CHAPTER原核基因表达调控.pptx

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1、OUTLINE5.1 原核基因表达调控总论原核基因表达调控总论5.2 乳糖操纵子的转录调控乳糖操纵子的转录调控5.3 色氨酸操纵子的转录调控色氨酸操纵子的转录调控5.4 其它操纵子其它操纵子(半乳糖、阿拉伯糖半乳糖、阿拉伯糖)5.5 翻译水平的调控翻译水平的调控第1页/共93页一、基因表达的概念一、基因表达的概念gene expression：基因转录及翻译的：基因转录及翻译的过程。对这个过程的调节就称为过程。对这个过程的调节就称为gene regulation。注意：注意：rRNA、tRNA编码基因转录合成编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。的过程也属于基因表达。第2页/共93页(1

2、)组成性表达组成性表达(constitutive expression)指在个体发育的任一阶段都能在大多指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。不可少的，且较少受环境因素的影响。(2)适应性表达适应性表达(adaptive expression)指环境的变化容易使其表达水平变动指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。的一类基因表达。二、基因表达的方式二、基因表达的方式第3页/共93页(1)组成性表达组成性表达 指不大受环境变动

3、而变化的一类基因表达。J某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(housekeeping gene)。管家基因表达水平受环境因素影响较小，而是在个体各个生长阶段的大多数、或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。它的表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，而不受其他机制调节。第4页/共93页指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。因表达。I应环境条件变化基因表达水平增高的现象称应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为为诱导诱导(induction)，这类基因被称为，这类基因被称为可诱可诱导的基因导的基因(indu

4、cible gene)；相反，随环境条件变化而基因表达水平降低相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为的现象称为阻遏阻遏(repression)，相应的基因，相应的基因被称为被称为可阻遏的基因可阻遏的基因(repressible gene)。(2)适应性表达第5页/共93页第6页/共93页第7页/共93页诱导作用：诱导作用：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态变为工作状态，即在用下，由原来关闭的状态变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。某些物质的诱导下使基因活化。例如：例如：乳糖乳糖-乳糖操纵子乳糖操纵子（-半乳糖苷酶半

5、乳糖苷酶-使乳使乳糖水解为半乳糖和葡萄糖；糖水解为半乳糖和葡萄糖；-半乳糖苷透过酶半乳糖苷透过酶-使乳糖进入细菌细胞内；使乳糖进入细菌细胞内；-半乳糖苷乙酰基半乳糖苷乙酰基转移酶转移酶-使半乳糖苷第六位碳原子乙酰化）。使半乳糖苷第六位碳原子乙酰化）。5.1.1 诱导和阻遏诱导和阻遏第8页/共93页阻遏作用：阻遏作用：一些基因平时都是开启的，处在蛋白质或一些基因平时都是开启的，处在蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。例如：例如：色氨酸色氨酸合成酶色氨酸色氨酸合成酶。一般

6、情况下细菌。一般情况下细菌自身可以合成色氨酸，但加入色氨酸，细菌因自身可以合成色氨酸，但加入色氨酸，细菌因为不需要自身合成色氨酸，因此关闭该操纵子为不需要自身合成色氨酸，因此关闭该操纵子基因。基因。5.1.1 诱导和阻遏诱导和阻遏第9页/共93页原核基因表达调控类型及特点原核基因表达调控类型及特点负转录调控(调节基因的产物为阻遏蛋白)正转录调控(调节基因的产物为激活蛋白)负控诱导(阻遏蛋白不与诱导物结合，结构基因不转录)负控阻遏(阻遏蛋白与诱导物结合，结构基因不转录)正控诱导(诱导物使激活蛋白处于活性状态)正控阻遏(诱导物使激活蛋白处于非活性状态)原核生物的基因调控主要发生在转录水平第10页/

7、共93页1.Gene Expression is Controlled by Regulatory Proteins(调控蛋白调控蛋白)Gene expression is very often controlled by Extracellular Signals,which are communicated to genes by regulatory proteins:Positive regulators or activators(激活蛋白激活蛋白)INCREASE the transcriptionNegative regulators or repressors(阻遏蛋白阻遏蛋白

8、)DECREASE or ELIMINATE the transcription第11页/共93页2.Gene expression is controlled at different stagesThe bulk of gene regulation takes place at the initiation of transcription.Some involve transcriptional elongation/termination,RNA processing,and translation of the mRNA into protein.第12页/共93页3.Target

9、ing promoter binding:many promoters are regulated by activators that help RNAP bind DNA(recruitment)and by repressors that block the binding.第13页/共93页RNAP binds many promoters weakly,activators that contain two binding sites to bind a DNA sequence and RNAP simultaneously can enhance the RNAP affinit

10、y with the promoters,and thus increases gene transcription.This is called recruitment regulation(招募调控招募调控).On the contrary,Repressors can bind to the operator inside of the promoter region,which prevents RNAP binding and the transcription of the target gene.第14页/共93页4.Targeting transition to the ope

11、n complex:Allostery regulation(异构调控)after the RNA Polymerase BindingIn some cases,RNAP binds the promoters efficiently,but no spontaneous isomerization occurs to lead to the open complex,resulting in no or low transcription.Some activators can bind to the closed complex,inducing conformational chang

12、e in either RNAP or DNA promoter,which converts the closed complex to open complex and thus promotes the transcription.第15页/共93页5.Targeting promoter escape by some repressorsRepressors can work in ways:blocking the promoter binding.blocking the transition to the open complex.(1)blocking promoter esc

13、ape.第16页/共93页6.Cooperative binding(recruitment)and allostery have many roles in gene regulationFor example:group of regulators often bind DNA cooperatively(activators and/or repressors interact with each other and with the DNA,helping each other to bind near a gene they regulated):produce sensitive

14、switches to rapidly turn on a gene expression,integrate signals(some genes are activated when multiple signals are present).第17页/共93页5.1.2 弱化子对基因活性的影响弱化子对基因活性的影响弱化子：弱化子：(色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等)当当操纵子操纵子(是基因表达的协调单位，由启动子、操纵是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制

15、所组成。操纵基因受调节基因产物的控制)被阻被阻遏，遏，RNA合成被终止时，起终止转录信号作用合成被终止时，起终止转录信号作用的一段核苷酸。的一段核苷酸。核糖体在基因转录产物上的不同位置，决定了核糖体在基因转录产物上的不同位置，决定了RNA可以形成哪一种形式的二级结构，并由此可以形成哪一种形式的二级结构，并由此决定基因能否继续转录。决定基因能否继续转录。起信号作用的是有特殊负载的氨酰起信号作用的是有特殊负载的氨酰-tRNA的浓度。的浓度。第18页/共93页5.1.3 降解物对基因活性的调节降解物对基因活性的调节通过提高转录强度来调节基因表达：通过提高转录强度来调节基因表达：葡萄糖效应葡萄糖效应(

16、降解物抑制效应降解物抑制效应)：在有葡萄糖存在在有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，不会产生出代谢这些应的操纵子也不会启动，不会产生出代谢这些糖的酶来。糖的酶来。葡萄糖：抑制腺苷酸环化酶，减少葡萄糖：抑制腺苷酸环化酶，减少cAMP的合成，的合成，与其相结合的环腺苷酸受体蛋白与其相结合的环腺苷酸受体蛋白CRP或分解代或分解代谢物蛋白谢物蛋白CAP，找不到配体而不能形成复合物。，找不到配体而不能形成复合物。第19页/共93页5.1.4 细菌的

17、应急反应细菌的应急反应实施应急反应的信号是实施应急反应的信号是鸟苷四磷酸鸟苷四磷酸(ppGpp)和和鸟苷五磷酸鸟苷五磷酸(pppGpp)；产生这两种；产生这两种物质的诱导物是物质的诱导物是空载空载tRNA。当氨基酸饥饿时，细胞中存在大量空载当氨基酸饥饿时，细胞中存在大量空载tRNA，其激活，其激活焦磷酸转移酶焦磷酸转移酶，使，使ppGpp大大量合成，从而关闭和打开一些基因。量合成，从而关闭和打开一些基因。第20页/共93页1961年操纵子模型的提出年操纵子模型的提出 莫洛莫洛(Monod)和雅各布和雅各布(Jacob)获1965年诺贝尔生理学和医学奖 是一种负控诱导系统5.2 乳糖操纵子乳糖操

18、纵子(lactose operon)第21页/共93页5.2.1 酶的诱导酶的诱导如何发现？乳糖诱导如何发现？乳糖诱导lac mRNA的合成的合成第22页/共93页真正的诱导剂？真正的诱导剂？lIPTG(异丙异丙基硫代半乳基硫代半乳糖苷糖苷)lTMG(巯甲巯甲基半乳糖苷基半乳糖苷)l发色底物发色底物O-硝基半乳糖硝基半乳糖苷苷(ONPG)第23页/共93页别乳糖别乳糖和和IPTG是是Lac操纵子操纵子的的诱导物诱导物第24页/共93页操纵子操纵子(operon):阻遏基因阻遏基因(inhibitor,I,产生阻遏物产生阻遏物repressor)、启动子、启动子(promoter,P)、操纵基因

19、、操纵基因(operator,O)、结构基因、结构基因(structural gene)。第25页/共93页Lac 操纵子结构操纵子结构第26页/共93页Operon:a unit of prokarytoic gene expression and regulation which typically includes:1.Structural genes for enzymes in a specific biosynthetic pathway whose expression is coordinately controlled.2.Control elements,such as o

20、perator sequence.3.Regulator gene(s)whose products recognize the control elements.Sometimes are encoded by the gene under the control of a different promoter第27页/共93页lacYencodes a cell membrane protein called lactose permease(半乳糖苷渗透酶)to transport Lactose across the cell walllacZencodes for-galactosi

21、dase(半乳糖苷酶)for lactose hydrolysislacA encodes a thiogalactoside transacetylase(硫代半乳糖苷转乙酰酶)to get rid of the toxic thiogalacosides 三种结构基因第28页/共93页The lacZ,lacY,lacA genes are transcribed into a single lacZYA mRNA(polycistronic mRNA)under the control of a signal promoter Plac.LacZYA transcription unit

22、 contains an operator site Olac position between bases-5 and+21 at the 3-end of PlacBinds with the lac repressor The LAC operon第29页/共93页nZ、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码；分子所编码；n该该mRNA分子的分子的P区位于区位于I与与O之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达。因的高效表达。5.2.2 操纵子模型与影响因子操纵子模型与影响因子第30页/共93页nO区

23、是区是DNA上的一小段序列上的一小段序列(26bp)，是阻遏蛋白的结合位点；，是阻遏蛋白的结合位点；n当阻遏蛋白与当阻遏蛋白与O相结合时，相结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制；的转录起始受到抑制；n诱导物通过与阻遏蛋白结合，改变其三维构象，使之不能与诱导物通过与阻遏蛋白结合，改变其三维构象，使之不能与O结合，从而激结合，从而激发发lac mRNA的合成。的合成。5.2.2 操纵子模型与影响因子操纵子模型与影响因子第31页/共93页1.lac 操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达两个矛盾两个矛盾：诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，即需要即需要

24、透过酶透过酶来转运诱导物，而透过酶的合来转运诱导物，而透过酶的合成又需要诱导物进行诱导。成又需要诱导物进行诱导。乳糖乳糖(葡萄糖葡萄糖-1,4-半乳糖半乳糖)并不与阻遏物结合，并不与阻遏物结合，真正的诱导物是乳糖的异构体真正的诱导物是乳糖的异构体(葡萄糖葡萄糖-1,6-半乳糖半乳糖)，而后者是在，而后者是在-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的催化下的催化下由乳糖生成的，因此乳糖诱导由乳糖生成的，因此乳糖诱导-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的合成需要有的合成需要有-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的预先存在。的预先存在。第32页/共93页对矛盾的解释对矛盾的解释：在非诱导状态下有少量在非诱导状态下有少量lac mRNA合成，这种

25、合合成，这种合成称之为本底水平的组成型合成成称之为本底水平的组成型合成(background level constitutive synthesis)。由于阻遏物的结合并不是绝对紧密的，即使在它由于阻遏物的结合并不是绝对紧密的，即使在它与操纵基因紧密结合时，也会偶尔掉下来，这与操纵基因紧密结合时，也会偶尔掉下来，这时启动子的障碍被解除，时启动子的障碍被解除，RNA聚合酶开始转录。聚合酶开始转录。（即（即:无需诱导物，阻遏物从操纵基因处掉下，无需诱导物，阻遏物从操纵基因处掉下，启动子可以启动结构基因表达启动子可以启动结构基因表达）1.lac 操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达第33页/共

26、93页加入乳糖以后，加入乳糖以后，在单个在单个透过酶透过酶分子作用下，少量分子作用下，少量乳糖乳糖分子进入细胞，在单个分子进入细胞，在单个-半乳糖苷酶半乳糖苷酶作用下作用下转变为转变为异构乳糖异构乳糖。异构乳糖与结合在异构乳糖与结合在O区的区的I相结合并使相结合并使I失活而离开失活而离开O区，开始区，开始lac mRNA的合成，的合成，最终结果导致乳糖大量涌入细胞。最终结果导致乳糖大量涌入细胞。第34页/共93页ipozyaVery low level of lac mRNAAbsence of lactoseActivePresence of lactoseipozyab-Galactosi

27、dasePermeaseTransacetylaseInactiveLack of inducer:the lac repressor block all but a very low level of trans-cription of lacZYA.When Lactose is present,the low basal level of permease allows its uptake,and b-galactosidase catalyzes the conversion of some lactose to allolactose.Allolactose acts as an

28、inducer,binding to the lac repressor and inactivate it.Response to lactose第35页/共93页lac操纵子阻遏物操纵子阻遏物mRNA：由弱启动子控制组成型合成，该阻遏蛋白有四个相同：由弱启动子控制组成型合成，该阻遏蛋白有四个相同的亚基，每个亚基含有的亚基，每个亚基含有347个氨基酸残基，并能够与个氨基酸残基，并能够与1分子分子IPTG结合。结合。当当I基因由弱启动子突变为强启动子，细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服基因由弱启动子突变为强启动子，细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个阻遏状态，整个lac操纵子在

29、这些突变体中就不可诱导，操纵子在这些突变体中就不可诱导，结构基因处在关闭状结构基因处在关闭状态态。第36页/共93页Response to glucose，cAMP受葡萄糖浓度调节第37页/共93页代谢物激活蛋白代谢物激活蛋白CAP(catabolite activator protein)，由，由Crp基因基因编码，能与编码，能与cAMP形成复合物。形成复合物。l凡是凡是Crp及腺苷酸环化酶基因突变的细菌都不能合成及腺苷酸环化酶基因突变的细菌都不能合成lac mRNA，lCRP-cAMP(CAP-cAMP)复合物是独立于阻遏物的正调控因子。复合物是独立于阻遏物的正调控因子。第38页/共93页

30、CAP结合位点结合位点(mRNA启动子内部启动子内部)第39页/共93页ZYAOPDNA 调控区CAP结合位点启动序列操纵序列 结构基因Z：-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶cAMPCAP复合物第40页/共93页+转录无葡萄糖，cAMP浓度高时促进转录有葡萄糖，cAMP浓度低时不促进转录ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正调控第41页/共93页两个区：两个区：P区区(启动子区启动子区)：一般是从：一般是从I基因结束到基因结束到mRNA转录起始位点下游转录起始位点下游510bp。O区区(阻遏物结合区阻遏物结合区)：位于：位于-7+28bp阻遏物与阻遏物与O区的结合影响

31、了区的结合影响了RNA聚合酶与启动子区结合形成转录起始复合物的聚合酶与启动子区结合形成转录起始复合物的效率。效率。5.2.3 lac操纵子操纵子DNA的调控区的调控区域域第42页/共93页总结一：阻遏蛋白的负性调节总结一：阻遏蛋白的负性调节(negative control of repressor)l无乳糖无乳糖(no lactose):lac操纵子处于操纵子处于阻遏状态阻遏状态(repression)l有乳糖有乳糖(presence of lactose)lac操纵子即可被操纵子即可被诱导诱导(derepression,induction)诱导剂诱导剂(inducer):别乳糖、半乳糖、别

32、乳糖、半乳糖、IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）（异丙基硫代半乳糖苷）第43页/共93页乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的调控方式的调控方式第44页/共93页总结二：总结二：CAP的正性调节的正性调节(Positive Control of CAP)CAP-cAMP帮助帮助RNA聚合酶有效的结合到聚合酶有效的结合到lacP位点，加快位点，加快RNA合成的起始反应：合成的起始反应：lRNA聚合酶与聚合酶与CAP相互足够靠近，直接复合，相互足够靠近，直接复合，以蛋白质以蛋白质-蛋白质接触提供额外的能量，大大蛋白质接触提供额外的能量，大大增强增强RNA聚合酶的结合能力；聚合酶的结合能力；lC

33、AP的结合可能把位点周围的的结合可能把位点周围的DNA双螺旋结构双螺旋结构转变为一种更容易被转变为一种更容易被RNA聚合酶识别的外形和聚合酶识别的外形和构象，增加了封闭复合物的形成或者从封闭型构象，增加了封闭复合物的形成或者从封闭型复合物转向开放型复合物的速度。复合物转向开放型复合物的速度。第45页/共93页CAP以二聚体形式行使功能，二聚体被单个cAMP活化，其上有两个结合位点：lcAMP结合位点；lDNA结合区(lacP内CAP-cAMP结合位点序列具有对称性，lacP的-54-58,-65-69是CAP-cAMP结合位点)。总之：CAP-cAMP复合物与DNA的CAP位点结合时，促进RN

34、A聚合酶对-35和-10序列的识别和结合，并形成开放起始复合物，提高了转录效率。总结二：总结二：CAP的正性调节的正性调节(Positive Control of CAP)第46页/共93页CAP的正性调节第47页/共93页CAP的正性调节第48页/共93页(tryptophan operon)lLac操纵子负责营养碳源的分解，平时关闭，操纵子负责营养碳源的分解，平时关闭，只有当需要消耗乳糖时，才通过诱导物使只有当需要消耗乳糖时，才通过诱导物使阻遏蛋白失活而开放，是阻遏蛋白失活而开放，是可诱导的负调控可诱导的负调控基因基因；另外还存在；另外还存在CAP的正调控。的正调控。lTrp操纵子负责操纵

35、子负责Trp的合成，平时开放，调的合成，平时开放，调节基因的产物使其关闭，是节基因的产物使其关闭，是可阻遏的负调可阻遏的负调控控；另外还存在翻译与转录耦联的衰减子；另外还存在翻译与转录耦联的衰减子调控手段。调控手段。Trp操纵子与操纵子与lac操纵子的不同操纵子的不同第49页/共93页1.Structure of the trp operonlED-编码邻氨基苯甲酸合成酶(260KD)lC-编码吲哚甘油磷酸合成酶(45KD)lBA-编码Trp合成酶亚基(50KD)和亚基(29KD)lLa为前导肽和衰减子序列lO为控制子(含-10区)lP为启动子lR为阻遏基因第50页/共93页1.Structu

36、re of the trp operon第51页/共93页(1)trpR和和trpABCDE不连锁；不连锁；(2)操纵基因在启动子内操纵基因在启动子内(3)有衰减子有衰减子(attenuator)/弱化子弱化子(4)启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列(Leader)所隔开所隔开 色氨酸操纵子特点第52页/共93页nThe trp operon encodes five structural genes required for tryptophan(色氨酸)synthesis.nThese genes are regulated to effi

37、ciently express only when tryptophan is limiting.nTwo layers of regulation are involved:(1)transcription repression by the Trp repressor(initiation);(2)attenuation2.the trp operon第53页/共93页nTrp repressor is encoded by a separate operon trpR,and specifically interacts with the operator that overlaps w

38、ith the promoter sequence nThe repressor can only bind to the operator when it is complexed with tryptophan.Therefore,Try is a co-repressor and inhibits its own synthesis through end-product inhibition(negative feed-back regulation).3.The Trp repressor第54页/共93页nThe repressor reduces transcription in

39、itiation by around 70-fold,which is much smaller than the binding of lac repressor.nThe repressor is a dimer of two subunits which has a structure with a central core and two flexible DNA-reading heads(carboxyl-terminal of each subunit)3.The Trp repressor第55页/共93页trp operonThe TRP operon第56页/共93页trp

40、 操纵子的阻遏系统操纵子的阻遏系统低低TrpTrp时：时：阻遏物不阻遏物不结合操纵结合操纵基因；基因；高高TrpTrp时：时：阻遏物与阻遏物与TrpTrp结合操结合操纵基因纵基因第57页/共93页l色氨酸高浓度和低浓度下表达水平相差600倍，而阻遏作用仅使转录降低70倍。la regulation at the transcription termination step&a second mechanism to confirm that little tryptophan is available4.Attenuation(衰减作用)第58页/共93页lRepressor serves a

41、s the primary switch to regulate the expression of genes in the trp operonlAttenuation serves as the fine switch to determine if the genes need to be efficiently expressed4.Attenuation(衰减作用)第59页/共93页弱化子：弱化子：DNA中可导致转录过早终止的一段核甘中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（酸序列（123-150区）区）第60页/共93页研究引起终止的研究引起终止的mRNA碱基序列，发现该区碱基序列，

42、发现该区mRNA通通过自我配对可以形成茎过自我配对可以形成茎-环结构，有典型的终止子环结构，有典型的终止子特点特点第61页/共93页结构基因E上游具有：启动子-操纵子基因-前导序列-衰减子区域mRNA5端162个核苷酸，其中139个构成前导序列：n14个氨基酸的前导肽n4个互补区段1个衰减子终点Trp操纵子的前导序列TrpL第62页/共93页前导序列：在前导序列：在trp mRNA5端端trpE基因的起始密基因的起始密码前一个长码前一个长162bp的的mRNA片段片段第63页/共93页第64页/共93页n某些区段富含GC，GC之间容易形成茎环二级结构，接着有8个U构成一个不依赖于因子的终止信号

43、；n由(1)和(2)区序列构成第二个发夹结构，其中(1)区处于14个氨基酸的前导肽序列中；n(2)和(3)区互补，可以形成发夹结构，与(3)和(4)形成发夹结构竞争；n14个氨基酸前导肽中有5个核糖体强结合位点，之后还有一个UGA；n前导序列中并列2个色氨酸密码子前导序列的5个特点第65页/共93页转录的弱化理论：mRNA转录的终止是通过前导肽基因的翻译来调节的。在前导肽中有两个相邻的色氨酸密码子，所以前导肽的翻译对tRNATrp的浓度敏感。n当培养基中Trp浓度很低时，负载有Trp的tRNATrp也就少，翻译通过两个相邻Trp密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进入1区(或者停

44、留在两个相邻的Trp密码子处)，这时23配对，不形成34配对的终止结构，转录继续。n当培养基中Trp浓度高时，核糖体可顺利通过两个相邻的Trp密码子，在4区被转录之前，核糖体就到达2区，这样使23不能配对，34区形成终止子结构，转录停止。转录弱化作用机理第66页/共93页转录弱化作用机理第67页/共93页第68页/共93页Importance of attenuation nA typical negative feed-back regulationnUse of both repression and attenuation allows a fine tuning of the leve

45、l of the intracellular tryptophan.nAttenuation alone can provide robust regulation:other amino acids operons like his and leu have no repressors and rely entirely on attenuation for their regulation.nProvides an example of regulation without the use of a regulatory protein,but using RNA structure in

46、stead.第69页/共93页l半乳糖操纵子半乳糖操纵子l阿拉伯糖操纵子阿拉伯糖操纵子l阻遏蛋白阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的的降解与细菌中的SOS应答应答l二组分调控系统和信号转导二组分调控系统和信号转导l多启动子调控的操纵子多启动子调控的操纵子第70页/共93页结构基因结构基因(使半乳糖变为葡萄糖使半乳糖变为葡萄糖-1-磷酸磷酸)：galE：异构酶：异构酶galT：半乳糖：半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶磷酸尿嘧啶核苷转移酶galK：半乳糖激酶：半乳糖激酶调节基因调节基因galR，两个启动子，两个启动子(可以从两个不同的可以从两个不同的起始点转录起始点转录)，两个操纵区，两个操纵区O(一个在

47、一个在P区上游区上游-67-73，一个在，一个在galE内部内部)(galactose operon)第71页/共93页gal操纵子的特点：操纵子的特点：它有两个启动子，其它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点可从两个不同的起始点开始转录；开始转录；它有两个它有两个O区，一个在区，一个在P区上游，另一个在结构基因区上游，另一个在结构基因galE内部。内部。第72页/共93页gal操纵子操纵子P-O区有两个相距仅区有两个相距仅5bp的启动子，每个启动子拥有各自的的启动子，每个启动子拥有各自的RNA聚合聚合酶结合位点酶结合位点S1和和S2，cAMP-CRP对起始的转录有不同的作用：对起始的

48、转录有不同的作用：l从从S1起始的转录：无葡萄糖，起始的转录：无葡萄糖，RNA聚合酶与聚合酶与S1的结合需要半乳糖、的结合需要半乳糖、CRP和和cAMP。从从S2起始的转录：完全依赖葡萄糖，高水平的起始的转录：完全依赖葡萄糖，高水平的cAMP-CRP抑制转录。抑制转录。(galactose operon)第73页/共93页半乳糖具有双重功能：作为唯一碳源；作为合成尿苷二半乳糖具有双重功能：作为唯一碳源；作为合成尿苷二磷酸半乳糖磷酸半乳糖UDPgal形成细胞壁的前体。形成细胞壁的前体。在没有外源半乳糖的情况下，细胞通过半乳糖差向异构在没有外源半乳糖的情况下，细胞通过半乳糖差向异构酶由酶由UDP-

49、葡萄糖合成葡萄糖合成UDPgal，只需本底水平表达即，只需本底水平表达即可。可。如果只有如果只有S1(依赖于依赖于cAMPCRP)一个启动子，当有葡一个启动子，当有葡萄糖时就不能合成异构酶；只有萄糖时就不能合成异构酶；只有S2(不依赖于不依赖于cAMPCRP)，那么半乳糖使操纵子处于充分诱导状态。，那么半乳糖使操纵子处于充分诱导状态。最终：最终：一个不依赖一个不依赖cAMPCRP的的S2进行本底水进行本底水平的表达，一个依赖于平的表达，一个依赖于cAMPCRP的的S1对高对高水平合成进行调节水平合成进行调节。双启动子的生理功能双启动子的生理功能第74页/共93页阿拉伯糖降解基因阿拉伯糖降解基因

50、(构成基因簇构成基因簇araBAD)：araB：编码核酮糖激酶：编码核酮糖激酶araA：L-阿拉伯糖异构酶阿拉伯糖异构酶araD：L-核酮糖核酮糖-5磷酸磷酸-4-差向异构酶差向异构酶araE：膜蛋白：膜蛋白araF：阿拉伯糖结合蛋白：阿拉伯糖结合蛋白arabinose operon第75页/共93页l与与araBAD相邻的是：一个复合启动子区域、相邻的是：一个复合启动子区域、两个操纵区两个操纵区(O1和和O2)、一个调节基因、一个调节基因araC。laraBAD基因簇从启动子开始向左转录，而基因簇从启动子开始向左转录，而araC向右转录。向右转录。lAraC蛋白既是蛋白既是ara操纵子的正调