【正文】 位點 ，稱 前導(dǎo)區(qū) leader 實驗表明： 123～ 150位堿基序列缺失， Trp操縱子表 達量可提高 6倍?？梢娫搮^(qū)域參與了 Trp操縱子基因表達調(diào)節(jié)。 圖： 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 ? 深入研究： 衰減作用需要有負載的 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) 原核基因表達調(diào)控 2 mRNA前導(dǎo)區(qū)序列分析 ? Trp前導(dǎo)區(qū)的堿基序列已全部測定，發(fā)現(xiàn)： 完整的前導(dǎo)序列可分為 4區(qū)域， ? 這 四個區(qū)域的片段能以兩種不同的方式進行堿基配對，有時以 12和 34配對，有時只以 23方式互補配對 . 見圖 : 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 2. mRNA前導(dǎo)區(qū)序列分析 trp前導(dǎo)區(qū)的堿基序列已經(jīng)全部測定，發(fā)現(xiàn)： 完整的前導(dǎo)序列可分為 4區(qū)域， 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 四個區(qū)域片段能以兩種不同方式配對，有時以 12和 34配對，有時只以 23方式配對 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 ? 核糖體經(jīng)過前導(dǎo)區(qū)繼續(xù)翻譯的能力控制著這兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，決定 mRNA是否形成終止結(jié)構(gòu) ? 前導(dǎo)序列的終止區(qū)與一般的轉(zhuǎn)錄終止位點特點相同，具有潛在的二重對稱結(jié)構(gòu)能形成莖環(huán)，幷具有成串的 U。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 ? 當培養(yǎng)基中 Trp濃度很低時， 負載有 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 4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進行到 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。 所以 ,轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進行，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。 加上 取消阻遏增加的約 70倍的表達，總表達量可增加約 700倍。事實上，在第 3和 4區(qū)存在反向重復(fù)序列，能通過分子內(nèi)堿基配對形成發(fā)夾的終止結(jié)構(gòu)（圖）轉(zhuǎn)錄物發(fā)夾結(jié)構(gòu)之后的一串 U能夠降低轉(zhuǎn)錄物與 DNA結(jié)合。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(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)控機制。 ? 前者主要控制操縱子基因表達的啟動，而后者主要決定轉(zhuǎn)錄和翻譯是否能繼續(xù)進行下去。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(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) 原核基因表達調(diào)控 His操縱子 中也具有一個類似的能編碼前導(dǎo)肽的堿基序列，含有 7個相鄰的 His密碼子。 ? 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，則細菌完全可以利用現(xiàn)成的 Trp維持生存而無需再去合成它。 ? 一個典型的代謝途徑最終產(chǎn)物合成酶基因被這個產(chǎn)物本身所抑制的實例。 ? 弱化子是位于轉(zhuǎn)錄開始區(qū)的一種內(nèi)部終止子。 ? 弱化作用 共同特點： 通過形成內(nèi)部終止子所需的發(fā)夾結(jié)構(gòu)調(diào)控 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。 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)。 ③ 無 35序列 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 gal操縱子的調(diào)節(jié)方式： ① 無葡萄糖而有半乳糖時，阻遏物 R失活， CAP和 RNApol相互作用使轉(zhuǎn)錄從 P1起始。 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) 原核基因表達調(diào)控 細菌的應(yīng)急反應(yīng) 以上是細菌處于正常生活條件下的基因表達調(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)。 例如： 當氨基酸饑餓而全面匱乏時，為了生存，在體內(nèi)可立即產(chǎn)生一種應(yīng)急應(yīng)答反應(yīng)，既合成各種 RNA、蛋白質(zhì)、糖和脂肪在內(nèi)的幾乎全部生物化學(xué)反應(yīng)過程都被停止。 ? ppGpp是腺苷的 5ˊ 和 3ˊ 位上分別連有二磷酸基團； pppGpp是腺苷的 5ˊ 位上連有三個而3ˊ 位上連有二磷酸基團。 細菌生長速度與 (p)ppGpp水平總體上 呈反比 關(guān)系。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 ? 當 氨基酸饑餓 時，細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。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 ? (p)ppGpp的作用可影響許多操縱子，又稱 超級調(diào)控因子。 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 負轉(zhuǎn)錄調(diào)控 正調(diào)控系統(tǒng)和負調(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。 ? 可誘導(dǎo)調(diào)節(jié) ：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化。 ? 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。 在 負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng) 中 ， 調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是 阻遏蛋白 （ repressor） ， 起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。 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）。 受多重啟動子調(diào)控的操縱子 ? rRNA操縱子， ? 核糖體蛋白 S1操縱子 ? DnaQ蛋白操縱子 ? 均有不同啟動子區(qū)，啟動子強度不同，啟動轉(zhuǎn)錄的發(fā)揮受不同信號的調(diào)控。 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 翻譯偶聯(lián)機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)基因進行翻譯的機制。 ? 早期基因的三個蛋白產(chǎn)物可作為 σ 因子替換原來與 RNApol結(jié)合的 σ 因子 ， 啟動晚期基因的表達 。 ? 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，從而使 Mot蛋白取代 σ 亞基。 幾種 噬菌體的基因表達調(diào)控方式 2022/2/14 分子生物學(xué) 原核基因表達調(diào)控 l噬菌體基因組的表達調(diào)控 l 噬菌體的基因組長 50kb，有 61個基因，大部分基因編碼用于復(fù)制，包裝和裂解的蛋白。 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， OR2次之，OR3最弱。 Cro 與 OR3 的結(jié)合能力最強， OR2次之， OR1最弱。 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位點的結(jié)合幫助另一二聚體結(jié)合 OR2位點 . 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 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 位點結(jié)合允許轉(zhuǎn)錄跨過 tR1 和 t L終止子繼續(xù)進行 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 位點結(jié)合允許轉(zhuǎn)錄跨過 tR1 和 t L終止子繼續(xù)進行 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)錄在終止子位點不被終止，繼續(xù)進行晚早期和晚期基因的轉(zhuǎn)錄，促進噬菌體的溶菌生長 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 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，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。對的 OR1結(jié)合力是 OR2的十倍。對的 OR3結(jié)合力是 OR2 ， OR1的十