【正文】 galE內(nèi)部 ) (galactose operon) gal操縱子的特點： ① 它有兩個啟動子，其 mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄； ② 它有兩個 O區(qū)，一個在 P區(qū)上游，另一個在結(jié)構(gòu)基因 galE內(nèi)部。 gal操縱子 PO區(qū)有兩個相距僅 5bp的啟動子，每個啟動子擁有各自的 RNA聚合酶結(jié)合位點 S1和 S2， cAMPCRP對起始的轉(zhuǎn)錄有不同的作用： ① 從 S1起始的轉(zhuǎn)錄：無葡萄糖， RNA聚合酶與 S1的結(jié)合需要半乳糖、 CRP和cAMP。 ② 從 S2起始的轉(zhuǎn)錄：完全依賴葡萄糖，高水平的 cAMPCRP抑制轉(zhuǎn)錄。 (galactose operon) 半乳糖具有雙重功能：作為唯一碳源；作為合成尿苷二磷酸半乳糖 UDPgal形成細胞壁的前體。 在沒有外源半乳糖的情況下，細胞通過半乳糖差向異構(gòu)酶由 UDP葡萄糖合成 UDPgal，只需本底水平表達即可。 如果只有 S1(依賴于 cAMP－ CRP)一個啟動子，當有葡萄糖時就不能合成異構(gòu)酶；只有 S2(不依賴于 cAMP－ CRP)，那么半乳糖使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)。 最終： 一個不依賴 cAMP－ CRP的 S2進行本底水平的表達，一個依賴于 cAMP－ CRP的 S1對高水平合成進行調(diào)節(jié) 。 雙啟動子的生理功能 阿拉伯糖降解基因 (構(gòu)成基因簇 araBAD) ： araB：編碼核酮糖激酶 araA： L阿拉伯糖異構(gòu)酶 araD： L核酮糖 5磷酸 4差向異構(gòu)酶 araE：膜蛋白 araF：阿拉伯糖結(jié)合蛋白 arabinose operon ① 與 araBAD相鄰的是：一個復(fù)合啟動子區(qū)域、兩個操縱區(qū) (O1和 O2)、一個調(diào)節(jié)基因 araC。 ② araBAD基因簇從啟動子開始向左轉(zhuǎn)錄，而araC向右轉(zhuǎn)錄。 ③ AraC蛋白既是 ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白 (起始轉(zhuǎn)錄還需要 cAMPCRP的共同參與 )，又是其負調(diào)節(jié)蛋白。 ④ AraC蛋白的兩種形式 Pr和 Pi， Pr是起阻遏作用的形式，與類操縱區(qū)位點結(jié)合； Pi是起誘導(dǎo)作用的形式，通過與 PBAD啟動子結(jié)合進行調(diào)節(jié)。 arabinose operon 低阿拉伯糖水平負調(diào)控 高阿拉伯糖水平正調(diào)控 1. AraC and control of the araBAD operon by antiactivation The promoter of the araBAD operon from E. coli is activated in the presence of arabinose and the absence of glucose and directs expression of genes encoding enzymes required for arabinose metabolism. This is very similar to the Lac operon. Because the magnitude of induction of the araBAD promoter by arabinose is very large, the promoter is often used in expression vector. If fusing a gene to the araBAD promoter, the expression of the gene can be easily controlled by addition of arabinose. What is an expression vector ? 1. AraC and control of the araBAD operon by antiactivation 1. araC表達受到 AraC的自身調(diào)控。 2. AraC既是 ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMPCRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負調(diào)節(jié)蛋白。這種雙重功能是通過 AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實現(xiàn)的（ Pi和 Pr)。 ara操縱子的調(diào)控有兩個特點 當細菌 DNA遭到破壞時，細菌會啟動 SOS的誘導(dǎo)型 DNA修復(fù)系統(tǒng)，參與 SOS DNA修復(fù)系統(tǒng)的基因受 LexA阻遏蛋白 的抑制。 當 DNA嚴重受損時， DNA復(fù)制被中斷，單鏈 DNA缺口數(shù)量增加， RecA蛋白 與缺口處單鏈 DNA相結(jié)合，被激活成為蛋白酶，將 LexA蛋白 切割為沒有阻遏和操縱區(qū) DNA結(jié)合活性的兩個片段，導(dǎo)致 SOS體系高效表達， DNA得到修復(fù)。 阻遏蛋白 LexA的降解與細菌中的 SOS應(yīng)答 SOS反應(yīng)的機理： 由 RecA蛋白和 LexA阻遏物的相互作用引起的。 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)動因子。在單鏈 DNA和 ATP存在時， RecA蛋白被激活，表現(xiàn)出水解酶活性，分解 LexA阻遏物。 當 RecA水解 LexA阻遏物后，導(dǎo)致 SOS體系（包括recA基因）高效表達， DNA得到修復(fù)。 阻遏蛋白 LexA的降解與細菌中的 SOS應(yīng)答 翻譯水平的調(diào)控： mRNA的翻譯起始區(qū) (TIR)：起始密碼子和核糖體結(jié)合位點 (RBS， mRNA鏈上起始密碼子 AUG上游的一段非翻譯區(qū) )的結(jié)構(gòu)，以及它們之間的距離。 ? 起始密碼子及鄰近序列不形成二級結(jié)構(gòu)則有利于翻譯的起始； ? RBS中的 SD序列，越接近共同序列，核糖體結(jié)合的效率越高； 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 翻譯的調(diào)控主要發(fā)生在 TIR與核糖體的相互作用上，是一些蛋白質(zhì)因子和反義 RNA對翻譯調(diào)控的靶位點： ① 增強 TIR的二級結(jié)構(gòu)、形成假結(jié)或空間障礙，阻礙了核糖體與 TIR的結(jié)合和相互作用； ② 反義 RNA通過 TIR、 mRNA 5‘端配對而阻止與核糖體的結(jié)合或降低親和力，影響翻譯； ③ 活化蛋白與 TIR或其鄰近序列的結(jié)合，破壞了原有的二級結(jié)構(gòu)，從而提高了核糖體與 TIR的親和力 翻譯調(diào)控可能的途徑 翻譯的起始： 1. 核糖體通過核糖體結(jié)合位點 (RBS)中的SD序列與 mRNA結(jié)合，結(jié)合的強度取決于 SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子 AUG之間的距離，一般 410bp。 2. mRNA的二級結(jié)構(gòu)也影響核糖體 30s亞基與 mRNA的結(jié)合。 翻譯起始的調(diào)控 大腸桿菌復(fù)制時，岡崎片段 RNA引物由dnaG基因編碼的引物酶合成， dnaG、 rpoD、 rpsU屬于同一個操縱子，而這三個基因產(chǎn)物在數(shù)量上大不相同，分別為 50個， 2800個， 40000個 /細胞 (保持比例 )。 如何解釋？ (稀有密碼子的 tRNA較少 ) 稀有密碼子對翻譯的影響 現(xiàn)象： Trp操縱子結(jié)構(gòu)基因由 EDCBA組成，正常情況下基因產(chǎn)物等量，但 E突變后，其鄰近的 D產(chǎn)量比下游的 BA產(chǎn)量要低的多。 原因： E基因的終止密碼子和 D基因的起始密碼子共用一個核苷酸。 重疊基因?qū)Ψg的影響 細胞中蛋白質(zhì)合成旺盛時， mRNA鏈上核糖體數(shù)量就多， mRNA鏈上的 polyA也較長，當某些 mRNA鏈不再被翻譯時，核糖體就被釋放出來，其 polyA也相應(yīng)縮短。 polyA對翻譯的影響 現(xiàn)象： Qβ噬菌體基因組包含 3個基因，從5’3’方向依次是 成熟蛋白基因 A、 外殼蛋白基因 和 RNA復(fù)制酶基因 。 +鏈 RNA作為模板指導(dǎo)合成復(fù)制酶，并與宿主中已有的亞基結(jié)合行使復(fù)制功能，從而影響了復(fù)制酶對 鏈的催化合成。 原因：復(fù)制酶作為翻譯阻遏物進行調(diào)節(jié) 翻譯的阻遏 反義 RNA是與靶 RNA具有互補序列的 RNA，通過互補 RNA序列與特定靶 mRNA結(jié)合而起負調(diào)控作用： ① 反義 RNA結(jié)合位點通常是 mRNA的 SD序列、起始密碼子 AUG和 N端的部分密碼子； ② 反義 RNA可以與靶序列 RNA相互形成類似于不依賴于 ρ 因子的終止結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄提前終止。 反義 RNA的調(diào)控作用 Questions of this chapter 1. 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及其調(diào)控機理。 2. 色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)及其調(diào)控機理。 3. 半乳糖操縱子結(jié)構(gòu)及其調(diào)控機理。 4. 阿拉伯糖操縱子結(jié)構(gòu)及其調(diào)控機理。 5. 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控包括哪些方面？