分子遺傳學原核生物基因表達調控詳解演示文稿1本文檔共183頁；當前第1頁；編輯于星期二\10點33分優選分子遺傳學原核生物基因表達調控2本文檔共183頁；當前第2頁；編輯于星期二\10點33分基因表達的調控水平

基因組轉錄

轉錄后

翻譯

翻譯后中心法則(centraldogma)3本文檔共183頁；當前第3頁；編輯于星期二\10點33分8.1.1基因表達調控是生命的必需基因表達(geneexpression)是指儲存遺傳信息的基因經過一系列步驟表現出其生物功能的整個過程。典型的基因表達是基因經過轉錄、翻譯，產生有生物活性的蛋白質的過程既然從DNA到蛋白質的過程稱為基因表達，對這個過程的調節就稱為基因表達調控（generegulation或genecontrol）。基因表達調控是現階段分子生物學研究的中心課題8.1概述(introduction)4本文檔共183頁；當前第4頁；編輯于星期二\10點33分基因組(genome)是指含有一個生物體生存、發育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸但生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都表達出來，大腸桿菌基因組含有約4000個基因，一般情況下只有5－10%在高水平轉錄狀態，其它基因有的處于較低水平的表達，有的暫時不表達5本文檔共183頁；當前第5頁；編輯于星期二\10點33分不同組織細胞中不僅表達的基因數量不相同，而且基因表達的強度和種類也各不相同，這就是基因表達的組織特異性(tissuespecificity)細胞分化發育的不同時期，基因表達的情況是不相同的，這就是基因表達的階段特異性(stagespecificity)生物的基因表達不是雜亂無章的，而是受著嚴密、精確的調控，不僅生命的遺傳信息是生物生存所必需的，而且遺傳信息的表達調控也是生命本質所在

6本文檔共183頁；當前第6頁；編輯于星期二\10點33分按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發生，稱之為基因表達的時間特異性(temporalspecificity)。在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現，稱之為基因表達的空間特異性(spatialspecificity)。7本文檔共183頁；當前第7頁；編輯于星期二\10點33分結構基因（structuralgene）是編碼蛋白質或RNA的任何基因。結構基因編碼大量的功能各異的蛋白質，如組成細胞和組織的結構蛋白和酶等。調節基因（regulatorgene）僅指參與其他基因表達調控的RNA和蛋白質的編碼基因。調節基因編碼的調節物通過與DNA上的特定位點結合而控制受調節基因的轉錄是基因表達調控的關鍵。8本文檔共183頁；當前第8頁；編輯于星期二\10點33分基因表達的產物(蛋白質)從合成的場所擴散到目標場所而發揮作用的過程稱為反式作用（trans-acting），此基因表達產物被稱為反式作用因子（trans-actingfactor）。反式作用因子通常為蛋白質，其特征為可以從合成地擴散到目標場所發揮作用。9本文檔共183頁；當前第9頁；編輯于星期二\10點33分

順式作用元件（cis-actingfactor）是指對基因表達有調節活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處在一個DNA分子上的基因。順式作用元件通常不編碼蛋白質，多位于基因旁側或內含子中。

順式作用（cis-acting）的概念用于任一不轉變為任何其他形式的DNA序列，它只在原位發揮DNA序列的作用，僅影響與其物理上相連的DNA序列的活性。基因活性的調控主要通過反式作用因子（通常是蛋白質）和順式作用元件（通常在DNA上）相互作用而實現。10本文檔共183頁；當前第10頁；編輯于星期二\10點33分8.1.2基因表達適應環境的變化生物體內的基因調控各不相同，根據基因表達隨環境變化的情況，大致把基因表達分成兩類：①組成型表達（constitutiveexpression）：指不易受環境變動而變化的一類基因表達。其中某些基因表達產物是細胞或生物體整個生命過程中都持續需要而必不可少的，這類基因稱為看家基因（housekeepinggene）組成型基因表達也不是一成不變的，其表達強弱也受一定機制調控11本文檔共183頁；當前第11頁；編輯于星期二\10點33分bcl-2β-actin1212本文檔共183頁；當前第12頁；編輯于星期二\10點33分123GhUBI圖15GhGST基因在棉花根，莖和葉中的表達分析。泳道1，2和3分別是根，莖和葉的表達產物。內參為GhUBI基因

1212GhUBIactin

AB

圖16黃萎病菌脅迫處理下的GhGST基因的表達量分析。(A)泳道1：接菌處理，泳道2：對照，actin基因作為內參。(B)泳道1：接菌處理，泳道2：對照，GhUBI基因作為內參8h8hCK12h24h12hCK24hCK48h48hCKGhUBI圖17棉苗根部在黃萎病菌脅迫處理不同時間的GhGST基因的特異性表達13本文檔共183頁；當前第13頁；編輯于星期二\10點33分

3.2.3GhNiR基因表達特異性分析NiRUibiquitinRNA胚狀體胚性愈傷非胚性愈傷

GhNiR在胚性愈傷組織和胚狀體中的表達量要明顯高于非胚性愈傷組織，但GhNiR基因在胚性愈傷組織和胚狀體中的表達量幾乎相同，沒有明顯的差異。

14本文檔共183頁；當前第14頁；編輯于星期二\10點33分2.纖維不同發育時期的半定量RT-PCR

15本文檔共183頁；當前第15頁；編輯于星期二\10點33分3.根、莖、葉不同器官半定量RT-PCR16本文檔共183頁；當前第16頁；編輯于星期二\10點33分常用的管家基因中文名稱英文縮寫Beta－肌動蛋白β-actin甘油醛3-磷酸脫氫酶GAPDHTATABox結合蛋白 TBP18s核糖體核糖核酸 18srRNA微管蛋白α

α-Tubulin17本文檔共183頁；當前第17頁；編輯于星期二\10點33分②適應型表達(adaptiveexpression)指環境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達應環境條件變化，基因表達水平增高的現象稱為誘導(induction)，這類基因被稱為可誘導的基因(induciblegene)相反，隨環境條件變化基因表達水平降低的現象稱為阻遏(repression)，相應的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)

Luxurygene：細胞分化、生物的發育以及生物適應環境所需要的基因18本文檔共183頁；當前第18頁；編輯于星期二\10點33分在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協調一致、共同表達，即為協調表達(coordinateexpression)，這種調節稱為協調調節(coordinateregulation)。19本文檔共183頁；當前第19頁；編輯于星期二\10點33分改變基因表達的情況以適應環境，在原核生物、單細胞生物中尤其顯得突出和重要，因為細胞的生存環境經常會有劇烈的變化，例如：周圍有充足的葡萄糖，細菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它糖類的酶類，當外界沒有葡萄糖時，細菌就要適應環境中存在的其它糖類(如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等)，開放能利用這些糖的酶類基因，以滿足生長的需要即使是內環境保持穩定的高等哺乳類，也經常要變動基因的表達來適應環境，例如與適宜溫度下生活相比較，在冷或熱環境下適應生活的動物，其肝臟合成的蛋白質圖譜就有明顯的不同所以，基因表達調控是生物適應環境生存的必需20本文檔共183頁；當前第20頁；編輯于星期二\10點33分原核生物對環境的適應，相關的應答。真核生物的細胞分化、組織特化、個體發育及環境對個體表型的影響都是基因表達的結果。

原核生物中，營養狀況和環境因素對基因表達起著舉足輕重的影響。高等真核生物中，激素水平和發育階段是基因表達調控的最主要手段，營養和環境因素的影響大為下降。基因表達的調控涉及RNA轉錄的開/關，數量，選擇性加工；蛋白質翻譯速率，數量，加工與降解和分泌…8.1.3原核生物與真核生物表達調控的異同21本文檔共183頁；當前第21頁；編輯于星期二\10點33分原核生物與真核生物基因表達調控機制具有驚人的相似性共同的起源與共同的分子基礎調控機理上調控層次上核酸分子間的互作核酸與蛋白質分子間的互作蛋白質分子間的互作transcriptionallevelpost-transcriptionalleveltranslationallevelpost-translationallevel22本文檔共183頁；當前第22頁；編輯于星期二\10點33分轉錄水平上的調控是最為經濟,靈活，又是最為重要的、復雜的調控●在復雜的基因組內，確定需要基因轉錄的起始位點●精細調節基因表達的水平，以保證生物體對環境的適應●cisfactor&transfactor間嚴格而又靈活的互作●保證RNApolymerase的進行式轉錄（不中斷，準確終止）23本文檔共183頁；當前第23頁；編輯于星期二\10點33分e)遺傳信息表達的方式組成型表達（constitutiveexpression）Housekeepinggene誘導型表達（inducibleexpressionbysignalingmolecular）Luxurygene順、反因子間互作方式的基因表達調控Epistasiseffect24本文檔共183頁；當前第24頁；編輯于星期二\10點33分上位性效應（Epistasiseffect

）：含意是指某一基因受不同位點上別的基因抑制而不能表達的現象。如果b基因存在時A與a的表型效果難以區別，此時b基因便是A基因的上位（ep－istatic），A基因是b基因的下位。25本文檔共183頁；當前第25頁；編輯于星期二\10點33分8.2轉錄水平上的調控Prok.8.2.1操縱子（operon）8.2.2嚴謹反應（stringentresponse）8.2.3衰減子（attenuator）8.2.4轉座子（transposon）…26本文檔共183頁；當前第26頁；編輯于星期二\10點33分原核生物蛋白質因子——操縱子(operon)

機制特異DNA序列編碼序列啟動序列操縱序列其他調節序列(promoter)(operator)27本文檔共183頁；當前第27頁；編輯于星期二\10點33分法國巴斯德研究院的FrancoisJacob與JacquesMonod于1960年在法國科學院院報上發表了一篇論文，提出乳糖代謝中的兩個基因被一靠近它們的遺傳因子所調節。這二個基因為β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)和半乳糖苷透過酶(galactosidepermease)首先提出了操縱子(operon)和操作子(operator)的概念，該學說使人們得以從分子水平認識基因表達的調控，是一個劃時代的突破，1965年榮獲諾貝爾生理學獎operontheory8.2.1Operoncontrol28本文檔共183頁；當前第28頁；編輯于星期二\10點33分外周胞質乳糖細胞內面乳糖透(性)酶透(性)酶β－半乳糖苷酶葡萄糖半乳糖內膜29本文檔共183頁；當前第29頁；編輯于星期二\10點33分是RNA聚合酶結合并啟動轉錄的特異DNA序列。1)啟動序列RNA轉錄起始-35區-10區TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列30本文檔共183頁；當前第30頁；編輯于星期二\10點33分2操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結合位點當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉錄。啟動序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白31本文檔共183頁；當前第31頁；編輯于星期二\10點33分3)其他調節序列、調節蛋白例如激活蛋白(activator)可結合啟動序列鄰近的DNA序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結合，增強RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結合啟動序列。32本文檔共183頁；當前第32頁；編輯于星期二\10點33分operon調控類型－－Positive

&

Negative正負調控的區分是按照沒有調節蛋白質存在的情況下操縱子對于新加入的調節蛋白質的響應情況定義的負調控：在沒有調節蛋白質存在時基因是表達的，加入調節蛋白質后基因表達活性被關閉。該調節蛋白稱為阻遏蛋白(repressor)正調控：在沒有調節蛋白質存在時基因是關閉的，加入調節蛋白質后基因表達活性被開啟。該調節蛋白稱為無輔基誘導蛋白(apoinducer)或激活蛋白33本文檔共183頁；當前第33頁；編輯于星期二\10點33分IgeneNeg.Pos.i-or不加入I基因產物operononI+or加入I基因產物operonoffi-or不加入I基因產物operonoffI+or加入I基因產物operononrepressorNegativePositiveactivator(apoinducer)無輔基誘導物34本文檔共183頁；當前第34頁；編輯于星期二\10點33分●RepressorbindingonOsite●Operonoff●Negativecontrol是廣泛保險的機制（自然選擇使Prok.獲得選擇優勢）Positivecontrol是靈活、嚴格、經濟的調控機制ExpressorbindingfrontPsite意味轉錄效率極低阻止轉錄啟動激活轉錄啟動35本文檔共183頁；當前第35頁；編輯于星期二\10點33分輔阻遏物(corepressor)：能夠與失活的阻遏蛋白結合，并恢復阻遏蛋白與操縱基因結合能力的物質。operon調控模型無論是在正控制系統中，還是在負控制系統中，操縱子的開啟與關閉均受到環境因子的誘導，這種因子能與調控蛋白結合，改變調控蛋白的空間構象，從而改變其對基因轉錄的影響，因此稱這種因子為效應物。凡能誘導操縱子開啟的效應物稱為誘導物（inducer）36本文檔共183頁；當前第36頁；編輯于星期二\10點33分Signalmolecular

beneededforbothtypesAddsignalmol.

OperononAddsignalmol.

OperonoffCo-repressorInducer(inducibleoperon)(repressibleoperon)根據操縱子對于能調節它們表達的小分子應答反應的性質，將操縱子分為可誘導的操縱子(inducibleoperon)和可阻遏的操縱子(repressibleoperon)37本文檔共183頁；當前第37頁；編輯于星期二\10點33分Operoncontrolmodel負控制的誘導模型負控制的阻遏模型正控制的誘導模型正控制的阻遏模型38本文檔共183頁；當前第38頁；編輯于星期二\10點33分（1）可誘導的負調控操縱子

例(分解酶類lactoseoperon)

Igene

activerepressorIbindingonOperator38kd/monomertetramer152kdrepressorinducerinactiverepressor39本文檔共183頁；當前第39頁；編輯于星期二\10點33分大腸桿菌能以乳糖為唯一碳源生長，這是由于它能產生一套利用乳糖的酶，這些酶受乳糖操縱子的控制大腸桿菌乳糖操縱子是大腸桿菌DNA的一個特定區段，由調節基因I、啟動子P、操作子O和結構基因Z、Y、A組成P區是轉錄起始時RNA聚合酶的結合部位O區是阻遏蛋白的結合部位，其功能是控制結構基因的轉錄I基因經常進行轉錄和翻譯，產生有活性阻遏蛋白40本文檔共183頁；當前第40頁；編輯于星期二\10點33分乳糖操縱子(lacoperon)的結構調控區CAP結合位點啟動序列操縱序列結構基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉移酶ZYAOPDNA41本文檔共183頁；當前第41頁；編輯于星期二\10點33分β-半乳糖苷酶是一種β-半乳糖苷鍵的專一性酶，能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖β-半乳糖苷透過酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質膜進入細胞內β-半乳糖苷乙酰基轉移酶：把乙酰輔酶A上的乙酰基轉到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖42本文檔共183頁；當前第42頁；編輯于星期二\10點33分LacILacI與結構基因相鄰，但不與結構基因屬同一轉錄單位，有自己獨立的轉錄單位；含有自己的啟動子和終止子阻遏蛋白具有二重性：含有與O結合的位點阻止轉錄含有誘導物結合位點識別小分子誘導物阻遏蛋白與O結合時，能阻止RNA聚合酶在啟動子上的轉錄起始一個大腸桿菌細胞中有大約10個阻遏蛋白分子，組成型轉錄43本文檔共183頁；當前第43頁；編輯于星期二\10點33分TGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTLacO

LacO是mRNA起始點上游-5bp至轉錄單位內+21bp的序列，與啟動子的末端重疊具有對稱性，以+11為軸，每邊為兩段各6bp的對稱序列TGTGTG和AATTGT+1+11O&Poverlaprepressor&RNApolymerasebindatsitesthatoverlaparoundthestartpointofLacoperonrepressor&RNApolymerase對重疊位點競爭44本文檔共183頁；當前第44頁；編輯于星期二\10點33分RNA聚合酶結合部位阻遏物結合部位45本文檔共183頁；當前第45頁；編輯于星期二\10點33分---調控機理Inducer(lactose)與repressor特異結合tetramer變構

特異結合力下降1000X作用于O

位點上的repressor變構脫離O位作用于游離的repressoroperononrepessortetramer與operator發生特異結合operonoff

變構失去結合于O位的能力46本文檔共183頁；當前第46頁；編輯于星期二\10點33分Lacoperon調控機理當細胞內無誘導物時，阻遏蛋白與操作子O結合，由于O與P之間有一定程度的重疊，因而妨礙了RNAPol在-10序列上形成開放型啟動子復合物，從而妨礙了Z、Y、A基因的轉錄。(實驗表明:RNA聚合酶和LacI阻遏蛋白對操縱基因序列的結合是相互排斥的)

當細胞內有誘導物時，誘導物以極高的速度與阻遏蛋白迅速結合，從而改變阻遏蛋白的構象，使之迅速從O上解離下來。RNAPol就能與啟動子牢固結合并形成開放型啟動子復合物，從而開始轉錄Z、Y、A基因47本文檔共183頁；當前第47頁；編輯于星期二\10點33分

48本文檔共183頁；當前第48頁；編輯于星期二\10點33分

Beta半乳糖苷酶半乳糖苷透性酶乙酰基轉移酶49本文檔共183頁；當前第49頁；編輯于星期二\10點33分Lacoperon誘導物乳糖：能被β-半乳糖苷酶分解，形成別乳糖別乳糖是Lac操縱子轉錄的活性誘導物IPTG：異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（isopropyl-β-D-thiogalactoside）能被β-半乳糖苷酶識別但不能被β-半乳糖苷酶水解的半乳糖苷化合物。IPTG具有極強的誘導效應，而本身不被分解，又稱為安慰誘導物(gratuitousinducer)所以IPTG常用于誘導含有lac啟動子的質粒載體在細菌中的重組蛋白的表達50本文檔共183頁；當前第50頁；編輯于星期二\10點33分51本文檔共183頁；當前第51頁；編輯于星期二\10點33分誘導物如何進入細胞開始誘導過程因為誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結合，而運轉誘導物需要透過酶。在非誘導狀態下有少量（1-5個mRNA分子）lacmRNA合成—本底水平永久型合成兩方面機制保證了細胞內總有少量的蛋白足以開始誘導：一是操縱子有一基礎水平的表達，即使不被誘導時，操縱子也有少量表達（誘導水平的0.1％）二是一些誘導物通過其他系統進入細胞內52本文檔共183頁；當前第52頁；編輯于星期二\10點33分w.t.(I+O+P+)誘導型addinduceroperononnoinduceroperonoffOC失去與repressor特異結合的能力OCmut.(I+

OC

P+)constitutivemut.（組成型）不可誘導的突變：使操縱子在任何情況下總不能表達的突變組成型突變：不受調控物影響的連續表達的突變Lacoperon突變53本文檔共183頁；當前第53頁；編輯于星期二\10點33分iCmut.

(iC

O+P+)constitutivemut.（組成型）iC

gene產物repressor喪失與O位點結合的能力iSmut.(iS

O+P+)super-repressionmut.（超阻型）iS

gene產物repressor不能與inducer結合等位基因間的顯隱關系54本文檔共183頁；當前第54頁；編輯于星期二\10點33分ic

poZYAicI+ic

tetramerNonbindingrepressortetramertetramertetramerLactose變構iC

gene產物repressor喪失與O位點結合的能力I+>

iC等位基因間的顯隱關系I+/IC55本文檔共183頁；當前第55頁；編輯于星期二\10點33分iS

po

mutrepressorI+tetramerlactose等位基因間的顯隱關系iS

gene產物repessor不能與inducer結合iS

>

I+IS/I+iS

>

iC56本文檔共183頁；當前第56頁；編輯于星期二\10點33分OC失去與repressor特異結合的能力cis-dominatOC＞O+I+

OC

ZYAlactose等位基因間的顯隱關系I+O+mRNA操作子控制著鄰近的基因，而對細胞內存在的其他等位基因沒有作用，此位點的突變（Oc）稱為順式顯性突變57本文檔共183頁；當前第57頁；編輯于星期二\10點33分58本文檔共183頁；當前第58頁；編輯于星期二\10點33分原核生物基因表達的調控乳糖代謝基因表達調控圖解：(沒有乳糖時)ＲＰＯ

lacZlacY

lacA調節基因啟動子操縱基因結構基因RNA聚合酶信使RNA轉錄翻譯阻抑物與操縱基因結合，結構基因轉錄受阻．阻抑物59本文檔共183頁；當前第59頁；編輯于星期二\10點33分原核生物基因表達的調控乳糖代謝基因表達調控圖解：(有乳糖時)ＲＰＯ

lacZlacY

lacA調節基因啟動子操縱基因結構基因RNA聚合酶信使RNA轉錄翻譯阻抑物與乳糖結合后構象發生了改變，因而不能與操縱基因結合，使得結構基因進行轉錄。阻抑物乳糖轉錄半乳糖苷酶酶酶乳糖分解代謝調控過程是一個自我調控過程

60本文檔共183頁；當前第60頁；編輯于星期二\10點33分inactiveactivatoractiveactivator（2）可誘導的正調控操縱子(多為分解酶類)I無活性激活物operonoff

(apoinducer)inducer有活性激活物結合在啟動子前面激活RNApolymerase啟動操縱子學說的核心是使基因從表達抑制狀態中解脫出來進行轉錄，是從負調節的角度來考慮基因表達調控的。那么，有沒有從相反的角度進行正調節以提高基因的轉錄水平？61本文檔共183頁；當前第61頁；編輯于星期二\10點33分e.g.乳糖操縱子的正調控－－－cAMPcontrol

降解物對基因活性的調節

(universalcontrollingsystem)GlucoseLactoseE.coli葡萄糖優先被利用，乳糖不被利用，why?通過阻止包括乳糖操縱子、半乳糖操縱子和阿拉伯糖操縱子等的表達來實現，這種現象稱為葡萄糖效應或稱為降解物抑制作用。62本文檔共183頁；當前第62頁；編輯于星期二\10點33分I基因CAP—分解代謝物激活蛋白(cataboliteactivatorprotein)只有cAMP存在時，CAP才有活性，cAMP為小分子誘導物63本文檔共183頁；當前第63頁；編輯于星期二\10點33分64本文檔共183頁；當前第64頁；編輯于星期二\10點33分為什么會產生這種效應呢？因為添加葡萄糖后，細菌所需要的能量可從葡萄糖得到滿足，葡萄糖是最方便的能源，細菌無需開動一些不常用的基因去利用這些稀有的糖類。葡萄糖的存在會抑制細菌的腺苷酸環化酶活性，減少環腺苷酸（cAMP）的合成，與它相結合的蛋白質，即環腺苷酸受體蛋白CRP又稱分解代謝物激活蛋白CAP，因找不到配體而不能形成復合物降解物抑制作用是通過提高轉錄強度來調節基因表達的，是一種積極的調節方式65本文檔共183頁；當前第65頁；編輯于星期二\10點33分在有乳糖存在，而且葡萄糖水平低時，CAP可以激活象lac操縱子那樣的操縱子的轉錄當葡萄糖和乳糖都存在時，即使阻遏物不結合，轉錄也非常弱當葡萄糖濃度降低，而乳糖仍然存在時，轉錄激烈增加。這是由于CAP是lac操縱子的一個激活劑，并且起始了正調控轉錄。cAMP的作用象個調節器，它與CAP結合正向調控CAP的DNA結合活性66本文檔共183頁；當前第66頁；編輯于星期二\10點33分E.coli中葡萄糖轉運將導致腺苷酸環化酶的去活化（作用），使得細胞內cAMP處于低水平因此當葡萄糖存在時，cAMP水平低，而CAP無活性。然而當葡萄糖水平低時，腺苷環化酶有活性，細胞內cAMP水平增加，導致CAP的激活，結果促進RNA聚合酶與啟動子結合，使轉錄增強（下圖）概括了在葡萄糖和乳糖水平低和高的條件下lac操縱子的轉錄活性。只有當葡萄糖水平低，而乳糖存在時，lac操縱子才被最大程度地轉錄。當葡萄糖和乳糖的水平都很低時會出現什么現象呢？實驗表明，盡管有激活的CAP存在，lac阻遏物與lac操縱基因結合仍然能夠阻止RNA聚合酶與啟動子結合67本文檔共183頁；當前第67頁；編輯于星期二\10點33分68本文檔共183頁；當前第68頁；編輯于星期二\10點33分69本文檔共183頁；當前第69頁；編輯于星期二\10點33分調控機理當細胞內缺少葡萄糖時，位于細胞膜上的腺苷酸環化酶將ATP轉變為cAMP，cAMP與其受體蛋白CAP結合成復合物，此復合物再與啟動子上的CAP結合位點結合，然后啟動子上的RNAPol進入位點才能與RNAPol結合，轉錄即可進行當細胞內含有葡萄糖時，細胞內cAMP不能形成，從而也不能形成cAMP-CAP復合物，復合物不能與啟動子上的CAP位點結合，啟動子上的RNAPol進入位點雖能結合RNAPol，但不能形成開放型復合物，轉錄起始區內的雙螺旋不能解鏈，轉錄無法進行70本文檔共183頁；當前第70頁；編輯于星期二\10點33分++++轉錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時CAP的正性調節ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP71本文檔共183頁；當前第71頁；編輯于星期二\10點33分cAMP—CAP

具有廣泛生理效應的正控制系統存在于多種基因表達調控體系中Lacoperon表達cAMP(Positive-inducible)lactose(Negative-inducible)

72本文檔共183頁；當前第72頁；編輯于星期二\10點33分

Lacoperon的協調調控正調控與負調控協調合作阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP不發揮作用如沒有CAP加強轉錄，即使阻遏蛋白從P上解離仍無轉錄活性葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌優先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP濃度，阻礙其與CAP結合從而抑制轉錄結論：lac操縱子強的誘導作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖73本文檔共183頁；當前第73頁；編輯于星期二\10點33分wtwtmtmtcis-dominant（順式顯性）：cisactingfactor對與其緊密連鎖基因的控制效應不受其等位基因的影響。隱性突變74本文檔共183頁；當前第74頁；編輯于星期二\10點33分wtmt75本文檔共183頁；當前第75頁；編輯于星期二\10點33分InteralleliccomplementationIc

Z+/I+Z+O+

Z+/OCZ+OCZ+/IcZ+I+

Z+/IcZ+OCZ-/O+Z+OCZ+/O+Z+OCZ+/O+Z-GenetypesConstitutiveInducible-+++----++-++-76本文檔共183頁；當前第76頁；編輯于星期二\10點33分（3）可阻遏的負調控操縱子(合成酶類)e.g.色氨酸合成酶操縱子Igene

inactiverepressorCo-repressor(

色氨酸)77本文檔共183頁；當前第77頁；編輯于星期二\10點33分lac和ara操縱子是編碼分解代謝途徑酶系的操縱子，負責碳源（例如乳糖和阿拉伯糖等）的分解利用，這些操縱子的表達受相應碳源的誘導在細菌中還有負責一些物質合成代謝的操縱子，例如色氨酸操縱子（tryptophanoperon,trpoperon）就是負責色氨酸合成的操縱子trp操縱子是由一個啟動子和一個操縱基因區組成，該操縱基因區控制一個編碼色氨酸生物合成需要的5種蛋白的多順反子mRNA的表達78本文檔共183頁；當前第78頁；編輯于星期二\10點33分色氨酸是構成蛋白質的組分，一般的環境難以給細菌提供足夠的色氨酸，細菌要生存繁殖通常需要自己經過許多步驟合成色氨酸，但是一旦環境能夠提供色氨酸時，細菌就會充分利用外界的色氨酸、減少或停止合成色氨酸，以減輕自己的負擔。細菌所以能做到這點是因為有色氨酸操縱元(trpoperon)的調控。

79本文檔共183頁；當前第79頁；編輯于星期二\10點33分由于trp體系參與生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調控色氨酸的合成主要分5步完成，有7個基因參與整個合成過程。trpE和trpG編碼鄰氨基苯甲酸合酶，trpD編碼鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉移酶，trpF編碼異構酶，trpC編碼吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB則分別編碼色氨酸合酶的α和β亞基80本文檔共183頁；當前第80頁；編輯于星期二\10點33分合成色氨酸所需要酶類的基因E、D、C、B、A等頭尾相接串連排列組成結構基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操作子O的調控，調控基因trpR的位置遠離P-O-結構基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成型方式低水平表達分子量為47000的調控蛋白R。R并沒有與O結合的活性，當環境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結合后構象變化而活化，就能夠與O特異性親和結合，阻遏結構基因的轉錄，因此這是屬于一種負性調控的、可阻遏的操縱元(repressibleoperon)，即這操縱元通常是開放轉錄的，當有效應物(色氨酸為阻遏劑)作用時，則阻遏關閉轉錄。細菌不少生物合成系統的操縱元都屬于這種類型，其調控可使細菌處在生存繁殖最經濟最節省的狀態。81本文檔共183頁；當前第81頁；編輯于星期二\10點33分162P具有正常的-10和-35序列，-10序列完全位于O內阻遏蛋白以四聚體的形式起作用。每個細胞約有20個四聚體。衰減子82本文檔共183頁；當前第82頁；編輯于星期二\10點33分trpRPOEDCBAtrpRPOEDCBA

色氨酸調控機理Operatoroperonoffoperononrepressor+trp

active

repressor阻遏蛋白(inactive)

不能與O結合

(色氨酸缺乏)83本文檔共183頁；當前第83頁；編輯于星期二\10點33分w.t.(I+O+P+)阻遏型iCmut.(iCO+P+constitutivemut.)OCmut.

(I+OCP+constitutivemut.)OC

>O+(cis-dominant)I+

>iCiC

無活性的阻遏蛋白不能被輔阻遏物激活OC

不能被有活性的阻遏蛋白結合色氨酸操縱子突變體84本文檔共183頁；當前第84頁；編輯于星期二\10點33分e.g.2精氨酸合成酶操縱子調控元/調節子(regulon)：受一個I基因調控的若干operon所組成的表達調節系統poApoGRpoDpoBCEHpoFrepressor

Arg85本文檔共183頁；當前第85頁；編輯于星期二\10點33分activeactivatorcorepressor（4）可阻遏的正調控操縱子Iactiveactivator(apoinducer)

operononCo-repressorInactiveactivatoroperonoff86本文檔共183頁；當前第86頁；編輯于星期二\10點33分e.g.阿拉伯糖操縱子(regulon)在大腸桿菌中，參與阿拉伯糖代謝的酶基因分為三個操縱子，即araBAD、

araE和araFG

araE和araFG編碼膜結合蛋白，與阿拉伯糖結合和轉運有關阿拉伯糖的降解需要3個基因：araB、araA和araD，形成一個基因簇，簡寫為araBAD。分別編碼L-核酮糖激酶、L-阿拉伯糖異構酶和L-核酮糖-5-磷酸-4-表異構酶三個操縱子由一個共同的araC基因產物(轉錄因子AraC)調控87本文檔共183頁；當前第87頁；編輯于星期二\10點33分araBAD和araC基因的轉錄是分別在兩條鏈上以相反的方向進行的araBAD基因簇從啟動子PBAD開始向右進行轉錄，而araC基因則是從Pc向左轉錄Cpind結合位點，araBAD轉錄Cprep結合位點，阻遏PC&PBAD88本文檔共183頁；當前第88頁；編輯于星期二\10點33分ara操縱子的調控有三個特點：第一，araC的表達受到自身產物AraC的自動調控第二，AraC既可充當阻遏物，也可作為激活劑AraC蛋白同時顯示正、負調節因子的功能第三，AraC與CAP結合可充分誘導ara操縱子89本文檔共183頁；當前第89頁；編輯于星期二\10點33分AraC蛋白作為PBAD活性正、負調節因子的雙重功能是通過該蛋白的兩種異構體實現的。Pr是起阻遏作用的形式，可以與現在尚未鑒定的類操縱區位點相結合，而Pi是起誘導作用的形式，它通過與PBAD啟動子結合進行調節在沒有阿拉伯糖時，Pr形式占優勢；一旦有阿拉伯糖存在，它就能夠與AraC蛋白結合，使平衡趨向于Pi形式。這樣，阿拉伯糖的誘導作用就可以解釋為阿拉伯糖與Pr的結合，使Pr離開它的結合位點，然后產生大量的Pi，并與啟動子結合90本文檔共183頁；當前第90頁；編輯于星期二\10點33分阿拉伯糖的作用象AraC的一個調控器，可將AraC由一個阻遏物轉換為一個激活劑。阿拉伯糖與AraC結合改變了AraC同源二聚體化特性、促進了AraC-CAP復合物的形成。此時，AraC－阿拉伯糖的作用象是一個轉錄激活劑，這正是CAP-cAMP誘導araB、araA、araD轉錄所需要的91本文檔共183頁；當前第91頁；編輯于星期二\10點33分當由于araBAD編碼的蛋白質的代謝使得阿拉伯糖水平下降時，AraC又轉換成一個阻遏物，同時araBAD轉錄減少，此時盡管CAP-cAMP復合物仍然存在于細胞中92本文檔共183頁；當前第92頁；編輯于星期二\10點33分阿拉伯糖作為E.coli的碳源，可以誘導ara操縱子的轉錄。當細胞中葡萄糖水平高（導致cAMP處于低濃度）和阿拉伯糖水平低時，AraC阻遏araB，araA，araD的轉錄當阿拉伯糖水平高，而葡萄糖水平低（cAMP高）時，CAP-cAMP復合物能夠與ara操縱子中的CAP結合部位結合，使DNA突環打開93本文檔共183頁；當前第93頁；編輯于星期二\10點33分94本文檔共183頁；當前第94頁；編輯于星期二\10點33分ArabinoseoperonopenBADgeneexpression阿拉伯糖存在cAMPenough(noglucose)CppresentCpind95本文檔共183頁；當前第95頁；編輯于星期二\10點33分細菌有時會碰到緊急狀況，比如氨基酸饑餓時，就不是缺少一二種氨基酸，而是氨基酸的全面匱乏。為了緊縮開支，渡過難關，細菌將會產生一個應急反應，包括生產各種RNA、糖、脂肪和蛋白質在內的幾乎全部生物化學反應過程均被停止8.2.2嚴謹反應調控(stringentresponsecontrol)（1）基本概念原核生物（w.t.）在氨基酸饑餓狀態下，自動停止或降低(10-20倍)rRNA,tRNA轉錄，從而調節蛋白質合成速率的嚴謹現象

stringentresponse是對任何氨基酸饑餓時表現的一種廣泛的調節機制96本文檔共183頁；當前第96頁；編輯于星期二\10點33分（2）相關因子嚴謹因子(焦磷酸轉移酶）Relgene編碼（relaxed)pppGpp（MagicspotII）鳥苷-5’-三磷酸-3’-二磷酸PPP-CH2GMSIIPPppGpp（MagicspotI）

鳥苷-5’-二磷酸-3’-二磷酸PP-CH2MSIPPG鳥苷四磷酸(ppGpp)鳥苷五磷酸(pppGpp)信號分子產生信號分子的誘導物是空載tRNA嚴緊反應導致兩種特殊核苷酸積聚：

97本文檔共183頁；當前第97頁；編輯于星期二\10點33分◆最初發現細菌在氨基酸饑餓時，出現兩種特殊的核苷酸，其電泳的遷移率和一般的核酸不同，感到很奇怪，就稱之為“魔斑Ⅰ”和“魔斑Ⅱ”，后來發現魔斑Ⅰ便是ppGpp，魔斑Ⅱ是pppGpp。◆這些鳥苷是典型的小分子效應物，預期它們的功能是和靶蛋白結合改變它們的活性，有時它們被稱為（p）ppGpp。（p）ppGpp的功能是調節細胞活性大分子的協調性。它們的產物是由兩種途徑來控制的。在嚴峻的條件下嚴謹反應可以觸發(p)ppGpp的增加。一些未知因素的調節也會出現（p）ppGpp水平與細菌生長速度之間的反向協調。

98本文檔共183頁；當前第98頁；編輯于星期二\10點33分pppG+ATPpppGpp+AMP嚴謹因子ppG+ATPppGpp+AMP

＋pi嚴謹因子次要途徑各種核糖體蛋白質，EF-Tu和EF-G99本文檔共183頁；當前第99頁；編輯于星期二\10點33分（3）stringentresponse分子機理Rel+stringentfactorAsite的空載tRNAPPGATPAMPppGpppppGppNulltRNA,肽鏈不延伸，GTP不斷消耗10upIdlingreaction提純的RelA酶它本身實際是沒有活性的。而在核糖體存在時它才有活性。它的活性是由核糖體在合成蛋白中的狀態所控制的。

100本文檔共183頁；當前第100頁；編輯于星期二\10點33分調控機制：當細菌處于氨基酸饑餓狀態時，無負載的tRNA進入核糖體A位點后，無法形成新的肽鍵，而GTP卻在不斷消耗，即出現所謂的空轉反應（idlingreaction)。細胞內出現空轉反應時促進了嚴謹因子的表達，從而產生魔斑，其濃度可增加10倍以上。魔斑作為阻遏物特異性地與rDNA操縱子的起始位點結合關閉rDNA操縱子，同時阻止tRNA的轉錄延伸，以使細胞能適應有限的營養條件。當細菌的生存條件恢復正常時，細胞中名為spoT的基因可編碼降解ppGpp的酶，從而開放rRNA和tRNA的轉錄，保證核糖體的重新構建和蛋白質的合成。101本文檔共183頁；當前第101頁；編輯于星期二\10點33分trp操縱子轉錄的調控是通過Trp阻遏物實現的，它結合于trp操作子序列，但Trp阻遏物的DNA結合活性直接受色氨酸調控，色氨酸結合Trp阻遏物，并起著一個效應分子的作用（稱之輔阻遏物）在有高濃度色氨酸存在時，Trp阻遏物-色氨酸復合物形成一個同源二聚體，并且緊密結合于trp操作子序列，因此可以阻止轉錄。然而當色氨酸水平低時，缺少色氨酸的Trp阻遏物以一種非活性形式存在，不能結合DNA。在這樣的條件下，trp操縱子被RNA聚合酶轉錄，同時色氨酸生物合成途徑被激活8.2.3衰減子調控(Attenuatorcontrol)102本文檔共183頁；當前第102頁；編輯于星期二\10點33分103本文檔共183頁；當前第103頁；編輯于星期二\10點33分trp操縱子的另一種轉錄調控是稱之衰減作用（attenuation）的調控機制，這是一種將翻譯與轉錄聯系在一起的新的轉錄調控形式在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密碼前有一個長162bp的mRNA片段被稱為前導區，研究發現，當mRNA合成起始以后，除非培養基中完全沒有色氨酸，否則轉錄總是在這個區域終止，產生一個僅有140個核苷酸的RNA分子，終止trp基因轉錄。衰減子：是操縱子結構基因上游前導區內類似于終止子的一段DNA序列104本文檔共183頁；當前第104頁；編輯于星期二\10點33分屬于衰減調控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、異亮氨酸操縱子等起信號作用的是有特殊負載的氨基酰-tRNA的濃度，在色氨酸操縱子中就是色氨酰-tRNA的濃度起調節作用的信號分子是細胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度，因此是轉錄調控中的微調整，只要稍加變動就可影響整個體系的功能105本文檔共183頁；當前第105頁；編輯于星期二\10點33分TrpTrp高時Trp不存在mRNAOPtrpR調節區結構基因

RNA聚合酶

RNA聚合酶

轉錄衰減的調控色氨酸操縱子6700個核苷酸140個核苷酸106本文檔共183頁；當前第106頁；編輯于星期二\10點33分◆分析前導肽序列，發現它包括起始密碼子AUG和終止密碼子UGA，編碼了一個14個氨基酸的多肽。該多肽有一個特征，其第10位和11位有相鄰的兩個色氨酸密碼子。正是這兩個相連的色氨酸密碼子（組氨酸、苯丙氨酸操縱子中都有這種現象）調控了蛋白質的合成。◆前導序列中有4個富含GC片斷，以兩種不同的方式進行堿基配對，有時是1(60-68nt)－2(75-83nt)和3(110-121)－4(126-134)配對，有時只以2－3方式配對。107本文檔共183頁；當前第107頁；編輯于星期二\10點33分◆當培養基中色氨酸濃度較高時，核糖體可順利通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區被轉錄之前就到達2區，使2-3區不能配對，3-4區自由配對形成一環終止子結構，轉錄被終止，trp操縱子被關閉。◆當培養基中色氨酸的濃度很低時，負載有色氨酸的tRNATrp也就少，這樣翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就會很慢，當4區被轉錄完成時，核糖體才進行到1區（或停留在兩個相鄰的trp密碼子處），這時的前導區結構是2-3配對，不形成3-4配對的終止結構，所以轉錄可繼續進行，直到將trp操縱子中的結構基因全部轉錄。108本文檔共183頁；當前第108頁；編輯于星期二\10點33分UUUU……UUUU……調節區結構基因trpROP前導序列衰減子區域UUUU……前導mRNA1234衰減子結構

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導肽編碼區:

包含序列1形成發夾結構能力:序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密碼子

UUUU……109本文檔共183頁；當前第109頁；編輯于星期二\10點33分S.D.Seq14aminoacidleaderpeptideTrp1/7trpE（1）trpoperonRNA一級結構分析140Nt110~121—126~134(palindromicseq.)withpoly(U)27—68baseORFof14aatrphighfrequencywith1/7in14aa140baseRNAalmostbindingwithprotein(translableseq.)110121126134140276842bpAttenuatorsequenceSD序列（核糖體結合位點）110本文檔共183頁；當前第110頁；編輯于星期二\10點33分Complementary3:4terminationoftranscriptionComplementary2:3Elongationoftranscription（2）140NtRNA二級結構分析111本文檔共183頁；當前第111頁；編輯于星期二\10點33分ThetrpoperonofE.coli112本文檔共183頁；當前第112頁；編輯于星期二\10點33分113本文檔共183頁；當前第113頁；編輯于星期二\10點33分不同氨基酸合成酶操縱子前導肽的氨基酸序列HisPheLeuThrIleHisPheLeuThr\IleLeu\Val\Ile114本文檔共183頁；當前第114頁；編輯于星期二\10點33分細胞內Trp-tRNATrp濃度決定核糖體是否停留在trpmRNA中的前導序列內的兩個連續的色氨酸密碼子處當色氨酸水平高和Trp-tRNATrp可利用時，起轉錄終止作用的發卡環結構（3區和4區）形成，RNA聚合酶在聚尿嘧啶的下游處脫離DNA模板，轉錄終止。115本文檔共183頁；當前第115頁；編輯于星期二\10點33分(3)調控機制116本文檔共183頁；當前第116頁；編輯于星期二\10點33分Intryptophan-poormedium當細胞內色氨酸有限、Trp-tRNATrp水平低時，核糖體就停留在RNA中連續的一對色氨酸密碼子處。核糖體這一瞬間的停留給出時間使得發卡結構在新的RNA中（由2區和3區之間）形成，是一種抗終止的RNA結構，它破壞了轉錄終止信號，使得RNA聚合酶能夠繼續沿著DNA模板滑動完成轉錄。覆蓋20個核苷酸/核糖體117本文檔共183頁；當前第117頁；編輯于星期二\10點33分而當培養基中色氨酸濃度高時，核糖體可順利通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區被轉錄之前，核糖體就到達2區，這樣使2-3不能配對，3-4區可以自由配對形成莖-環狀終止子結構，轉錄停止，trp操縱子中的結構基因被關閉而不再合成色氨酸。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。覆蓋20個核苷酸/核糖體118本文檔共183頁；當前第118頁；編輯于星期二\10點33分UUUU……34UUUU3’34

核糖體前導肽前導mRNA1.當色氨酸濃度高時轉錄衰減機制

125’

trp密碼子

衰減子結構就是終止子可使轉錄前導DNAUUUU3’

RNA聚合酶

終止119本文檔共183頁；當前第119頁；編輯于星期二\10點33分UUUU……342423UUUU……核糖體前導肽前導mRNA

15’

trp密碼子

結構基因前導DNA

RNA聚合酶

2.當色氨酸濃度低時Trp合成酶系相關結構基因被轉錄

序列3、4不能形成衰減子結構120本文檔共183頁；當前第120頁；編輯于星期二\10點33分（4）Attenuatorcontrol的生物學意義原核生物細致的精細調控機制增強原核生物對環境的適應性當有少量trp存在repressor不足以關閉operon當有大量trp存在少量RNApol通過O位點只要細胞內有trp-tRNAtrp存在Attenuator就會使RNApol在引導區轉錄中斷121本文檔共183頁；當前第121頁；編輯于星期二\10點33分IpoL.S.EDCBAtRNAtrp+trptrptrp-tRNAtrpproteinsynthesisTrpsynthetaseoperon粗調細調122本文檔共183頁；當前第122頁；編輯于星期二\10點33分衰減子可能的生物學意義：活性阻遏物和非活性阻遏物的轉換可能較慢，而tRNA荷載與否可能更為靈敏氨基酸的主要用途是合成蛋白質，因而以tRNA荷載情況作為標準可能更為恰當衰減子系統需要先轉錄出前導肽mRNA，然后根據前導肽的翻譯情況決定mRNA是否繼續轉錄，而當氨基酸供應充足時，可以利用阻遏蛋白直接關閉mRNA的轉錄活性當細胞內氨基酸高于某一水平時，阻遏蛋白可以實現完全的阻遏，而低于這一水平時，需要衰減子來進行細調節123本文檔共183頁；當前第123頁；編輯于星期二\10點33分8.2.4基因轉座調控（基因重排）(1)廣泛存在于原核與真核生物中的一類調控方式Immunoglobulin(Ig)的多樣性Yeastmatingtype(aorα)SalmonellflagellinH1H2鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛蛋白基因124本文檔共183頁；當前第124頁；編輯于星期二\10點33分鼠傷寒沙門氏菌125本文檔共183頁；當前第125頁；編輯于星期二\10點33分在沙門氏菌（S.typhimrium）的鞭毛合成中，通過啟動子方向的改變來調節不同鞭毛蛋白的合成。細菌是通過擺動其鞭毛來運動的，許多沙門氏菌因它們具有2個非等位基控制合成鞭毛蛋白（鞭毛蛋白的亞基）而出現兩相性(diphasic)。同一菌落既可以表達為H1型[細菌處于1相(phase1)]，也可以表達為H2型[細菌處于2相（phase2）]。在細菌的分裂中有1/1000的概率會出現由一相轉變為另一相，此就稱為相轉變（phasevariation）。

126本文檔共183頁；當前第126頁；編輯于星期二\10點33分SalmonellH1H2相變（phasevariation）負責合成兩種鞭毛的基因位于不同的染色體座位。H2基因是和另一個編碼H1阻遏物基因rh1緊密連鎖，這兩個基因協同表達。處于2相時，在H2基因表達的同時，阻遏物基因也得到表達,且阻止了H1基因的合成；在1相時，H2基因和rh1基因都不表達，這樣H1基因就進行合成。在此控制途徑中，細菌的相取決于H2-rh1轉錄單位是否有活性。

127本文檔共183頁；當前第127頁；編輯于星期二\10點33分這個轉錄單位的活性是由與它相鄰接的一個DNA片段來控制的，此片段長995bp，兩端是長14bp的反向重復序列（IRL和IRR）。H2的起始密碼子在反向重復序列IRR右側16bp處。含有hin基因的DNA片段在IRL（左反向重復序列）和IRR（右反向重復序列）之間，其產物Hin（Hsegmentinversion）蛋白通過反向重復序列之間的交互重組來介導整個片段的倒位。Hin基因突變會使倒位的頻率降低為野生型的10-4。

128本文檔共183頁；當前第128頁；編輯于星期二\10點33分H2-rh1轉錄單位的啟動子位于倒位片段之中，啟動和轉錄單位方向相同時，轉錄在啟動子處起始，而且持續通過H2-rh1,導致2相的表達。當Hin片段倒位時啟動子和轉錄單位方向不同，轉錄單位不能表達，從而導致了1相表達。129本文檔共183頁；當前第129頁；編輯于星期二\10點33分MolecularbiologyofSalmonellH1&H2

phasevariationononoffoffrh1-p130本文檔共183頁；當前第130頁；編輯于星期二\10點33分Fla.Mov.H1O

HinH2rh1(repressor)IRL(1-14)IR

R(982-995)PP

Hin-PtransposaseH2flagellinH1repressorFla.-PFla.Mov.H1OHinH2rh1(repressor)IRL(1-14)IR

R(982-995)PPH1flagellin非復制型原位轉座H2－rH1轉錄單元的表達受其上游一段DNA序列的排列方向控制H2基因的AUG與此序列間隔16bp,但P位于995序列的末端131本文檔共183頁；當前第131頁；編輯于星期二\10點33分相變的意義：逃脫寄主抗體的進攻若細菌侵染寄主時處于I相，則產生H1型鞭毛蛋白，寄主可能針對H1型鞭毛蛋白產生抗體；而細菌利用相變的手段產生0.1%的II相細菌后代，又可以在寄主體內生存和繁衍隨機應變以求生存132本文檔共183頁；當前第132頁；編輯于星期二\10點33分8.3翻譯水平上的調控133本文檔共183頁；當前第133頁；編輯于星期二\10點33分8.3.1Operon內各基因以一定的比例協調翻譯Lac.OperonZ:Y:A=5:2:1134本文檔共183頁；當前第134頁；編輯于星期二\10點33分8.3.2Modulate—codonusage&tRNA對蛋白質翻譯速率的調控一個氨基酸可以由幾個不同的密碼子編碼，不同密碼的偏愛性與tRNA分子的豐富度相適應，mRNA中出現利用率低的密碼子，對應的tRNA數量也較少，氨酰基-tRNA與之結合速率及釋放速度相應也較少。這一tRNA的豐富度是受其基因tDNA的拷貝數決定的，在翻譯的進程中核糖體往往會在那些稀有密碼子上停工待料，從而放慢翻譯速度，起到“減速擋”作用。這類調諧密碼子的位點及密度是長期進化過程中形成的一種在翻譯水平上的調控機制，廣泛存在于原核生物中。135本文檔共183頁；當前第135頁；編輯于星期二\10點33分8.3.3蛋白質合成的自體調控--------蛋白質與自身mRNA結合A.核糖體蛋白質合成的自體調控

E.coli組成核糖體的蛋白質50種以上一個核糖體內（除S7/S12具有4個分子外）其他蛋白均僅為1個分子136本文檔共183頁；當前第136頁；編輯于星期二\10點33分在大腸桿菌中核糖體蛋白的合成與rRNA合成是嚴格協調的。這種調控機制的主要特點表現為：不同的核糖體蛋白基因分布于不同的操縱子中。如S7,L5,L4,S4,L1等。這些調節子蛋白具有雙功能作用，它們即可作為核糖體蛋白與rRNA結合組裝核糖體，又可作為調節子蛋白與自身所在操縱子的mRNA結合，而且這個結合位點緊鄰5‘端的SD序列，從而關閉自身操縱子mRNA的翻譯。調節子蛋白與rRNA的結合力高于與自身mRNA的結合力，因此，當細胞中存在rRNA時，該蛋白優先結合rRNA。當rRNA不足時，該蛋白又以調節子蛋白的身份結合于自身操縱子mRNA上，降低自身及同一操縱子中的相關基因的翻譯速度。137本文檔共183頁；當前第137頁；編輯于星期二\10點33分operon基因及調節蛋白strS12,S7,EF-G,EF-TuspcL14,L24,L5