原核生物的基因調(diào)控第1頁/共185頁第一節(jié)原核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯原核生物的DNA：單個(gè)裸露的DNA

不編碼占5%

轉(zhuǎn)錄和翻譯同一時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為主，兼有翻譯水平調(diào)控

牛牛文庫文檔分享第2頁/共185頁根據(jù)基因表達(dá)產(chǎn)物可劃分：

組成型蛋白：基因表達(dá)不受時(shí)期、部位、環(huán)境影響——組成型表達(dá)。

調(diào)節(jié)型蛋白/適應(yīng)型蛋白：基因表達(dá)受時(shí)期、部位、環(huán)境影響——非組成型表達(dá)。一種生物的整套遺傳密碼可以比作一本密碼字典,該種生物的每個(gè)細(xì)胞中都有這本字典。為什么基因只有在它應(yīng)該發(fā)揮作用的細(xì)胞內(nèi)和應(yīng)該發(fā)揮作用的時(shí)間才能呈現(xiàn)活化狀態(tài)?結(jié)論：必然有一個(gè)基因調(diào)控系統(tǒng)在發(fā)揮作用。

牛牛文庫文檔分享第3頁/共185頁基因調(diào)控主要在三個(gè)水平上進(jìn)行:①.DNA水平②.轉(zhuǎn)錄水平③.翻譯水平

牛牛文庫文檔分享第4頁/共185頁一、轉(zhuǎn)錄的起始

轉(zhuǎn)錄是原核生物基因表達(dá)的主要調(diào)控點(diǎn)，主要涉及兩個(gè)方面：

1、RNA合成的酶系；

2、RNA合成起始和終止信號，即DNA分子上的特定序列。通過RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子和啟動(dòng)子的相互作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控，改變細(xì)胞的表型，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生理狀態(tài)和環(huán)境的變化。

牛牛文庫文檔分享第5頁/共185頁（一）RNA聚合酶(RNApolymerase)：

大腸桿的的RNA聚合酶：由5個(gè)亞基組成，即α2ββ’σ，有時(shí)還有2個(gè)ω亞基。以α2ββ’σ組成的酶稱全酶。σ亞基與其他亞基結(jié)合較松弛，易從全酶上解離；其余部分α2ββ’稱為核心酶(coreenzyme)。

牛牛文庫文檔分享第6頁/共185頁在大腸桿菌中還發(fā)現(xiàn)一種新的σ因子，稱為σ’因子，因此將含有σ亞基的全酶稱為全酶I，含有σ’亞基的稱為全酶Ⅱ。二者的不同在于：全酶Ⅱ可以利用雙鏈DNA為模板合成po1y〔A)。σ亞基作用：參與啟動(dòng)子的識別和結(jié)合以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的異構(gòu)化。細(xì)胞內(nèi)哪條DNA鏈被轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄方向與轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的選擇都與σ亞基有關(guān)。

牛牛文庫文檔分享第7頁/共185頁離體實(shí)驗(yàn)表明：全酶所轉(zhuǎn)錄的RNA和細(xì)胞內(nèi)所轉(zhuǎn)錄出的RNA，其起始點(diǎn)相同，序列相同，若僅用核心酶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，則模扳鏈和起始點(diǎn)的選擇都有很大的隨意性，而且往往同一段DNA的兩條鏈都被轉(zhuǎn)錄。由此可見：σ亞基對識別DNA鏈上的轉(zhuǎn)錄信號是不可缺少的，它是核心酶和啟動(dòng)子之間的橋梁。σ因子的取代在細(xì)胞發(fā)育和對環(huán)境應(yīng)答的反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。如在枯草桿菌中就有不同相對分子質(zhì)量的σ因子(P227表9—1)

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核心酶的β亞基作用：對RNA聚合酶的功能至關(guān)重要，參與RNA合成、終止信號的識別。由于β亞基與RNA的前體核昔三磷酸具有很高親和力，推測它可能參與底物的結(jié)合，以及催化磷酸二酯鍵的形成。β’亞基作用：可使聚合酶結(jié)合到模板DNA上。α亞基作用：游離狀態(tài)，常以二聚體的形式存在，參與全酶同啟動(dòng)子的牢固結(jié)合。

牛牛文庫文檔分享第10頁/共185頁RNA聚合酶體積很大，橫跨近60個(gè)堿基，而解旋的DNA區(qū)域可能不到17個(gè)堿基。當(dāng)聚合酶按5′→3′方向延伸RNA鏈時(shí)，解旋的DNA區(qū)域也隨之移動(dòng)。靠近3′端的DNA不斷解旋。同時(shí)在5′端重新形成DNA雙鏈，不斷將RNA-DNA雜合鏈中的RNA鏈擠出。

牛牛文庫文檔分享第11頁/共185頁（二）啟動(dòng)子(promoter)：

轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，啟動(dòng)子就是連接在基因3’端上游的DNA序列，其長度從100bp到200bp不等，是轉(zhuǎn)錄起始時(shí)RNA聚合酶識別、結(jié)合的特定部位，但其本身并不被轉(zhuǎn)錄。

牛牛文庫文檔分享第12頁/共185頁在啟動(dòng)子與終止子之間是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，通常將mRNA開始的一個(gè)核苷酸定為o點(diǎn)(即+1)。由此向右常稱為下游(downstream)，其核苷酸依次編為正序號；起始點(diǎn)左例稱為上游(upstream)，其核苷酸則依次以負(fù)號表示，緊接起始點(diǎn)左側(cè)的核苷酸為-1。

牛牛文庫文檔分享第13頁/共185頁原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)含有同源序列。整個(gè)啟動(dòng)子包括兩個(gè)部分：其上游部分是CAP-cAMP結(jié)合位點(diǎn)，下游部分是RNA聚合酶的進(jìn)入位點(diǎn)。（P228-229）Catabolitegeneactivationprotein,CAP,代謝分解物基因激活蛋白

牛牛文庫文檔分享第14頁/共185頁二、轉(zhuǎn)錄的終止（一）終止子及其結(jié)構(gòu)：1、概念：

DNA上提供轉(zhuǎn)錄停止信號的一段序列稱為終止子(terminator)，是一個(gè)基因的末端或是一個(gè)操縱子的末端的一段特定序列。2、類型：強(qiáng)終止子和弱終止子強(qiáng)終止子：不依賴于Rho蛋白質(zhì)輔助因子而能實(shí)現(xiàn)終止作用，這類終止子屬于強(qiáng)終止子；弱終止子：依賴于Rho蛋白糖助因子才能實(shí)現(xiàn)終止作用，這類終止子屬于弱終止子。蛋白質(zhì)輔助因子稱為釋放因子，通常稱為ρ因子。

牛牛文庫文檔分享第15頁/共185頁所有原核生物的終止子共同的序列特征：即在轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)之前有一段回文結(jié)構(gòu)，因而所產(chǎn)生的mRNA可形成莖環(huán)狀的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，它可使RNA聚合酶的移動(dòng)停止或減緩。回文結(jié)構(gòu)中富含GC對，在回文序列的下游常有6—8個(gè)AU對，因此這段終止子轉(zhuǎn)錄后形成的RNA具有與A相對應(yīng)的寡聚U，是使RNA聚合酶脫離模板的信號。

牛牛文庫文檔分享第16頁/共185頁依賴子ρ因子的終止子其回文序列中GC對含量較少，回文序列下方?jīng)]有固定結(jié)構(gòu)，其AU對含量也較低，因而是弱終止子，必需有ρ因子存在時(shí)才發(fā)生終止作用；這也就是說依賴于ρ因子的終止子由于其莖環(huán)結(jié)構(gòu)常較短，在沒有ρ因子時(shí)這種莖環(huán)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。即如果沒有ρ因子存在．RNA聚合酶會繼續(xù)轉(zhuǎn)錄下去，這就稱為通讀(readthrough)，當(dāng)ρ因子存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄才能終止。

牛牛文庫文檔分享第17頁/共185頁在強(qiáng)終止子中，由于其DNA模板上富含GC而使轉(zhuǎn)錄出的RNA上富含C和G，于是RNA與模板之間可以形成較強(qiáng)的氫鍵，成為DNA—RNA雜合分子，從而阻礙DNA聚合酶的前進(jìn)而有利于終止。（二）ρ因子輔助終止作用的機(jī)理

牛牛文庫文檔分享第18頁/共185頁(三)基因表達(dá)的極性現(xiàn)象在正常情況下原核基因表達(dá)時(shí)，其轉(zhuǎn)錄出來的mRNA隨即進(jìn)行翻譯，這時(shí)整個(gè)mRNA都覆蓋著核糖體，ρ因子無法接近mRNA．而RNA聚合酶早已越過前面的基因的依賴ρ因子的終止子，所以轉(zhuǎn)錄實(shí)際上并不停止．而是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄后續(xù)基因。如果在某一基因的依賴于ρ的終止子之前發(fā)生無義突變，核糖體便從無義密碼子上解離下來，翻譯停止，核糖體不再進(jìn)入到mRNA上無義密碼子以后的位置上。于是ρ就可以自由進(jìn)入RNA并移動(dòng)，直到趕上停留在終止子上的RNA聚合酶。結(jié)果使RNA聚合酶釋放，不能再轉(zhuǎn)錄下游基因。

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牛牛文庫文檔分享第20頁/共185頁概念：基因表達(dá)的極性現(xiàn)象：在某些情況下同一轉(zhuǎn)錄單位里，由于一個(gè)基因的無義突變，阻礙了其后續(xù)基因表達(dá)的效應(yīng)．就稱為基因表達(dá)的極性現(xiàn)象。除了無義突變可以導(dǎo)致極性現(xiàn)象外，插入序列IS1、IS2等DNA片段插入到操縱子的基因中也會發(fā)生極性現(xiàn)象。

牛牛文庫文檔分享第21頁/共185頁ρ因子也可發(fā)生突變，其效應(yīng)的基本性質(zhì)是使終止作用出現(xiàn)故障。突變常可抑制極性效應(yīng)，這是因?yàn)槠渫蛔兒芸赡軠p弱了ρ對無義密碼子后面的中間終止子的作用，這樣翻譯的終止并不會使轉(zhuǎn)錄也停頓，且遠(yuǎn)離無義突變的DNA區(qū)段還可以被重新覆蓋的核糖體繼續(xù)翻譯

牛牛文庫文檔分享第22頁/共185頁(四)抗終止作用

ρ因子的作用可以被抗終止因子所抵消，這樣，RNA聚合酶便可通過終止子(依賴于ρ因子的)繼續(xù)轉(zhuǎn)錄后面的基因。這種現(xiàn)象稱為抗終止作用(anti一termination)。

牛牛文庫文檔分享第23頁/共185頁抗終止作用最有代表性的例子見于λ噬菌體的時(shí)序控制。λ噬菌體基因在裂解過程中的表達(dá)分前早期、晚早期和晚期3個(gè)階段進(jìn)行，其早期基因與晚期基因以終止子相隔。λ噬菌體侵入敏感細(xì)胞，首先借助宿主的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄前早期基因，由此獲得的表達(dá)產(chǎn)物N蛋白是一種抗終止因子，它與RNA聚合酶作用使后者越過左右兩個(gè)終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，實(shí)現(xiàn)晚早期基因表達(dá)。

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牛牛文庫文檔分享第25頁/共185頁三、原核生物RNA的加工(P233-235)四、SD序列與翻譯效率核糖體結(jié)合保護(hù)降解法：測定mRNA上核糖體起始蛋白質(zhì)合成的部位。在抑制多肽鏈伸長的條件下，當(dāng)翻譯起始時(shí)，核糖體與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)已形成穩(wěn)定的復(fù)合體，于是加入核酸酶使未與核糖體結(jié)合的mRNA的區(qū)段降解，而有核糖體結(jié)合區(qū)域則受到保護(hù)。

牛牛文庫文檔分享第26頁/共185頁在細(xì)菌中受核糖體保護(hù)的起始序列約35～40個(gè)堿基長，其中包含起始密碼子AUG。在起始密碼子上游約4～7個(gè)核苷酸之前還有一段富含嘌吟的5′…AGGAGG…3′短小序列，它可以與16SrRNA3′端的3′…UCCUCC…5′區(qū)段完全互補(bǔ)。mRNA上的這段序列稱為ShineDalgarno序列（簡稱SD序列）。

牛牛文庫文檔分享第27頁/共185頁SD序列與16SrRNA序列互補(bǔ)的程度以及從起始密碼子AUG到嘌呤片段的距離也都強(qiáng)烈地影響翻譯起始的效率。不同基因的mRNA有不同的SD序列，它們與16SrRNA的結(jié)合能力也不同，從而控制著單位時(shí)間內(nèi)翻譯過程中起始復(fù)合物形成的數(shù)目，最終控制著翻譯的速度。

牛牛文庫文檔分享第28頁/共185頁第二節(jié)大腸桿菌乳糖操縱子的正負(fù)調(diào)控一、操縱子與操縱子模型操縱子學(xué)說/操縱子模型：F.Jacob、J.Mond（1960）E.colilacoperon(1965諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng))操縱子：核酸分子上調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄活性的基本單元，由結(jié)構(gòu)基因、操作子（O）和啟動(dòng)子（P）組成。轉(zhuǎn)錄、翻譯、合成蛋白結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合RNA聚合酶

牛牛文庫文檔分享第29頁/共185頁promoterstructuralgenesoperator啟動(dòng)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因操縱子(operon)模型

牛牛文庫文檔分享第30頁/共185頁調(diào)控（節(jié)）蛋白操縱子RNARPOstructuralgenesDNAProtein＋正調(diào)控（positiveregulation)－負(fù)調(diào)控(negativeregulation)調(diào)控蛋白的作用機(jī)制注：R：RegulatorP：PromoterO：Operator

正調(diào)控系統(tǒng)中的正調(diào)控蛋白又被稱為無輔基誘導(dǎo)蛋白（apoinducer)

負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中的負(fù)調(diào)控蛋白又被稱為阻遏蛋白（repressor)

牛牛文庫文檔分享第31頁/共185頁二、正調(diào)控與負(fù)調(diào)控調(diào)節(jié)基因RNA調(diào)節(jié)蛋白

正調(diào)節(jié)蛋白+操作子結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、表達(dá)基因失活，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)（正控制/正調(diào)節(jié)

）

負(fù)調(diào)節(jié)蛋白+操作子結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、表達(dá)基因失活，結(jié)構(gòu)基因組成型表達(dá)（負(fù)控制/負(fù)調(diào)節(jié)）

牛牛文庫文檔分享第32頁/共185頁根據(jù)調(diào)節(jié)蛋白基因突變失活所產(chǎn)生的后果，可分：隱性的組成型表達(dá)——負(fù)控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)基因處于不可誘導(dǎo)狀態(tài)——正控制系統(tǒng)

根據(jù)輔因子（小分子）結(jié)合后調(diào)控效果，可分：

開啟調(diào)控系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄活性——誘導(dǎo)

關(guān)閉調(diào)控系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄活性——阻遏

牛牛文庫文檔分享第33頁/共185頁操縱子調(diào)控系統(tǒng)的基本類型可誘導(dǎo)負(fù)控制系統(tǒng)可誘導(dǎo)正控制系統(tǒng)可阻遏負(fù)控制系統(tǒng)可阻遏正控制系統(tǒng)

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牛牛文庫文檔分享第35頁/共185頁正調(diào)控與負(fù)調(diào)控并非互相排斥的兩種機(jī)制，而是生物體適應(yīng)環(huán)境的需要，有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；

原核生物以負(fù)調(diào)控為主，真核生物以正調(diào)控為主；

降解代謝途徑中既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；合成代謝途徑中一般以負(fù)調(diào)控來控制產(chǎn)物自身的合成。

牛牛文庫文檔分享第36頁/共185頁如：大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控需要三種酶參加: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)變成乙酰半乳糖大量乳糖時(shí)：大腸桿菌三種酶的數(shù)量急劇增加，幾分鐘即可達(dá)到千倍以上，這三種酶能夠成比例地增加.乳糖消耗完：這三種酶的合成也即同時(shí)停止.

牛牛文庫文檔分享第37頁/共185頁三、細(xì)菌的乳糖代謝——可誘導(dǎo)系統(tǒng)1.乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控（negativecontrol）從1946年起及隨后的10年，JacquesMonod、JoshuaLederberg、FrancoisJacob以及AndreL’woff對乳糖代謝的遺傳學(xué)和生物化學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。（1）乳糖代謝的可誘導(dǎo)性（induciable）當(dāng)培養(yǎng)基中有葡萄糖（glucose）時(shí)，細(xì)菌中代謝半乳糖（galactose）的酶非常少。

牛牛文庫文檔分享第38頁/共185頁（2）乳糖代謝系統(tǒng)的基因組成乳糖（lactose）既是底物（substrate）又起到了誘導(dǎo)物（inducer）的作用。①乳糖操縱子（lacoperon）當(dāng)培養(yǎng)基中有乳糖（lactose），而無葡萄糖時(shí)，細(xì)菌中專門代謝乳糖的酶類就迅速增加。JoshuaLederberg為了研究乳糖代謝的三個(gè)酶的基因，分離了大量的突變體（lac-），并經(jīng)過遺傳作圖發(fā)現(xiàn)它們是緊密連鎖的：Z-Y-A

牛牛文庫文檔分享第39頁/共185頁同時(shí)發(fā)現(xiàn)它們是被同時(shí)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的。

牛牛文庫文檔分享第40頁/共185頁操縱子（operon）：與乳糖代謝有關(guān)的幾個(gè)酶的基因成簇（cluster）排列，形成一個(gè)共同的調(diào)節(jié)單位——操縱子。由結(jié)構(gòu)基因（structuralgenes）和上游相鄰的控制區(qū)（regulatoryregion）組成。

牛牛文庫文檔分享第41頁/共185頁lacZ：編碼-半乳糖苷酶（-galactosidase）四聚體，分解乳糖。i）結(jié)構(gòu)基因（structuralgenes）乳糖半乳糖+葡萄糖-半乳糖苷酶

牛牛文庫文檔分享第42頁/共185頁

牛牛文庫文檔分享第43頁/共185頁lacY：編碼-半乳糖苷透性酶（permeasae）。膜蛋白，將半乳糖轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中。lacA：編碼-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶（transacetylase）。把乙酰輔酶A上的乙酰基轉(zhuǎn)移到-半乳糖苷上。二聚體。

牛牛文庫文檔分享第44頁/共185頁ii）控制區(qū)乳糖是如何誘導(dǎo)相關(guān)的酶合成的？a.安慰誘導(dǎo)物（gratuitousinducer）IPTG（isopropylthiogalactoside）是乳糖的類似物，能誘導(dǎo)乳糖代謝酶合成，但不會被分解。

牛牛文庫文檔分享第45頁/共185頁IPTG的發(fā)現(xiàn)說明：誘導(dǎo)并不一定需要乳糖。沒有乳糖，代謝酶照樣合成（不需要誘導(dǎo)）。遺傳作圖發(fā)現(xiàn)：這種突變（lacOc）的基因緊密連鎖在結(jié)構(gòu)基因的上游（operatorregion）。另一個(gè)組成型突變（lacI-）作圖的結(jié)果是在離結(jié)構(gòu)基因不遠(yuǎn)處。b.組成型突變（constitutivemutants）

牛牛文庫文檔分享第46頁/共185頁（3）操縱子模型（OperonModel）1960年，Jacob和Monod提出了操縱子模型，說明乳糖誘導(dǎo)代謝是一個(gè)負(fù)控制（negativecontrol）。

牛牛文庫文檔分享第47頁/共185頁獲1965年Nobel生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

牛牛文庫文檔分享第48頁/共185頁①操縱子模型對乳糖誘導(dǎo)效應(yīng)的解釋i）要點(diǎn)：lacI編碼了一個(gè)阻遏物（repressor），與結(jié)構(gòu)基因附近的一個(gè)“假想”位置（命名為operatorsite）結(jié)合（binding），抑制了結(jié)構(gòu)基因的啟動(dòng)子（promotor），從而抑制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。該阻遏物能變構(gòu)（allosteric）。即它還能與乳糖結(jié)合，改變構(gòu)像而喪失了與operatorDNA結(jié)合的能力，結(jié)構(gòu)基因才能夠轉(zhuǎn)錄表達(dá)。

牛牛文庫文檔分享第49頁/共185頁ii）操縱子的組分實(shí)際上，真正的誘導(dǎo)物是乳糖的異構(gòu)體（isomer）——異乳糖（allolactose）。

牛牛文庫文檔分享第50頁/共185頁iii）操縱子的工作過程

牛牛文庫文檔分享第51頁/共185頁iv）組成型突變lacOclacI-

牛牛文庫文檔分享第52頁/共185頁動(dòng)畫演示Lac操乳糖操縱子.avi縱子Lac操縱子O突變Lac操縱子I突變Lac操縱子I超突變

牛牛文庫文檔分享第53頁/共185頁②對模型的遺傳學(xué)驗(yàn)證根據(jù)操縱子模型的原理，可以預(yù)測：i）模型預(yù)測a.lacI基因產(chǎn)物是個(gè)可擴(kuò)散的（diffusible）蛋白。b.O區(qū)（operatorregion）在調(diào)節(jié)過程中起作用，但不編碼產(chǎn)物。c.O區(qū)必須緊靠結(jié)構(gòu)基因。

牛牛文庫文檔分享第54頁/共185頁ii）PaJaMo實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Pardee、Jacob、Monod設(shè)計(jì)了歷史性的實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)他們的模型的預(yù)測是否正確。a.實(shí)驗(yàn)原理大腸桿菌的F因子（Ffactor）轉(zhuǎn)化。F因子是E.coli的一種質(zhì)粒（plasmid）。F+菌株能通過結(jié)合（conjugation）把它的F因子傳給F-

細(xì)胞。并且還能把染色體的部分DNA也帶過去。

牛牛文庫文檔分享第55頁/共185頁b.實(shí)驗(yàn)過程通過F因子，給lacI-或lacOc的突變菌輸入野生型lacI或lacO基因，觀察其對-半乳糖苷酶活性的影響。實(shí)驗(yàn)1：組成型突變lacI-

lacZ+F菌株F’lacI+

lacZ-乳糖誘導(dǎo)型菌說明F菌株的lacI+能彌補(bǔ)原菌株的lacI-缺陷。即：lacI對lacZ是反式作用（trans-acting）。

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牛牛文庫文檔分享第57頁/共185頁組成型突變lacI+

lacOc

lacZ+F菌株F’lacI+lacO+

lacZ-組成型表達(dá)實(shí)驗(yàn)2：說明F菌株的lacO+不能彌補(bǔ)原菌株的lacOc缺陷。即：lacO對lacZ是順式作用（cis-acting）。

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牛牛文庫文檔分享第59頁/共185頁實(shí)驗(yàn)3lacI超突變（lacIs）編碼的阻遏物不能與乳糖結(jié)合，所以總是結(jié)合在O區(qū)的DNA上，使lacZ不能表達(dá)。

牛牛文庫文檔分享第60頁/共185頁野生型lacI+

lacZ+F菌株超突變F’lacIslacZ+組成型不表達(dá)說明超突變lacIs編碼的阻遏物能作用于野生型菌操縱子的O區(qū)。利用超突變：

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牛牛文庫文檔分享第62頁/共185頁（4）操縱子模型的意義Jacob和Monod1961年發(fā)表的操縱子理論是遺傳學(xué)的的一個(gè)里程碑（landmark）。①他們所做的酶活性誘導(dǎo)測定對當(dāng)時(shí)的生物化學(xué)同行來說都是個(gè)難題。②用遺傳分析結(jié)果推論出分子生物學(xué)模型。③提出了蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合的概念。④描述了“阻遏物”的調(diào)節(jié)因子概念（盡管并不知道它是蛋白質(zhì)還是RNA）。當(dāng)時(shí)人們剛知道m(xù)RNA，對轉(zhuǎn)錄的細(xì)節(jié)一無所知。

牛牛文庫文檔分享第63頁/共185頁（5）阻遏物的分離和鑒定阻遏物的含量極少，每細(xì)胞不超過10份。直到1966年，WalterGilbert和BennoMuller-Hill從lacI的超量突變菌株中，利用透析（dialysis）的方法，通過IPTG與阻遏物的結(jié)合作用，分離到了這個(gè)蛋白質(zhì)。Gilbert及其同事又用放射自顯影證明它能與lacODNA結(jié)合。①分離②鑒定

牛牛文庫文檔分享第64頁/共185頁放射性標(biāo)記的阻遏物能與野生型O區(qū)結(jié)合

牛牛文庫文檔分享第65頁/共185頁放射性標(biāo)記的阻遏物不能與突變型O區(qū)結(jié)合

牛牛文庫文檔分享第66頁/共185頁③Lac

阻遏物的空間結(jié)構(gòu)兩個(gè)bindingdomian:四聚體聚合區(qū)CN一個(gè)四聚體聚合區(qū)

牛牛文庫文檔分享第67頁/共185頁④阻遏物與DNA的結(jié)合i）電鏡觀察Lacrepressor

牛牛文庫文檔分享第68頁/共185頁ii）X-ray分析兩個(gè)單體結(jié)合在一個(gè)完整的lacO區(qū)；

牛牛文庫文檔分享第69頁/共185頁四聚體可以結(jié)合兩個(gè)lacO。

牛牛文庫文檔分享第70頁/共185頁iii）DNA測序分析阻遏物所結(jié)合的DNA有26bp（-5—+21）。位于RNA多聚酶結(jié)合部位的下游內(nèi)部。GTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTT…ATGmRNAproteinRNApolbindingsiterepressorbindingsite對稱軸

牛牛文庫文檔分享第71頁/共185頁2.乳糖操縱子的正調(diào)控（positivecontrol）Jacob-Monod模型沒能回答一個(gè)關(guān)鍵性的問題：為什么E.coli在既含有葡萄糖（glucose）又含有乳糖的（lactose）的培養(yǎng)基（medium）中不啟動(dòng)lac

操縱子的轉(zhuǎn)錄？Answerstothisquestionemergedfrommolecularstudiescarriedoutlongafterpublicationoftheoperontheory.

牛牛文庫文檔分享第72頁/共185頁（1）正調(diào)控因子（positiveregulator）在有些啟動(dòng)子上，RNApol結(jié)合后并不能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。必須一個(gè)激活因子（正調(diào)節(jié)因子）的幫助才能打開DNA雙鏈。CAP（cAMPactivatorprotein）是lacoperon的正調(diào)節(jié)因子。（2）CAP的作用原理①cAMP與CAP結(jié)合，激活CAP與lacPDNA結(jié)合。

牛牛文庫文檔分享第73頁/共185頁②CAP與DNA結(jié)合后增加了RNApol與DNA結(jié)合，增加轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因的能力。③cAMP是由ATP經(jīng)過腺苷酸環(huán)化酶（Adenylcyclase）的作用形成。④葡萄糖抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性。ATPcAMPAdenylcyclaseCAP-cAMP系統(tǒng)在半乳糖和阿拉伯糖操縱子中也起作用。從而間接地抑制了Lac操縱子的轉(zhuǎn)錄。

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牛牛文庫文檔分享第75頁/共185頁（3）CAP與DNA的結(jié)合lac操縱子中，CAP結(jié)合位點(diǎn)位于RNApol結(jié)合位點(diǎn)的上游（-22bp）。①結(jié)合部位位置不同的操縱子中，CAP的結(jié)合位置不同。operatorCAPpromotor結(jié)構(gòu)基因半乳糖乳糖阿拉伯糖結(jié)構(gòu)基因operatorpromotorCAPoperatorCAPpromotor結(jié)構(gòu)基因

牛牛文庫文檔分享第76頁/共185頁以二聚體形式與DNA結(jié)合。使DNA彎曲90度。②結(jié)合形式

牛牛文庫文檔分享第77頁/共185頁TGTGAGTTAGCTCACACACTCAATCGAGTG③結(jié)合處DNA的保守序列—回文順序每一部分結(jié)合一個(gè)CAP。

牛牛文庫文檔分享第78頁/共185頁第三節(jié)其他類型的操縱子一、具有雙啟動(dòng)子的半乳糖操縱子半乳糖（gal)操縱子組成：2個(gè)互相重疊的啟動(dòng)子galP1和galP2、3個(gè)操作子（CAP位點(diǎn)、2個(gè)阻遏蛋白位點(diǎn)(galOe、galOi）、3個(gè)結(jié)構(gòu)基因）galP1依賴cAMP-CAP轉(zhuǎn)錄始于S1

galP2阻遏蛋白調(diào)節(jié)開啟轉(zhuǎn)錄始于S2

位于CAP位點(diǎn)內(nèi)位于galE內(nèi)乳糖代謝需要三種酶：半乳糖激酶（galactokinase,galK）半乳糖轉(zhuǎn)移酶（galactosetransferase,GalT）半乳糖差向異構(gòu)酶（galactoseepimerase,galE）

牛牛文庫文檔分享第79頁/共185頁正控制可誘導(dǎo)系統(tǒng)（第一系統(tǒng)）：

galP1、cAMP-CAP復(fù)合物、cAMP-CAP位點(diǎn)S1無葡萄糖時(shí)：ATPcAMPcAMP-CAP復(fù)合物結(jié)合CAP有葡萄糖時(shí)：系統(tǒng)關(guān)閉負(fù)控制可誘導(dǎo)系統(tǒng)（第二系統(tǒng)）：

galP2、阻遏蛋白-半乳糖復(fù)合物、galOe、galOiS2

無半乳糖：阻遏蛋白結(jié)合操作子——阻遏有半乳糖：復(fù)合物構(gòu)象改變——開啟（從S2開始轉(zhuǎn)錄）CAP位點(diǎn)激活gal操縱子，轉(zhuǎn)錄從S1開始，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)

牛牛文庫文檔分享第80頁/共185頁galEgalTgalKP2S1P1S2a.半乳糖操縱子結(jié)構(gòu)示意圖galEgalTgalKP2S1P1S2b.只有GcAMP-CAPgalactoserepressor

雙啟動(dòng)子的半乳糖操縱子galEgalTgalKP2S1P1S2c.只有GalgalEgalTgalKP2S1P1S2c.有Gal有GcAMP-CAPgalOe、galOi

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有G，有g(shù)al：1.阻遏2.誘導(dǎo)

無G，無gal：1.誘導(dǎo)2.阻遏：cAMP-CAP與阻遏蛋白競爭無G，有g(shù)al：1.誘導(dǎo)2.誘導(dǎo)：高水平表達(dá)

有G，無gal：1.阻遏2.阻遏

牛牛文庫文檔分享第82頁/共185頁二、阿拉伯糖操縱子的雙向控制Ara操縱子是控制分解代謝途徑的另一調(diào)控系統(tǒng)。特點(diǎn)：調(diào)節(jié)蛋白既可起正調(diào)控作用，又可起負(fù)調(diào)控作用。組成：Ｒ：araC基因編碼調(diào)節(jié)蛋白AraC蛋白；Ｏ：O1不參與調(diào)控；O2：AraC蛋白負(fù)調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)；Ｉ：調(diào)節(jié)位點(diǎn)，CAP-cAmP復(fù)合物結(jié)合位點(diǎn)，AraC蛋白正調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)。

牛牛文庫文檔分享第83頁/共185頁調(diào)控：①.誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP同時(shí)存在：

Ara與AraC蛋白復(fù)合物結(jié)合在Ｉ位點(diǎn)，CAP-cAmp復(fù)合物結(jié)合I位點(diǎn)，基因轉(zhuǎn)錄開啟；②.在沒有誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP時(shí)：

AraC蛋白同時(shí)與I和O2結(jié)合，DNA構(gòu)型發(fā)生改變，形成一個(gè)緊密的環(huán)結(jié)構(gòu)，抑制表達(dá)。

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牛牛文庫文檔分享第85頁/共185頁三、色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控及衰減作用

1．色氨酸操縱子模型：

由雅各布（JacobF.）和莫諾（MonodJ.）提出，具有合成代謝途徑典型的操縱子模型。

操縱子：包括色氨酸合成有關(guān)的5種酶的結(jié)構(gòu)基因；

大量色氨酸時(shí)：大腸桿菌5種酶的轉(zhuǎn)錄同時(shí)受到抑制；

色氨酸不足時(shí)：這５種酶的基因開始轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄；

色氨酸：作為阻遏物而不是誘導(dǎo)物參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。

∴

trp操縱子是一個(gè)典型的可阻遏操縱元模型(repressibleoperon)。

牛牛文庫文檔分享第86頁/共185頁三、細(xì)菌的色氨酸代謝的調(diào)控1953年，Monod和同事們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可抑制型操縱子（repressibleoperon）。WTE.coli酶tryptophan合成tryptophan但當(dāng)培養(yǎng)基中有足夠量的色氨酸時(shí)，細(xì)菌不再產(chǎn)生合成色氨酸所需要的酶類。野生型細(xì)菌能表達(dá)合成氨基酸和其它生物大分子的酶。

牛牛文庫文檔分享第87頁/共185頁1.色氨酸合成代謝的基因和酶類與色氨酸合成相關(guān)的基因有5個(gè)，編碼3個(gè)酶：trpA：色氨酸合成酶的亞基trpB：色氨酸合成酶的亞基trpC：吲哚甘油磷酸合成酶trpD：鄰氨基苯甲酸合成酶組分ⅡtrpE：鄰氨基苯甲酸合成酶組分Ⅰ

牛牛文庫文檔分享第88頁/共185頁2.色氨酸合成的生化途徑鄰氨基苯甲酸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基鄰氨基苯甲酸CDRP吲哚甘油-磷酸色氨酸分支酸

牛牛文庫文檔分享第89頁/共185頁3.色氨酸操縱子（trpoperon）attenuator：衰減子

牛牛文庫文檔分享第90頁/共185頁4.色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)模型Jacob和Monod提出了一個(gè)與乳糖操縱子相似的模型，解釋色氨酸合成的抑制作用。關(guān)鍵：認(rèn)為存在一個(gè)在正常情況下無活性的阻遏物（normallyinactiverepressor），單獨(dú)狀態(tài)下不能與operator結(jié)合。但它能與色氨酸結(jié)合后改變構(gòu)像，才能與operatorDNA結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄。

牛牛文庫文檔分享第91頁/共185頁色氨酸操縱子模型結(jié)構(gòu)：

5種結(jié)構(gòu)基因：trpE、D、C、B、A；

調(diào)控結(jié)構(gòu)：啟動(dòng)子、操縱子、前導(dǎo)序列、弱化子；

阻遏物trpR基因：與trp操縱子相距較遠(yuǎn)；

牛牛文庫文檔分享第92頁/共185頁2.色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控：

⑴.阻遏調(diào)控：

trpR基因編碼無輔基阻遏物與色氨酸結(jié)合形成有活性的色氨酸阻遏物與操作子結(jié)合阻止轉(zhuǎn)錄；

色氨酸不足：阻遏物三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不能與操作子結(jié)合，操縱元開始轉(zhuǎn)錄；

色氨酸濃度升高：色氨酸與阻遏物結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可與操作子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄。

牛牛文庫文檔分享第93頁/共185頁trp與repressor結(jié)合后，使repressor的結(jié)構(gòu)稍稍張開，能夠結(jié)合到DNA的溝里。

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牛牛文庫文檔分享第95頁/共185頁動(dòng)畫演示Trp操縱色氨酸操縱子.avi子

牛牛文庫文檔分享第96頁/共185頁5.色氨酸操縱子的衰減（attenuation）調(diào)節(jié)(1)CharlesYanofsky及其同事們的觀察Yanofsky、Bertrand等在分析trp操縱子轉(zhuǎn)錄的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：在有高濃度色氨酸的情況下，一般只轉(zhuǎn)錄一段140bp短序列mRNA（并非一點(diǎn)都不轉(zhuǎn)錄），在轉(zhuǎn)錄到結(jié)構(gòu)基因前被中止了——衰減。在無色氨酸或低濃度色氨酸時(shí)，能一直轉(zhuǎn)錄出完整的mRNA。

牛牛文庫文檔分享第97頁/共185頁（2）衰減原理在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因trpE與操縱區(qū)trpO之間有一段162bp的DNA。Yanofsky等提出一個(gè)衰減模型：關(guān)鍵：前導(dǎo)序列mRNA的二級結(jié)構(gòu)。①前導(dǎo)序列（leadersequence）trpL

牛牛文庫文檔分享第98頁/共185頁②莖環(huán)結(jié)構(gòu)（hairpinstructure）前導(dǎo)序列的轉(zhuǎn)錄物內(nèi)部有4個(gè)配對區(qū)，彼此都能配對:1區(qū)2區(qū)配對、3區(qū)4區(qū)配對，能形成兩個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)。第二個(gè)莖環(huán)后緊接寡聚U，類似于轉(zhuǎn)錄終止信號。

牛牛文庫文檔分享第99頁/共185頁3-4區(qū)配對形成類似與內(nèi)終止子的結(jié)構(gòu)。

牛牛文庫文檔分享第100頁/共185頁如果2區(qū)和3區(qū)配對，兩個(gè)莖環(huán)變換成另外一個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)。第二個(gè)莖環(huán)不能形成，不再成為轉(zhuǎn)錄終止信號。③莖環(huán)變換

牛牛文庫文檔分享第101頁/共185頁前導(dǎo)順序的+50~60bp有2個(gè)連續(xù)的色氨酸密碼子（UGGUGG）。④連續(xù)的色氨酸密碼和終止密碼下游+70處有一個(gè)終止密碼UAG。GGUUGGUGGCGCACUUCCUGAAA506070Trpstop1區(qū)核糖體占據(jù)空間包含了1區(qū)

牛牛文庫文檔分享第102頁/共185頁當(dāng)細(xì)胞中色氨酸水平很低時(shí)由于缺乏trp-tRNAtrp，核糖體會在色氨酸密碼處此延滯（stalling）。核糖體占據(jù)了第一個(gè)莖環(huán)，在4區(qū)轉(zhuǎn)錄前，2區(qū)與3區(qū)就已經(jīng)配對，形成一個(gè)莖環(huán)。轉(zhuǎn)錄出的4區(qū)呈單鏈狀態(tài)，下游的結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄。細(xì)菌核糖體能占據(jù)30-35ntmRNA。

牛牛文庫文檔分享第103頁/共185頁

牛牛文庫文檔分享第104頁/共185頁當(dāng)色氨酸充足時(shí)：后一個(gè)莖環(huán)的結(jié)構(gòu)起到轉(zhuǎn)錄終止信號作用，轉(zhuǎn)錄提前終止——衰減。核糖體順利通過色氨酸密碼，但停在1區(qū)和2區(qū)之間的終止密碼UAG上，占據(jù)了1區(qū)和2區(qū)的部分區(qū)域，3區(qū)與4區(qū)配對，能形成后一個(gè)莖環(huán)。色氨酸在E.coli的蛋白質(zhì)中屬于稀有氨基酸。

牛牛文庫文檔分享第105頁/共185頁衰減只能允許10%的RNApol繼續(xù)前進(jìn)。

牛牛文庫文檔分享第106頁/共185頁動(dòng)畫演示色氨酸操縱子的衰減作用

牛牛文庫文檔分享第107頁/共185頁三、其他操縱子的衰減現(xiàn)象性蘇氨酸（threonine）、組氨酸（histidine）、亮氨酸（leucine）、苯丙氨酸（phenylalannine）操縱子都有類似的leadersequence作衰減控制區(qū)域。由于需要核糖體同時(shí)配合，衰減調(diào)控只有在原核細(xì)胞中才能發(fā)生。但也是個(gè)普遍現(xiàn)象。

牛牛文庫文檔分享第108頁/共185頁⑵.弱化子調(diào)控：

當(dāng)有色氨酸存在而trp操縱子受抑制時(shí)，仍有一段前導(dǎo)序列發(fā)生轉(zhuǎn)錄，可能存在另一種的機(jī)制來抑制trp操縱元的轉(zhuǎn)錄。

色氨酸高濃度存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列140bp長，其中有一28bp的弱化子區(qū)域；形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，為內(nèi)部終止子，RNA酶從DNA上脫落，不能轉(zhuǎn)錄；

色氨酸低濃度或不存在時(shí)，RNA聚合酶能通過弱化子區(qū)域，轉(zhuǎn)錄完整的多順反子mRNA序列；

牛牛文庫文檔分享第109頁/共185頁問題：弱化子如何進(jìn)行調(diào)控？前導(dǎo)序列可翻譯出一段14個(gè)氨基酸的短肽，在該短肽的第10、11位置上是兩個(gè)色氨酸密碼子；兩個(gè)密碼子之后是一段mRNA序列，該序列可分為四個(gè)區(qū)段，區(qū)段間可互補(bǔ)配對，形成不同的二級結(jié)構(gòu)。原核生物為邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯，前導(dǎo)序列中核糖體位置決定形成哪種二級結(jié)構(gòu),從而決定弱化子是否可形成終止信號。

牛牛文庫文檔分享第110頁/共185頁①.當(dāng)有色氨酸時(shí)，完整翻譯短肽核糖體停留在終止密碼子處，鄰近區(qū)段2位置阻礙了2,3配對使3,4區(qū)段配對形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止子RNA酶在弱化子處終止，不能向前移動(dòng)。

牛牛文庫文檔分享第111頁/共185頁②.如缺乏色氨酸，核糖體到達(dá)色氨酸密碼子時(shí)由于沒有色氨酰tRNA的供應(yīng)停留在該密碼子位置，位于區(qū)段1使區(qū)段2與區(qū)段3配對區(qū)段4無對應(yīng)序列配對呈單鏈狀態(tài)RNA聚合酶通過弱化子，繼續(xù)向前移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄出完整的多順反子序列。

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牛牛文庫文檔分享第113頁/共185頁衰減作用的生物學(xué)意義

從衰減機(jī)制的分析來看，它不僅能夠把幾種水平如DNA和RNA的構(gòu)象變化、mRNA上內(nèi)部終止(衰減)子的重建以及核糖體上tRNA對終止密碼的識別等統(tǒng)一起來，嚴(yán)格控制表達(dá)，而且衰減子還可依細(xì)胞內(nèi)某一氨基酸水平的高低而行止。所以它是一種應(yīng)答靈敏、調(diào)節(jié)靈活的多重調(diào)控方式。

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就像在色氨酸操縱子中，阻遏作用與衰減機(jī)制一起協(xié)同控制其基因表達(dá)，顯然比單一的阻遏負(fù)調(diào)控系統(tǒng)更為有效。一方面，當(dāng)有活性的阻遏物向無活性阻遏物的轉(zhuǎn)變速度極低時(shí)．衰減系統(tǒng)能更迅速地作出反應(yīng)，使色氨酸從較高濃度快速下降到中等濃度；

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另一方面，若外源色氨酸濃度實(shí)在太低，細(xì)菌本身又沒有其他的內(nèi)源性色氨酸合成體系，以致細(xì)菌難以支持自身的生長時(shí)，就需要有衰減體系加以調(diào)節(jié)——通過不終止mRNA的合成來增加Trp酶的合成從而提高內(nèi)源色氨酸的濃度。

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可見：衰減機(jī)制在控制基因產(chǎn)物的量和產(chǎn)物種類的配比上起著快速靈敏的調(diào)節(jié)作用，使操縱基因表達(dá)更為精密、高效。

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一、λ噬菌體的基因組及早、晚期轉(zhuǎn)錄一）．裂解的級聯(lián)調(diào)節(jié)

λ噬菌體長48502nt

共61個(gè)基因，其中32個(gè)較為重要溶原化周期

(LYSOGENIC)

裂解周期(LYTIC)第四節(jié)λ噬菌體基因組的表達(dá)調(diào)控

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牛牛文庫文檔分享第120頁/共185頁噬菌體的早，晚期轉(zhuǎn)錄

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牛牛文庫文檔分享第124頁/共185頁

牛牛文庫文檔分享第125頁/共185頁二．反終止作用

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第二節(jié)溶原化途徑的維持一、CI蛋白功能清晰的噬菌斑（Clearplaquea）

RM：repressormaintenance

二．CI蛋白的結(jié)構(gòu)分子量為27KDa，具有兩個(gè)功能區(qū)

(1)N端功能區(qū)，1~92aa，操縱基因結(jié)合區(qū);(2)C端功能區(qū),132～236aa，負(fù)責(zé)形成二聚體。

牛牛文庫文檔分享第129頁/共185頁CⅠ

蛋白

的

結(jié)構(gòu)

牛牛文庫文檔分享第130頁/共185頁

UV可激活

Rec蛋白，

活化的Rec

蛋白可剪

切CⅠ蛋白

牛牛文庫文檔分享第131頁/共185頁CⅠ蛋白

的N端含有5個(gè)螺旋,第2和第3個(gè)螺旋形成HTH(螺旋轉(zhuǎn)角螺旋)

牛牛文庫文檔分享第132頁/共185頁CⅠ蛋白二聚體N端的HTH和DNA結(jié)合，螺旋3位于DNA的大溝

牛牛文庫文檔分享第133頁/共185頁CⅠ蛋白與DNA結(jié)合的信號

牛牛文庫文檔分享第134頁/共185頁螺旋2上具有正調(diào)控

區(qū)，此區(qū)靠近RNA聚合酶及DNA上的磷酸化位點(diǎn)

牛牛文庫文檔分享第135頁/共185頁CⅠ蛋白

的合成是

通過CⅡ

蛋白激活和RNA

聚合酶在PRE上的

轉(zhuǎn)錄

牛牛文庫文檔分享第136頁/共185頁

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牛牛文庫文檔分享第143頁/共185頁三.阻遏物與DNA的結(jié)合及調(diào)機(jī)制螺旋轉(zhuǎn)角螺旋(helix-turn-helix,HTH)

識別螺旋（recognitionhelix）四.反義RNA調(diào)控1.PAQ抑制Q基因表達(dá)

2.PRE

抑制cro基因表達(dá)五.反向調(diào)節(jié)

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牛牛文庫文檔分享第145頁/共185頁游離λ噬菌體PL啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的RNA是否會產(chǎn)生

sib位點(diǎn)？游離λ噬菌體PI啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的RNA是否會產(chǎn)生

sib位點(diǎn)？原噬菌體λ的PL啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的RNA是否會產(chǎn)生

sib位點(diǎn)？

牛牛文庫文檔分享第146頁/共185頁第四節(jié)Cro蛋白的功能小分子二聚體（每個(gè)亞基為9KDa）具有兩種效能:(1)阻止啟動(dòng)子PRM轉(zhuǎn)錄；(2)也可抑制從PL和PR起始的早期基因的表達(dá)。

牛牛文庫文檔分享第147頁/共185頁第五節(jié)溶原化和裂解周期平衡進(jìn)入溶原化1.營養(yǎng)耗盡未發(fā)現(xiàn)cAMP-CAP對λ基因表達(dá)的調(diào)控對宿主:抗溶原基因hfl水解CⅡ蛋白

cAMP-CAP

himA整合酶亞基2.感染復(fù)數(shù)(multiplicutyofinfection,MOI)過高

CⅡ：a.啟動(dòng)PREb.啟動(dòng)Pi

c.啟動(dòng)PAQ

CⅡ單體無活性，形成寡聚體才有活性

牛牛文庫文檔分享第148頁/共185頁第五節(jié)DNA重組對基因表達(dá)的調(diào)控在某些細(xì)菌中，特定基因的表達(dá)與基因組內(nèi)DNA重排有關(guān)。如沙門氏菌具有運(yùn)動(dòng)鞭毛，它是由許多相同的鞭毛蛋白亞基裝配而成。沙門氏菌含有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)基因H1和H2，它們編碼不同的鞭毛蛋白。

牛牛文庫文檔分享第149頁/共185頁H1基因表達(dá)則產(chǎn)生Hl型鞭毛蛋白，這時(shí)細(xì)菌就處于I相(Phasel)；若是H2基因表達(dá)就產(chǎn)生H2鞭毛蛋白，細(xì)菌處于Ⅱ相(PhaseⅡ)。處于I相的細(xì)菌生長時(shí)，其中少數(shù)細(xì)菌以103／每次細(xì)胞分裂的頻率而自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛳嗉?xì)菌；處于Ⅱ相的細(xì)菌也以同樣的頻率轉(zhuǎn)變?yōu)镮相細(xì)菌，這一過程稱為相變(phasewariation)

牛牛文庫文檔分享第150頁/共185頁H2基因與另一個(gè)基因rH1緊密連鎖，同屬于一個(gè)操縱子。并協(xié)同表達(dá)。rHl編碼Hl基因的阻遏蛋白。當(dāng)H2和rH1表達(dá)時(shí)，由于rHl阻遏物阻止了H1基因的表達(dá)，就只合成H2鞭毛蛋白。如果H2基因和rHl基因被關(guān)閉不表達(dá)，這時(shí)H1基因便表達(dá)，合成Hl鞭毛蛋白。

牛牛文庫文檔分享第151頁/共185頁

相變的控制取決于含H2和rHl基因操縱子的啟動(dòng)基因所處的狀態(tài)。含有啟動(dòng)基因在內(nèi)的上游DNA長995核苷酸對，兩邊各有一段長14核苷酸對的重復(fù)，即IRL和IRR。H2基因的起始密碼子開始于IRR右邊的第17核苷酸對處，IRL和IRR之間的序列含有基因hin，它的產(chǎn)物是相變酶，可催化這段995核昔酸對序列發(fā)生包括hin基因在內(nèi)的倒位。

牛牛文庫文檔分享第152頁/共185頁另外，在倒位前這段序列的第950一983核昔酸對區(qū)還含有一個(gè)促進(jìn)下游基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子(p)，它使H2和rH1基因表達(dá)，于是細(xì)胞處于Ⅱ相。當(dāng)發(fā)生倒位以后，這個(gè)啟動(dòng)子便被移到序列的另一方，且方向改為朝左，H2和rH1失去啟動(dòng)子而失活，這時(shí)細(xì)胞內(nèi)沒有rH1阻遏蛋白，因而H1基因表達(dá)，細(xì)胞轉(zhuǎn)變成I相。一旦這段DNA倒位依復(fù)原狀，細(xì)胞又將轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛳唷?/p>

牛牛文庫文檔分享第153頁/共185頁沙門氏菌H1或H2基因選擇性表達(dá)及其調(diào)控

牛牛文庫文檔分享第154頁/共185頁這種鞭毛相的變化為何不能用基因突變來解釋？因?yàn)榈谝贿@種變化只發(fā)生在兩種鞭毛蛋白類型的相互轉(zhuǎn)變，而沙門氏菌的鞭毛蛋白類型有十幾種之多，如果是基因突變，那么也應(yīng)出現(xiàn)其他類型的鞭毛蛋白。再者，這種變化發(fā)生的頻率很高，從每代每105個(gè)細(xì)胞中改變一個(gè)到每代每103個(gè)細(xì)胞中改變一個(gè)；第三，實(shí)驗(yàn)證明：相變的實(shí)質(zhì)是Hl或H2基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。

牛牛文庫文檔分享第155頁/共185頁1翻譯過程中的自我調(diào)控自體調(diào)控：一種蛋白質(zhì)或者RNA調(diào)控自身的表達(dá)。通過阻抑蛋白結(jié)合到mRNA的靶區(qū)域上阻止核糖體識別區(qū)以達(dá)到阻遏的功能。特點(diǎn)：每個(gè)自體調(diào)控專一，調(diào)控蛋白只作用于負(fù)責(zé)指導(dǎo)自身合成的mRNA。阻抑蛋白對翻譯起始的調(diào)控第六節(jié)蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控

牛牛文庫文檔分享第156頁/共185頁一、RF2合成的自體調(diào)控

…CUUUGAC2526RF2充分時(shí)，核糖體翻譯其mRNA到達(dá)此終止密碼子，被RF2識別，翻譯終止（不完全肽鏈，無RF2活性）RF2不足時(shí)，核糖體翻譯其mRNA到達(dá)此終止密碼子，發(fā)生移位作用，跳過U，不被RF2識別，翻譯繼續(xù)，直到此基因的最后的終止密碼子，在RF1的作用下，形成完整肽鏈（具RF2活性）

牛牛文庫文檔分享第157頁/共185頁二、核糖體蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控實(shí)驗(yàn)分析：核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的結(jié)合部位同編碼核糖體蛋白的mRNA的結(jié)合部位有同源性，而且某些核糖體蛋白的mRNA其部分二級結(jié)構(gòu)與rRNA的部分二級結(jié)構(gòu)相似，二者都能與起調(diào)控作用的核糖體蛋白質(zhì)相結(jié)合，只是rRNA的結(jié)合能力強(qiáng)于mRNA。然而，一旦rRNA的合成減少或停止，游離的核糖體蛋白開始積累。這些多余的核糖體蛋白就會與本身的mRNA結(jié)合，從而阻斷自身的翻譯，同時(shí)也阻斷同一多順反子mRNA下游其他核糖體蛋白質(zhì)編碼區(qū)的翻譯，使核糖體蛋白質(zhì)的合成和rRNA的合成幾乎同步地停止。但rRNA的合成是在轉(zhuǎn)錄層次的調(diào)節(jié)，而核糖體蛋白質(zhì)的合成則是在翻譯層次的控制。

牛牛文庫文檔分享第158頁/共185頁三、嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)與核糖體合成的調(diào)控概念：嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)（stringentresponse)是指細(xì)菌生長在不良營養(yǎng)條件下時(shí)，由于缺乏任何一種氨基酸等因素所導(dǎo)致的蛋白質(zhì)合成突然下降,tRNA合成突然停止等一系列反應(yīng)。

牛牛文庫文檔分享第159頁/共185頁表

與mRNA起始區(qū)結(jié)合抑制翻譯的阻遏蛋白阻遏蛋白靶基因作用位點(diǎn)R17外殼蛋白R17復(fù)制酶核糖體結(jié)合位點(diǎn)的發(fā)夾結(jié)合T4RegAT4早期mRNA含有起始密碼子的各種序列T4DNA聚合酶T4DNA聚合酶S-D序列T4p32基因32單鏈5'前導(dǎo)序列

牛牛文庫文檔分享第160頁/共185頁參與構(gòu)成基因表達(dá)裝置的蛋白質(zhì)的合成的自體調(diào)控蛋白質(zhì)富集會抑制其自身及一些相關(guān)基因產(chǎn)物的進(jìn)一步合成。

牛牛文庫文檔分享第161頁/共185頁P(yáng)32更容易與單鏈DNA結(jié)合，不影響其合成

。缺乏單鏈DNA或者有過剩P32存在時(shí)，此蛋白就阻止其本身的mRNA的翻譯。此作用是由P32直接地結(jié)合在mRNA上阻斷了翻譯的起始，有可能就結(jié)合在核糖體結(jié)合位點(diǎn)周圍的A-T豐富區(qū)。圖過量的基因32

的蛋白P32與自身的mRNA結(jié)合抑制核糖體翻譯起始T4噬菌體蛋白p32合成的自體調(diào)控

牛牛文庫文檔分享第162頁/共185頁自動(dòng)調(diào)節(jié)r-蛋白在rRNA上的結(jié)合位點(diǎn)比在mRNA上的強(qiáng)。只要任何游離的rRNA是有效的，新合成的r-蛋白將與之結(jié)合裝配成核糖體。

若無游離的r-蛋白結(jié)合于mRNA上，翻譯將持續(xù)。

當(dāng)rRNA合成降低或停止，游離的r-蛋白就開始積聚。

然后r-蛋白有效地結(jié)合到它們自己的mRMA上，阻遏進(jìn)一步的翻譯。

通過rRNA水平的控制，細(xì)胞控制了各種核糖體成份的生產(chǎn)。

圖結(jié)合于rRNA的r-蛋白的自我調(diào)控

牛牛文庫文檔分享第163頁/共185頁初生蛋白

牛牛文庫文檔分享第164頁/共185頁（1）結(jié)構(gòu)：E.coli的RNA噬菌體MS2，R17，f2和Qβ最簡單的病毒。基因組長3600～4200nt，只含4個(gè)基因：CP(coatprotein)含129aa,MW為13.7KDa。A（atachment）編碼附著蛋白（含393氨aa，MW為44KDa）；Rep（replicase）編碼復(fù)制酶（含544aa，MW為61KKDa）；Lys（lysis）基因編碼裂解蛋白,和cp，Rep基因重疊，該蛋白含75aa。（2）調(diào)控：2mRNA二級結(jié)構(gòu)對翻譯的調(diào)控

牛牛文庫文檔分享第165頁/共185頁CP是阻遏物，占據(jù)rep的核糖體結(jié)合位點(diǎn)，控制其合成A位點(diǎn)裸露了出來，在尚未形成二級結(jié)構(gòu)之前核糖體結(jié)合上去，進(jìn)行翻譯。A和rep被封閉在二級結(jié)構(gòu)中

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