第7章-原核基因表达调控上.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因表达,=,基因转录,+,翻译,基因表达的调控,:,生物体随时调整不同基因的表达状态,以适应环境、维持生长和发育需要。,本章内容,基因表达调控的基本概念,原核基因调控机制,乳糖操纵子,色氨酸操纵子,其他操纵子,转录后水平上的调控,基因的表达调控包括,基因水平的调控,转录水平的调控,转录产物加工的调控,mRNA,从细胞核向胞质转运过程的调控,翻译水平的调控以及翻译后的加工等,第一节 基因表达调控的基本概念,一、基因表达的概念,基因转录及翻译的过程，从,DNA,到蛋白质或功能,RNA,的过程称为基因表达，对这个过程的调节就称为表达调控。,rRNA,、,tRNA,编码基因转录合成,RNA,的过程也属于基因表达。,组成性表达,(constitutive expression),适应性表达,(adaptive expression,）,二、基因表达的方式,1,、,组成性表达,：,指不大受环境变动而变化的一类基因表达。,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),。,2,、,适应性表达,指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。,应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导,(induction),，这类基因被称为可诱导的基因。,相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏,(repression),，相应的基因被称为可阻遏的基因,(repressible gene),。,三、基因表达的规律,时间性和空间性,1,、时间特异性,按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称为基因表达的,时间特异性,。,多细胞生物基因表达的时间特异性，又称阶段特异性。,胚胎期,胎儿期,成人期,2,、空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称,细胞或组织特异性。,在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，,称为基因表达的空间特异性,。,四、基因表达调控的生物学意义,适应环境、维持生长和增殖,（原核、真核）,维持个体发育与分化,（真核）,了解生物生长发育规律、形态结构特征和生物学功能。,第二节 原核基因调控机制,内容提要：,原核基因表达调控环节,操纵子学说,原核基因调控机制的类型与特点,转录水平上调控的其他形式,基因表达的调控方式,阻遏,负调控,:,调控蛋白,+,DNA,序列 基因的表达,(,相应蛋白质,降低,),促进,正调控,:,调控蛋白,+,DNA,序列 基因的表达,(,相应蛋白质,增加,),原核生物基因表达的调控,方式,特点,调控机制,-,操纵子,正调控,负调控,转录翻译偶联,快速,乳糖操纵子,-,负、正调控,转录,起始,的调控,色氨酸操纵子,-,负调控,转录,终止,的调控,一个操纵子,=,编码序列（,2-6,）,+,启动序列,+,操纵序列,+(,其他调节序列,),操纵子：,原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位。,启动子,操纵序列,多个结构基因,终止子,5,3,调控区,结合,RNA,聚合,酶和调节蛋白,编码功能相关的蛋白质,介导转录终止,转录出多顺反子,mRNA,，,翻译后得到多种蛋白质,操纵子的基本结构,一、原核基因表达调控环节,1,、转录水平上的调控,2,、转录后水平上的调控,mRNA,加工成熟水平上的调控,翻译水平上的调控,1,、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的应答，可分为：,正转录调控,负转录调控,二、原核基因调控机制的类型与特点,调节基因,操纵基因,结构基因,阻遏蛋白,激活蛋白,正转录调控,负转录调控,负转录调控,没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，为负转录调控。,正转录调控,没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，为正转录调控。,可诱导调节,:,指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。,例：,大肠杆菌的乳糖操纵子,分解代谢蛋白的基因,2,、,根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：,调节基因,操纵基因,结构基因,阻遏蛋白,调节基因,操纵基因,结构基因,阻遏蛋白,诱导物,mRNA,酶蛋白,酶合成的诱导操纵子模型,诱导物,某种物质能够促使细菌产生酶来分解它，这种物质就是诱导物。,可阻遏调节：,基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，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。,例：,色氨酸操纵子,合成代谢蛋白的基因,酶合成的阻遏操纵子模型,调节基因,操纵基因,结构基因,mRNA,酶蛋白,调节基因,操纵基因,结构基因,辅阻遏物,辐阻遏物：,某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。,3,、,负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白，起着阻止结构基因转录的作用。,根据其作用特征又可分为,负控诱导和负控阻遏,：,在,负控诱导,系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合时，结构基因转录；,在,负控阻遏,系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合时，结构基因不转录。,4.,正转录调控系统中,，调节基因的产物是,激活蛋白,。,根据激活蛋白的作用性质分为,正控诱导,和,正控阻遏,正控诱导,系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态；,正控阻遏,系统中，效应物分子（,辅阻遏物）,的存在使激活蛋白处于非活性状态,。,四、转录水平上调控的其他形式,1,、,因子的更换,在,E.coli,中,当细胞从基本的转录机制转入各种特定基因表达时，需要不同的因子指导,RNA,聚合酶与各种启动子结合。,大肠杆菌中的各种,因子比较,因子,编码基因,主要功能,70,rpo,D,参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的调控,54,rpoN,参与多数氮源利用基因的调控,38,rpoH,分裂间期特异基因的表达调控,32,rpoS,热休克基因的表达调控,28,rpoF,鞭毛趋化相关基因的表达调控,24,rpoE,过度热休克基因的表达调控,温度较高,诱导产生各种热休克蛋白,由,32,参与构成的,RNA,聚合酶与热休克应答基因启动子结合,诱导产生大量的热休克蛋白,适应环境需要。,枯草芽孢杆菌芽孢形成,有序的,因子的替换,RNA,聚合酶识别不同基因的启动子,使芽孢形成有关的基因有序地表达。,2,、弱化子对基因活性的影响,3,、降解物对基因活性的调节,又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。,在含葡萄糖和乳糖的培养基上，在葡萄糖没有被利用完之前，乳糖操纵子就一直被阻遏，乳糖不能被利用；,直到葡萄糖被利用完后，乳糖操纵子才进行转录，形成利用乳糖的酶。,五、细菌的应急反应,信号：鸟苷四磷酸,ppGpp,ppGpp,，会关闭很多基因。,第三节 乳糖操纵子,内容提要：,乳糖操纵子的结构,酶的诱导,lac,体系受调控的证据,乳糖操纵子调控模型,影响因子,Lac,操纵子中的其他问题,一、操纵子学说,1,、操纵子模型的提出,1961,年，,Monod,和,Jacob,提出，获,1965,年诺贝尔生理学和医学奖。,2,、操纵子的定义,操纵子：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所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。,Lac,操纵子主要组分分析,mRNA,多肽,蛋白质,功能,二、乳糖操纵子的结构,Z,编码,-,半乳糖苷酶：,将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖,Y,编码,-,半乳糖苷透过酶：,使外界的,-,半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。,A,编码,-,半乳糖苷乙酰基转移酶：,乙酰辅酶,A,上的乙酰基转到,-,半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。,二、酶的诱导,lac,体系受调控的证据,加入乳糖,去掉乳糖,安慰诱导物：,如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如,IPTG（,异丙基,-,-D-,硫代半乳糖苷）。,-,半乳糖苷酶,结合,lac,阻遏物,三、乳糖操纵子调控模型,主要内容：,Z,、,Y,、,A,基因的产物由同一条多顺反子的,mRNA,分子所编码,Protein,这个,mRNA,分子的启动子紧接着,O,区，而位于,I,与,O,之间的启动子区（,P,），不能单独起动合成,-,半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。,操纵基因是,DNA,上的一小段序列（仅为,26bp,），是阻遏物的结合位点。,Lac,操纵子的起点处的抑制子和,RNA,聚合酶位点重合,RNA,聚合酶结合部位,阻遏物结合部位,当阻遏物与操纵基因结合时，,lac mRNA,的转录,起始受到抑制。,诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发,lac mRNA,的合成。,当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始,mRNA,的合成。,组成型突变：,lacO,c,组成型突变：,lacI,-,不可诱导突变（超阻遏）：,四、影响因子,1,、,lac,操纵子的本底水平表达,有两个矛盾是操纵子理论不能解释的：,诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，后者的合成有需要诱导。,解释：,一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？,一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？,真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在,-,半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有,-,半乳糖甘酶的预先存在。,解释：,本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的,lac mRNA,合成。,2,、大肠杆菌对乳糖的反应,培养基：甘油,按照,lac,操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的,-,半乳糖苷酶和,-,半乳糖苷透过酶。,培养基：加入乳糖,少量乳糖,透过酶,进入细胞,-,半乳糖苷酶,异构乳糖,诱导物,诱导,lac mRNA,的生物合成,大量乳糖进入细胞,多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）,异构乳糖,乳糖,诱导物的加入和去除对,lac,mRNA,的影响,3,、阻遏物,lac I,基因产物及功能,Lac,操纵子阻遏物,mRNA,是由弱启动子控制下组成型合成的，每个细胞中有,5-10,个阻遏物分子。,当,I,基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个,lac,操纵子在这些突变体中就不可诱导。,4,、葡萄糖对,lac,操纵子的影响,如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，,lac,操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导,lac,操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。,代谢物阻遏效应,5,、,cAMP,与代谢物激活蛋白,代谢物激活蛋白（,CAP,）,/,环腺甘酸受体蛋白（,CRP,）,cAMP,在真核生物的激素调节中起作用。,ATP,腺甘酸环化酶,cAMP,（环腺甘酸）,大肠杆菌中：无葡萄糖，,cAMP,浓度高；,有葡萄糖，,cAMP,浓度低。,Z,Y,A,O,P,DNA,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,+,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,Z,Y,A,O,P,DNA,CAP,CAP,CAP,CAP,CAP,CAP,CAP,的正调控,当阻遏蛋白封闭转录时，,CAP,对该系统不能发挥作用。,如无,CAP,存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。,cAMPCAP,复合物与启动子区的结合是转录起始所必需的。,协调调节,葡萄糖对,lac,操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏。,单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；,若有葡萄糖或葡萄糖,/,乳糖共同存在时，细菌,首先利用葡萄糖。,五、,Lac,操纵子中的其他问题,1,、,A,基因及其生理功能,半乳糖,苷,分子（,IPTG,）,-,半乳糖甘酶,分解产物（体内积累）,-,半乳糖苷乙酰基转移酶,乙酰化,半乳糖,苷,分子,（,IPTG,）,乙酰基,2,、,lac,基因产物数量上的比较,-,半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶,=1,：,0.5,：,0.2,翻译水平上受到调节：,（,1,）,lac mRNA,可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终止蛋白质链的翻译；,（,2,）在,lac,mRNA,分子内部，,A,基因比,Z,基因更,容易受内切酶作用发生降解。,3,、操纵子的融合与基因工程,P,O,Z,Y,A,tsx,P,O,pur,结构基因,缺失,乳糖,lac operon,负责嘌呤合成,pur operon,Lac,启动子是强启动子，可以用于增加蛋白表达量。,第四节 色氨酸操纵子,（,trp operon,）,内容提要：,色氨酸操纵子的结构,色氨酸操纵子的,阻遏系统,色氨酸操纵子的弱化机制,一、色氨酸操纵子的结构,调控基因,结构基因,催化分枝酸转变为色氨酸的酶,trpR,trp,特点,:,(1),trpR,和,trpABCDE,不连锁；,(2),操纵基因在启动子内,(3),有衰减子,(attenuator)/,弱化子,(4),启动子和结构基因不直接相连，二者被,前导序列,(Leader),所,隔开,P,：起动子；,O,：操纵子；,l,：前导序列；,a,：衰减子,二、,trp,操纵子的阻遏系统,低,Trp,时：,阻遏物不结合操纵基因,;,高,Trp,时：,阻遏物,+Trp,结合操纵基因,三、,trp,操纵子的弱化机制,衰减子,/,弱化子,前导序列（,leader sequence,）,123150,1,、弱化子：,DNA,中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（,123-150,区）。,研究引起终止的,mRNA,碱基序列，发现该区,mRNA,通过自我配对可以形成,茎,-,环,结构，有典型的,终止子,特点。,Trp,弱化子,mRNA,终止区,2,、前导序列：在,trp mRNA5,端,trpE,基因的起始密码前 一个长,162bp,的,mRNA,片段。,trp,操纵子控制区由启动子、操纵基因、前导顺序和衰减子构成。前导区编码,14,个氨基酸，其中有,2,个是色氨酸。,3,、弱化机制,前导肽,转录终止结构,阻遏作用使转录降低,70,倍,弱化作用使转录降低,600,倍,弱化子存在的意义？,阻遏物：无活性,有活性，速度慢,弱化子通过抗终止子的方法增加,trp,基因的表达，可迅速提高内源色氨酸浓度。,细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。,弱化子存在的意义,阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少；,弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的,tRNA,的多少,通过前导肽的翻译来控制转录进行。,在细菌细胞内这两种作用相辅相成。,第五节 其他操纵子,一、半乳糖操纵子,异构酶,(galE),乳糖,-,磷酸尿嘧啶核苷转移酶,(galT),半乳糖激酶,(galk),半乳糖 葡萄糖,-1-,磷酸,gal,操纵子的特点：,有两个启动子，其,mRNA,可从两个不同的起始点开始转录；,有两个,O,区，一个在,P,区上游，另一个在结构基因,galE,内部。,培养基中无葡萄糖，有,cAMP-CRP,，,S1,转录开始；,培养基中有葡萄糖，无,cAMP-CRP,，,S2,转录开始；,体现必要性和经济性,二、,阿拉伯糖操纵子,araB,基因、,araA,基因和,araD,形成一个基因簇，简写为,araBAD,三个基因的表达受到,ara,操纵子中,araC,基因产物,AraC,蛋白的调控。,ara,操纵子的调控有两个特点：,1.araC,表达受到,AraC,的自身调控。,2.AraC,既是,ara,操纵子的正调节蛋白（需,cAMP-CRP,的共同参与，起始转录），又是其负调节蛋白，这种双重功能是通过,AraC,蛋白的两种异构体来实现的（,Pi,和,Pr),。,有葡萄糖，但阿拉伯糖水平低时：,Pr,阻遏发生，负调控,有阿拉伯糖，无葡萄糖时：,Pi,转录进行，可以利用阿拉伯糖,三、阻遏蛋白,LexA,的降解与细菌中的,SOS,应答,细菌,DNA,受破坏时，,SOS,应答启动诱导型,DNA,修复系统。,SOS,反应的机理,：,由,RecA,蛋白和,LexA,阻遏物的相互作用引起的。,LexA,阻遏物,：是,SOS DNA,修复系统所有基因的阻遏物,RecA,蛋白：,是,SOS,反应的最初的发动因子。在单链,DNA,和,ATP,存在时，,RecA,蛋白被激活，表现出水解酶活性，分解,LexA,阻遏物。,当,RecA,水解,LexA,阻遏物后，导致,SOS,体系（包括,recA,基因）高效表达，,DNA,得到修复。,四、多启动子调控的操纵子,1.rRNA,操纵子,P1 P2,rrnE,饥饿状态下,ppGpp,浓度增加，,P1,被关闭，,P2,仍可以启动。,2.DnaQ,蛋白操纵子,DnaQ,蛋白校正,DNA,复制。,P1 P2 dnaQ,RNA,聚合酶活性低时，弱启动子,P2,控制,DnaQ,合成；,RNA,聚合酶活性高时，强启动子,P1,被激活。,五、固氮基因调控,生物固氮（将氮气还原为氨）是农业生态系统重要的氮源之一，也是地球化学中氮素循环的一个重要的环节，以豆科植物和根瘤菌的共生固氮为主，可占生物固氮量的,1/2,。,大气中的,N,2,尿素及动植物遗体,NO,3,-,土壤中的微生物,NH,3,NO,3,-,氮素化肥,氮循环,生物固氮农业生态系统重要的氮源之一，也是地球化学中氮素循环的一个重要的环节；,以豆科植物和根瘤菌的共生固氮为主，可占生物固氮量的,1/2,，每年固定,2-5,亿吨的氮。,由于多数农作物缺乏共生固氮作用和大多数土壤缺乏氮素，因而氮肥往往成为农业增产的限制因素。,20,世纪,40,年代以来，氮肥工业合成的发展使农田单产迅速大幅度提高。,1970,年代以来，人工合成氮素化肥的能源耗费和环境污染问题开始显露出来，各先进国家近年来正力图减少氮肥的使用，于是生物固氮研究更加受到世界各国的重视，成为一个全球性的战略课题，它对环境、粮食、人口等问题有着重要意义,。,生物固氮研究,基因 酶 细胞 生态系水平,研究生物固氮的途径和机理最终目的,提高现有固氮生物的固氮能力；,提供高效优质的微生物肥料，为农业开发肥源；,用分子生物学等方法促使不固氮作物固氮；,人工模拟固氮酶在常温常压下还原分子氮，使氨的工业合成有一个历史性突破。,生物固氮的调控,生物固氮只限于原核类微生物,(,细菌和放线菌,),；,所有不同种类的固氮微生物都由共同的固氮基因,(,nif,),控制着固氮特性遗传，,nif,基因和固氮酶只存在于固氮菌体中；,具有共生固氮特性的高等植物仅提供宿主条件，以便固氮菌的固氮效能得到充分表达。,1,、克氏肺炎杆菌的固氮基因,克氏肺炎杆菌中存在着,17,18,个,nif,基因，这些基因都位于其染色体上,:,固氮酶结构基因,nifKDH,;,调节基因,nifAL,;,固氮酶合成后的加工基因,nifB,;,其它与电子传递相关的基因。,2,、根瘤菌的固氮基因,根瘤菌中的,nif,基因和结瘤基因都被定位在质粒上。,在根瘤菌的质粒中除了固氮基因之外还存在着结瘤基因,(,nod,),，使宿主的根毛变形弯曲的基因,(,hac,),、根瘤起始基因,(,noi,),、产生色素的基因,(,pig,),等。,3,、,nif,操纵子的结构和功能,Q B A L F M V S U X N E Y K D H J,nif,nifAL,基因控制整个固氮系统的表达与活性。,nifA,和,nifL,基因产物分别是,nif,操纵子的正负调控因子。,当细胞内没有,NifL,蛋白时，,nifA,基因产物足以激活其它,nif,基因的表达，甚至在有,NH,3,和,O,2,存在时也如此。,有活性,失活,nifA,nifA,nifL,nifL,肺炎克氏杆菌,氮过量,氮源少,第六节 转录水平上的其他调控方式,一、,因子的调节作用,原核生物,RNA,聚合酶的一个亚基，是转录起始所必需的因子，主要影响,RNA,聚合酶对转录起始位点的正确识别。,特殊的,因子调控不同的基因,32,调控热休克基因,54,调控氮代谢基因,F,调控鞭毛基因,43,调控噬菌体基因,不同的时期 起作用的,因子不同,如,Bacillus,在营养缺乏时形成孢子，孢子的形成需要,4,种不同的,因子，,因子活性受蛋白水解酶的调控。,二、组蛋白类似蛋白的调节作用,细菌中非特异性的,DNA,结合蛋白，用来维持,DNA,的高级结构，称为组蛋白类似蛋白。,抑制转录,三、转录调控因子的作用,定义：,可以基因的启动子区结合，对基因转录起激活或抑制作用的,DNA,结合蛋白。,激活,抑制,大肠杆菌中,300,多个转录调控因子,四、抗终止因子的调节作用,抗终止因子：能够在特定位点阻止转录终止的一类蛋白质。,一、,mRNA,自身结构元件对翻译起始的调控,核糖体结合位点,RBS,：,mRNA,链上起始密码子,AUG,上游的一段非翻译区。,其它的起始密码子：,UUG,、,GUG,、,AUU,第七节 转录后水平上的调控,3%14%,RBS,的结合强度取决于,SD,序列的结构及其与起始密码子,AUG,之间的距离，,SD,序列改变导致表达效率改变。,二、,mRNA,稳定性对转录水平的影响,细胞内的一系列核酸酶用于清除无用的,mRNA,。,糖原合成被抑制,不稳定构象,glg,mRNA,降解,三、调节蛋白的调控作用,mRNA,结合蛋白可激活靶基因的翻译；,mRNA,特异性抑制蛋白通过与核糖体竞争性结合,mRNA,来抑制翻译起始。,核糖体蛋白对自身,mRNA,翻译的抑制作用,四、反义,RNA,对翻译的影响,1983,年，,Mizuno,等发现反义,RNA,的调节作用，从而揭示了一种新的基因表达调控机制。,反义,RNA:,指具有互补序列的,RNA,可调节,mRNA,的翻译。,反义,RNA,对翻译的抑制,反义,RNA,有三种作用方式：,1,、与,mRNA 5,端非翻译区包括,SD,序列,相结合，直接抑制翻译。,2,、与,mRNA 5,端编码区起,始密码子,AUG,结合，抑制,mRNA,翻译起始。,3,、与,mRNA,的,非编码区,互补结合，使,mRNA,构象改变，影响其与核糖体结合，间接抑制了,mRNA,的翻译。,反义,RNA,对,bfr,基因翻译的抑制作用,铁离子浓度低,铁离子浓度高,细菌铁蛋白,五、稀有密码子对翻译的影响,dnaG(,引物酶,)RNA,引物,dnaG,、,rpoD,和,rpsU,属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子。,50,个拷贝的,dnaG,蛋白、,2800,个拷贝的,rpoD,和,40000,个拷贝的,rpsU,几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较,蛋白质,AUU/%,AUC%,AUA%,结构蛋白,37,62,1,亚基,26,74,0,DnaG,蛋白,36,32,32,细胞内对应于稀有密码子的,tRNA,较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。,六、重叠基因对翻译的影响,trpE,苏氨酸苯丙氨酸终止,ACU -UUC -UGA -UGG -CU,AUG GCU,甲硫氨酸,-,丙氨酸-,trpD,trpB,-,谷氨酸,-,异亮氨酸,-,终止,GAA,-,AUG,-,UGA,-,UGG,-,AA,AUG,-GAA,甲硫氨酸,-,谷氨酸,-trpA,翻译终止时核糖体立即处在起始环境中，这种重叠的密码子保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。,重叠基因对翻译的影响,等量,七、翻译的阻遏,组成核糖体的蛋白共有,50,多种，它们的合成严格保持与,rRNA,相应的水平。,当有过量核糖体游离蛋白质存在时，引起自身以及有关蛋白质合成的阻遏，这种在翻译水平上的阻遏作用称为翻译阻遏。,mRNA,对核糖体蛋白质起翻译阻遏作用的调节蛋白质，均为能直接和,rRNA,相结合的核糖体蛋白质，它们由于能和自身的,mRNA,起始控制部位相结合而影响翻译。,八、,魔斑核苷酸水平对翻译的影响,细胞如何保证蛋白质合成的总速度与蛋白质合成机器主要成分,rRNA,的合成速率相一致？,保证在不进行蛋白质合成时没有,RNA,的合成？,起这个调控作用的最早信号是空载氨基酸的,tRNA,。,当细菌处于贫瘠的生长环境，缺乏氨基酸供给蛋白质合成，它们即关闭大部分的代谢活性，这种现象称为严紧控制。,细菌为节省其贮存物将代谢活性降至最低，借以度过艰难时期，等待培养条件的改善。,当细菌生长过程中，遇到氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生一个应急反应，停止全部基因的表达。产生这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸,(ppGpp),和鸟苷五磷酸（,pppGpp,）。,在色谱上检出的斑点（魔斑）,GTP+ATP ppGpp,核糖体上不负载氨基酸的,tRNA,是细胞产生严紧控制的信号，,GTP,被用于合成魔斑核苷酸的前体。,本章重点,操纵子,乳糖操纵子模型,弱化子和弱化作用,色氨酸操纵子模型,抗终止子,基因的表达调控包括哪些水平？,