原核基因表達(dá)調(diào)控(1)-資料下載頁(yè)
2025-01-12 07:34本頁(yè)面
【正文】 五、固氮基因調(diào)控（簡(jiǎn)介） ? 生物固氮簡(jiǎn)介 ? 微生物利用自己獨(dú)特的固氮酶系統(tǒng)．將從光合作用產(chǎn)物或其他碳水化合物得到的電子和能量傳遞給氮（ N2），使其還原成氨，這就是生物固氮。 ? 生物固氮主要包括自生固氮和共生固氮兩大類。自生固氮是指有些固氮微生物在土壤或培養(yǎng)基中能夠獨(dú)立地完成固定大氣中的分子態(tài)氮的作用，其固氮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于共生固氮。共生固氮是指固氮微生物和寄生植物生活在一起，直接從寄生植物獲取能源，完成固氮作用。由于其固氮能力強(qiáng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的意義也最大，常見(jiàn)的如豆科植物的共生固氮，藍(lán)綠藻與紅萍的共生固氮等。 返回首頁(yè) ? 當(dāng)前生物固氮研究的內(nèi)容，大致有以下三個(gè)方面： ? （ 1）在固氮資源的有效利用方面，許多國(guó)家都在大力發(fā)展豆科作物，通過(guò)其有效的共生固氮體系，增加生物氮源，改善土壤肥力，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。此外，接種根瘤菌提高豆科作物產(chǎn)量已在全世界范圍內(nèi)使用。在稻田里接種和放養(yǎng)紅萍和固氮藍(lán)藻，既能增加土壤中生物氮數(shù)量，又能提高水稻的產(chǎn)量。這種共生固氮途徑的有效利用，在我國(guó)和東南亞一些國(guó)家已有悠久的歷史。 （ 2）固氮的遺傳工程受到了廣泛重視，已成為目前最活躍的研究領(lǐng)域。遺傳工程是用人工方法去改變生物體的遺傳特性或者按照人們的意愿去創(chuàng)造新物種。對(duì)于固氮微生物來(lái)說(shuō)，固氮基因操縱和調(diào)節(jié)固氮酶的合成，從而使固氮微生物具有固氮作用。如果將固氮基因進(jìn)行人工轉(zhuǎn)移，就可能獲得具有固氮作用的新物種。 ? （ 3）化學(xué)模擬固氮：固氮微生物由于具有固氮酶可以在常溫常壓下將氮?dú)廪D(zhuǎn)變成氨，而工業(yè)合成氨卻要在高溫高壓下進(jìn)行。為了改變這種狀況，科學(xué)家正尋找像固氮酶那樣能在常溫下將氮變成氨的催化劑。這就是化學(xué)模擬固氮?；瘜W(xué)模擬固氮的研究，將為化學(xué)氮肥生產(chǎn)提供新型的催化劑，這對(duì)現(xiàn)代氮肥工業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都具有極其重要的意義。 ? 根瘤的產(chǎn)生 根瘤菌細(xì)胞以極性的方式與根毛接觸并附著到植物細(xì)胞壁上，其接觸的專一性由植物凝血素和細(xì)菌細(xì)胞壁之間的相互作用決定。植物凝血素是糖蛋白，細(xì)菌細(xì)胞壁上有脂多糖受體。 固氮酶 固氮酶催化固氮反應(yīng)，分兩步進(jìn)行，該酶含兩個(gè)組分：組分 I和組分 II 組分 I：鐵鉬蛋白， 2個(gè) a亞基（ nifD基因編碼） 2個(gè) β亞基（ nifK基因編碼）， 4個(gè)連接橋 2個(gè)輔助因子 組分 II：鐵蛋白， 2個(gè)相同的亞基 （ nifH基因編碼）， 1個(gè)連接橋 ? 與固氮有關(guān)的基因及其調(diào)控 研究發(fā)現(xiàn)與形成固氮根瘤有關(guān)的許多基因都位于染色體外的大質(zhì)粒上，這些質(zhì)粒的特定部位發(fā)生了缺失（突變體）則不能形成根瘤。 nifL基因控制整個(gè)固氮酶系統(tǒng)的表達(dá)和活性。 nif操縱子子上， nifA和 nif L基因的產(chǎn)物分別是其正和負(fù)調(diào)控因子。 Q B A L F M V S U X N E Y K D H J his D shi A nif 五、 原核生物的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 ? 翻譯起始的調(diào)控 ? SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子間的距離影響 RBS（核糖體結(jié)合位點(diǎn)）的結(jié)合強(qiáng)度， SD與 AUG間地般以 4－ 10個(gè)核苷酸為佳。 稀有密碼子對(duì)翻譯的影響 ? 已知 dnaG和 rpoD（編碼 RNA聚合酶亞基）及 rpsU（ 30S核糖體上的 S21б蛋白）屬于大腸桿菌基因組上的同一個(gè)操縱子，而這 3個(gè)基因產(chǎn)物在數(shù)量上卻大不相同，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)僅有 dnaG產(chǎn)物 50拷貝，而 rpoD為 2800拷貝， rpsU則高達(dá) 40 000拷貝之多。細(xì)胞通過(guò)翻譯調(diào)控，解決了這個(gè)問(wèn)題。 ? ? 研究 dnaG序列發(fā)現(xiàn)其中含有不少稀有密碼子，也就是說(shuō)這些密碼子在其他基因中利用頻率很低，而在 dnaG中卻很高。 ? 許多調(diào)控蛋白如 LacI、 AraC、 TrpR等在細(xì)胞內(nèi)含量也很低，編碼這些蛋白的基因中密碼子的使用頻率和 dnaG相似，而明顯不同于非調(diào)節(jié)蛋白。高頻率使用這些密碼子的基因翻譯過(guò)程極容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。 重疊基因?qū)Ψg的影響 ? 重疊基因最早在大腸桿菌噬菌體 ΦX174中發(fā)現(xiàn)，用不同的閱讀方式得到不同的蛋白質(zhì)，絲狀 RNA噬菌體、線粒體 DNA和細(xì)菌染色體上都有重疊基因存在。 ? Trp操縱子由 5個(gè)基因（ trpE、 D、 C、 B、 A）組成，在正常情況下，操縱子中 5個(gè)基因產(chǎn)物是等量的，但 trpE突變后，其鄰近的 trpD產(chǎn)量比下游的 trpBA產(chǎn)量要低得多。這種與 ρ蛋白無(wú)關(guān)的表達(dá)調(diào)控，已被證實(shí)是在翻譯水平上的調(diào)控。 ? 研究 trpE和 trpD以及 trpB和 trpA兩對(duì)基因中核苷酸序列與翻譯耦聯(lián)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn) trpE基因的終止密碼子和 trpD基因的起始密碼子共用一個(gè)核苷酸。 ? 由于 trpE的終止密碼子與 trpD的起始密碼重疊， trpE翻譯終止時(shí)核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一核糖體對(duì)兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。 RNA高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)翻譯的影響 ? 以 RNA噬菌體 f2的 RNA作為模板，在大腸桿菌無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中進(jìn)行蛋白質(zhì)合成時(shí)，大部分合成外殼蛋白， RNA聚合酶只占外殼蛋白的 1/3。用同位素標(biāo)記分析 RNA噬菌體幾種蛋白質(zhì)的起譯過(guò)程，發(fā)現(xiàn)外殼蛋白起譯頻率比合成酶至少要高 3倍。 ? 研究發(fā)現(xiàn) f2外殼蛋白基因的琥珀突變也影響了 RNA聚合酶合成的起始。但若該突變不是發(fā)生在外殼蛋白接近翻譯起始區(qū)，而是較靠后的位點(diǎn)，對(duì) RNA聚合酶的起譯就沒(méi)有影響?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，聚合酶的翻譯起始區(qū)被RNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)所掩蓋，外殼蛋白的起始翻譯破壞了RNA的立體構(gòu)象，使核糖體有可能與翻譯起始區(qū)結(jié)合，導(dǎo)致聚合酶的起譯。用甲醛處理 RNA可以增加聚合酶的產(chǎn)量，這說(shuō)明 RNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的可能性。 魔斑核苷酸水平對(duì)翻譯的影響 科學(xué)上，把培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)缺乏，蛋白質(zhì)合成停止后，RNA合成也趨于停止這種現(xiàn)象稱為嚴(yán)緊控制（ rel+）；反之則稱為松散控制（ rel）。研究發(fā)現(xiàn)，在氨基酸缺乏時(shí)，rel+菌株能合成鳥(niǎo)苷四磷酸（ ppGpp）和鳥(niǎo)苷五磷酸（ pppGpp），而 rel菌則不能。因?yàn)檫@兩種物質(zhì)是在層析譜上檢出的斑點(diǎn)故當(dāng)時(shí)稱魔斑 。 GTP+ATP→ pppGpp+AMP→ ppGpp ppGpp的主要作用可能是影響 RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合的專一性，從而成為細(xì)胞內(nèi)嚴(yán)緊控制的關(guān)鍵。當(dāng)細(xì)胞缺乏氨基酸時(shí)產(chǎn)生 ppGpp，可在很大范圍內(nèi)做出應(yīng)急反應(yīng)，如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(dá)，抑制與氨基酸運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，活化蛋白水解酶等。 返回首頁(yè)
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