1、蛋白質合成的類型：蛋白質合成的類型：永久型永久型：是指蛋白質的合成不受環境變化或代：是指蛋白質的合成不受環境變化或代謝狀態的影響，始終維持在恒定水平。謝狀態的影響，始終維持在恒定水平。適應型或調節型適應型或調節型：是指蛋白質的合成速度明顯：是指蛋白質的合成速度明顯地受環境的影響。地受環境的影響。2022-5-52第一節第一節 原核生物基因表達調控的概述原核生物基因表達調控的概述第二節第二節 乳糖操縱子與負控誘導系統乳糖操縱子與負控誘導系統第三節第三節 色氨酸操縱子與負控阻遏系統色氨酸操縱子與負控阻遏系統第四節第四節 其它操縱子其它操縱子第五節第五節 轉錄后的調控轉錄后的調控2022-5-53第

2、一節第一節 原核生物基因表達調控的概述原核生物基因表達調控的概述基因表達（基因表達（gene expression)：是指：是指DNA分子所承分子所承載的遺傳信息，通過密碼子載的遺傳信息，通過密碼子 反密碼子系統，轉變反密碼子系統，轉變成蛋白質或功能成蛋白質或功能RNA分子的過程，稱為基因表達。分子的過程，稱為基因表達?；虮磉_調控（基因表達調控（gene regulation or gene control): 是指對基因表達過程的調節。是指對基因表達過程的調節。2022-5-54基因表達調控主要表現在以下幾個方面：基因表達調控主要表現在以下幾個方面：1、轉錄水平上的調控（、轉錄水平上的調控

3、（transcriptional regulation);2、mRNA加工成熟水平上的調控（加工成熟水平上的調控（differential processing of RNA transcription);3、翻譯水平上的調控（、翻譯水平上的調控（differential translation of mRNA)2022-5-55基因調控的指揮系統：基因調控的指揮系統：原核生物原核生物營養水平（營養水平（nutritional status)環境因素環境因素( environmental factors)真核生物真核生物激素水平（激素水平（hormone level)發育階段（發育階段（dev

4、elopmental stage)2022-5-56根據調控機制的不同：根據調控機制的不同： 正轉錄調控（正轉錄調控（positive transcription regulation）：）：調節基因的產物是調節基因的產物是激活蛋白激活蛋白（activator），起著提高，起著提高結構基因轉錄水平的作用。結構基因轉錄水平的作用。負轉錄調控（負轉錄調控（negative transcription regulation）：）：調節基因的產物是調節基因的產物是阻遏蛋白（阻遏蛋白（reppressor），起著起著阻止結構基因轉錄的作用。阻止結構基因轉錄的作用。2022-5-57根據作用特征：根據作用

5、特征：誘導（誘導（induction）：）：調節因子與效應物結合后，開調節因子與效應物結合后，開啟基因的轉錄活性稱為啟基因的轉錄活性稱為 誘導（誘導（induction）；阻遏（阻遏（repression）：）：調節因子與效應物結合后，調節因子與效應物結合后，關閉基因的轉錄活性稱為關閉基因的轉錄活性稱為 阻遏（阻遏（repression）。2022-5-582022-5-592022-5-510調節基因產物調節基因產物 調節基因產物與效應物結合調節基因產物與效應物結合 基因基因表達表達基因基因不表達不表達阻遏阻遏蛋白蛋白負控負控誘導誘導系統系統 負控負控阻遏阻遏系統系統 激活激活蛋白蛋白正控正

6、控誘導誘導系統系統 正控正控阻遏阻遏系統系統 2022-5-511 因子因子是參與大腸桿菌基因表達調控最常見是參與大腸桿菌基因表達調控最常見的蛋白質。的蛋白質。6 種種 因子：因子： 70、 54、 38、 32、 28、 24。 除除54 外，其余外，其余5種種 因子在結構上均具有同源因子在結構上均具有同源性，統稱為性，統稱為70 家族。家族。2022-5-512TTGACATATAAT- 35- 10Startpoint16-19 bp5-9 bp70 因子識別并結合在所調控基因上游的區域因子識別并結合在所調控基因上游的區域CTGGNATTGCA- 24- 12Startpoint 7 -

7、 9 bp6-8 bp54 因子識別并結合在所調控基因上游的區域因子識別并結合在所調控基因上游的區域2022-5-5131 、 特殊代謝物對基因活性的調節特殊代謝物對基因活性的調節可誘導調節可誘導調節：是指一些基因在某些代謝物的誘導：是指一些基因在某些代謝物的誘導下使其活化，由原來的關閉狀態轉變為開放狀態。下使其活化，由原來的關閉狀態轉變為開放狀態。如：大腸桿菌的乳糖操縱子如：大腸桿菌的乳糖操縱子可阻遏調節可阻遏調節：是指一些基因由于某些代謝物的積：是指一些基因由于某些代謝物的積累，而使其由原來的開放狀態轉變為關閉狀態。累，而使其由原來的開放狀態轉變為關閉狀態。如：色氨酸操縱子如：色氨酸操縱子

8、原核基因調節的主要特點原核基因調節的主要特點2022-5-514無誘導物時，基因關閉誘導物開啟基因可誘導的操縱子可誘導的操縱子：是一些編碼糖和氨基酸分解代謝蛋白：是一些編碼糖和氨基酸分解代謝蛋白的基因；的基因；2022-5-515可阻遏的操縱子可阻遏的操縱子：是一些合成各種細胞代謝過程中所：是一些合成各種細胞代謝過程中所必須的小分子物質。必須的小分子物質。2022-5-5162、弱化子對基因活性的調節、弱化子對基因活性的調節弱化子弱化子(attenuator)：是指起轉錄終止信號的一段核：是指起轉錄終止信號的一段核苷酸序列。苷酸序列。trp 操縱子操縱子mRNA 前導序列結構前導序列結構202

9、2-5-517細胞中某一細胞中某一氨基酸或嘧啶氨基酸或嘧啶的濃度發生改變的濃度發生改變氨酰氨酰 tRNA的濃度變化的濃度變化核糖體在轉錄產物核糖體在轉錄產物RNA上的上的結合位置結合位置不不同，使得同，使得RNA形成特定的二級結構形成特定的二級結構由由RNA的的二級結構二級結構判斷基因能否繼續轉錄判斷基因能否繼續轉錄調節機理調節機理：2022-5-518色氨酸含量和核糖體位置對弱化子結構的影響色氨酸含量和核糖體位置對弱化子結構的影響當色氨酸充足時，前導序當色氨酸充足時，前導序列的合成正常進行，核糖列的合成正常進行，核糖體占據體占據 1 區和部分區和部分2 區，區，2、3 不能有效配對；不能有效

10、配對；3、4 配對形成終止子的配對形成終止子的發卡結構，轉錄終止。發卡結構，轉錄終止。Trp+ + 轉錄終止轉錄終止2022-5-519當缺乏色氨酸時，當缺乏色氨酸時， 翻譯翻譯在雙色氨酸密碼子處中在雙色氨酸密碼子處中止；核糖體僅占據止；核糖體僅占據 1 區，區，2、3 區配對；區配對；3、4 區不能形成發卡結區不能形成發卡結構，轉錄繼續。構，轉錄繼續。Trp- 轉錄繼續轉錄繼續2022-5-520前導區的轉錄前導區的轉錄無色氨酸時，轉無色氨酸時，轉錄可持續進行錄可持續進行有色氨酸存在時，有色氨酸存在時，轉錄在弱化子區域轉錄在弱化子區域終止終止2022-5-5213、降解物對基因活性的調節、降

11、解物對基因活性的調節葡萄糖效應或降解物抑制作用葡萄糖效應或降解物抑制作用：細菌培養基中在：細菌培養基中在葡萄糖存在的情況下，即使加入乳糖、半乳糖等葡萄糖存在的情況下，即使加入乳糖、半乳糖等誘導物，與其對應的操縱子也不會啟動，這種現誘導物，與其對應的操縱子也不會啟動，這種現象稱為葡萄糖效應或降解物抑制作用。象稱為葡萄糖效應或降解物抑制作用。葡萄糖葡萄糖抑制抑制腺苷酸環化酶的活腺苷酸環化酶的活性性導致導致環腺苷酸的合成環腺苷酸的合成減少減少環腺苷酸環腺苷酸代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白復合物復合物復合物結合在啟動子區域是乳復合物結合在啟動子區域是乳糖、半乳糖等糖類糖、半乳糖等糖類mRNA轉錄轉錄所必

12、需的。所必需的。2022-5-5224、細菌的應急反應、細菌的應急反應 是指細菌在供給物全面匱乏的情況下，難以找是指細菌在供給物全面匱乏的情況下，難以找到代用物，所作出的一種反應，幫助細菌渡過難關。到代用物，所作出的一種反應，幫助細菌渡過難關。應急反應的機理應急反應的機理：空載的空載的 tRNA激活激活焦磷酸轉移酶焦磷酸轉移酶鳥苷四磷酸鳥苷四磷酸 ppGpp鳥苷五磷酸鳥苷五磷酸 pppGpp大量合大量合成成關閉一些基因關閉一些基因打開一些基因打開一些基因2022-5-523 正轉錄調控正轉錄調控 負轉錄調控負轉錄調控 誘導誘導 阻遏阻遏2、原核基因調節的主要特點、原核基因調節的主要特點 a 、

13、特殊代謝物對基因表達的調節、特殊代謝物對基因表達的調節 b、弱化子對基因活性的調節、弱化子對基因活性的調節 c、降解物對基因活性的調節、降解物對基因活性的調節 d、細菌的應急反應、細菌的應急反應小小 結結2022-5-524物物第二節第二節 乳糖操縱子與負控誘導系統乳糖操縱子與負控誘導系統2022-5-525p 阻遏蛋白基因（阻遏蛋白基因（I）屬于組成型的調控，是經常表）屬于組成型的調控，是經常表達的，因此，達的，因此，lac操縱子通常是處于關閉狀態的。操縱子通常是處于關閉狀態的。 lac 操縱子的結構操縱子的結構阻遏蛋白基因（阻遏蛋白基因（I）啟動區（啟動區（P）操縱區（操縱區（O）CAP-

14、cAMP 結合部位結合部位三個結構基因三個結構基因ZYA2022-5-526一、酶的誘導一、酶的誘導 lac 體系受調控的證據體系受調控的證據E. coli 在不含乳糖的培養基生在不含乳糖的培養基生長時，長時，-半乳糖苷酶含量極半乳糖苷酶含量極低；當加入乳糖或半乳糖后，低；當加入乳糖或半乳糖后，則迅速升高。則迅速升高。兩種含硫的乳糖類似物：兩種含硫的乳糖類似物：異丙基巰基半乳糖苷異丙基巰基半乳糖苷（IPTG）巰甲基半乳糖苷（巰甲基半乳糖苷（TMG）2022-5-527誘導物（誘導物（inducer）：）：如果某物質能促使細胞產生如果某物質能促使細胞產生一特定的酶，該物質就叫做一特定的酶，該物質

15、就叫做誘導物誘導物；安慰誘導物（安慰誘導物（gratuitous inducers）：）：可誘導酶的合可誘導酶的合成，但不被所誘導的酶降解的物質稱為成，但不被所誘導的酶降解的物質稱為安慰誘導物安慰誘導物。IPTG（異丙基巰基半乳糖苷）是（異丙基巰基半乳糖苷）是laclac 基因的安慰誘基因的安慰誘導物。導物。輔阻遏物（輔阻遏物（corepressor）如果某物質能阻止細胞產如果某物質能阻止細胞產生一特定的酶，該物質就叫做生一特定的酶，該物質就叫做輔阻遏物輔阻遏物。2022-5-528二、乳糖操縱子的模型及其影響因子二、乳糖操縱子的模型及其影響因子 操縱子模型操縱子模型： 一個或幾個結構基因與一

16、個調一個或幾個結構基因與一個調節基因、一個操縱區組成一個操縱單元。這個單節基因、一個操縱區組成一個操縱單元。這個單元稱為元稱為操縱子操縱子（operon）。物物2022-5-529 操縱區位于啟動子與結構基因之間，與啟操縱區位于啟動子與結構基因之間，與啟動子部分重疊，阻遏物結合于操作區時，即阻動子部分重疊，阻遏物結合于操作區時，即阻止止RNA 聚合酶起始轉錄。聚合酶起始轉錄。2022-5-530操縱區位于啟動子與結構基因之間，不能單獨起始操縱區位于啟動子與結構基因之間，不能單獨起始結構基因的表達；結構基因的表達；操縱區是一小段操縱區是一小段DNA序列，是阻遏物結合位點；序列，是阻遏物結合位點；

17、操縱與啟動子部分重疊，操縱與啟動子部分重疊，當當阻遏物與操縱區結合時，阻遏物與操縱區結合時，即阻止即阻止RNA 聚合酶起始轉錄；聚合酶起始轉錄；誘導物通過與阻遏物結合，改變其三維構象，使之誘導物通過與阻遏物結合，改變其三維構象，使之不能與操縱區結合，從而激發不能與操縱區結合，從而激發mRNA的合成。的合成。一條多順反子一條多順反子mRNA編碼編碼Z、Y、A基因；基因；2022-5-5312022-5-532阻遏蛋白啟動區啟動區乳糖操縱子中調節基因的作用過程：乳糖操縱子中調節基因的作用過程：乳糖操縱子中誘導物的作用機理：乳糖操縱子中誘導物的作用機理：誘導物作用的對象是誘導物作用的對象是阻遏蛋白阻

18、遏蛋白。阻礙阻礙2022-5-533（一）、（一）、lac 操縱子的本底水平表達操縱子的本底水平表達誘導物誘導物的形成需要有的形成需要有-半乳糖苷酶半乳糖苷酶誘導物誘導物作用需要跨膜，跨膜需要作用需要跨膜，跨膜需要透過酶透過酶的存在；的存在；透過酶透過酶的產生又需要的產生又需要誘導物誘導物的存在；的存在；-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的產生又需要的產生又需要誘導物誘導物的存在；的存在； 在非誘導的狀態下仍有少量的在非誘導的狀態下仍有少量的 lac mRNA合成，合成，這種合成被稱為本底水平的這種合成被稱為本底水平的組成型合成組成型合成（background level constitutive syn

19、thesis)。2022-5-534（二）、大腸桿菌對乳糖的反應（二）、大腸桿菌對乳糖的反應乳糖乳糖本底水平透過酶本底水平透過酶進入細菌細胞進入細菌細胞結合結合阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白失活，阻遏蛋白失活， 細胞吸收大量乳糖細胞吸收大量乳糖去向去向葡萄糖葡萄糖半乳糖半乳糖異構乳糖異構乳糖結合結合阻遏蛋白阻遏蛋白當阻遏蛋白的濃度當阻遏蛋白的濃度超過超過異構乳糖的濃度，細胞重新建異構乳糖的濃度，細胞重新建立阻遏狀態，導致立阻遏狀態，導致 lac mRNA 的合成被抑制。的合成被抑制。本底水平本底水平-半乳糖苷酶半乳糖苷酶葡萄糖葡萄糖-1,6-半乳糖半乳糖誘導物誘導物2022-5-535（三）、阻遏物

20、（三）、阻遏物 lac I 基因產物及功能基因產物及功能 Lac 操縱子阻遏物操縱子阻遏物 mRNA 是由是由弱啟動子弱啟動子控制下控制下組組成型合成成型合成的，該阻遏蛋白具有的，該阻遏蛋白具有4個相同的亞基，每個亞個相同的亞基，每個亞基均含基均含347個氨基酸殘基。個氨基酸殘基。lacI 基因為組成型，通過啟動子的上升突變體可獲基因為組成型，通過啟動子的上升突變體可獲得較多的阻遏蛋白；得較多的阻遏蛋白；2022-5-5362022-5-5372022-5-538（四）、葡萄糖對（四）、葡萄糖對 lac 操縱子的影響操縱子的影響 在葡萄糖存在時，在葡萄糖存在時，E. coli 優先利用葡萄糖；

21、此優先利用葡萄糖；此時即使培養基中含有乳糖，乳糖操縱子蛋白仍然含時即使培養基中含有乳糖，乳糖操縱子蛋白仍然含量很低。量很低。 這是通過阻止乳糖操縱子表達來完成的，這種這是通過阻止乳糖操縱子表達來完成的，這種效應稱為效應稱為降解物抑制（降解物抑制（catabolite repression）。2022-5-539葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸甘油甘油某些代謝產物抑制活性某些代謝產物抑制活性腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶ATPcAMPCrp基因基因編碼編碼代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白 CAPcAMP-CAP葡萄糖對其它糖的代謝抑制，是通過對葡萄糖對其它糖的代謝抑制，是通過對cAMP的抑制完成的。

22、的抑制完成的。（五）、（五）、cAMP與代謝物激活蛋白與代謝物激活蛋白2022-5-540代謝物活化蛋白：代謝物活化蛋白：CAP（ Catabolite gene activator protein ； cAMP receptor protein ）是一些啟動）是一些啟動子起始轉錄必需的正調子起始轉錄必需的正調控因子。控因子。CAP 只有與只有與 cAMP 結合后才能與結合后才能與其結合區域結合。其結合區域結合。2022-5-5412022-5-542三、三、lac operon 的其它問題的其它問題 lac operon的功能是在的功能是在正負兩個調控體系正負兩個調控體系的協調作用下實現的。

23、阻遏蛋白封閉轉錄時，的協調作用下實現的。阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP不發揮作用；如沒有不發揮作用；如沒有CAP加強轉錄，即加強轉錄，即使阻遏蛋白從使阻遏蛋白從operator上解聚仍無轉錄活性；上解聚仍無轉錄活性； CAP組成型合成，所以組成型合成，所以cAMPCAP復合復合物取決于物取決于cAMP含量含量; 2022-5-543腺苷酸環化酶腺苷酸環化酶位于細胞膜上，其活性與葡萄位于細胞膜上，其活性與葡萄糖運輸的酶有關，因此糖運輸的酶有關，因此cAMPCAP調控乳調控乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖類代謝有關的酶糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖類代謝有關的酶;降解物敏感型操縱元：只要有葡萄糖存在，降解物敏感型

24、操縱元：只要有葡萄糖存在，這些操縱元就不表達。這些操縱元就不表達。2022-5-5442. A基因及其生理功能基因及其生理功能 編碼編碼 -半乳糖苷乙?；D移酶，使半乳糖半乳糖苷乙酰基轉移酶，使半乳糖苷乙酰化。該酶不參與乳糖代謝！苷乙酰化。該酶不參與乳糖代謝！ 生理意義生理意義：在細胞中有許多能被半乳糖：在細胞中有許多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷類物質，其分解產物不能苷酶降解的半乳糖苷類物質，其分解產物不能進一步代謝，積累，抑制細胞生長。半乳糖苷進一步代謝，積累，抑制細胞生長。半乳糖苷乙?；?，即無毒。所以乙?；?，即無毒。所以lacA雖不在乳糖降解雖不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物質的積

25、累。中起作用，但可抑制有害物質的積累。2022-5-5453. lac基因產物數量基因產物數量， 1：0.5：0.2 不同酶的數量差異，是由于在翻譯水平上不同酶的數量差異，是由于在翻譯水平上的調節。的調節。 方式有二方式有二: 核糖體脫離核糖體脫離: 多順反子的差別性翻譯多順反子的差別性翻譯; 內切酶作用內切酶作用: 在在lac mRNA分子內部，分子內部，a基基因比因比z基因更易受內切酶作用基因更易受內切酶作用.2022-5-5462022-5-547Summary of lac operon regulationGlucosecAMPLactoseTranscription of lac

26、mRNAHighLowPresentlow rate of expressionHighLowAbsentessentially noneLowHighAbsentessentially noneLowHighPresenthigh rate of expression2022-5-548 生物細胞中的氨基酸合成，生物細胞中的氨基酸合成， 也受操縱元的調節。細胞需也受操縱元的調節。細胞需要某種氨基酸時，其基因即表達，不需要時基因關閉，達到要某種氨基酸時，其基因即表達，不需要時基因關閉，達到經濟的原則。經濟的原則。第三節 色氨酸操縱子與負控阻遏系統2022-5-549trp操縱子的組成操縱子的組

27、成鄰氨基苯甲酸鄰氨基苯甲酸合成酶合成酶吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉移酶2022-5-550p trpR, 阻遏蛋白阻遏蛋白p P，-40+18 p O, -21+1p L, +1+162p 結構基因結構基因一、一、 trp操縱子的結構操縱子的結構2022-5-551trp操縱子的結構操縱子的結構操縱區操縱區啟動子區（啟動子區（P）操縱子（操縱子（O）弱化子區（弱化子區（a）結構基因結構基因E : 鄰氨基苯甲酸合成酶鄰氨基苯甲酸合成酶（與（與G基因為融合基因）基因為融合基因）C : 吲哚甘油磷酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶B : 色氨酸合成酶色氨酸合成酶亞基亞基 D : 鄰氨

28、基苯甲酸磷酸核糖鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉移酶轉移酶A : 色氨酸合成酶色氨酸合成酶亞基亞基 前導區前導區 (L)2022-5-552二、二、Trp operon 的阻遏系統的阻遏系統1、Trp R 四聚體四聚體2022-5-553阻遏蛋白阻遏蛋白trp O 不轉錄不轉錄2022-5-5542、阻遏蛋白的結合位點、阻遏蛋白的結合位點 trpO -21 +1，反向重復序列，反向重復序列trpP -40 +18活性阻遏物與活性阻遏物與trpO 的結合，的結合，RNA pol與啟動子的結合發生競爭。與啟動子的結合發生競爭。2022-5-555 主管轉錄是否啟動，主管轉錄是否啟動， 在在Trp含量高時，含

29、量高時， mRNA起起始合成，但不能自動延伸，一般在始合成，但不能自動延伸，一般在trpE之前終止轉錄。之前終止轉錄。 粗調開關粗調開關2022-5-556色氨酸操縱子色氨酸操縱子: 由與色氨酸合成相關的由與色氨酸合成相關的 基因基因及其及其調控序列調控序列組成。當缺乏色氨酸時，組成。當缺乏色氨酸時，trp 操縱子基因表操縱子基因表達；當外源色氨酸含量較高時，操縱子中的基因受達；當外源色氨酸含量較高時，操縱子中的基因受到阻遏。到阻遏。trp操縱子的阻遏系統操縱子的阻遏系統 色氨酸調節（色氨酸調節（trpR） 基因突變會引起基因突變會引起 trp mRNA的組成型合成。只有在色氨酸存在的情況下，

30、阻遏的組成型合成。只有在色氨酸存在的情況下，阻遏蛋白與之結合形成有活性的阻遏物，與操縱區結合蛋白與之結合形成有活性的阻遏物，與操縱區結合關閉關閉trp mRNA的轉錄。的轉錄。2022-5-557三、弱化子對基因表達的調節三、弱化子對基因表達的調節弱化作用（弱化作用（attenuation）：是指控制一些細菌操縱：是指控制一些細菌操縱子轉錄終止的調節。子轉錄終止的調節。弱化子（弱化子（attenuator）：是指弱化所發生的終止子：是指弱化所發生的終止子序列，并且這種終止是被調節的，這段序列就稱為序列，并且這種終止是被調節的，這段序列就稱為弱化子弱化子。1、弱化子（弱化子（attenuator

31、）2022-5-5582、前導區前導區：在：在 trp mRNA 5 端端 trpE 基因的起始密碼子基因的起始密碼子前有一個長前有一個長162 bp 的的 mRNA片段，被稱為片段，被稱為前導區前導區。 前導肽前導肽：由前導序列指導合成的含有：由前導序列指導合成的含有14個氨基酸殘基個氨基酸殘基的肽稱為的肽稱為前導肽前導肽。 前導序列結構前導序列結構特點特點：第：第10和和11位兩個密碼子為位兩個密碼子為色氨色氨酸酸密碼子。密碼子。2022-5-559 弱化子，衰減子，弱化子，衰減子， 前導前導RNA，140bp2022-5-5602022-5-561前導肽前導肽2022-5-5622022

32、-5-563trp trp 缺乏缺乏tRNAtrp也少也少 核糖體通過兩個核糖體通過兩個trp 密碼密碼子的速度慢，占據前導子的速度慢，占據前導序列的序列的trp 1區區2區與區與3區配對，不區配對，不能形成終止子結構能形成終止子結構結構基因轉錄結構基因轉錄2022-5-564trp 濃度高濃度高前導肽中前導肽中trp 合成速度快合成速度快前導肽一直合成至其末端前導肽一直合成至其末端 核糖體占據核糖體占據1區和區和2區區3區與區與4區配對，形成終止區配對，形成終止子結構，使轉錄終止子結構，使轉錄終止2022-5-565弱化子對轉錄調控的關鍵弱化子對轉錄調控的關鍵l空間結構，空間結構，10th

33、and 11th codons encode trp residues (rare AA)l時間，核糖體停頓在時間，核糖體停頓在2個個Trp 密碼子上時，產生延密碼子上時，產生延遲，遲， 此時此時4區未轉錄出來區未轉錄出來2022-5-566R P O leading seq. E D C B Atrp+為什么需要阻遏體系？為什么需要阻遏體系？ 當大量當大量Trp 存在時，阻遏系統起作用。阻遏物與之結存在時，阻遏系統起作用。阻遏物與之結合，阻止先導合，阻止先導mRNA合成。合成。 經濟經濟Negativerepressible operonNegativerepressible operon可

34、以被最終合成產物所阻遏可以被最終合成產物所阻遏四、 阻遏作用與弱化作用的協調2022-5-567R P O leading seq. E D C B A少量少量trp+不足以結合不足以結合 O 位點位點為什么需要弱化系統？為什么需要弱化系統？ 當當trp濃度低時，阻遏物從有活性變為無活性，速度極濃度低時，阻遏物從有活性變為無活性，速度極慢，不能很快引發慢，不能很快引發trp 合成。因此需要一個能快速作出反應合成。因此需要一個能快速作出反應的系統，以保持培養基中適當的的系統，以保持培養基中適當的Trp水平。水平。2022-5-568p大腸肝菌中共有大腸肝菌中共有5個基因個基因參與色氨酸生物合成，

35、構成參與色氨酸生物合成，構成色氨酸操縱子。其中色氨酸操縱子。其中trp G-D，trp C-F為融合基因，為融合基因，翻譯出的多肽具有雙重功能。翻譯出的多肽具有雙重功能。p有兩個啟動子，一個位于操縱子有兩個啟動子，一個位于操縱子5，一個位于，一個位于trp G-D編碼區。編碼區。p大腸肝菌色氨酸操縱子受到由色氨酸激活的負阻遏大腸肝菌色氨酸操縱子受到由色氨酸激活的負阻遏蛋白的調節作用。一旦轉錄越過前導區，開始結構蛋白的調節作用。一旦轉錄越過前導區，開始結構基因的轉錄，又會受弱化子的調控，感受無負載的基因的轉錄，又會受弱化子的調控，感受無負載的tRNATrp的變化。使轉錄機器在前導區附近停止或繼的

36、變化。使轉錄機器在前導區附近停止或繼續結構基因的轉錄。續結構基因的轉錄。2022-5-569gal E : 異構酶異構酶gal T : 半乳糖半乳糖 - 磷酸尿嘧啶核苷轉移酶磷酸尿嘧啶核苷轉移酶gal K : 半乳糖激酶半乳糖激酶半乳糖半乳糖葡萄糖葡萄糖 1 磷酸磷酸一、一、 半乳糖（半乳糖（gal ）操縱子）操縱子2022-5-570無外源葡萄糖時，細菌也可利用半乳糖。無外源葡萄糖時，細菌也可利用半乳糖。gal 操操縱子的調控與乳糖操縱子基本相同，但稍有差別：縱子的調控與乳糖操縱子基本相同，但稍有差別：q 雙啟動子雙啟動子;q 雙操縱區雙操縱區,一個在一個在P區上游區上游 67 73 ，另一

37、個在，另一個在結構基因結構基因gal E 內部內部q 調節基因距離結構基因很遠；調節基因距離結構基因很遠；q 在有外源葡萄糖時，仍然可以被低水平誘導。在有外源葡萄糖時，仍然可以被低水平誘導。2022-5-5711、 cAMP CAP 對對 gal 啟動子的作用啟動子的作用2022-5-5722、雙啟動子的生理功能、雙啟動子的生理功能是大腸肝菌細胞壁合成的前體是大腸肝菌細胞壁合成的前體2022-5-573Operator 2Operator 1regulate geneCRP 結合位點結合位點2022-5-574araC 與與 araBAD相鄰，但轉錄方向相反。相鄰，但轉錄方向相反。araC 與

38、與 araBAD 的結構的結構C 蛋白有三個結合位點：蛋白有三個結合位點：O1, O2, IC 基因為自我調節基因：基因為自我調節基因：缺乏缺乏 C 蛋白時，蛋白時，araC表達；表達；當當C蛋白含量升高時，抑制蛋白含量升高時，抑制 araC 的表達。的表達。具有正、負調節作用。具有正、負調節作用。2022-5-575（1）當葡萄糖水平較高、阿拉伯糖水平較低時，）當葡萄糖水平較高、阿拉伯糖水平較低時，C蛋白與操縱區蛋白與操縱區O2及及araI誘導因子結合區上半區結合，誘導因子結合區上半區結合，形成形成DNA回轉結構，回轉結構，araBAD 基因不表達；基因不表達；（2）當體系中有阿拉伯糖、無葡

39、萄糖時，）當體系中有阿拉伯糖、無葡萄糖時，Ara C 與與阿拉伯糖相結合，改變構象成為阿拉伯糖相結合，改變構象成為激活蛋白激活蛋白， Ara C 同源體分別與同源體分別與araO1和和araI區結合。區結合。RNA聚合酶在聚合酶在Ara C 蛋白和蛋白和CRP- cAMP的作用下，起始的作用下，起始BAD 基基因表達。因表達。2022-5-576第五節第五節 轉錄水平上的其它調控方式轉錄水平上的其它調控方式一、一、因子的調節作用因子的調節作用 不同不同因子的選擇；因子的選擇；因子本身活性的調節；因子本身活性的調節；二、組蛋白類似蛋白的調節作用二、組蛋白類似蛋白的調節作用 在細菌細胞中存在的用來

40、維持在細菌細胞中存在的用來維持DNA高級結構的高級結構的非特異性非特異性DNA結合蛋白，稱為組蛋白類似蛋白。結合蛋白，稱為組蛋白類似蛋白。2022-5-577三、轉錄調控因子的作用三、轉錄調控因子的作用 轉錄調控因子：指與基因的啟動子區結轉錄調控因子：指與基因的啟動子區結合，對基因的轉錄起激活或抑制作用的合，對基因的轉錄起激活或抑制作用的DNA結合蛋白稱為轉錄調控因子。結合蛋白稱為轉錄調控因子。四、抗終止因子的調節作用四、抗終止因子的調節作用 抗終止因子是能夠在特定位點阻止轉錄終抗終止因子是能夠在特定位點阻止轉錄終止的一類蛋白質。這種調節作用主要見于噬菌止的一類蛋白質。這種調節作用主要見于噬菌

41、體和少數細菌中。參與大腸肝菌抗終止作用的體和少數細菌中。參與大腸肝菌抗終止作用的蛋白是蛋白是Nus蛋白。蛋白。2022-5-578第七節第七節 轉錄后調控轉錄后調控一、翻譯起始的調控一、翻譯起始的調控（1）起始密碼子）起始密碼子AUG，GUG，UUG，AUU，這些不常見起始密碼子翻譯起始效率較低；這些不常見起始密碼子翻譯起始效率較低；（2）SD序列的結構及其與起始密碼子序列的結構及其與起始密碼子AUG之之間的距離，間的距離，SD序列與序列與AUG之間的距離一般為之間的距離一般為410個核苷酸為佳，個核苷酸為佳，9個核苷酸最佳。個核苷酸最佳。2022-5-579（3） mRNA 的二級結構的二級

42、結構 30S亞基與亞基與mRNA結合，要求結合，要求mRNA 5，端有一定的端有一定的空間結構空間結構，核苷酸序列的變化會，核苷酸序列的變化會改變改變mRNA的二級結構，的二級結構，影響影響核糖體與核糖體與mRNA的的結合結合，從而，從而造成造成蛋白質合成效率的蛋白質合成效率的差異。差異。2022-5-580二、二、mRNA穩定性對轉錄水平的影響穩定性對轉錄水平的影響 細胞內無用的細胞內無用的mRNA均被核酸酶水解。均被核酸酶水解。大腸肝菌大腸肝菌CsrAB調節系統。調節系統。CsrABCsrA為為RNA結合蛋白結合蛋白CsrB 為非編碼的為非編碼的RNA分子分子結合結合mRNA分子分子降解速

43、度加快降解速度加快結合結合導致導致2022-5-581三、調節蛋白的調控作用三、調節蛋白的調控作用 調節蛋白的表達本身也受到調控。調節蛋白的表達本身也受到調控。四、反義四、反義RNA的調節作用的調節作用 細菌細胞中一些非編碼的小細菌細胞中一些非編碼的小RNA，與，與mRNA中特定序列配對，改變所配對中特定序列配對，改變所配對mRNA分子的構象，導致翻譯過程的開啟或關閉。分子的構象，導致翻譯過程的開啟或關閉。2022-5-582五、稀有密碼子對翻譯的影響五、稀有密碼子對翻譯的影響 使用稀有密碼子頻率較高的蛋白質，其表達率使用稀有密碼子頻率較高的蛋白質，其表達率較低。較低。 在細胞內使用稀有密碼子頻率較高的蛋白大多在細胞內使用稀有密碼子頻率較高的蛋白大多是一些調控蛋白，而結構基因使用稀有密碼子的頻是一些調控蛋白，而結構基因使用稀有密碼子的頻率較低。率較低。2022-5-583六、重疊基因對翻譯的影響六、重疊基因