【正文】 察表明：當(dāng)色氨酸達(dá)到一定濃度，但還沒有高到能夠活化 R使其起阻遏作用的程度時(shí)，產(chǎn)生色氨酸合成酶類的量已經(jīng)明顯降低，而且產(chǎn)生的酶量與色氨酸濃度呈負(fù)相關(guān)。 色氨酸操縱元中的衰減子結(jié)構(gòu)及其調(diào)控示意圖 ? 在色氨酸操縱元 Ptrpo與第一個結(jié)構(gòu)基因 trpE之間有162bp的一段先導(dǎo)序列 (L)。這段序列中含有編碼由 14個氨基酸組成的短肽的開放讀框，其序列中有 2個色氨酸相連，在此開放讀框前有核糖體識別結(jié)合位點(diǎn) (RBS)序列，提示這段短開放讀框在轉(zhuǎn)錄后是能被翻譯的。 C后面緊跟一串 A(轉(zhuǎn)錄成 RNA就是一串 U)， C實(shí)際上是一個終止子，如果轉(zhuǎn)錄 mRNA時(shí)它形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，就能使 RNA聚合酶停止轉(zhuǎn)錄而從 mRNA上脫離下來。當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)，生成的 tRNAtrp 色氨酸量就少，能擴(kuò)散mRNA形成的翻譯復(fù)合體中供給合成短肽的幾率低，使核糖體沿 mRNA翻譯移動的速度慢，趕不上 RNA聚合酶沿 DNA移動轉(zhuǎn)錄的速度，這時(shí)核糖體占據(jù)短開放讀框的機(jī)會較多，使 A不能生成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，于是 B就形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，阻止了 C生成終止信號的結(jié)構(gòu)， RNA聚合酶得以沿DNA前進(jìn)，繼續(xù)去轉(zhuǎn)錄其后 trpE等基因， trp操縱元就處于開放狀態(tài)。 ? 如果當(dāng)其他氨基酸短缺 (注意：短開放讀框編碼的 14肽中多數(shù)氨基酸能由環(huán)境充分供應(yīng)的機(jī)會是不多的 )或所有的氨基酸都不足時(shí)，核糖體翻譯移動的速度就更慢，甚至不能占據(jù) A的序列，結(jié)果有利于 A和 C發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成，于是 RNA聚合酶停止轉(zhuǎn)錄，等于告訴細(xì)菌：“整個氨基酸都不足，即使合成色氨酸也不能合成蛋白質(zhì)，不如不合成以節(jié)省能量”。在 trp操縱元中，對結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控起到粗調(diào)的作用，而衰減子起到細(xì)調(diào)的作用。 返回首頁 四、 其他操縱子的調(diào)控機(jī)制 ? 1． 半乳糖操縱子 ? 大腸桿菌半乳糖操縱子包括 3個結(jié)構(gòu)基因： 異構(gòu)酶 (galE)， 半乳糖 磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶 (galT)， 半乳糖激酶 (galk)。GalR與 galE、 T、 K及操縱區(qū) O等離得很遠(yuǎn)，而galR產(chǎn)物對 galO的作用與 lacIlacO的作用相同。 ? 分析 gal操縱子 PO區(qū)的 DNA序列發(fā)現(xiàn)，該操縱子確實(shí)存在兩個相距僅 5bp的啟動子，可以分別起始 mRNA的合成。 ? 從 S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖時(shí)，才能順利進(jìn)行， RNA聚合酶與 S1的結(jié)合需要半乳糖、 CAP和較高濃度的 cAMP。當(dāng)有 cAMPCAP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從 S1開始，當(dāng)無cAMPCAP時(shí)，轉(zhuǎn)錄從 S2開始。在沒有外源半乳糖的情況下， UDPgal是通過半乳糖差向異構(gòu)酶的作用由 UDP葡萄糖合成的，該酶是 galE基因的產(chǎn)物?，F(xiàn)在設(shè)想只有 S1一個啟動子，那么由于這個啟動子的活性依賴于 cAMPCRP，當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時(shí)就有能合成異構(gòu)酶。無論從必要性或經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要一個不依賴于 cAMPCAP的啟動子（ S1）對高水平合成進(jìn)行調(diào)節(jié)。 ? 當(dāng) cAMP高時(shí)： cAMP 與 CAP結(jié)合， C蛋白放出 araO2結(jié)合部位， DNA不形成環(huán)，激活 RNA聚合酶， BAD啟動子啟動。 ? 生物固氮主要包括自生固氮和共生固氮兩大類。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。 返回首頁 ? 當(dāng)前生物固氮研究的內(nèi)容，大致有以下三個方面： ? （ 1）在固氮資源的有效利用方面，許多國家都在大力發(fā)展豆科作物，通過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)。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。 （ 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。對于固氮微生物來說，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。 ? （ 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。這就是化學(xué)模擬固氮。 ? 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。 固氮酶 固氮酶催化固氮反應(yīng)，分兩步進(jìn)行，該酶含兩個組分：組分 I和組分 II 組分 I：鐵鉬蛋白， 2個 a亞基（ nifD基因編碼） 2個 β亞基（ nifK基因編碼）， 4個連接橋 2個輔助因子 組分 II：鐵蛋白， 2個相同的亞基 （ nifH基因編碼）， 1個連接橋 ? 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。 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。 稀有密碼子對翻譯的影響 ? 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操縱子，而這 3個基因產(chǎn)物在數(shù)量上卻大不相同，每個細(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。 ? ? 研究 dnaG序列發(fā)現(xiàn)其中含有不少稀有密碼子，也就是說這些密碼子在其他基因中利用頻率很低，而在 dnaG中卻很高。高頻率使用這些密碼子的基因翻譯過程極容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。 ? Trp操縱子由 5個基因（ trpE、 D、 C、 B、 A）組成，在正常情況下，操縱子中 5個基因產(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。 ? 研究 trpE和 trpD以及 trpB和 trpA兩對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核苷酸。 RNA高級結(jié)構(gòu)對翻譯的影響 ? 以 RNA噬菌體 f2的 RNA作為模板，在大腸桿菌無細(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。 ? 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。現(xiàn)在一般認(rèn)為，聚合酶的翻譯起始區(qū)被RNA的高級結(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。 魔斑核苷酸水平對翻譯的影響 科學(xué)上，把培養(yǎng)基中營養(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）。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 。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)無關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，活化蛋白水解