第六章基因的表達與調(diào)控(上)

——原核基因表達調(diào)控模式一、基因表達（geneexpression）

DNA

RNA

蛋白質(zhì)基因表達的調(diào)控：生物有機體對其基因表達的時空程序、表達速率等所進行的調(diào)節(jié)和控制。

二、基因表達的調(diào)控（generegulation）

1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控：轉(zhuǎn)錄水平上的對基因的調(diào)控決定于DNA的結(jié)構(gòu)、RNA聚合酶的功能、蛋白質(zhì)因子及其他小分子物質(zhì)的相互作用。2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控：mRNA加工成熟水平上的調(diào)控；翻譯水平上的調(diào)控。

第一節(jié)原核基因表達調(diào)控總論一、原核生物的基因表達調(diào)控類型（一）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控起始階段----主要延伸階段----通常不受調(diào)控終止階段----可能受到調(diào)控（二）翻譯水平的調(diào)控主要發(fā)生在起始和終止階段（一）轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的類型正調(diào)控（positiveregulation）負調(diào)控（negativeregulation）inhibitorgenegeneactivator調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)基因表達正調(diào)控負調(diào)控

負調(diào)控：抑制基因表達的調(diào)控方式正調(diào)控：促進基因表達的調(diào)控方式1、正調(diào)控和負調(diào)控inducergenegene誘導(induction)阻遏(repression)repressor特殊代謝物結(jié)構(gòu)基因表達誘導阻遏誘導物、可誘導基因、誘導酶阻遏物、可阻遏基因、可阻遏酶2、特殊代謝物的調(diào)控誘導:在某些代謝物或化合物的作用下，基因由原來的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)誘導物：能引起誘導發(fā)生的分子可誘導基因：誘導調(diào)節(jié)中被活化的基因誘導酶：可誘導基因表達的酶阻遏：在某些代謝物或化合物的作用下，基因由原來的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)阻遏物：能導致阻遏發(fā)生的分子可阻遏基因：阻遏調(diào)節(jié)中被關(guān)閉的基因可阻遏酶：可阻遏基因表達的酶

特殊代謝物調(diào)控的分子機理

特殊代謝物是調(diào)控蛋白的變構(gòu)劑，與調(diào)控蛋白結(jié)合可使調(diào)控蛋白的空間構(gòu)像發(fā)生變化，從而改變其對基因轉(zhuǎn)錄的影響調(diào)控蛋白和代謝物的共同作用調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)基因表達正調(diào)控負調(diào)控特殊代謝物誘導阻遏3、原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的4種類型（1）負控誘導系統(tǒng)mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)阻遏基因mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶（2）正控誘導系統(tǒng)++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPmRNA低半乳糖時高半乳糖時葡萄糖低cAMP濃度高葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO（3）負控阻遏系統(tǒng)（4）正控阻遏系統(tǒng)在這種調(diào)節(jié)方式中，起信號作用的是有特殊負載的氨酰-tRNA的濃度，在色氨酸操縱子中就是色氨酰-tRNA的濃度。當操縱子被阻遏，RNA合成被終止時，起終止轉(zhuǎn)錄信號作用的那一段DNA序列被稱為弱化子。屬于這種調(diào)節(jié)方式的有：大腸桿菌中的色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子和纈氨酸操縱子以及沙門氏菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱子等等。二、弱化子對基因活性的影響TrpTrp高時Trp低時mRNAOPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶RNA聚合酶?色氨酸操縱子UUUU……UUUU……調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因trpROP前導序列衰減子區(qū)域UUUU……前導mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導肽編碼區(qū):

包含序列1形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……UUUU……34UUUU3’34核糖體前導肽前導mRNA1.當色氨酸濃度高時轉(zhuǎn)錄衰減機制125’trp密碼子衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導DNAUUUU3’RNA聚合酶終止UUUU……342423UUUU……核糖體前導肽前導mRNA15’trp密碼子

結(jié)構(gòu)基因前導DNARNA聚合酶2.當色氨酸濃度低時Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)有葡萄糖存在的情況下，即使在細菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導物，與其相對應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應或稱為降解物抑制作用。降解物抑制作用是通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達的，是一種積極的調(diào)節(jié)方式。三、降解物對基因活性的調(diào)節(jié)細菌有時會碰到緊急狀況，比如氨基酸饑餓——氨基酸的全面匱乏。細菌會產(chǎn)生一個應急反應——停止包括生產(chǎn)各種RNA、糖、和蛋白質(zhì)的幾乎全部生物化學反應過程。實施這一應急反應的信號是鳥苷四磷酸(ppGpp)和鳥苷五磷酸(pppGpp)。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導物是空載tRNA。四、細菌的應急反應當氨基酸饑餓時，細胞中便存在大量的不帶氨基酸的tRNA，這種空載的tRNA會激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成。ppGpp的出現(xiàn)會關(guān)閉許多基因，以應付這種緊急狀況。ppGpp影響RNA聚合酶與這些基因轉(zhuǎn)錄起始位點的結(jié)合，使基因被關(guān)閉。ppGpp與pppGpp的作用范圍十分廣泛，它們影響一大批操縱子而被稱為超級調(diào)控因子。SOS反應

SOS基因紫外線激活RecALexA阻遏蛋白與DNA損傷修復有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)基因表達LexA阻遏蛋白操縱序列DNA第二節(jié)乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)操縱子(operon)

概念：

在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在一起，其表達受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基因的組織形式稱為操縱子。發(fā)現(xiàn)：

1961年大腸桿菌能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當乳糖成為惟一的碳源時才會被合成。JacobandMonod---乳糖操縱子模型

一、乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA1、結(jié)構(gòu)基因（1）lacZ：編碼b

－半乳糖苷酶

（使乳糖水解）（2）lacY：編碼b

－半乳糖苷透過酶（使b

－半乳糖苷透過細胞壁、質(zhì)膜進入細胞內(nèi)）（3）lacA：編碼b

－半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶（將乙酰基轉(zhuǎn)移到b

－半乳糖苷上）2、調(diào)節(jié)基因（regulatorygene）

（1）概念：其產(chǎn)物參與調(diào)控其他結(jié)構(gòu)基因表達的基因lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacImRNA（2）特點：a、可在結(jié)構(gòu)基因群附近、也可遠離結(jié)構(gòu)基因b、不僅對同一條DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用，而且能對不同DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用（3）調(diào)控蛋白：類型：a、阻遏蛋白（repressiveprotein）與操縱元件結(jié)合后能減弱或阻止所調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白b、激活蛋白（activatingprotein）與操縱元件結(jié)合后能增強或啟動所調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白3、操縱元件（operator）（1）與啟動子鄰近或與啟動子部分序列重疊（2）具有回文結(jié)構(gòu)，能形成十字形結(jié)構(gòu)。（3）與不同構(gòu)像的蛋白質(zhì)結(jié)合，可以分別起阻遏或激活基因表達的作用

lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI4、啟動子(promoter)是指能被RNA聚合酶識別、結(jié)合并啟動基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。（1）-10序列---Pribnow盒：TATAAT；（2）-35bp序列：TTGACA操縱子至少有一個啟動子，一般在第一個結(jié)構(gòu)基因5’上游，控制整個結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄5、終止子（terminator）是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號的DNA序列（1）不依賴ρ因子的終止子（2）依賴ρ因子的終止子在一個操縱元中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個基因的后面有一個終止子圖10.4乳糖操縱子長度約為6000bp。左端的LacI基因有它自己的啟動子和終止子，LacI基因的末端緊接啟動子P。操作基因O占據(jù)LacZ基因的前26bp，LacZ基因之后是LacY基因和LacA基因以及終止子。

圖10.5

圍繞著乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄啟始位點，阻遏蛋白和RNA聚合酶的結(jié)合區(qū)域相互重疊。

大腸桿菌乳糖操縱子（lactoseoperon）包括3個結(jié)構(gòu)基因：Z、Y和A，以及啟動子、控制子和阻遏子等。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控是在啟動區(qū)和操縱區(qū)進行的。LacI——阻抑蛋白，LacZ——β-糖苷酶，LacY——透性酶，LacA——轉(zhuǎn)乙酰基酶。三種酶的功能：①.β-半乳糖酶：將乳糖分解成半乳糖和葡萄糖②.滲透酶：增加糖的滲透，易于攝取乳糖和半乳糖③.轉(zhuǎn)乙酰酶：β-半乳糖轉(zhuǎn)變成乙酰半乳糖一般情況下，lac+基因型大腸桿菌細胞內(nèi)β-半乳糖苷酶和透過酶的濃度很低，每個細胞只有1～2個酶分子。但是，在乳糖培養(yǎng)基上酶的濃度很快達到細胞總蛋白量的6%或7%，超過105個酶分子lacmRNA/細胞。在無葡萄糖有乳糖的培養(yǎng)基中，lac+細菌中將同時合成β-半乳糖苷酶和透過酶。二、酶的誘導——lac體系受調(diào)控的證據(jù)圖10.6培養(yǎng)基添加誘導物(β-半乳糖苷)能迅速誘導LacmRNA，稍后便合成該酶；若除去誘導物則合成迅速停止。用32P標記的mRNA與模板DNA進行定量分子雜交，表明培養(yǎng)基中加入乳糖1～2分鐘后，編碼β-半乳糖苷酶和透過酶的lacmRNA量就迅速增加，去掉乳糖后，量立即下降。9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院48實驗室常用兩種乳糖類似物——異丙基巰基半乳糖苷（IPTG）和巰甲基半乳糖苷（TMG），在酶活性分析中常用發(fā)色底物O-硝基半乳糖苷（ONPG）。因為它們都不是半乳糖苷酶的底物，所以又稱為安慰性誘導物。（一）乳糖操縱子的控制模型的內(nèi)容如下：Z、Y、A基因產(chǎn)物由同一條多順反子mRNA分子所編碼該mRNA分子的啟動區(qū)（P）位于阻遏基因（I）與操縱區(qū)（O）之間，不能單獨起始半乳糖苷酶和透過酶基因的高效表達。操縱區(qū)是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點。三、操縱子模型及其影響因子當阻遏物與操縱區(qū)相結(jié)合時，lacmRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。誘導物通過與阻遏物結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)相結(jié)合，誘發(fā)lacmRNA的合成。（二）乳糖操縱子的負調(diào)控阻遏蛋白與操縱元件結(jié)合，阻礙了RNA聚合酶與啟動子Plac的結(jié)合，轉(zhuǎn)錄不能進行，lacZ，lacY、lacA低表達。mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時阻遏基因mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶(1)lac操縱子的本底水平表達兩個矛盾：誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運誘導物需要轉(zhuǎn)運酶，轉(zhuǎn)運酶的合成又需要誘導。人們發(fā)現(xiàn)乳糖并不與阻遏物相結(jié)合，真正的誘導物是異構(gòu)乳糖，而后者是在β-半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的解釋：在沒有誘導物的情況下，轉(zhuǎn)運酶和β-半乳糖苷酶仍有本地水平的表達。阻遏物的結(jié)合并非絕對緊密，偶爾會掉下，使得轉(zhuǎn)錄可以進行。表達量足以使誘導過程得以啟動。9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院56（2）大腸桿菌對乳糖的反應在以甘油為碳源的培養(yǎng)基中：加乳糖以前，lac操縱子本底水平表達加乳糖后，阻遏物失活，mRNA大量表達乳糖耗盡，阻遏物濃度逐漸大于異構(gòu)乳糖，阻遏狀態(tài)重新形成，mRNA水平下降。β-半乳糖苷酶半衰期長，其活性下降滯后。9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院57（3）阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能lac操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動子控制下永久型合成的，該阻遏蛋白有4個相同的亞基，每個亞基均含有347個氨基酸殘基，并能與1分子IPTG

結(jié)合,每個細胞中有5～10個阻遏物分子。lacI基因由弱啟動子變?yōu)閺妴幼樱毎麅?nèi)將不可能產(chǎn)生足夠的誘導物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中將不可誘導。現(xiàn)象：培養(yǎng)基中含葡萄糖、乳糖——lacZ等低表達無葡萄糖、有乳糖——lacZ等高表達lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI問題：是否有另外的調(diào)控途徑？（4）葡萄糖對lac操縱子影響某大腸桿菌突變體，它不能將葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為下一步代謝中間物，該細菌的lac基因能在葡萄糖存在時被誘導合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解產(chǎn)物抑制lacmRNA的合成，科學上把葡萄糖的這種效應稱之為代謝物阻遏效應。60

（5)cAMP與代謝物激活蛋白cAMP是在腺苷酸環(huán)化酶的作用下由ATP轉(zhuǎn)變而來的，在真核生物的激素調(diào)節(jié)過程中也起著十分重要的作用。++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP大腸桿菌中的代謝物激活蛋白，由Crp基因編碼，能與cAMP形成復合物。CRP和cAMP都是合成lacmRNA所必需的，cAMP-CRP是一個不同于阻遏物的正調(diào)控因子，而lac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調(diào)控體系作用下實現(xiàn)的。半乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖、山梨醇等在降解過程中均轉(zhuǎn)化成葡萄糖或糖酵解途徑中的其他中間產(chǎn)物，這些糖代謝中有關(guān)的酶都是由可誘導操縱子控制的，被稱為降解物敏感型操縱子，由cAMP-CRP調(diào)控。9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院62cAMP-CRP結(jié)合位點（另一調(diào)控元件）（1）位于啟動子Plac上游，與Plac部分重疊（2）能與cAMP-CRP特異結(jié)合（3）cAMP-CRP與該位點的結(jié)合是lacmRNA合成起始所必須的。Plac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressorCRP（1）由CRP基因編碼（2）可通過與cAMP結(jié)合而激活，即CRP只有與cAMP結(jié)合才有活性CRP-bindingsiteAANTGTGANNTNNNTCANATTNNTTNACACTNNANNNAGTNAAANNHighlyconservedLessconservedglucoseCRP-cAMPCRPcAMPtranscriptioncAMPreceptorproteincAMP-CRP的作用CRP-cAMP與cAMP-CRP結(jié)合位點結(jié)合，增強了RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合力，使轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。CRP的結(jié)合引起DNA鏈發(fā)生90°的彎曲lac操縱子小結(jié)通常情況（葡萄糖供應正常）阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，基因不轉(zhuǎn)錄。細胞外的乳糖通過透性酶吸收到細胞內(nèi)；細胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶將乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾樘恰．惾樘墙Y(jié)合到乳糖阻抑物上使之從操縱序列上脫離，聚合酶迅速開始lacZYA基因的轉(zhuǎn)錄。這就是負控誘導。然而，還需要細菌生長系統(tǒng)中缺少葡萄糖，使cAMP含量增加，才有足夠量的cAMP與CRP結(jié)合形成CRP-cAMP復合物結(jié)合于Plac上游。使DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，轉(zhuǎn)錄才可以有效地進行。第三節(jié)色氨酸操縱子與負控阻遏系統(tǒng)一、組成（一）結(jié)構(gòu)基因基因E、D、C、B、A，編碼色氨酸合成所需要酶類，這些基因頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群，組成一個轉(zhuǎn)錄單元。（二）調(diào)節(jié)基因trpR（1）位置:遠離P-ｏ-結(jié)構(gòu)基因群（2）編碼調(diào)控蛋白R（3）R沒有與操縱元件ｏ結(jié)合的活性（4）當環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結(jié)合后構(gòu)象變化而活化（5）R與ｏ特異性結(jié)合，抑制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄（三）操縱元件ｏ（1）18bp的回文結(jié)構(gòu)（2）與色氨酸啟動子Ptrp序列在–21and+3堿基之間重疊（3）與Trp-R特異性結(jié)合，阻遏結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象：培養(yǎng)基中Trp濃度較低時---基因E、D、C、B、A高表達

Trp

濃度較高時---基因E、D、C、B、A低表達二、色氨酸操縱子與轉(zhuǎn)錄調(diào)控1、Trp操縱子與負控阻遏系統(tǒng)Ⅰ培養(yǎng)基中Trp濃度較低，調(diào)控蛋白R不能被活化，未活化的調(diào)控蛋白R不能與操縱元件結(jié)合，基因E、D、C、B、A高表達。Trp操縱元與負控阻遏系統(tǒng)2、Trp操縱子與負控阻遏系統(tǒng)Ⅱ培養(yǎng)基中Trp濃度較高，調(diào)控蛋白R與Trp結(jié)合，Trp-R復合物與操縱子結(jié)合，基因E、D、C、B、A低表達。Trp操縱元與負控阻遏系統(tǒng)Trp三、色氨酸操縱子總結(jié)1、通常是開放轉(zhuǎn)錄的，有效應物（色氨酸為阻遏物）作用時則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。2、負性調(diào)控的、可阻遏的操縱子3、色氨酸可以作為共阻抑物起作用，并通過終產(chǎn)物抑制自身的合成（負反饋調(diào)節(jié)）。4、細菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型，其調(diào)控可使細菌處在生存繁殖最經(jīng)濟最節(jié)省的狀態(tài)。

1、弱化子：在trpmRNA5’端有一個長162bp的mRNA片段被稱為前導區(qū)，其中123～150位堿基序列如果缺失，trp基因表達可提高6-10倍。mRNA合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒有色氨酸，轉(zhuǎn)錄總是在這個區(qū)域終止，產(chǎn)生一個僅有140個核苷酸的RNA分子，終止trp基因轉(zhuǎn)錄。這個區(qū)域被稱為弱化子，該區(qū)mRNA可通過自我配對形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)。四、弱化子與前導肽2、前導肽分析前導序列發(fā)現(xiàn)，它包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA，能產(chǎn)生一個含有14個氨基酸的多肽，這個假設的多肽被稱為前導肽。在前導序列的第10和第11位上有相鄰的兩個色氨酸密碼子。組氨酸操縱子含有7個相鄰的組氨酸密碼子，苯丙氨酸操縱子也有7個苯丙氨酸密碼子，這些密碼子參與了操縱子中的轉(zhuǎn)錄弱化機制。9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院813、mRNA前導區(qū)的序列分析trp前導區(qū)的堿基序列已經(jīng)全部測定，引人注目的是其中4個分別以1、2、3和4表示的片段能以兩種不同的方式進行堿基配對，有時以1-2和3-4配對，有時只以2-3方式互補配對。終止構(gòu)型抗終止構(gòu)型9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院82RNaseT1降解實驗（此酶不能水解配對的RNA）表明，純化的trp前導序列中確有1-2和3-4的配對方式，由此定位的3-4配對區(qū)正好位于終止密碼子的識別區(qū)，當這個區(qū)域發(fā)生破壞自我配對的堿基突變時有利于轉(zhuǎn)錄的繼續(xù)進行。4、轉(zhuǎn)錄弱化作用培養(yǎng)基中色氨酸濃度低，負載有色氨酸的tRNATrp就少，翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就慢，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trp密碼子處），前導區(qū)2-3配對，不形成3-4配對的終止結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進行。培養(yǎng)基中色氨酸濃度高，核糖體順利通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前就到達2區(qū)，3-4區(qū)自由配對形成莖-環(huán)狀終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停止。所以，弱化子對RNA聚合酶的影響依賴于前導肽翻譯中核糖體所處的位置。第四節(jié)其它操縱子典型的操縱子和調(diào)控機制還有：半乳糖操縱子阿拉伯糖操縱子阻遏蛋白LexA的降解與細菌中的SOS應答多啟動子的調(diào)控的啟動子一、半乳糖操縱子(galactoseoperon)（一）、結(jié)構(gòu)基因：異構(gòu)酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)，半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galactosetransferase,galT)，半乳糖激酶(galactosekinase,galk)。這3個酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖-1-磷酸。GalR與galE、T、K及操縱區(qū)O等離得很遠，而galR產(chǎn)物對galO的作用與lacI-lacO的作用相同。（二）、gal操縱子的特點：

①它有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄；

②它有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游-67--53，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。因為半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人們猜想葡萄糖存在時半乳糖操縱子不被誘導，但實際上有葡萄糖存在時，gal操縱子仍可被誘導。現(xiàn)已分離到一些突變株，其中一類突變株能在不含葡萄糖的培養(yǎng)基中高水平合成半乳糖代謝酶類（gal結(jié)構(gòu)基因高效表達）；而另一類突變株中g(shù)al基因的表達完全依賴于葡萄糖，培養(yǎng)基中如無葡萄糖存在，這些細菌的gal基因不表達，不合成半乳糖代謝酶類。

分析gal操縱子P-O區(qū)的DNA序列發(fā)現(xiàn)，該操縱子確實存在兩個相距僅5bp的啟動子，可以分別起始mRNA的合成。每個啟動子擁有各自的RNA聚合酶結(jié)合位點S1和S2。從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在培養(yǎng)基中無葡萄糖時，才能順利進行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CAP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉(zhuǎn)錄則完全依賴于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由這個啟動子起始的轉(zhuǎn)錄。當有cAMP-CAP時，轉(zhuǎn)錄從S1開始，當無cAMP-CAP時,轉(zhuǎn)錄從S2開始。

為什么gal操縱子需要兩個轉(zhuǎn)錄起始位點？半乳糖不僅可以作為唯一碳源供細胞生長，而且與之相關(guān)的物質(zhì)--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大腸桿菌細胞壁合成的前體。在沒有外源半乳糖的情況下，UDP-gal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。生長過程中的所有時間里細胞必須能夠合成差向異構(gòu)酶。現(xiàn)在設想只有S1一個啟動子，那么由于這個啟動子的活性依賴于cAMP-CRP，當培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時就有能合成異構(gòu)酶。假如唯一的啟動子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情況下，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導狀態(tài)，這無疑是一種浪費。無論從必要性或經(jīng)濟性考慮，都需要一個不依賴于cAMP-CAP的啟動子（S1）對高水平合成進行調(diào)節(jié)。MapoftheE.coligaloperonandnucleotidesequenceoftheregulatoryregion二、組氨酸操縱子

與His降解代謝有關(guān)的兩組酶類被稱為hut酶(histidineutilizingenzyme)，控制這些酶合成的操縱子被稱為hutoperon。由一個多重調(diào)節(jié)的操縱子控制，有兩個啟動子，兩個操縱區(qū)及兩個正調(diào)節(jié)蛋白。

Hut操縱子共編碼4種酶和一個阻遏物。4種酶分別由hutG、hutH、hutI及hutU基因編碼，阻遏物則由hutC基因編碼。在產(chǎn)氣克氏菌中，以上基因構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)錄單位，hutI、hutG、hutC和hutU、hutH分別被轉(zhuǎn)錄合成兩條mRNA長鏈。這兩個轉(zhuǎn)錄單位各自都有一個啟動子和一個操縱區(qū)，其轉(zhuǎn)錄過程都是從左向右進行的，hutC阻遏物能與每個操縱區(qū)相結(jié)合。無論以組氨酸作為唯一碳源或氮源，hut操縱子都會處于有活性狀態(tài)。Hut操縱子的每一個啟動子上都有cAMP-CAP結(jié)合位點，當碳供應匱乏時，能合成cAMP，出現(xiàn)cAMP-CAP復合物，并與操縱區(qū)上的相應位點結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。雖然尚不清楚氮源缺乏時的信號是什么，但它很可能也是一個正效應子。第五節(jié)固氮基因及其調(diào)控一、根瘤的產(chǎn)生根瘤菌細胞以極性的方式與根毛接觸，并附著到植物細胞上。根瘤菌產(chǎn)生寡聚糖來刺激植物分泌凝血素。通過對快速生長的根瘤菌株系的研究發(fā)現(xiàn)與固氮有關(guān)的許多基因都位于然熱體之外的大質(zhì)粒上。這些基因發(fā)生缺失，根瘤菌就不能形成根瘤或者不能使植物固氮。二、固氮酶鐵鉬蛋白鐵蛋白TeMoCo三、與固氮有關(guān)的基因及其調(diào)控與固氮有關(guān)的基因都位于染色體外的大質(zhì)粒上。當這些基因發(fā)生缺失，根瘤菌就不能使植物形成根瘤或不能使植物固氮。（P228）nifAL基因控制了整個固氮酶系統(tǒng)的表達和活性。nifA和nifL基因的產(chǎn)物分別是nif操縱子的正和負調(diào)控因子。當細胞內(nèi)沒有nifL蛋白時，nifA基因產(chǎn)物足以激活其他nif基因的表達，甚至在沒有NH3和O2時也如此。nifAL的蛋白質(zhì)對nifH啟動子的轉(zhuǎn)錄激活作用與NH4+含量和O2無關(guān)。根瘤內(nèi)和體外培養(yǎng)的根瘤菌固氮酶活性一般受NH4+含量和O2濃度兩大因素的影響。第六節(jié)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

9/22/2023南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院104基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是生物最經(jīng)濟的調(diào)控方式。但轉(zhuǎn)錄生成mRNA以后，再在翻譯或翻譯后水平進行“微調(diào)”，是對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的補充，它使基因表達的調(diào)控更加適應生物本身的需求和外界條件的變化。調(diào)控方式有：mRNA自身結(jié)構(gòu)元件對翻譯起始的調(diào)控mRNA穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)錄水平的影響調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)控作用反義RNA的調(diào)節(jié)作用稀有密碼子對翻譯的影響重疊基因?qū)Ψg的影響翻譯的阻遏魔斑核苷酸水平對翻譯的影響遺傳信息的翻譯起始于mRNA上的核糖體結(jié)合位點（RBS）——起始密子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。在RBS中有SD序列，與核糖體16SrRNA的3’端互補配對，促使核糖體與mRNA相結(jié)合。RBS的結(jié)合強度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及與AUG的距離。SD與AUG相距一般以4～10核苷酸為佳，9核苷酸最佳。一、翻譯起始的調(diào)控所有細胞都有一系列核酸酶，用來清除無用的mRNA。一個典型的mRNA半衰期為2-3min。mRNA分子被降解的可能性取決于其二級結(jié)構(gòu)。二、mRNA穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)錄水平的影響SD序列的微小變化，往往