基因表达的调控原核生物.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,*,第一节 基因表达调控概述,基因,（gene）,是指DNA分子中的最小功能单位。包括RNA(tRNAr、rRNA)和蛋白质编码的结构基因及无转录产物的调节基因。,基因表达,(gene expression),就是指某一基因指导下的蛋白质合成,蛋白质是基因表达的产物。,在生物代谢过程中所需要的各种酶或蛋白质的基因以及构成细胞结构成分的基因,在正常情况下是经常进行表达的,而与生物发育过程有关的基因则要在特定的,时间或空间,才进行表达,而在其余的时间或空间这些基因则被关闭。,虽然一种基因编码一种蛋白质,但是不同蛋白质在细胞中的相对,数量差别,很大,随着它们的功能而不同,各种蛋白质变化不定。,中心法则,一生合成总蛋白质的种类约10万种，但在一个典型的分化细胞中合成约5000种蛋白质；如何调控？,生物的基因表达不是杂乱无章的，而是受着严密、精确调控的。所以，不仅生命的遗传信息是生物生存所必需的，而且遗传信息的表达调控也是生命本质所在。,事实上，即使最简单的生物，如病毒粒子基因组的表达，也是处于调控之中。几乎所有的基因都是被调控的。E.coli细胞大约有4000个基因，约有107个蛋白质分子。如果每个基因都以相似的速度合成蛋白质，那么每个基因平均产生约3000个蛋白质分子。但实际上，细胞内各种蛋白质分子的拷贝数差异很大，有的蛋白质在细胞内只有几个分子，而有的蛋白质却多达50万个分子。,细胞要使其蛋白质合成达到这种差异,可以有两条途径：,第一条途径是细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度,这种控制通常称之为转录水平,(transcriptional level),的调控。,第二条途径是在mRNA合成后,控制从mRNA翻译成多肽链的速度,这种蛋白质合成或基因表达的控制称为翻译水平,(translational level),的调控。,转录水平(transcriptional level)的调控,，是一种最经济的办法,可以免去浪费从mRNA合成蛋白质的各种元件和材料。这大概是生物在长期进化过程中自然选择的结果。大多数基因表达都属于转录水平的调控。,翻译水平(translational level)的调控,，包含一些分子装置问题,如与核糖体的结合速度等。这种调控是较少的。,基因表达的多级调控,基因表达调控的五个水平,DNA,水平调节,转录水平调节,转录后加工的调节,翻译水平调节,翻译后加工的调节,DNA,转录初产物RNA,mRNA,蛋白质前体,mRNA降解物,活性蛋白质,DNA,水平调节,转录水平调节,转录后加工的调节,翻译调节,mRNA降解,调节,翻译后加工的调节,核,细胞质,一、基因表达的基本概念,（一）结构基因和调控基因,编码细胞结构和基本代谢活动所必要的RNA、蛋白质或酶，它们被称为结构基因（structural genes）。,编码那些控制其他基因表达的RNA或蛋白质的基因，称为调控基因（regulatory genes）。,（二）基因表达的类型,（1）组成性表达(constitutive expression)指不大受环境变动而变化的一类基因表达。,这类基因可称为看家基因(housekeeping gene),（2）适应性表达(adaptive expression)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(inducible gene)；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）正调控和负调控,若调控因子使靶基因的表达水平上升，这种调控方式称为正调控（positive regulation）,若调控因子使靶基因的表达水平下降，甚至关闭，这种调控作用称为负调控（negative regulation）,正调控,负调控,（四）诱导和阻遏,基因在特定环境中表达增强的过程称作诱导(induction),基因表达水平降低的过程称作阻遏(repression),诱导和阻遏是同一事物的两种表现方式。不论是细菌还是真核生物以及人体内均有这两种基因表达方式存在。调节这类基因表达的信号分子都是小分子，刺激诱导发生的分子称为诱导物(inducer)，引起阻遏发生的分子称为阻遏物或辅阻遏物(co-repressor)。,（五）顺式作用元件和反式作用因子,顺式作用元件是它调节邻近基因的核酸序列（即同一染色体上的基因；顺式构型的基因），对其他染色体上的基因（反式构型）没有影响。,反式作用因子包括各种可扩散分子（经常是蛋白质），可调节与它接触的基因的表达。调节转录的反式作用因子称为转录因子，另一些反式作用因子调控RNA加工和蛋白合成。,反式作用因子,二、真核和原核生物基因表达的特点,（1）基因表达的时空性,（2）原核生物的操纵子,（3）真核生物的内含子,（4）染色质,（5）RNA聚合酶,（5）转录调节,第二节 原核生物基因表达调控,细菌的某一代谢途径中，几个酶按顺序起作用，在这种情况中，往往是这一系列的酶要么都产生，要么都不产生。这种现象叫协同调节，实际上这是由于编码上述所有基因产物的多顺反子mRNA的合成被调节的结果。有些酶活性通过生物合成途径中的产物或中间产物的浓度来共同调节，这个调节模式叫反馈抑制或终产物抑制。小的效应物分子也反复地用于激活或抑制一个特定的酶的活性。,一、操纵子学说,（一）操纵子学说的提出,大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖。当培养基中有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长,葡萄糖,丙酮酸,羧化酶,乙酰CoA,磷酸烯醇式丙酮酸,1，6-二磷酸果糖,草酰乙酸,-酮戊二酸,拧檬酸,天冬氨酸,氨基酸,蛋白质,嘧啶核苷酸,核酸,氨甲酰天冬氨酸,+,+,+,从大肠杆菌染色体的长度可以估计它大约可以编码2000-4000种蛋白质。一般估计生长在以,葡萄糖为唯一碳源,的细菌中的酶类至少有600-800种。在这些酶中特别是与降解葡萄糖第一步有关的酶(即所谓关键酶),及与制造氨基酸与核苷酸有关的酶,以相当大的数量存在着,产生ATP所需的酶类也大量存在。,在缺乏葡萄糖时,细菌也可以利用其它糖类如乳糖作为碳源,维持生活。,-半乳糖苷酶,(-galactosidase),是研究得最透彻的酶,它能将乳糖分解成葡萄糖及半乳糖。-半乳糖苷酶的分子量为460kD,具有四聚体结构,由4个分子量各为116kD相同的多肽链组成。这是一个极重要的酶,因为乳糖不能用做碳源或能源,它必须先被分解成简单的葡萄糖和半乳糖。,E.coli生长在乳糖中,则半乳糖苷酶分子几乎有3000个之多,而生长在其它碳源的细胞此酶只有1/1000。这点说明当细胞需要一种蛋白质时,与它不需要的时候比较,它能以极大数量存在。,像以乳糖为底物那样,引入培养基中而专一地增加某种酶的数量,这个底物即称为诱导物,(inducer),而这种酶则称为诱导酶,(indueible enzyme),。,法国的Jacob和Monod等人做了一系列遗传学和生化学研究实验，于1961年提出乳糖操纵子(lac operon)学说。他们的操纵子学说(theory of operon)使我们得以从分子水平认识基因表达的调控,是一个划时代的突破。,操纵子学说可以简述如下:,有一个专一的阻遏分子(蛋白质)结合在靠近半乳糖苷酶基因上面,这段DNA他们称之为操纵基因。由于阻遏分子结合在DNA的操纵基因上,从而阻止了RNA聚合酶合成半乳糖苷酶的mRNA。此外,他们还指出乳糖为诱导物,当乳糖结合到阻遏分子上时,即阻止阻遏分子与操纵基因的结合。当有乳糖时,阻遏分子即失活,mRNA就可以转录出来。如果去掉乳糖时,阻遏分子又恢复其活力,与操纵基因DNA结合,将乳糖基因关闭。,（二）操纵子(operon)的基本组成,主要包括以下单元:,结构基因群(structural gene),启动子(promoter,p),操纵子(operator,o),调控基因(regulatory,R)编码能与操纵子结合的调控蛋白，通常为阻遏物。,终止子(terminator,T),1结构基因群,操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因(structural gene,SG)。一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达十几个。各结构基因头尾衔接、串连排列，组成结构基因群。,2启动子,启动子(promoter，P)是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。操纵子至少有一个启动子，一般在第一个结构基因5侧上游，控制整个结构基因群的转录。,3操纵子,操纵子(operator，O)是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子序列重叠，当调控蛋白结合在操纵子序列上，会影响其下游基因转录的强弱。,4调控基因（阻遏物）,调控基因(regulatory gene)是编码能与操纵序列结合的调控蛋白的基因。与操纵子结合后能减弱或阻止其调控基因转录的调控蛋白称为阻遏蛋白(repressive protein)，其介导的调控方式称为负性调控(negative regulation)；与操纵子结合后能增强或起动调控基因转录的调控蛋白称为激活蛋白(activating protein)，所介导的调控方式称为正性调控(positive regulation)。,5终止子,终止子(terminator，T)是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。在一个操纵元中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。,以上5种元件是每一个操纵子必定含有的。,其中，启动子、操纵子和终止子都属于顺式作用元件(cis acting element)。调控基因可以在结构基因群附近、也可以远离结构基因，它是通过其基因产物棗调控蛋白来发挥作用的，因而调控基因不仅能对同一条DNA链上的结构基因起表达调控作用，而且能对不在一条DNA链上的结构基因起作用，在遗传学实验上称为反式作用(transaction)。,二、乳糖操纵子,乳糖操纵子(lac operon)是原核生物中研究得最清楚的一种操纵子。在乳糖操纵子上,除去半乳糖苷酶(Z)和半乳糖苷透过酶(Y)基因之外,还有一个硫半乳糖苷转乙酰酶(thiogalactoside transacytylase)基因(A)它的生理功能尚不清楚)。这3个基因每个前面都有一翻译信号,引导核糖体结合及蛋白质合成。在底物乳糖不存在时,lac操纵子基因即被阻遏,半乳糖苷酶只以很少的拷贝存在(每个细胞几个分子)。,操纵基因或一称为i,(或,I,)的基因，编码一个可扩散的分子,引起基因的阻遏。以后这种分子被证明为蛋白质,现在称之为,阻遏蛋白,(repressor)。,操纵基因或一称为i,(或,I,)的基因的突变会引起lac操纵子基因产物的合成。阻遏作用并不是绝对的,即使在阻遏情况下,每个细胞也有少数拷贝的半乳糖苷酶及半乳糖苷透过酶。,乳糖操纵子:(Lactose operon),一个调节基因,三个结构基因,二个控制元件,lac,I,调节基因,lacZ,lacY,lacA,DNA,m-RNA,-Galactosidase,Permease,Transacetylase,Protein,结构基因,启动子 操纵子,P,lac,I,P,lac,O,lac,乳糖操纵子的结构,调节基因,启动子,操纵基因,乳糖结构基因,R,P,O,LacZ,LacY,Laca,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,基 因 关 闭,当供给细胞以乳糖时,lac操纵子即被诱导,一个诱导物分子结合在阻遏蛋白的特异部位上,引起阻遏蛋白构象的改变,结果使,阻遏蛋白从操纵基因上解离下来,。在此系统中的诱导物并非乳糖本身,而是乳糖的同素异形体,称为,异乳糖,(allolactose)。乳糖进入E.coli细胞,被转化成异乳糖。异乳糖与阻遏蛋白结合后,它们即从操纵基因上解离下来,lac操纵子基因即开始表达,半乳糖苷酶的浓度可以增加1000倍之多。,乳糖酶的诱导,P,LacZ,LacY,Laca,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,启动子,O,R,mRNA,阻遏蛋白（无活性）,mRNAZ,mRNAY,mRNAa,乳糖,i,p,o,z,y,a,No lac mRNA,Absence of lactose,Active,i,p,o,z,y,a,-Galactosidase,Permease,Transacetylase,Presence of lactose,Inactiv,e,有些结构上与异乳糖相似的半乳糖苷也是半乳糖苷酶的诱导物,但并非它的底物。而某些半乳糖苷为底物,却非诱导物。,异丙基硫代半乳糖苷,(isopropyl thiogalactoside,简称,IPTG,),是一种特别有效的诱导物,目前在基因表达的研究中常常使用,在基因表达的系统中加入IPTG之后,基因的表达量常成倍地增加。IPTG不是乳糖代谢的底物,属于非代谢诱导物。,Amp,r,ori,pUC18,(3 kb),MCS(Multiple cloning sites,多克隆位点）,Lac promoter,lacZ,Gene X,No IPTG,X gene低水平表达,With IPTG,X gene高水平表达,L1:The LAC operon,乳糖操纵子的正调控,现在了解到,即使有诱导物存在将阻遏蛋白中和,操纵子的正常表达还必须有一个蛋白质介导的,正调控信号,。,E.coli生长在既有葡萄糖又有乳糖存在的介质中,则只利用葡萄糖,而乳糖操纵子蛋白质处于低水平。同样如果既有萄葡糖又有半乳糖存在时,半乳糖操纵子即无活性。,葡萄糖对转录的作用并不是直接的,其降解产物(降解物catabolite)是靠降低细胞内的环式AMP(,cAMP,)的含量起作用。此关键代谢物(cAMP)对葡萄糖降解代谢所抑制的各种操纵子的转录都是需要的。,ATP是cAMP的直接代谢前体,担任这种转化的酶是腺苷酸环化酶(adenylcyclase),此酶可能受代谢降解物的直接抑制。,环式AMP并不直接促进lac mRNA的合成,而靠结合在,代谢降解物基因激活蛋白,(catabolite-gene activator protein),简称,CAP,上起作用。此后它就获得与DNA专一部位结合的能力,这时就增加邻近操纵子的转录速度。CAP对一切葡萄糖敏感的操纵子都是正调控因子,。,乳糖操纵子调控,R,LacZ,LacY,Laca,mRNA,mRNAZ,mRNAY,mRNAa,基 因 表达,CAP基因,结构基因,T,CGP(CAP),O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP,-CAP,P,葡萄糖,分解代谢产物,腺苷酸环化酶,磷酸二酯酶,ATP,cAMP,5-AMP,抑制,激活,葡萄糖降解物与cAMP的关系,cAMP,CGP：降解物基因活化蛋白（catabolic,gene activation protein）,CAP：环腺苷酸受体蛋白（cycilic AMP,receptor protein）,降低,cAMP,浓度,使,CAP,呈失活状态,CAP能控制RNA聚合酶在乳糖启动子上的结合。CAP或者阻遏物对mRNA生长速度都没有任何影响。但二者则控制RNA聚合酶分子与启动子结合的速度,一个为正调控,另一为负调控。实际上阻遏物阻断RNA聚合酶的结合,CAP帮助RNA聚合酶有效地与乳糖启动子结合,使更多的RNA的合成起始进行。,CAP-cAMP复合物激活RNA合成,C,A,B,乳糖操纵子小结,A:,RNA polymerase,B:,lac repressor,C:,CRP-cAMP,三、色氨酸操纵子,色氨酸操纵子 控制五种酶的合成Trp E，D，C，B，A。,当色氨酸浓度低时,这5个邻近的trp基因才开始转录成mRNA。色氨酸不是一个诱导物,而是作为一个,辅阻遏物(corepressor),。辅阻遏物活化其专一的阻遏物,因此它能与trp操纵基因结合并阻止其相应基因的转录。,许多阻遏物分子能以活性的及无活性的两种形式存在,这要看它们与其适当的,诱导物或辅阻遏物,(corepressor)是否结合而定,诱导物的结合可使阻遏物失活。反之,辅阻遏物的结合则将无活性的阻遏物变为有活性的形式。例如,在细胞中加入色氨酸可以激活阻遏物,后者控制色氨酸生物合成所需酶的合成,这就迅速切断其专一的mRNA分子的合成,酶的诱导和阻遏操纵子模型,B.有活性阻遏蛋白加诱导剂,A.有活性阻遏蛋白,C.无活性阻遏蛋白,D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂,操纵基因,启动基因,调节基因,结构基因,阻遏蛋白(有活性),阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达,诱导物,诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达,酶蛋白,mRNA,阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以表达,阻遏蛋白(无活性),酶蛋白,mRNA,代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达,代谢产物,在阻遏物与其诱导物或辅阻遏物之间不形成共价键。每个阻遏物分子的一部分在形状上与其诱导物或辅阻遏物的专一部分是互补的。二者以,次级键,(氢键、盐桥或范德华力)相连结,由于这些键是弱键,它们可以快速形成或快速破坏,使阻遏物(活性的或非活性的)迅速调整,以适应生理的需要。,当色氨酸充裕时,色氨酸转录的起始就被色氨酸阻遏物复合物与操纵子相结合而阻拦住z而当细胞中色氨酸浓度下降时,阻遏就被取消,转录又再开始运行。,当色氨酸浓度低时,trp操纵基因不被占据,trp mRNA的合成在邻近的启动子处开始进行。不过,trp mRNA一旦起始合成,并不自动生长到全长度,而大多数trp mRNA分子在第一个trp基因(trp E)开始转录之前即停止生长。,trp E之前为转录的终止子,它由一个特征的RNA发夹环组成，随后为8个尿嘧啶(U)残基,此处即所谓,弱化子,(attenuator),RNA合成通常在此即行停止,前导RNA长为,139,个核苷酸,弱化子的重要性,色氨酸操纵子的转录必须由一个可控制的终止部位来调节,这个部位就是弱化子。它位于操纵子与这个氨基酸合成途径的第一个酶的基因之间:,P,O L,a,E D C B A,P,O L,a,E D C B A,O为操纵子，L为前导肽，,a为弱化子，,E，D，C，B，A为色氨酸合成酶类基因弱化子这个调节部位与某些操纵子末端的停止信号相似,含有一个富含GC的序列,随后为一个富含AT的序列。这两个区域都以弱化子为中心,表现出对称的结构：,5AGCCCGCCTAATGAGCGGGCTTTTTTTTGAACAAAATT3TCGGGCGGATTACTCGCCCGAAAAAAAACTTGTTTTAA,UUUUUU-OH3,前导mRNA，能形成转录不依赖P的终止子序列。,前导序列有3个特征,可使RNA聚合酶通过弱化子：,(1)除去由前导的1区与2区所形成的终止子发夹外还有第二个发夹;,(2)2区与3区互补,于是又形成一由2区及3区组成的另一发夹,从而阻止终止子发夹的形成;,(3)引导RNA编码14个氨基酸组成的短前导肽,其前面为一长的核糖体结合位点。,前导肽有一特殊的序列特征,:,2个色氨酸密码子排成一列,Met Lys Ala Ile Phe Val Lue Lys Gly,Trp Trp,Arg Thr Ser,这些密码子的功能是使企图翻译前导肽的核糖体停止前进。而当色氨酸缺乏时,核糖体达到色氨酸密码子时必须停止,围绕色氨酸密码子的RNA停下来结合在核糖体上,不能成为发夹环的一部分。,在色氨酸密码子处被捕捉的核糖体被放在可使2区与3区自由配对的位置上,于是终止子发夹(3,4)不能形成,RNA聚合酶跨过弱化子达到操纵子,使trp酶表达。,如果有充分的色氨酸,使核糖体得以通过色氨酸密码子前进,则核糖体阻止序列2,使3,4区形成终止子发夹,则转录在前导RNA末端停止。,大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制,Trp,密码子,1,1,1,2,3,2,2,3,3,4,4,4,核糖体,核糖体,转录继续,转录终止,C.高浓度色氨酸使核糖体到达2部位，3与4 碱基配对，转录终止。,A.游离mRNA中1与2以及3与4碱基配对。,B.低浓度色氨酸使核糖体停留在1部位，转录得以完成。,阻遏作用与弱化子控制之间可能同时存在,使得细胞内色氨酸微细调节到一个水平,使得两步反应更紧急地达到色氨酸饥饿,起始反应是停止阻遏物的结合,更大的饥饿则导致弱化作用的松弛,其它氨基酸的操纵子,如组氨酸及亮氨酸操纵子没有阻遏物,它们完全依靠弱化作用来控制。,组氨酸Met Thr Arg Val Gln Phe Lys,His His His His His His His,Pro Asp,亮氨酸Met Ser His Ile Val Arg Phe Thr Gly,Leu Leu Leu Leu,Asn Ala Phe Ile Val,这些前导肽的mRNA正是设计成能够察觉出所被合成的蛋白质的氨基酸水平。如果相应的氨基酰tRNA缺乏时,前导肽的翻译就自动停止下来。例如,在色氨酸操纵子中被阻止的核糖体促使mRNA的构象开放,使RNA聚合酶能阅读过弱化子部位。在组氨酸操纵子前导RNA存在7个编码组氨酸的密码子就强化了检查系统的灵敏性。这个组氨酸操纵子可以单纯靠弱化子的结构实现它的控制作用。,四、,基因表达翻译水平的调节,（一）mRNA的结构对翻译的调控,原核生物中基因的表达也在翻译水平上受到控制。,蛋白质翻译的起始主要依靠,AUG,起始密码子上游富含嘌呤的6-8个核苷酸之存在与否。这段DNA序列就称为,（Shine-Dalgarno,S-D,）序列,即核糖体结合位点,(ribosome-binding site,),的存在。,如果这个区域发生突变,就会大大降低其相应的mRNA的翻译效率,不论这个突变靠近AUG密码子,或远离密码子都是一样。这样的序列被包在,环卡结构(loop structure),之中,因而无法与16S rRNA 相互作用,进行翻译,。,有证据表明Shine-Dakarno序列的工作效率受与它们结合的蛋白质控制,从而阻碍其作用。,E.coli的核糖体蛋白(ribosomal protein,r-蛋白)就是一个例证。当-蛋白合成的速度超过-RNA合成的速度时,游离的-蛋白就积累起来,有一些关键的-蛋白就与Shine-Daigarno序列结合。这样的话,核糖体蛋白就不能比它们用于制造核糖体时合成得更快。,在核糖体组装时,关键的-蛋白与-RNA结合得早些。与这些蛋白质结合的-RNA的序列及与关键蛋白质相互作用的-蛋白的mRNA的序列是十分相似的。因此,翻译水平的调控就是-RNA与蛋白mRNA之间相互与其关键蛋白结合的竞争。,担任以mRNA为模板翻译成蛋白质的核糖体是一个很大的生物大分子,含有50多种核糖体蛋白及许多种核糖体RNA（rRNA)。在蛋白质合成时,这50多种蛋白质如何协调工作是一个非常复杂的问题。它们的基因分别定位于20多个操纵子上,它们的合成是精确而平衡的。因此,严格的调控是非常必要的。,核糖体蛋白合成的调控主要是在翻译水平上,而不是在转录水平上完成的,这一点与大多数其它蛋白质不同。例如,至少每种核糖体蛋白的操纵子都有一种蛋白质当作它的,翻译阻遏蛋白(translational repressor),它定位在靠近合成的起始部位的mRNA上,从而阻止许多种蛋白质的合成。,（二）翻译的自我调控,翻译产物蛋白质直接控制自已mRNA的可翻译性。这类自我调控的特点是mRNA翻译产物作为一种阻遏蛋白来起调控作用。,（三）稀有密码子的调控作用,在大肠杆菌基因组上dnaG、rpoD（编码RNA聚合酶亚基）和rpsU（核糖体30S上的S21蛋白）同属一个操纵子，但三个基因的产物量却大不相同，dnaG仅50个拷贝/细胞，rpoD为2800拷贝/细胞，rpsU刚达40000拷贝/细胞之多。如何同一个操纵子中在翻译的过程中使它们的产物保持一定的比例？答案是利用稀有密码子，也就是说，这些密码子在其他基因中使用频率很低，而在dnaG中却很高，使dnaG的翻译十分缓慢。,蛋白质翻译一旦开始后,其速度即受对应于mRNA分子中所利用的各种tRNA的供应情况而决定。在细胞中不同tRNA分子的数量是不同的。大量存在的那些tRNA通常是对应最常使用的密码子,因此,被稀少的tRNA分子所识别的密码子大都翻译得较慢,而被丰富的tRNA识别的密码子则翻译得要快些。,（四）魔斑核苷酸的调控作用,大肠杆菌在氨基酸缺乏时不但蛋白质合成速度立即下降，而且RNA合成的速率也下降。,后来发现大肠杆菌在氨基酸缺乏时能合成鸟苷四磷酸（ppGpp）和鸟苷五磷酸（pppGpp），这两种化合物是在层析谱上检出的斑点，所以被称为魔斑（magic spots）。,缺乏氨基酸肽链延伸这一反应不进行了，GTP便可用作合成魔斑的前体，GTPpppGppppGpp，ppGpp也可以从ATP分子上转移2个磷酸分子到GDP的3-羟基上形成。因此，pppGpp和ppGpp只在缺乏氨基酸的细胞中形成。,一旦ppGpp形成，它即抑制操纵子转录的起始，并使许多其他转录本的延长变得缓慢下来。,小结,操纵子学说,乳糖操纵子,色氨酸操纵子,