原核生物基因表达调控.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,-,*,一,.,原核生物基因表达调控概述,随着生物个体的发育，,DNA,分子能有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子,-,反密码子系统转变成蛋白质，执行各种生理生化功能。科学家把从,DNA,到蛋白质的过程称为,基因表达,（,gene expression,），对这个过程的调节就称为,基因表达调控,（,gene regulation,或,gene control,）。,1,-,1.,基因表达调控的生物学意义,适应环境、维持生长和增殖,维持个体发育与分化,2,-,2.,原核基因表达调控的特点,1,）原核生物基因表达调控包括在,DNA,水平、转录水平、转录后水平和翻译水平，但,转录水平的调节是最有效、最经济的方式，也是最主要的调节方式,。,2,）,原核生物基因的表达调控多以操纵子为单位进行,，即：将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达。,3,）基因调控的模式可分成两大类，正调控和负调控，,原核生物以负调控为主,。,3,-,3.,原核基因表达调控的几个概念,1,）顺式作用元件和反式作用因子,基因表达的产物,(,蛋白质或,RNA),从合成的场所扩散到目标场所而发挥作用的过程称为,反式作用,（,trans-acting,），此基因表达产物被称为,反式作用因子,（,trans-acting factor,）。反式作用因子通常为的蛋白质或,RNA,。,顺式作用,（,cis-acting,）,:,任一不转变为任何其他形式的,DNA,序列在原位发挥作用，影响与其相连的其它,DNA,序列的活性。,4,-,顺式作用元件,（,cis-acting factor,）：指对基因表达有调节活性的,DNA,序列，其活性只影响与其自身同处在一个,DNA,分子上的基因。顺式作用元件通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。如：位于转录单位开始和结束位置上的启动子和终止子，都是典型的顺式作用元件。,基因活性的调控主要通过,反式作用因子和顺式作用元件相互作用,而实现。,5,-,2,）结构基因和调节基因,组成基因,/,管家基因,（,constitutive gene,housekeeping gene,）是指不大受环境变动而持续表达的一类基因。如聚合酶，聚合酶等代谢过程中十分必需的酶或蛋白质的基因。,调节基因,（,regulated gene,）指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因。如：不同生长发育时期表达的一些基因。,6,-,3,）正调控和负调控,正调控,(positive control),在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入某种调节蛋白后基因活性就被开启，这样的调控为正转录调控。,调节基因,操纵基因,结构基因,mRNA,酶蛋白,调节蛋白,7,-,负调控（,negative control),在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控。,调节基因,操纵基因,结构基因,阻遏蛋白,不转录，基因封闭,8,-,4,）激活蛋白和阻遏蛋白,激活蛋白（,activator),，在正调控系统中，调节蛋白称诱导蛋白或激活蛋白。和操纵基因结合后引起基因表达开放。,阻遏蛋白（,repressor),是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白。和操纵基因结合后引起基因表达关闭。,9,-,倒位片段,阻遏蛋白,二、,DNA,水平调控,1.,细菌,DNA,重排对基因表达的影响,鼠伤寒沙门菌鞭毛素基因的调节,10,-,鼠伤寒沙门氏菌（,S.typhimrium,）的,相转变,（,phase variation,）,11,-,2.,因子对原核生物转录起始的调控,因子,:,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，这种,因子称,70,此外还有分子量不同,功能不同的其他,因子。,在转录起始阶段，,因子识别特异启动序列；不同的,因子决定特异编码基因的转录激活，也决定不同,RNA,（,mRNA,、,rRNA,和,tRNA,）基因的转录。,亚基在转录延长时脱落。,12,-,在,E.coli,，不同类型的启动子需要不同类型的,因子,32,调控热休克基因（,heat shock genes,）,54/60,调控氮代谢基因,F,调控鞭毛基因,43,调控噬菌体基因枯草杆菌,(B.subtilis),13,-,1.,操纵子学说,（,theory of operon),1961,年，法国巴斯德研究院的,Francois,Jacob,（雅各布）,与,Jacques,Monod,（莫洛）,提出,获,1965,年诺贝尔生理学和医学奖,三,.,操纵子对基因表达的调控,14,-,2.,操纵子,：,是原核生物在分子水平上基因表达调控的单位，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。,操纵子可视为原核生物的转录单位，它可以逐个地从原核生物基因组中分离出来，对其结构功能加以研究。,15,-,3.,乳糖操纵子,1),乳糖操纵子的结构,调节蛋白,（阻遏蛋白）,启动子,操纵基因,结构基因,16,-,Z,编码,-,半乳糖苷酶,：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，还能将乳糖转变为异构乳糖,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。,3,个编码的结构基因,17,-,乳糖操纵子的控制模型，其主要内容如下：,Z,、,Y,、,A,基因的产物由同一条多顺反子的,mRNA,分子所编码。这个,mRNA,分子的启动子紧接着操纵基因（,O,区），而位于,I,与,O,之间的启动子区（,P,），不能单独启动下游,mRNA,分子的转录。操纵基因（区）是,DNA,上的一小段序列（仅为,26bp,），是阻遏物的结合位点。,18,-,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,lacmRNA,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。,19,-,2,）,lac,体系受调控的证据,在不含乳糖的培养基中，每个大肠杆菌细胞内大约只有,1-2,个利用乳糖的酶分子。如果在培养基中加入乳糖，利用乳糖的酶浓度很快达到细胞总蛋白量的,6%,或,7%,，每个细胞中可有超过,10,5,个酶分子。,由底物诱导合成利用该底物的酶，这种现象称为,酶的诱导,。,20,-,把大肠杆菌细胞放在,加有放射性,35,S,标记的,氨基酸,但,没有半乳糖诱导物,的培养基中繁殖几代然后再将这些带有放射活性的细菌转移到,不含,35,S,、无放射性,的培养基中随着培养基中诱导物的加入，,-,半乳糖苷酶便开始合成。分离,-,半乳糖苷酶，发现这种酶,无,35,S,标记说明酶的合成不是由前体转化而来的，而是加入诱导物后新合成的。,同位素示踪实验,Jacob,和,Monod,认为诱导酶（他们当时称为适应酶）现象是个基因调控问题，可以用实验方法进行研究，因此选为突破口，终于通过大量实验及分析，于,1961,年建立了该操纵子的控制模型。,21,-,酶的诱导,22,-,酶的诱导现象,是生物进化过程中出现的一种合理、经济地利用有限资源的本能,。,酶诱导已证明是,低等生物的普遍现象。,23,-,3,）乳糖操纵子,可诱导的负调节,机制,无乳糖,:,lac,操纵子处于,阻遏状态,(repression),有乳糖,:,lac,操纵子即可被,诱导,诱导剂,(inducer):,别乳糖、半乳糖、,IPTG,（异丙基硫代半乳糖苷）,24,-,当阻遏物与操纵基因结合时，,lac mRNA,的转录起始受到抑制。,25,-,26,-,27,-,经诱导后，,RNA,聚合酶首先与启动区,(P),结合，通过操纵区,(O),向右转录。转录从,O,区的中间开始，按,ZYA,方向进行，每次转录出来的一条,mRNA,上都带有这,3,个基因。,28,-,别乳糖,是,lac,操纵子转录的活性诱导物,异丙基硫代半乳糖苷,（,isopropyl thiogalactoside,：,IPTG,）结构上类似于别乳糖，是乳糖操纵子非常有效的诱导物。可诱导,lac,操纵子表达，但不能被,-,半乳糖苷酶水解。,这种能诱导酶合成，但不能被酶分解的分子称为,安慰诱导物,（,gratuitous inducer,）。安慰诱导物由于能在细胞内保持原型不变，因此很有用处。,IPTG,常用于诱导含有使用了,lac,启动子的质粒载体的细菌中的重组蛋白的表达。,29,-,30,-,4,）乳糖操纵子的正调控,当大肠杆菌以乳糖为唯一碳原时，,lac,操纵子可被乳糖诱导而表达，可是在培养基中同时加入葡萄糖时，细菌优先利用葡萄糖，只有葡萄糖耗尽时，乳糖才能诱导基因的表达，这种现象称为,分解物阻遏,/,代谢物阻遏,（,catabolite repression);,葡萄糖效应：,是指当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖类的利用的现象。,31,-,细菌在富含葡萄糖的培养基上生长的时，葡萄糖可降低细菌体内,cAMP,的水平。,在细菌中，,cAMP,与,CAP,（,catabolite activator protein,）结合形成,二元复合物,共同发挥作用。只有,cAMP,存在时，,CAP,才有活性。,CAP,是,cAMP,受体蛋白（,cAMP receptor protein,CRP),其分子内有,DNA,结合区及,cAMP,结合位点，是一个,正调控因子,，生化和遗传学实验证明，,CAP,可以结合到启动子的某个部位而激活操纵子的转录。,在依赖,CAP,的启动子上起始转录必须有,CAP,参与。,cAMP,下降，,CAP,无活性不能与控制区结合，,RNA,聚合酶就不能启动转录。,原因：,32,-,在,lac,操纵元的启动子,P,lac,上游端有一段序列与,P,lac,部分重叠的序列，能与,CAP,特异结合，称为,CAP,结合位点（,CAP binding site,）。,CAP,与这段序列结合时，可增强,RNA,聚合酶的转录活性，使转录提高,50,倍。相反，当有葡萄糖可供分解利用时，,cAMP,浓度降低，,CRP,不能被活化，,lac,操纵元的结构基因表达下降。,33,-,34,-,The,Lac,Operon:,I.,葡萄糖存在，乳糖不存在,Repressor,Promoter,LacY,LacA,LacZ,Operator,CAP,Binding,RNA,Pol.,Repressor,Repressor,Repressor,mRNA,CAP,葡萄糖存在，乳糖不存在，阻遏蛋白与操纵基因结合，基因不转录,X,35,-,The,Lac,Operon:,II.,乳糖存在，葡萄糖不存在,Repressor,Promoter,LacY,LacA,LacZ,Operator,CAP,Binding,Repressor,Repressor,mRNA,CAP,cAMP,Lac,Repressor,Repressor,X,CAP,cAMP,CAP,cAMP,RNA,Pol.,RNA,Pol.,葡萄糖不存在，乳糖存在，阻遏蛋白失活，,cAMP+CAP,与,CAP,位点结合结合，促进基因转录,36,-,The,Lac,Operon:,III,.,葡萄糖和乳糖都存在,Repressor,Promoter,LacY,LacA,LacZ,Operator,CAP,Binding,Repressor,Repressor,mRNA,CAP,Lac,Repressor,Repressor,X,RNA,Pol.,X,葡萄糖存在，乳糖存在，阻遏蛋白失活，,cAMP,缺乏，不与,CAP,结合，基因不转录,37,-,The,Lac,Operon:,I,V.,乳糖不存在，葡萄糖也不存在,Repressor,Promoter,LacY,LacA,LacZ,Operator,CAP,Binding,CAP,cAMP,CAP,cAMP,CAP,cAMP,RNA,Pol.,Repressor,Repressor,mRNA,Repressor,葡萄糖不存在，乳糖不存在，阻遏蛋白与操纵基因结合，,cAMP+CAP,与,CAP,位点结合，基因不转录,38,-,P,lac,是弱启动子，仅由乳糖的存在发生去阻遏使,lac,操纵子转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，必需同时有,CAP,来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。,细胞内,cAMP,与,CRP/CAP,（环腺苷酸受体蛋白,/,代谢物激活蛋白，由,rp,基因编码）形成的复合物是启动,lac,转录的必要条件。,cAMP,参与的正调节作用机制,39,-,葡萄糖的存在降低了细胞内,cAMP,的含量，所以葡萄糖存在时，不能形成复合物，从而抑制乳糖代谢操纵子的表达。,lac,操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有葡萄糖可供利用。通过这机制，细菌是优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖。,结论：,lac,操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖,40,-,协调调节,(coordinate regulation),负调节与正调节协调合作,阻遏蛋白封闭转录时，,CAP,不发挥作用,如没有,CAP,加强转录，即使阻遏蛋白从操作基因上解聚仍无转录活性,降解物敏感型操纵子都有类似调节机制。,如：乳糖操纵子、阿拉伯糖及麦芽糖等的操纵子。,41,-,araB,、,araA,和,araD,基因参与阿拉伯糖的降解，它们是一个基因簇，简写为,araBAD,。,araB,编码核酮糖激酶，,araA,编码,L-,阿拉伯糖异构酶，,araD,编码,L-,核酮糖,-5-,磷酸,-4-,差向异构酶。,4.,阿拉伯糖操纵子,三个基因的表达受到,ara,操纵子中,1,个基因,araC,转录产物,AraC,的调控。,1,）,阿拉伯糖操纵子结构,42,-,araBAD,具有复合启动子区域，两个操纵区（,O1,，,O2,）和一个调节基因,araC,。,AraC,蛋白同时显示正、负调节因子的功能。（,在,lac,和,gal,操纵子中，阻遏蛋白只能作为负调节因子,）。,araBAD,和,araC,基因的转录是分别在一条链上以相反的方向进行的，,araBAD,基因簇从启动子,P,BAD,开始向右进行转录，而,araC,基因则是从,Pc,向左转录,43,-,Pr,Pi,44,-,2,）,阿拉伯糖操纵子特点,ara,操纵子的调控有三个特点：,第一，,araC,表达受到,AraC,的自动调控。,第二，,AraC,既可充当阻遏物，也可作为激活剂。,第三，,cAMP,与,CAP,结合可作为正调节物诱导,ara,操纵子表达。,3,）,阿拉伯糖操纵子调控,45,-,有葡萄糖，缺阿拉伯糖,有阿拉伯糖，没有葡萄糖存在,葡萄糖和阿拉伯糖都存在,46,-,AraC,蛋白具有,P,BAD,活性正、负调节因子的双重功能。,Pr,是起阻遏作用的形式，可与类操纵区位点,(araI,araO2),相结合，而,Pi,是起诱导作用的形式，它通过与,araO1,，,araI,结合启动,araBAD,转录。,没有阿拉伯糖时，,Pr,形式占优势；一旦有阿拉伯糖存在，它就能够与,AraC,蛋白结合，使平衡趋向于,Pi,形式。,47,-,a.,当葡萄糖和阿拉伯糖都存在时,过量,AraC,蛋白结合于,araO1,处，使,RNA,聚合酶不能结合,araPc,，阻止由,Pc,启动子起始,araC,基因转录；,b.,葡萄糖水平较高时，阿拉伯糖水平低时，,AraC,蛋白为阻遏蛋白,Pr,，与操纵区,O2,以及,araI,上半区相结合，形成,DNA,回转结构，,araBAD,基因和,araC,基因均不表达；,c.,有阿拉伯糖但无葡萄糖存在时，,AraC,与阿拉伯糖相结合，成为激活蛋白,Pi,，与,araO1,和,araI,区相结合，在,CRP-cAMP,的共同作用下起始结构基因表达。,总 结,48,-,49,-,50,-,1,）色氨酸操纵子的结构,色氨酸操纵子,(tryptophane operon),负责,色氨酸的生物合成,，当培养基中有足够的色氨酸时，这个操纵子自动关闭，缺乏色氨酸时操纵子被打开，其结构基因表达，为,可阻遏的操纵子模型,。,由于,trp,体系参与生物合成而不是降解，它不受葡萄糖或,cAMP-CAP,的调控。,5.,色氨酸操纵子,色氨酸的合成分,5,步完成。每个环节需要一种酶。这,5,种酶的基因紧密连锁在一起，被转录在一条多顺反子,mRNA,上。,51,-,5,个基因分别以,trpE,、,trpD,、,trpC,、,trpB,、,trpA,代表，编码了与色氨酸合成有关的五种酶。,52,-,trpE,基因是第一个被翻译的基因，和,trpE,相邻的是启动子区（,P,）和操纵区（,O,）。,前导区和弱化子区分别定名为,trpL,和,trpa,（不是,trpA,）。,53,-,trp,操纵子中产生阻遏物的基因是,trpR,，该基因距,trp,基因簇很远，后者在大肠杆菌染色体图上,25cM,处，而前者则位于,90cM,处。,54,-,2,）,trp,操纵子的阻遏机制,trpR,基因产物,为无活性的阻遏蛋白，,此蛋白平常不与操纵区相结合。,55,-,当培养基中,有色氨酸,时，该阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合并关闭,trp mRNA,转录。,56,-,57,-,阻遏,-,操纵机制对色氨酸来说是一个一级开关，,主管转录是否启动,，相当于,粗调,开关。,trp,操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有,另一个系统,进行细调控，即：通过转录达到,第一个结构基因之前终止转录,来实现细调控。,这个细微调控是由,色氨酸的浓度,来调节。当,Trp,浓度较低时，转录得到,7kb,的,mRNA,；当有高浓度,Trp,存在时，转录仅生成,140,核苷酸的前导,RNA,；,这种调控机制就是,弱化作用。,58,-,59,-,3,）色氨酸操纵子的弱化系统,1,）前导肽及其序列结构,在,trp mRNA 5,端,trpE,基因的,起始密码前,有一个长,162bp,的,mRNA,片段被称为前导区。,60,-,前导区（,L,区）编码的多肽称为前导肽。分析前导肽序列，发现它包括起始密码子,AUG,，可编码一个,14,个氨基酸的多肽。,该多肽有一个特征，,其第,10,位和,11,位有相邻的两个色氨酸密码子,。（组氨酸、苯丙氨酸操纵子中都有这种现象）,若前导区当中,123,150,位碱基序列缺失,，,trp,基因表达可提高,6,10,倍,。此区域被称为弱化子。,弱化子,/,衰减子（,attenuator),：位于转录单位开始区，起终止转录信号作用的一段核苷酸序列。,61,-,研究弱化子序列，发现该区,mRNA,通过自我配对可形成茎,-,环结构，有典型的终止子特点。,62,-,研究发现，当,mRNA,合成起始以后，如果培养基中有色氨酸，转录总是在前导区终止，产生一个仅有,140,个核苷酸的,RNA,分子，终止,trp,基因转录。,2,）,mRNA,前导区序列分析,63,-,trp,前导区的碱基序列已经全部测定，其中,4,个分别以,1,、,2,、,3,和,4,表示的片段能以两种不同的方式进行碱基配对，有时以,1-2,和,3-4,配对，有时只以,2-3,方式互补配对。,4,1,2,3,Terminator,haripin,4,1,2,3,64,-,3,）转录的弱化效应,（,1,）当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的,tRNA,也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当,4,区被转录完成时，核糖体才进行到,1,区，这时的前导区结构是,2-3,配对，所以转录可继续进行。,65,-,3,5,5,3,4,1,2,3,RNA,Pol.,Ribosome,Help,I need,Tryptophan,66,-,（,2,）当培养基中色氨酸浓度,较高,时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在,4,区被转录之前就到达,2,区，使,2-3,区不能配对，,3-4,区自由配对,形成,发夹终止子结构,，转录被终止，,trp,操纵子被,关闭,。,67,-,3,5,5,3,4,1,2,3,Ribosome,RNA,Pol.,68,-,4,）弱化子的作用机制,弱化子对基因活性的影响是通过,影响前导序列,mRNA,的结构,而起作用的。,起调节作用的是,某种氨基酰,-tRNA,的浓度。,属于这种调节方式的有大肠杆菌中的色氨酸操纵子、苯丙氨酸操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子等等。,69,-,四,.,转录终止阶段的调控,1,）抗终止作用,不同的终止子的作用也有强弱之分，有的终止子几乎能完全停止转录；有的则只是部分终止转录，一部分,RNA,聚合酶能越过这类终止序列继续沿,DNA,移动并转录。如果一串结构基因群中间有这种弱终止子的存在，则前后转录产物的量会有所不同，这也是终止子调节基因群中不同基因表达产物比例的一种方式。,有的蛋白因子能作用于终止序列或与,因子结合，减弱或取消终止子的作用，称为抗终止作用,(antitermination),，这类引起抗终止作用蛋白因子就称为抗终止因子,(antiterminator),。,抗终止作用最有代表性的例子见于,噬菌体的时序控制。,70,-,噬菌体生活史,溶菌途径,溶源途径,71,-,72,-,P,L,、,P,R,：左右向转录的启动子,P,RM,:C,蛋白基因维持启动子，受,C,浓度调控,C,蛋白,：是,P,L,、,P,R,的主要阻遏物，并可自主调控,PRM,cro,蛋白,：,P,L,、,P,R,的阻遏蛋白，并可抑制,P,RM,，抑制,c,表达,73,-,噬菌体裂解生长与溶源化的建立取决于两种阻遏蛋白,C,和,Cro,的合成。当,C,蛋白的合成占优势时，,P,RM,被激活，,C,蛋白继续起始合成，因而溶源化状态建立；相反,Cro,蛋白合成占优势，则,P,RM,被抑制，没有,C,蛋白的合成，于是,噬菌体在,Cro,蛋白的控制下进入裂解生长。,C,Cro,溶源；,C,Cro,溶菌,74,-,噬菌体进入细菌后，由于,DNA,上无调节蛋白。寄主,RNA,聚合酶分别结合于,P,L,和,P,R,。,P,R,转录,Cro,蛋白。,P,L,转录翻译产生抗终止蛋白,N,。,75,-,在抗终止蛋白,N,的帮助下，转录翻译出,C,、,C,蛋白。,在,C,、,C,蛋白作用下，,P,RE,（,P,RE,主管建立溶源，,repressor for establishment of lysogeny,，位于,cro,和,c,之间）的操纵子向左转录,c,基因，产生,C,蛋白。,C,、,C,蛋白活化,P,RE,76,-,溶菌途径,cro,表达在先，,c,在后，且,c,的表达需,C,和,C,帮助。而,C,可被寄主蛋白酶（,hfl,编码）水解。因此，当,hfl,产物存在时,c,基因不表达。此时,Cro,含量远大于,c,。且占据,O,R3,则使,c,不能转录，进入溶菌途径。因此，,Cro,是进入溶菌途径的关键蛋白。,溶源途径,hfl,表达受一系列基因的调控，寄主细胞碳源和能源缺乏时，使,hfl,产物活性降低，同时，,C,抑制,hfl,产物活性。因此，,C,增加，从而导致,C,增加。,C,可抑制,cro,的表达，使噬菌体进入溶源途径。,77,-,2,）弱化作用,弱化作用,（,attennuation,）是,Charles Yanofsky,等在研究色氨酸操纵子的过程中发现的一种新的基因表达调控方式。,弱化作用是通过,DNA,中可导致转录过程过早终止的一段核苷酸序列而发挥调节作用的。其共同特点是某些外部因素控制着弱化子发夹结构的形成。,78,-,五,.,翻译水平的调控,1)mRNA,二级结构对翻译起始的调控,SD,序列与起始密码子,AUG,之间的距离是影响,mRNA,转录、翻译成蛋白的重要因素之一，某些蛋白质与,SD,序列结合也会影响,mRNA,与核糖体的结合，从而影响蛋白质的翻译。,SD,序列与,16SrRNA3-,端的相应序列配对影响翻译起始。强的配对可使翻译频率提高，反之翻译频率低。,mRNA,二级结构影响隐蔽,SD,序列，影响核糖体小亚基与,mRNA,的结合，影响翻译。,79,-,E.coli,的,RNA,噬菌体,MS,2,R17,f2,和,Q,都非常小（直径约为,250,）,是最简单的病毒。基因组长,3600,4200nt,，只含,4,个基因：,A,、,cp,、,Rep,和,Lys,。,CP(coat protein),编码外壳蛋白（,含,129aa,MW,为,13.7KDa,）,A,（,attachment,）编码附着蛋白（含,393,氨,aa,，,MW,为,44KDa,）,Rep,（,replicase,）编码复制酶（含,544aa,，,MW,为,61KKDa,）；,lys,（,lysis,）编码裂解蛋白,和,cp,，,Rep,基因重叠，该蛋白含,75aa,。,80,-,81,-,翻译一个顺反子需要,二级结构,的改变。,mRNA,上有多个核糖体存在时，第一个顺反子的翻译会破坏,mRNA,原有的二级结构，使核糖体能够与下一个顺反子的翻译起始区域结合。,82,-,mRNA,的降解速度受细菌的生理状态、环境因素及,mRNA,结构的影响；,mRNA,分子自身回折产生的茎环结构有助于维持,mRNA,稳定性；,2),mRNA,稳定性对翻译的调控,83,-,84,-,3),反义,RNA,的调控,1984,年,Mizuno,T.,和,Iwoue,发现,干扰,mRNA,的互补,RNA,（,mic-RNA,mRNA-interfering complementary RNA,）,Antisense RNA,的作用可能有三种机制。,(1),反义,RNA,与,mRNA,上核糖体结合位点结合，形成双链区，使核糖体不能结合，使翻译不能起始,；,(2),在复制水平，与引物,RNA,互补结合，抑制,DNA,复制；,(3),在靶分子的部分区域形成双链区，使靶分子成为内切酶的特异底物。,85,-,86,-,4),蛋白质合成水平的自体调控,指一个基因的表达产物蛋白质或者,RNA,反过来控制自身基因的翻译表达。,87,-,细菌编码核糖体蛋白质、蛋白质合成因子和,RNA,聚合酶亚基等蛋白质的基因混合组成几个操纵子。每个操纵子都含有数个基因。这些操纵子的表达都受操纵子自身的一些基因产物的调控。,操纵子自身编码的蛋白质的富集会抑制其自身及一些相关基因产物的进一步合成。一种蛋白质或,RNA,调控其自身的表达，即为,自体调控,。,88,-,（,1,）阻遏蛋白对翻译起始的调控,阻遏蛋白通过与,mRNA,的特定区域结合，抑制核糖体对,翻译起始区,的识别。这种调控最常见的形式是，调控蛋白与含有起始密码子,AUG,的序列直接结合，从而阻止核糖体的结合。,（,2,）核糖体蛋白质的合成与,rRNA,的合成直接相关。,（,3,）,RF2,蛋白合成、,T4,噬菌体基因,32,的表达产物都与自体调控有关。,89,-,90,-,91,-,92,-,严紧反应,(stringent response),：指细菌生长在不良营养条件下时，缺乏足够的,AA,等因素所导致的蛋白质合成突然下降，,tRNA,合成突然停止等一系列反应。此时细菌将关闭大量的代谢途径，仅进行很少的代谢，以维持基本生存。,应急反应的信号是鸟苷四磷酸（,ppGpp,）和鸟苷五磷酸（,pppGpp,）。产生这两种物质的诱导物是空载,tRNA,。,ppGpp,四磷酸鸟苷,(,魔斑,I magic spot I),pppGpp,五磷酸鸟苷,(,魔斑,II magic spot II),是调控一些反应的效应物，有多种功能，但主要功能是 抑制,rRNA,基因的启动子；,抑制多数或大多数基因转录的延伸,5,）严谨反应与核糖体合成的调控,93,-,当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量的不带氨基酸的,tRNA,，这种空载的,tRNA,会激活,ppGpp,合成酶（,RelA/,应急因子），使,ppGpp,大量合成，其浓度可增加,10,倍以上。,ppGpp,的出现会关闭许多基因,，当然也会打开一些合成氨基酸的基因，以应付这种紧急状况。,关于,ppGpp,的作用原理还不大清。,ppGpp,与,pppGpp,的作用范围十分广泛，它们不是只影响一个或几个操纵子，而是影响一大批，所以它们是超级调控因子。,当细菌的生存条件恢复正常时，,spoT,降解,ppGpp,，细菌严谨反应消失。,94,-,蛋白质的正常合成及饥饿时的严紧反应,95,-,ppGpp,对,rRNA,转录的抑制,96,-,六,.,核开关和群体感应,1.,核开关（,riboswitch),90,年代末,-20,世纪初，耶鲁大学的,Ronald Breaker,小组发现大肠杆菌细胞内存在维生素,B,12,的核开关；,核开关,是一类通过结合小分子代谢物调控基因表达的,mRNA,元件,.,它位于特定的,mRNA,区域,可以不依赖任何蛋白质因子而直接结合小分子代谢物,继而发生构象重排,影响该,mRNA,的活动,.,核开关可以同小分子效应物结合，通过改变自身的结构，打开或关闭基因的表达。,97,-,核开关（,riboswitch),98,-,转录调控,翻译调控,核开关主要通过与合成代谢终产物的相互作用，在转录水平和翻译水平调控基因的表达。,99,-,一些核开关是潜在的核酶，一旦与相应的代谢物结合，就会进行自我剪切，从而控制基因的表达。,Ronald Breaker,100,-,