性基因?qū)?xì)菌有利外，過多 Tn對(duì)細(xì)菌是一個(gè)況重負(fù)擔(dān)、甚至置細(xì)菌于死地（轉(zhuǎn)座引起插入突變等） Tn10用反義 RNA約束自己不要過多繁殖以免與宿主同歸于盡。 2啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄方向相反，在轉(zhuǎn)錄區(qū)有 35（ 40） bp重疊，導(dǎo)致 2條 RNA互補(bǔ)。 （ 4） 2種 Pr.（ ）隨滲透壓變化而變化此消彼長(zhǎng)，總量不變。 移框作用如此精細(xì)的自體調(diào)控機(jī)制目前仍不清楚 ，可能與前面 25肽的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 ②移框窗口至少含 15個(gè)核苷酸。AUG（學(xué)理發(fā)） ③閱讀（ mRNA）方向 5’→3’，合成肽鏈方向 N—C，而不能反之。例如 AuG CCA AAA uuu ccc可以讀成 AuG/GCA/AAA/UUU/CCC，而不會(huì)讀 A/UGG/CAA/AAU/UUC/CC。 真核只有 1種，即 eIF。因?yàn)榧尤腩~外操縱子于細(xì)菌， mRNA↑核糖體 。 （ 1）核糖體是 1座合成 ，沿 mRNA移動(dòng) 快速合成 糖體以 rRNA為骨架加核糖體 pr構(gòu)成。目前所知， mRNA 終止子（尤是不依賴 ρ因子終止子）或類似的發(fā)夾結(jié)構(gòu)都可以不同程度阻礙 RNase對(duì) mRNA的降解。 甲基化酶可能有本底水平，當(dāng)有紅霉素時(shí)，可使甲基化酶大量表達(dá)。（紅霉素通過該位點(diǎn)結(jié)合于核糖體） ,抑制蛋白質(zhì)合成。例，重組 IL2， Plac的 SDs距 AuG 7個(gè)核苷酸， IL2表達(dá)最高，距 8個(gè)核苷酸， IL2表達(dá)降低 500倍。 （ 2）位置 — mRNA起始密碼子 AuG上游 4~13bp處，與 AuG間隔4~13bp。 當(dāng) RecA水解 LexA阻遏物后，導(dǎo)致 SOS體系（包括 recA基因）高效表達(dá)， DNA得到修復(fù) 轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄是原（真）核基因調(diào)控的重要水平，由于原核生物沒有核膜，轉(zhuǎn)錄翻譯同時(shí)同一個(gè) pt,進(jìn)行，所以轉(zhuǎn)錄后調(diào)控余步不大。這種雙重功能是通過 AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的（ Pi和 Pr)。 ?弱化子作用 前導(dǎo)區(qū)的轉(zhuǎn)錄 無(wú)色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄可持續(xù)進(jìn)行 有色氨酸存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄在弱化子區(qū)域終止 Trp操縱子的弱化子調(diào)控 有色氨酸時(shí)，核糖體的移動(dòng)阻止了 3 莖環(huán)的形成，但 4莖環(huán)形成，終止轉(zhuǎn)錄 無(wú)色氨酸時(shí)，核糖體在 trp密碼子處停留，形成 3莖環(huán)，阻止了 4莖環(huán)的形成，轉(zhuǎn)錄繼續(xù) 其他操縱子 一、半乳糖操縱子 (galactose operon) 異構(gòu)酶 (galE) 乳糖 磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶 (galT) 半乳糖激酶 (galk)。 當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸 濃度高 時(shí) ， 核糖體可順利通過兩個(gè)相鄰的色氨酸密碼子 ， 在 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前 ， 核糖體就到達(dá) 2區(qū) ， 這樣使 23不能配對(duì) ，34區(qū)可以自由配對(duì)形成莖 環(huán)式的終止子結(jié)構(gòu) ， 使得只有約 10％ 的 RNA聚合酶能繼續(xù)參與色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄 （ 圖 910 ） 。 轉(zhuǎn)錄的弱化理論認(rèn)為 ， mRNA轉(zhuǎn)錄的終止是通過前導(dǎo)肽基因的翻譯來(lái)調(diào)節(jié) 的 ， 在前導(dǎo)肽基因中有兩個(gè)相鄰的 色氨酸密碼子 ， 在翻譯時(shí)對(duì)tRNATrp的濃度十分敏感 。核糖體經(jīng)過前導(dǎo)區(qū)繼續(xù)翻譯的能力 控制著這兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 ，它決定 mRNA是否形成終止所需的結(jié)構(gòu)。 仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)這種調(diào)控現(xiàn)象與色氨酸操縱子 特殊的結(jié)構(gòu)有關(guān) 。 1. 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu) trp操縱子的調(diào)控： 啟動(dòng)子調(diào)控 —— 阻遏系統(tǒng) 弱化子 （ 衰減子 ） 調(diào)控 2. 阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控 合成色氨酸所需要酶類的 基因 E、 D、 C、 B、A等頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群 ， 受其上游的啟動(dòng)子 Ptrp和操縱子 ｏ 的調(diào)控 ， 調(diào)控基因trpR的位置 遠(yuǎn)離 Pｏ 結(jié)構(gòu)基因群 ， 在其自身的啟動(dòng)子作用下 ， 以組成性方式低水平表達(dá)其編碼分子量為 47000的調(diào)控蛋白 R， R并沒有與 ｏ 結(jié)合的 活性 ， 當(dāng)環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時(shí) ，R與色氨酸 結(jié)合后構(gòu)象變化而活化 ， 就能夠與 ｏ特異性親和結(jié)合 ， 阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄 。 ? 在 trpA之后有兩個(gè)終止信號(hào) t和 t180。 細(xì)菌所以能做到這點(diǎn)是因?yàn)?有色氨酸操縱子 （ trp operon） 的調(diào)控 。 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(duì)轉(zhuǎn)錄起正性作用的調(diào)控蛋白 ── 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 lac操縱子的附近 ，CAP可以對(duì) 幾個(gè)操縱子 都起作用 。 lac操縱子的強(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 。 在 lac操縱子的啟動(dòng)子 Plac上游端有一段序列與 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） 。就象（下圖）表示的那樣，RNA聚合酶的結(jié)合部位（ lac操縱基因）也是 LacI阻遏蛋白的結(jié)合部位，實(shí)驗(yàn)表明 RNA聚合酶和 LacI阻遏蛋白對(duì)操縱基因序列的結(jié)合是相互排斥的。 ? lac 操縱子受 LacI阻遏蛋白調(diào)控。 （安慰誘導(dǎo)物） 一些化學(xué)合成的 乳糖類似物 ， 不受 ? －半乳