【正文】 對的 OR3結(jié)合力是 OR2 ， OR1的十倍。 溶原溶菌周期怎么調(diào)控 ? 調(diào)控蛋白和 調(diào)控元件 3. l repressor 與操縱序列的結(jié)合有協(xié)同效應(yīng)，形成二聚體后和操縱序列結(jié)合， OR1位點(diǎn)的結(jié)合幫助另一二聚體結(jié)合 OR2位點(diǎn) . Monomer Dimer Tetramer High affinity 10fold low affinity Not bound 溶原溶菌周期怎么調(diào)控 ? 調(diào)控蛋白和 調(diào)控元件 4. l Repressor 和 Cro 與操縱序列的不同結(jié)合方式?jīng)Q定了噬菌體的溶菌和溶原生長方式 溶菌生長 溶原生長 溶原溶菌周期怎么調(diào)控 ? 調(diào)控蛋白和 調(diào)控元件 ： 抗終止子 蛋白 N 和 Q 一個基因的 多啟動子 溶原溶菌周期怎么調(diào)控 ? 調(diào)控蛋白和 調(diào)控元件 L噬菌體基因表達(dá)的高度時序性 Ch11 原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp l噬菌體基因調(diào)控區(qū) 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 宿主 RNA Polymerase 識別 PL和 PR并轉(zhuǎn)錄 N 和 cro蛋白 操縱子模型 lac 其它水平 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 early”genes. 宿主 RNA Polymerase 識別 PL和 PR并轉(zhuǎn)錄 N 和 cro蛋白，即早早期基因的產(chǎn)物表達(dá) 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 pN 和 nut 位點(diǎn)結(jié)合允許轉(zhuǎn)錄跨過 tR1 和 t L終止子繼續(xù)進(jìn)行 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 晚早期基因的轉(zhuǎn)錄 pN 和 nut 位點(diǎn)結(jié)合允許轉(zhuǎn)錄跨過 tR1 和 t L終止子繼續(xù)進(jìn)行 Antiterminator(抗終止子） l 噬菌體兩個調(diào)控蛋白 N 和 Q, 稱作抗終止子，可以使轉(zhuǎn)錄在終止子位點(diǎn)不被終止，繼續(xù)進(jìn)行晚早期和晚期基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)噬菌體的溶菌生長 Antiterminator(抗終止子） Antiterminator(抗終止子） N 蛋白和宿主細(xì)胞 4個蛋白和 RNA polymerase共同作用 . 一旦結(jié)合 nut Box B, N 可以通過和 NusA蛋白 (the Nutilization substance A)和 RNA polymerase 相互作用 . 最后 NusB, NusG和 S10三蛋白結(jié)合在 nut 位點(diǎn)的Box A. Ch11 原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp Antiterminator(抗終止子） 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 cII 和 cIII 蛋白產(chǎn)生， cIII和 cII 蛋白促進(jìn) PRE啟動子的轉(zhuǎn)錄 . 操縱子模型 lac 其它水平 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 PRE 開始的轉(zhuǎn)錄而來的 mRNA 和 cro mRNA互補(bǔ)，從而抑制 cro 的翻譯 操縱子模型 lac 其它水平 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 溶原途徑建立所需的 l repressor 由 PRE啟動子轉(zhuǎn)錄，而維持溶原途徑的 l repressor 由 PRM轉(zhuǎn)錄 . 操縱子模型 lac 其它水平 調(diào)控原理 小結(jié) 其它 Trp 噬菌體策略 : 溶原途徑的建立 CⅠ 基因產(chǎn)物 l repressor 和 OR ， OL 結(jié)合，阻礙從 PR 和 PL轉(zhuǎn)錄。 溶原溶菌周期怎么調(diào)控 ? 調(diào)控蛋白和 調(diào)控元件 有 6 個 operators存在，左右操縱子 PL和 PR 分別有三個操縱區(qū) l repressor（ CⅠ ） 和 Cro 都能對以上六個操縱區(qū)結(jié)合，但是結(jié)合的親和力存在很大差異 l repressor與 OR1 的結(jié)合能力最強(qiáng)， OR2次之，OR3最弱。 ? 噬菌體攜帶 ADP核糖轉(zhuǎn)移酶修飾宿主 RNApolα 亞基，使之帶上ADP核糖基團(tuán)，從而使 Mot蛋白取代 σ 亞基。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 翻譯偶聯(lián)機(jī)制可以保證同一多順反子的不同基因的蛋白產(chǎn)量一致 TrpB –谷氨酸 異亮氨酸 終止 GAA AUC UGA UGG AA AUG GAA 甲硫氨酸 – 谷氨酸 –trpA trpE—蘇氨酸 —苯丙氨酸 —終止 ACU UUC UGA UGG CU AUG AUG – GCU 甲硫氨酸 丙氨酸 trpD 翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼子保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。 在 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是 激活蛋白 （ activator）。 ? 可阻遏調(diào)節(jié)（ P197）： 基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。 根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的應(yīng)答，可分為： 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控 正調(diào)控系統(tǒng)和負(fù)調(diào)控系統(tǒng) 調(diào)節(jié)基因 操縱基因 結(jié)構(gòu)基因 阻遏蛋白 激活蛋白 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 如果在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是關(guān)閉的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開啟，這樣的調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 當(dāng) 氨基酸饑餓 時，細(xì)胞中存在大量的沒有攜帶氨基酸的 tRNA，這種空載的 tRNA會激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使 (p)ppGpp大量合成 ，其濃度在短時內(nèi)可增加到 10倍以上。 ? ppGpp是腺苷的 5ˊ 和 3ˊ 位上分別連有二磷酸基團(tuán)； pppGpp是腺苷的 5ˊ 位上連有三個而3ˊ 位上連有二磷酸基團(tuán)。 ③ 葡萄糖和半乳糖都存在時， R失活， P1不啟動， P2啟動，RNApol 轉(zhuǎn)錄 E而不轉(zhuǎn)錄 K（ 與 UDPGal是合成細(xì)胞壁的底物相關(guān)） ④ 有葡萄糖而無半乳糖時， R結(jié)合 OE和 OR成環(huán)，是 P2轉(zhuǎn)錄生產(chǎn)流產(chǎn)性產(chǎn)物 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng) 以上是細(xì)菌處于正常生活條件下的基因表達(dá)調(diào)節(jié)方式，所謂“正?！保舶ㄉ瞽h(huán)境中缺少某一種或兩種能源，但還能找到其它代用物質(zhì)。 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)。 ? 弱化子是位于轉(zhuǎn)錄開始區(qū)的一種內(nèi)部終止子。 ? 大腸桿菌自身可以合成其生存所必需的氨基酸，例如 Trp的操縱子始終是開啟著的，但如果在培養(yǎng)基中加入了這種氨基酸，則細(xì)菌完全可以利用現(xiàn)成的 Trp維持生存而無需再去合成它。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 例如， 色氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸和纈氨酸操縱子，以及沙門氏菌的組氨酸和亮氨酸的操縱子、嘧啶合成操縱子 等等，都采取弱化子調(diào)節(jié)這種方式。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 由此可見， 弱化子對 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的 終止依賴于前導(dǎo)肽翻譯中核糖體所處的位置，而細(xì)胞中色氨酸存在與否，決定了 mRNA 轉(zhuǎn)錄的弱化子結(jié)構(gòu)， 使弱化子中 4區(qū)域呈現(xiàn) 競爭性配對 ，從而產(chǎn)生了弱化效應(yīng)，這是色氨酸操縱子第二水平調(diào)控機(jī)制。 加上 取消阻遏增加的約 70倍的表達(dá)，總表達(dá)量可增加約 700倍。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 當(dāng)培養(yǎng)基中 Trp濃度很低時， 負(fù)載有 Trp的tRNATrp很少， 翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度很慢，當(dāng) 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進(jìn)行到 1區(qū) （或停留在兩個相鄰的色氨酸密碼子處）這時的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是 23配對，不形成 34配對的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進(jìn)行，直到將色氨酸操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄完為止。 圖： 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 深入研究： 衰減作用需要有負(fù)載的 tRNA Trp參與 ，說明 前導(dǎo)序列的某些部分在轉(zhuǎn)錄同時也被翻譯。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 2 Trp操縱子 弱化系統(tǒng) 【 第二水平調(diào)控 】 在 TrpmRNA5ˊ 端 trpE起始密碼子前有一段 162bp的 DNA序列和核糖體結(jié)合位點(diǎn) ，稱 前導(dǎo)區(qū) leader 實(shí)驗(yàn)表明： 123～ 150位堿基序列缺失， Trp操縱子表 達(dá)量可提高 6倍。 這種調(diào)控方式容易造成： Trp存在時 ,Trp阻遏蛋白復(fù)合體結(jié)合操縱基因，完全阻斷轉(zhuǎn)錄， Trp缺乏時， 阻遏被消除，轉(zhuǎn)錄開放 ,合成 Trp ，不易保持細(xì)菌細(xì)胞 Trp水平的穩(wěn)定。 CAP蛋白能協(xié)助解開因 AraC與 araO2和 araI1結(jié)合所形成的 DNA彎曲，使 AraC與 araI1和 araI2結(jié)合，激活 PBAD起始的轉(zhuǎn)錄。 AraBAD基因簇及 araC基因轉(zhuǎn)錄被協(xié)同調(diào)節(jié)。隨著 AraC蛋白含量的不斷增加， AraC結(jié)合在 araO1上，抑制 araC的轉(zhuǎn)錄，防止阻遏物過多積累，這種蛋白質(zhì)控制自身合成的機(jī)制稱為 自主調(diào)節(jié)(autoregulation)。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 當(dāng)阿拉伯糖存在時，就與 AraC蛋白結(jié)合使其構(gòu)象發(fā)生改變，不能與 araO2結(jié)合，但能結(jié)合 araI1和 araI2，使 阻遏環(huán) （ repression loop） 解開， araO2 和araI1間的 DNA不再彎曲，操縱子去阻遏(圖 )， PC處的轉(zhuǎn)錄也正常進(jìn)行。 ? 而如果插入非整數(shù)雙螺旋轉(zhuǎn)角 (如 5bp和 15bp)的DNA片段時，操縱基因就不能行使其功能。 ? 當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖時， ara操縱子也存在葡萄糖效應(yīng)。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 當(dāng)誘導(dǎo)物阿拉伯糖存在時 （正調(diào)控） 由 araC編碼的激活蛋白 AraC與阿拉伯糖結(jié)合成復(fù)合物，AraC構(gòu)象變?yōu)檎T導(dǎo)型 Pi ， AraC以二聚體形式與 araI1和 araI2結(jié)合，失去與 araO2結(jié)合能力，由此打開啟動子，使聚合酶結(jié)合， 激活 PBAD轉(zhuǎn)錄； 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 當(dāng)缺乏阿拉伯糖時 （負(fù)調(diào)控） AraC處于阻遏型 Pr構(gòu)象，不結(jié)合 araI，而結(jié)合操縱基因 araO2，使DNA彎曲， 阻礙 araBAD的表達(dá)。 ara操縱子的操縱基因受 AraC蛋白調(diào)節(jié)。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 阿拉伯糖操縱子是可誘導(dǎo)操縱子，它本身就是誘導(dǎo)物。 ? 另外，還包括調(diào)節(jié)基因 araC、操縱基因 araO、啟動子 araP，以及離這個基因簇較遠(yuǎn)的兩個負(fù)責(zé)將阿拉伯糖運(yùn)入細(xì)胞的蛋白基因 araE和araF，分別編碼一個膜蛋白和一個位于細(xì)胞間質(zhì)的阿拉伯糖結(jié)合蛋白?？蔀榧?xì)菌細(xì)胞代謝提供碳源。 ? 如 λ噬菌體，操縱基因位于啟動子上游區(qū)，阻遏蛋白的結(jié)合阻礙 RNA聚合酶結(jié)合。 ? 說明聚合酶結(jié)合啟動子的機(jī)會增加了近百倍。S1。 ? 后來發(fā)現(xiàn)，阻遏蛋白和 RNA聚合酶可同時與DNA結(jié)合，且阻遏蛋白與 DNA的結(jié)合能夠增強(qiáng) RNA聚合酶結(jié)合 DNA的能力。 誘導(dǎo)物的結(jié)合使阻遏蛋白變構(gòu)，從操縱基因上釋放，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入 IPTG能很快引起阻遏蛋白與操縱基因的復(fù)合物不穩(wěn)定 阻遏蛋白 IPTG復(fù)合物與 DNA接觸的方式與游離阻遏蛋白與 DNA接觸的方式相同。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達(dá)調(diào)控 ? 許多研究都表明阻遏蛋白具有對稱性結(jié)構(gòu)，是相同亞基組成的四聚體 ，每個亞基有同樣的DNA結(jié)合位點(diǎn)。 ? 靠近對稱軸的一對反向重復(fù)序列在阻遏蛋白結(jié)合過程中起主要作用。(引自