【正文】 硫胺素（ TPP）與大腸桿菌 thiM riboswitch結(jié)合后，核糖體識別的 mRNA片段（ TPP的閱讀起點）被掩蓋起來。而在 mRNA上緊隨雜交區(qū)之后的是一段 U豐富區(qū)。 ◆ 抗紅霉素基因 編碼的甲基化酶是使 23s rRNA上的腺苷酸 甲基化 , 使紅霉素無法與其結(jié)合，從而達到抗紅霉素的作用?？杀ＷC其利用其它糖類，如 lac操縱子、 gal （半乳糖）操縱子和 ara（阿拉伯唐）操縱子等。 ? 細菌缺乏氨基酸時會產(chǎn)生 鳥苷四磷酸 （ ppGpp,魔斑）和 鳥苷五磷酸 （ pppGpp）作為報警物質(zhì)。 ▲ ppGpp對 rRNA轉(zhuǎn)錄的抑制 ppGpp使大部分模板的轉(zhuǎn)錄效率下降 mRNA穩(wěn)定性對翻譯的調(diào)控 ◆ 在 mRNA外切酶有兩種： RNaseII和多核苷酸磷酸 化酶（ 3′— 5′） , mRNA的二級結(jié)構(gòu)可以阻遏酶的作用。 ? ppGpp也可抑制 核糖體和其他大分子 的 合成 ，活化某些氨基酸操縱子的轉(zhuǎn)錄表達，抑制與氨基酸運轉(zhuǎn)無關(guān)的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，活化蛋白水解酶等。 GTP+ATP→pppGpp+AMP→ppGpp 魔斑 Ⅰ 魔斑 Ⅱ 嚴緊因子（ RelA）： 是一種（ p） ppGpp的合成酶，它可以催化 ATP將焦磷酸加到另一個 GTP或 GDP的 3′位點。因此甲基化酶不能產(chǎn)生， 當紅霉素存在時 ,與核糖體大亞基的 23S rRNA結(jié)合 ,抑制了前導(dǎo)肽的翻譯 ,因此核糖體停留在 mRNA的 1區(qū) ,使 2區(qū)和 3區(qū)得以相互配對形成發(fā)夾結(jié)構(gòu) ,甲基化酶的 SD順序就裸露出來可以和第二個核糖體結(jié)合 ,翻譯出甲基化酶 。 ? 而其它基因中利用這些稀有密碼子頻率很低。 ③ 反義 RNA可直接抑制靶 mRNA的轉(zhuǎn)錄。 E 核糖體開關(guān)（ Riboswitch） 調(diào)節(jié)性的 RNA 成分 ，它們通過直接探測到小分子代謝物，控制基因轉(zhuǎn)錄和翻譯而起作用。 – 核糖體蛋白的基因組合成 數(shù)個 操縱子，每一個操縱子都包含多至 11個核糖體蛋白基因（某些與其合成與生長速度耦聯(lián)的非核糖體蛋白也包括在這些操縱子中，包括 RNA聚合酶的亞基 α、 β、 β’）。 基本步驟 RNA聚合酶的代換 ◆ T7噬菌體根據(jù)自身的感染特點而采用 RNA聚合酶的代換方式 來進行時序調(diào)控 。 營養(yǎng)時期的基因被關(guān)閉，孢子形成的特異基因表達。 在細菌的分裂中有 1/1000的概率會出現(xiàn)由一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌?，稱為 相轉(zhuǎn)變（ phase variation） 。 araC+Ara和 CRP共同作用 可激活 RNA pol轉(zhuǎn)錄araBAD。 調(diào)節(jié)機制 ? 調(diào)節(jié)蛋白 AraC的作用 第一，它調(diào)節(jié)它自己的生物合成。 四）阿拉伯糖操縱子（ arabinose operon） 基因組成 結(jié)構(gòu)基因 ： araA、 araB和 araD 分別編碼 L－阿拉伯糖異構(gòu)酶、核酮糖激酶和L－核酮糖－ 5－磷酸－ 4－差向異構(gòu)酶。 從 S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中 無葡萄糖 時，才能順利進行， RNA聚合酶與 S1的結(jié)合需要半乳糖、 CAP和較高濃度的 cAMP。與色氨酸阻抑物的作用 (70倍 )合在一起，這就意味著色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達施加了 700倍的調(diào)節(jié)效果。比較野生型和 突變型在 42℃ 和 30℃ 時 Asase的酶活性，表明 Trp tRNAtrp有調(diào)節(jié)功能 ? trpΔLD102突變株 該細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 trpΔED53 中 L 不缺失 （ 弱化子存在 ） ，trpΔLD102中 L缺失 （ 弱化子不存在 ） ， 缺失前導(dǎo)區(qū)后的表達比有前導(dǎo)區(qū)的表達要高得多 ， 充分說明 trp操縱子的表達調(diào)控除阻遏作用外 ， 還受到 前導(dǎo)區(qū) 的影響 ， 失去了這個因素就失去了一個調(diào)控機制 。 在位于 65min處還有一個 trpS（色氨酸 tRNA合成酶），它和攜帶有 trp的 tRNATrp也參與 trp操縱子的調(diào)控作用。葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱 分解代謝阻遏 (catabolic repression)。 ◆ CRP和 cAMP結(jié)合后 ,稱為 CAP，刺激操縱子 ,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄 (正調(diào)控 )。由于阻遏物的結(jié)合并不是絕對緊密，即使在與操縱基因緊密結(jié)合時，也會偶爾掉下來，這時啟動子的阻礙被解除， RNA聚合酶開始轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致在非誘導(dǎo)情況下少量透過酶可以合成。 Uninducible lacI S mutations are dominant Constitutive lacI d mutations are dominant 組成型 表達 不可 誘導(dǎo) Lac阻遏物 結(jié)構(gòu)特點 調(diào)控機制 （負調(diào)控） 由基因 I編碼生成的蛋白質(zhì) 具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 具有 4個相同亞基，每個亞基中都有一 與誘導(dǎo)劑和 O基因結(jié)合的位點 Lac阻遏物與 O基因結(jié)合： 結(jié)構(gòu)基因關(guān)閉 Lac阻遏物與誘導(dǎo)劑結(jié)合： 不與 O基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因開放 RNA聚合酶結(jié)合，轉(zhuǎn)錄開始 ▲ Lac阻遏物 I O O ρ 誘導(dǎo)劑 乳糖操縱子的負調(diào)控 O+Z+ ＋ OcZ+ ＋ ＋ OcZ+/O+Z+ ＋ ＋ OcZ－ /O＋ Z+ － ＋ OcZ+/O＋ Z－ ＋ ＋ 基 因 型 組成表達 誘導(dǎo)表達 操縱基因 ② O基因組成型突變 說明： Oc對 O+顯性，但只對其臨近的基因才有作 用，稱為順式顯性。 I型：野生型為 I+，突變型為 I； O型：野生型為 O+，突變型為 Oc。 一個操縱子 ＝ 編碼序列（ 26） +啟動序列 +操縱序列 +(其他調(diào)節(jié)序列 ) 二、原核基因調(diào)節(jié)特點 乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn)： 葡萄糖充分時： 葡萄糖代謝有關(guān)的酶基因 表達 其他糖代謝有關(guān)的酶基因 關(guān)閉 葡萄糖耗盡時 ,乳糖存在： 乳糖代謝有關(guān)的酶基因 表達 葡萄糖代謝有關(guān)的酶基因 關(guān)閉 說明酶可以誘導(dǎo) 一）乳糖操縱子 (lactose operon) 乳糖的利用及其相關(guān)的酶 : 乳糖 (在 通透酶 作用下進入細菌） 別位乳糖 葡萄糖 +半乳糖 β半乳糖苷酶 ?乳糖的利用 β半乳糖苷酶 乳糖確實可誘導(dǎo) Lac mRNA的合成 能以乳糖作為唯一碳源和能源生長的定為 lac+；相反，稱之為 lac。 細菌在進行調(diào)控時： 一個體系在需要時被打開，不需要時被關(guān)閉。 假如在大腸桿菌內(nèi)，平均一個基因 1000bp，一個細胞中約有 25003000個基因。 對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為 基因表達調(diào)控（ gene regulation或 gene control）。 β半乳糖苷酶是一種 β半乳糖苷鍵的專一性酶，除能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，還能水解其他 β半乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。 I突變體由于不能產(chǎn)生阻遏物，使細胞成為 lac永久表達型。 O決定相鄰 Z基因的產(chǎn)物是誘導(dǎo)型合成還是組成型合成， O區(qū)域稱為 操縱基因 。 1968年，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌培養(yǎng)液中加入 cAMP可增加半乳糖苷酶的產(chǎn)量。 cAMPCAP還能直接影響 RNA聚合酶的活性。由于 trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或 cAMPCAP的調(diào)控。 高 Trp時： 輔阻遏物蛋白 +Trp 結(jié)合操縱基因 不轉(zhuǎn)錄 低 Trp時： 輔阻遏物蛋白 不結(jié)合操縱基因 轉(zhuǎn)錄 Trp 有 Trp 無 Trp mRNA O P trpR 調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 色氨酸操縱子 ◆ 前導(dǎo)區(qū)的序列特點 ◆ 轉(zhuǎn)錄衰減機制 ◆ 衰減機制的實驗證據(jù) 前導(dǎo)區(qū)（ Leader）： 結(jié)構(gòu)基因起始密碼子前有 162個堿基，其中的 139個堿基構(gòu)成前導(dǎo)區(qū)。 3)其他氨基酸饑餓對 Trp衰減子的影響 ? 當所有的氨基酸都不足時，核糖體翻譯移動的速度就更慢， 結(jié)果有利于 1+2和 3+4發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成，于是 RNA pol停止 轉(zhuǎn)錄。 這 3個酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖 1磷酸。 B 雙啟動子的功能 半乳糖不僅可以碳源供細胞生長，而且尿苷二磷酸半乳糖（ UDPgal）是大腸桿菌細胞壁合成的前體。 ? AraC的結(jié)構(gòu)： AraC由 292aa殘基組成，其 N端 結(jié)構(gòu)域 (1170aa) 可結(jié)合阿拉伯糖并參與形成二聚體， C端 （ 178292aa) 為 DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。 第二，它對 araBAD既是負的調(diào)節(jié)子也是正的調(diào)節(jié)子(regulator)，它既能結(jié)合于 araO2又能結(jié)合于 araI。 但 當同時有葡萄糖和 Ara時 ，由于 cAMP不能激活 CRP，araBAD則不表達，同時 araC也不表達。 六） RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始對基因表達的調(diào)控 σ因子的替換 級聯(lián)調(diào)控 早期 ☆ 從一套基因的轉(zhuǎn)錄到另一套基因的表達是噬菌體感染的共同特點。 修飾核心酶替換 σ亞基 T4噬菌體的時序調(diào)節(jié)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聚合酶的識別能力 。 ◆ 晚期轉(zhuǎn)錄分為二組（ Ⅱ 和 Ⅲ ） 感染后 6～ 12分鐘后 T7就利用自己的 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第 Ⅱ 組基因。 每一個操縱子編碼自己的關(guān)鍵蛋白，它抑制整個操縱子的表達。 F 反義 RNA（ antisenseRNA）的調(diào)控 反義 RNA（ antisenseRNA） ： 能與 mRNA互補結(jié)合 ， 從而阻斷 mRNA翻譯的 RNA分子 反義基因： 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義 RNA的基因 可調(diào)控原核細胞中基因表達、控制噬菌體溶菌 溶源狀態(tài)以及抑制轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)位作用等。其結(jié)構(gòu)類似于終止子結(jié)構(gòu)，從而使轉(zhuǎn)錄開始不久后即終止。 ◆ 抗紅霉素基因的 mRNA的前導(dǎo)順序中有 4段 RNA順序 ，可以相互配對形成 二級結(jié)構(gòu) 。 ? 培養(yǎng)基中營養(yǎng)缺乏，蛋白質(zhì)合成停止， RNA合成也趨于停止，這種現(xiàn)象稱為 嚴緊控制 。 ? 細菌缺乏任何一種氨基酸時，會在核糖體的 A位點結(jié)合無負載的 tRNA，消耗了 GTP而無法形成肽鍵，導(dǎo)致 GTP不斷消耗而產(chǎn)生報警物質(zhì)。