【正文】 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。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(zhǎng)繁殖。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。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(guò)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。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(guò)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。順式作用元件通常是非編碼序列。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。RNA編輯、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)。可見(jiàn)，基因表達(dá)調(diào)控是在多級(jí)水平上進(jìn)行的復(fù)雜事件。 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(yíng)養(yǎng)狀況(nutritionalstatus)和環(huán)境因素(environmental factor)對(duì)基因表達(dá)起著舉足輕重的影響?！　。?）轉(zhuǎn)錄起始。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?！　№樖阶饔迷褪侵缚捎绊懽陨砘虮磉_(dá)活性的 DNA序列。阻遏蛋白可結(jié)合操縱序列，阻遏基因轉(zhuǎn)錄?！　〗^大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合 DNA前需通過(guò)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用形成二聚體或多聚體。　?。?）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(hào)刺激下在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，隨后這些調(diào)節(jié)蛋白通過(guò)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)有乳糖供應(yīng)時(shí)，在無(wú)葡萄糖培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的lac+細(xì)菌中將同時(shí)合成β半乳糖苷酶和透過(guò)酶，如圖。說(shuō)明酶的合成不是由前體轉(zhuǎn)化而來(lái)的，而是加入誘導(dǎo)物后新合成的。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、乙酰基轉(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。B阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)　　當(dāng)大腸桿菌在沒(méi)有乳糖的環(huán)境中生存時(shí)，1ac操縱元處于阻遏狀態(tài)。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。1ac操縱元的強(qiáng)誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在，又需要沒(méi)有葡萄糖可供利用。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。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。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。在Glu存在的情況下，cAMP CAP含量少，當(dāng)Gal存在，而無(wú)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(kāi)始轉(zhuǎn)錄gal E而不轉(zhuǎn)錄另外的2個(gè)基因gal T和gal K?？赡芏咭?jìng)爭(zhēng)RNA 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(guò)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)。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。當(dāng)細(xì)胞中AraC蛋白濃度超過(guò)40拷貝時(shí)，它結(jié)合于araOl阻遏自己的mRNA的轉(zhuǎn)錄。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)榱硪幌啵司头Q為相轉(zhuǎn)變（phase variation）。H2的起始密碼子在反向重復(fù)序列IRR右側(cè)16bp處。它所識(shí)別的啟動(dòng)子帶有的保守順序， σ70識(shí)別的相似。在感染的瞬間，噬菌體的早期基因被轉(zhuǎn)錄了。調(diào)節(jié)的方式是一種級(jí)聯(lián)調(diào)控。無(wú)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。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）。在孢子形成結(jié)束時(shí)約有40% 的細(xì)菌mRNA對(duì)孢子形成是特異的。 SpoOA是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)物，其活性受磷酸化的作用。在σF的指導(dǎo)下，RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄第一套取代了營(yíng)養(yǎng)期基因的孢子形成基因。一種信號(hào)（通過(guò)間隔的蛋白膜）的傳遞來(lái)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。孢子形成是由兩種級(jí)聯(lián)調(diào)控控制的，在級(jí)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)。修飾核心酶替換σ亞基,那就依賴本身攜帶的蛋白對(duì)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(lái)的σ亞基,從而改變RNA聚合酶的識(shí)別能力。有時(shí)稱其為超修飾（hupermodified）的RNA聚合酶。分鐘，但其DNA的注入很慢，整個(gè)的過(guò)程約10分鐘，而其它的噬菌體僅1分鐘即可完成。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)生了改變，所以是較弱的啟動(dòng)子，但由于其位置排在 Ⅲ 組啟動(dòng)子的前面，所以先進(jìn)入宿主得以轉(zhuǎn)錄，而不與第 Ⅲ 組啟動(dòng)子的競(jìng)爭(zhēng)。而排在基因10后面的基因都是編碼少量頭部蛋白和尾部蛋白的，無(wú)需大量的轉(zhuǎn)錄，后面越過(guò)Tj延長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)度就可滿足需要了，這本身也是一種終止子對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。相比這下，CP蛋白的起始密碼子AUG處被核糖體所附著，因它曝露在二級(jí)結(jié)構(gòu)的未端（圖1651）。這樣外殼蛋白就成了復(fù)制酶基因的特異翻譯阻遏物。A（atachment）編碼附著蛋白（含393氨aa，MW為44KDa）；Rep（replicase）編碼復(fù)制酶（含544aa，MW為61KKDa）；lys（lysis）白基因編碼裂解蛋白,和cp，Rep基因重疊，該蛋白含75aa。 人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ｅ發(fā)生突變時(shí)Ｄ的產(chǎn)量也隨這下降，但不影響下游的Ｃ基因，這是否是極性效應(yīng)所致呢？回答是否定的。 TrpEThrPhe終止密碼子 ACU UUC UGAUG GCU MetAlaTrpD當(dāng)TrpE翻譯終止時(shí)，核糖體尚未來(lái)得及解離，已處于TrpD的起始密碼子上，使翻譯偶聯(lián)起來(lái)，這兩個(gè)基因的彼此協(xié)調(diào)，而于下游鄰近的C基因就不存在這種翻譯偶聯(lián)的關(guān)系。如今，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種RNA分子，不僅編碼一種酶類(lèi)，而且能在該酶完成足夠的工作以后自動(dòng)關(guān)閉。耶魯大學(xué)的生化學(xué)家Ronald Breaker推測(cè)，可能硫胺自己完成了這一工作——該假說(shuō)與長(zhǎng)期以來(lái)的觀點(diǎn)背道而馳，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為只有蛋白質(zhì)才能與mRNA相連，終止蛋白質(zhì)合成。波士頓哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的分子生物學(xué)家Jack Szostak指出，即使研究者知道RNA酶已經(jīng)有20年了，他們?nèi)匀徽J(rèn)為RNA不像蛋白質(zhì)那樣作用廣泛。調(diào)節(jié)物RNA的靶順序是單鏈核苷酸順序，調(diào)節(jié)物RNA的功能是和靶順序互補(bǔ)，形成一個(gè)雙鏈區(qū)。 ompF基因的翻譯（圖1654）（micRNA, mRNAinterfering plementary RNA ）。一般都稱之為反義RNA( antisense RNA )。（見(jiàn)第十七章）反義基因已被導(dǎo)入到真核細(xì)胞中。但抑制作用既能發(fā)生核中，也能發(fā)生在胞質(zhì)中。但農(nóng)業(yè)上除了培養(yǎng)抗病毒植株外，現(xiàn)已應(yīng)用于果蔬運(yùn)輸?shù)谋ｕr以及珍奇花卉的培育。位點(diǎn)各附著兩個(gè)磷酸）。在嚴(yán)峻的條件下嚴(yán)緊反應(yīng)可以觸發(fā)(p)ppGpp的增加。松馳突變大部分基因位點(diǎn)位于relA基因中，此基因編碼一種蛋白，稱為嚴(yán)緊因子（stringent factor）。當(dāng)條件恢復(fù)到正常時(shí)，ppGpp怎樣被去除的呢？有一個(gè)基因叫做spoT，它編碼一種酶，主要的作用是催化ppGpp的降解。提純的RelA酶它本身實(shí)際是沒(méi)有活性的?？蛰dtRNA的進(jìn)入，觸發(fā)了(p)ppGpp分子的合成。異常核苷酸在兩種控制系統(tǒng)中都能發(fā)揮作用是很有趣的現(xiàn)象?！? RelA酶用GTP作為底物的頻率是較高的，所以pppGpp的產(chǎn)生是占優(yōu)勢(shì)的。此控制的特點(diǎn)是通過(guò)另一個(gè)位點(diǎn)的松弛突變而顯示，此突變?cè)瓉?lái)稱為relC，現(xiàn)在弄清楚它就是編碼50S亞基L11蛋白的rp1K基因?！? ppGpp有什么作用呢？它是一系列反應(yīng)的效應(yīng)物，包括抑制轉(zhuǎn)錄（圖1639）。而在缺乏葡萄糖時(shí)，cAMP觸發(fā)碳源利用的轉(zhuǎn)換。在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)烏苷觸發(fā)了嚴(yán)緊反應(yīng)。它們有的位于3′端非編碼區(qū)，有的在基因間的間隔區(qū)。27 / 27。這是由于IR的存在可以防止3′－5′外切酶的降解作用。mRNA穩(wěn)定性對(duì)翻譯的調(diào)控′—3′外切活性的核糖酸酶，降解mRNA有的酶有兩種：RNaseII和多核苷酸磷酸化酶，這兩種酶都是3′—5′的外切酶，但mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)可以阻遏這些酶的作用。許多反應(yīng)已被報(bào)導(dǎo)，其中2個(gè)較為突出：①rRNA操縱子的啟動(dòng)子其轉(zhuǎn)錄起始被嚴(yán)緊反應(yīng)特異抑制了。嚴(yán)緊調(diào)節(jié)的啟動(dòng)子發(fā)生突變能消除嚴(yán)緊控制，表明此效應(yīng)需要和特異啟動(dòng)子序列相互作用；②很多或大部分模板的轉(zhuǎn)錄延伸階段被ppGpp縮短了，此是RNA聚合酶停頓的增加而引起的。L11蛋白或某些其他成分構(gòu)象的改變可能激活RelA酶，這樣空轉(zhuǎn)反應(yīng)就代替了肽酰tRNA的轉(zhuǎn)位。通過(guò)pppGpp產(chǎn)生ppGpp是最通用的路線，而ppGpp通常就是嚴(yán)緊反應(yīng)的效應(yīng)物。在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)烏苷觸發(fā)了嚴(yán)緊反應(yīng)。核糖體是恢復(fù)多肽的合成，還是進(jìn)行另一輪的空轉(zhuǎn)反應(yīng),關(guān)鍵是取決于氨基酰tRNA是否有效。它的活性是由核糖體在合成蛋白中的狀態(tài)所控制的。spoT突變會(huì)提高ppGpp的水平，并會(huì)慢慢增加。因此似乎只有在核糖體少量存在時(shí)才能產(chǎn)生嚴(yán)緊反應(yīng)。任何一種氨基酸的缺乏或使任何氨基酰tRNA合成酶的失活突變都足以起始嚴(yán)緊反應(yīng)，此表明嚴(yán)緊反應(yīng)的觸發(fā)器是位于核糖體A位點(diǎn)中的空載tRNA。一三磷酸339。此就稱為嚴(yán)緊反應(yīng)(strigent response)，這是它們抵御不良條件，保存自己的一種機(jī)制。另一種情況下是將反義RNA注入到細(xì)胞質(zhì)中，通過(guò)和mRNA 5ˊ端區(qū)域形成雙鏈來(lái)抑制翻譯。由于其作用和反義RNA的數(shù)量有關(guān)，因此常常并不能起到完全抑制的作用。MicF RNA 通過(guò)和OmpF mRNA的結(jié)合來(lái)作為一種調(diào)節(jié)物并阻止其翻譯。它們?nèi)绾螌?duì)滲透壓的改變作出反應(yīng)呢？OmpC和OmpF兩個(gè)基因編碼了OmpC和OmpF兩種外膜蛋白，這兩個(gè)基因并不連鎖，但卻受到培養(yǎng)基的滲透壓的控制。(1) 和靶核苷酸順序形成雙鏈區(qū)，直接阻礙其功能，如翻譯的起始?！艾F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)了，”Szostak說(shuō)，“這非常令人滿意。這些mRNA的第一部分包括兩種硫胺合成酶的基因序列，第二部分則包括了另一種研究者容易測(cè)定的蛋白質(zhì)“設(shè)計(jì)圖”。細(xì)胞通過(guò)將DNA復(fù)制成一份信使RNA (mRNA)“設(shè)計(jì)圖”的方式來(lái)生產(chǎn)蛋白質(zhì)——某種細(xì)胞器能利用這份圖來(lái)建造蛋白質(zhì)。TrpB和TrpA也同樣以這種偶聯(lián)的關(guān)系來(lái)協(xié)調(diào)一致。在上游基因發(fā)生的無(wú)意突變時(shí)，有意密碼子突變成了終止密碼子，細(xì)胞中無(wú)對(duì)應(yīng)的αtRNA，因核糖體在此解離，緊跟其后的ρ因子可以延著mRNA追上RNA聚合酶，從DNA上解離下停止了轉(zhuǎn)錄。A2編碼成熟蛋白，它兼有裂解蛋白的功能；A1蛋白是主要的病