第六章原核基因表达调控

1、第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 DNARNA 蛋白质 复制 转录 翻译 逆转录 RNA 复制 中心法则：中心法则： 基因表达基因表达: 基因转录及翻译的过程。rRNA、 tRNA的合成 也属于基因表达。 基因表达调控基因表达调控: 是指对基因表达过程的调节。 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 1.基因表达的概念基因表达的概念 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 2. 基因表达的方式基因表达的方式 按对刺激的反应可分为： (1) 组成性表达组成性表达 管家基因（管家基因（

2、housekeeping gene） 在一个生物个体的几乎 所有细胞中持续表达的基因。其蛋白质被称为 组成型蛋白质组成型蛋白质。 此类基因表达只受启动子序列或启动子与RNA聚合酶相互作 用的影响，不受其他机制的调节。不受其他机制的调节。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 与管家基因不同是它们的表达易受环境变化影响。随外界 环境信号变化, 其基因表达水平可呈现升高或降低的现象。 * 这二类基因除受启动子序列或启动子与RNA聚合酶相互作用 的影响外，还还受其他机制的调节受其他机制的调节,

3、通常基因的调控序列中含有 特异剌激的反应元件。特异剌激的反应元件。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 根据细菌酶的合成对环境的反应不同，分为根据细菌酶的合成对环境的反应不同，分为: 组成酶组成酶 细菌酶细菌酶 诱导酶诱导酶 适应酶适应酶 阻遏酶阻遏酶 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 原核基因表达的多级调控原核基因表达的多级调控 四个基本调控点: 基因活化 最有效的调节环节 转录水平上的调控转录水平上的调控 转录起始- DNA元件与调控

4、蛋白相互作用调控元件与调控蛋白相互作用调控 mRNA加工成熟水平的调控 转录后水平上的调控转录后水平上的调控 翻译及翻译后水平的调控 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 4. 原核基因调控机制的分类原核基因调控机制的分类 p. 232 原核生物的基因调控主要发生在转录水平上主要发生在转录水平上，根据调控机制 的不同可以分为：P. 232-234 负转录调控负转录调控 调控机制 正转录调控正转录调控 负控诱

5、导负控诱导 负控阻遏负控阻遏 正控诱导正控诱导 正控阻遏正控阻遏 调节基因的产物-激活蛋白激活蛋白 调节基因的产物-阻遏蛋白阻遏蛋白 (为主) 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 负调控 正调控 Lac O Ara O 诱 导 失活的阻遏物 活化的激活蛋白 阻遏物 诱导物 失活的活性蛋白 诱导物 阻遏 诱导 阻遏 诱导 Trp O 阻 遏 失活的活性蛋白 辅-阻遏物 活化的激活蛋白 辅-阻遏物 失活的活性蛋白 诱导 阻遏 诱导 阻遏 图16-1 原核生物结构基因的4 种表达调控类型 (仿B.Lewin:GENES,1

6、997, Fig .12.21) 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 一. 概述 5. 原核基因表达调控的主要特点原核基因表达调控的主要特点 原核生物通过特殊代谢物调节基因活性通过特殊代谢物调节基因活性主要分为可诱导调 节和阻遏调节。 1）可诱导调节）可诱导调节 是指一些基因在特殊代谢物或化合物的作用下，由原来的关 闭状态转变为工作状态。这类基因中最典型的例子是大肠杆菌 的乳糖操纵子。 2）可）可阻遏阻遏调节调节 这一类基因平时都是开启的，处于合成蛋白质或酶的工作 状态，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

7、表达。最典型的例子是大肠杆菌的色氨酸操纵 子。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 1. 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构 诱导型操纵子诱导型操纵子 p.237 PO ZYA 结构基因 阻遏物基因 启动子 操纵基因 产生阻遏蛋白RNA酶结合结合阻遏物 I -半乳糖苷酶 -半乳糖苷通透酶 -半乳糖苷乙酰转移酶 CAP位点 I CAPPO 控制区控制区结构基因结构基因调节基因调节基因 操纵序列 * CAP 环腺苷酸受体蛋白环腺苷酸受体蛋白 CAP位点位点: cAMP-CAP复合物结合位点。复合物结合位点。

8、阻遏蛋白作用的部位阻遏蛋白作用的部位 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 CAP P O TTTACA -35区 TATGTT -10区 CAP位点 5-ATTAAT GTGAGTTAGCTCACTCATTAGG-3 R基因I 乳糖操纵子的调节基因和控制区乳糖操纵子的调节基因和控制区 I 调节基因调节基因, 编码阻遏蛋白编码阻遏蛋白。 P 启动子启动子, RNA聚合酶结合的聚合酶结合的DNA序列。序列。 O 阻遏蛋白结合位点。结合后阻遏蛋白结合位点。结合后, 抑制转录启始。抑制转录启始。 CAP位点位点

9、 cAMP-CAP复合物结合位点。复合物结合位点。 结合后，促进转录。结合后，促进转录。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 CAP (catabolite activator protein) 分解代谢物激活蛋白分解代谢物激活蛋白 (环腺苷酸受体蛋白，环腺苷酸受体蛋白，CRP) 结构特点：结构特点： - 同二聚体 - 具有与CAP位点结合的区域 - 具有与cAMP(环腺苷酸)结合位点 cAMP 环腺苷酸环腺苷酸 特点特点: 在大肠杆菌中，cAMP的浓度受到葡萄糖代谢的调节。 - 葡萄糖(+) 抑制腺苷

10、酸环化酶活性, cAMP合成量减少； - 葡萄糖() 腺苷酸环化酶活性提高, cAMP合成量增加。 * CAP蛋白只有与蛋白只有与cAMP蛋白形成复合物蛋白形成复合物, 才能与操纵子上才能与操纵子上CAP 位点结合，促进转化。位点结合，促进转化。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 2. 乳糖操纵子调控机制乳糖操纵子调控机制 1) 阻遏蛋白的阻遏蛋白的负控诱导负控诱导 （1）

11、葡萄糖(+), 乳糖()时, - 乳糖()时, 无别乳糖存在，阻遏蛋白与操纵子上的 O序列结合, 使操纵子处于关闭状态，关闭状态，三个结构基因 不表达。 - 葡萄糖(+)及cAMP浓度低时，CAP 活性低, 无 cAMP- CAP复合物形成。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 i基因P OLac ZLac Ylac A 无诱导物时 阻遏物 蛋白亚基 阻遏蛋白 RNA聚合酶 无诱导物时无诱导物时 葡萄糖葡萄糖(+), 乳糖乳糖() 结构基因表达关闭结构基因表达关闭 阻遏蛋白的负控诱导阻遏蛋白的负控诱导

12、第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 （2）葡萄糖(), 乳糖(+)时, - 乳糖(+)时 细胞内存在别乳糖，阻遏蛋白与别乳糖结合， 操纵子从关闭从关闭开启。开启。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 效应物效应物: 能与阻遏蛋白或激活蛋白结合, 使它们的空间构 象发生变化, 从而改变其对基因转录的影响, 这 些特定物质被称为效应物 (effector). 诱导剂诱导剂: 凡是能引起诱导发生的效应物称为诱导剂。 别

13、别诱导剂诱导剂 阻遏蛋白阻遏蛋白 ( ) 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 别乳糖： 效应物 诱导剂诱导剂(inducer): 别乳糖、半乳糖、 IPTG （异丙基巯基半乳糖苷） TMG （巯甲基半乳糖苷） ONPG（O-硝基半乳糖苷） 乳糖类似物 非半乳糖苷酶底物非半乳糖苷酶底物 是安慰性诱导剂是安慰性诱导剂 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 - 葡萄糖() 时 cAMP浓度高时, CAP活性高, 形成cA

14、MP-CAP复合物，复合物， cAMP-CAP复合物与操纵子上的CAP位点序列结合，促进转 录的起始，三个基因高水平表达，大量合成三种乳糖酶。 激活蛋白激活蛋白: 与操纵子结合后能够增强基因表达的调节 蛋白称为激活蛋白-CAP。 正性调节正性调节: 激活蛋白所介导的调控方式称为正性调节。 CAP的正性调节的正性调节。 cAMP-CAP ： 是一个正调控因子正调控因子。 但它的形成与阻遏体系无关。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 i基因P OLac ZLac Ylac A 有诱导物时 阻遏物 蛋白亚基

15、 阻遏蛋白 诱导物 无活性的 阻遏蛋白 转录 翻译 -半乳糖苷酶 -半乳糖苷通透酶 -半乳糖苷乙酰转移酶 mRNA -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 -半乳糖苷通透酶半乳糖苷通透酶 -半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶 CAP cAMP CAP-cAMP 有诱导物时有诱导物时 阻遏蛋白的负控诱导与阻遏蛋白的负控诱导与CAP的正性调节的正性调节 葡萄糖葡萄糖(), 乳糖乳糖(+) * lac操纵子上的结构基因称为可诱导基因可诱导基因, 基因所编码的酶 称为诱导酶诱导酶, 可诱导基因的表达过程称为酶的诱导合成酶的诱导合成。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原

16、核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵纵子调节机制 （3） 葡萄糖(+), 乳糖(+)共存时, - 乳 糖(+) 别乳糖与阻遏蛋白结合。 - 葡萄糖(+) cAMP浓度低, CAP活性低, 无CAP的正性调控。 葡萄糖(-), 乳糖(+)时, - 乳 糖(+) 别乳糖与阻遏蛋白结合。 - 葡萄糖 (-) cAMP浓度高, CAP活性高, 出现CAP正性调控。 此时，操纵子上的基因表达，大量合成三种与乳糖代谢相关 的酶, 细菌以乳糖作为碳源。 此时，操纵子处于开启状态，但基因不表达，细菌以葡萄糖 作为碳源, 消耗葡萄糖。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模

17、式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 i基因P OLac ZLac Ylac A 有诱导物时 阻遏物 蛋白亚基 阻遏蛋白 诱导物 无活性的 阻遏蛋白 转录 翻译 -半乳糖苷酶 -半乳糖苷通透酶 -半乳糖苷乙酰转移酶 mRNA 转录水平低, 没有乳糖酶的合成 - 乳糖乳糖(+)时时, 葡萄糖（葡萄糖（+） 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 i基因P OLac ZLac Ylac A 有诱导物时 阻遏物 蛋白亚基 阻遏蛋白 诱导物 无活性的 阻遏蛋白 转录 翻译 -半乳糖苷酶 -半乳糖苷通透酶

18、 -半乳糖苷乙酰转移酶 mRNA -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 -半乳糖苷通透酶半乳糖苷通透酶 -半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶 CAP cAMP CAP-cAMP 有诱导物时有诱导物时 阻遏蛋白的负控诱导与阻遏蛋白的负控诱导与CAP的正性调节的正性调节 葡萄糖葡萄糖(), 乳糖乳糖(+) * lac操纵子上的结构基因称为可诱导基因可诱导基因, 基因所编码的酶 称为诱导酶诱导酶, 可诱导基因的表达过程称为酶的诱导合成酶的诱导合成。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 当当在葡萄糖和乳糖同时存在： 细菌优

19、先利用葡萄糖，而不启动乳糖操纵子合成乳糖酶, 这种现象称为葡萄糖效应或分解代谢物阻遏。葡萄糖效应或分解代谢物阻遏。 在葡萄糖消耗完后, 操纵子转录合成三种乳糖酶。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 结论结论: 乳糖操纵子强的诱导作用只有在以乳糖为碳源时才会乳糖操纵子强的诱导作用只有在以乳糖为碳源时才会 出现。出现。 也就是说，乳糖操纵子的功能是在阻遏蛋白的负控也就是说，乳糖操纵子的功能是在阻遏蛋白的负控 诱导与诱导与CAP的正性调节两个相互独立的调控体系作用下实的正性调节两个相互独立的调控体系作用下实

20、 现的。现的。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 2) 乳糖操纵子的本底水平表达乳糖操纵子的本底水平表达 在研究乳糖操纵子时发现有两个矛盾是操纵子理论所不能 解释的。 第一第一， 诱导物需要穿过细胞膜才能和阻遏蛋白结合，而诱导物需要穿过细胞膜才能和阻遏蛋白结合，而 转运诱导物是需要通透酶，后者的合成又需要诱导。转运诱导物是需要通透酶，后者的合成又需要诱导。 第一个诱导物如何进入细胞，分析有两个可能： 一些诱导物在没有通透酶存在时，也可以进入细胞； 一些通透酶可以在没有诱导物存在的情况下合成。一些通透酶

21、可以在没有诱导物存在的情况下合成。 已有研究表明：第二种解释是正确的。已有研究表明：第二种解释是正确的。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 第二，第二， 研究发现乳糖不能够与阻遏蛋白结合，真正的诱导物研究发现乳糖不能够与阻遏蛋白结合，真正的诱导物 是乳糖的异构体是乳糖的异构体别乳糖别乳糖 （异构乳糖），而别乳糖（异构乳糖），而别乳糖 是在是在 -半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的。半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的。 乳糖诱导-半乳糖苷酶的合成需要有-半乳糖苷酶的预 先存在。 对这一现象的解释同样是： 在非诱

22、导状态下有少量的乳糖操纵子的mRNA合成（每 一世代中合成1-5个mRNA分子）。 这种合成被称之为本底水平的永久型合成。本底水平的永久型合成。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 H OH HO H OH H H CH2OH H O OH HO O H O CH2 CH2OH H OH OH H HO O H 别乳糖 H O OH H H H OH OH H H H2O H H H O OH CH2OH CH2OH H OH CH2OH H O OH HO O OH H H OH H OH H HO

23、H H H H OH H OH 葡萄糖 半乳糖 图 16- 乳糖分解的不同产物 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 二二.乳糖操纵子调节机制 诱导物的加入和去除 对lac mRNA合成的影响 - 加入诱导物mRNA迅速 合成，随之酶滞后合成。 - 当去除诱导物时mRNA 的合成很快停止，但酶 的合成延迟停止。 P.241 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 1. 色氨酸色氨酸(trp)操纵子的结构操纵子的结构 阻遏型操纵子阻遏型操纵子 O

24、 操纵序列操纵序列 L 前导肽编码序列前导肽编码序列 ( trpL) a 弱化子序列弱化子序列 (trpa) trpR- 该基因距该基因距trp操纵子上的结构基因很远。编码辅阻遏蛋白操纵子上的结构基因很远。编码辅阻遏蛋白, 辅阻遏蛋白辅阻遏蛋白+色氨酸色氨酸具有活性的阻遏物具有活性的阻遏物, 关闭转录。关闭转录。 trpR 基因基因 p. 246 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 分支酸 邻氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 邻氨基苯甲酸 邻氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成

25、酶 硼酸合成酶 链 链 60，000 60，000 4 5，000 50，000 29，000 P O l a trpE trpD P trpC trpB trpA t t 1560 1620 1353 1191 804 36 P：起动子；O：操纵子； l：前导序列； a：衰减子； t,t ：终止子 图 16-15 E.coli trpO 的结构及其产物所催化的色氨酸合成反应 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三三.色氨酸操纵子调节机制 色氨酸操纵子的启动子色氨酸操纵子的启动子(P)和操纵序列和操纵序列 (O) 第六章原核基因

26、表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三三.色氨酸操纵子调节机制 色氨酸操纵子的前导肽编码序列色氨酸操纵子的前导肽编码序列(L)和弱化子和弱化子 (a) 前导肽编码序列弱化子 l 前导肽编码序列-具有起始密码子起始密码子AUG和终止终止 密码子密码子UGA，翻译后应该产生一条含有14个氨基 酸的多肽, 这一多肽称为前导肽前导肽。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三三.色氨酸操纵子调节机制 2. 特点: (1) trpR(89)和trpABCDE(25)不连锁 (2) 操纵序列

27、在启动子内 (3) 有弱化子(attenuator) (4) 启动子和结构基因不直接相连，二者被 前导区顺序(Leader)所隔开 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 色氨酸色氨酸(-)时时: - RNA聚合酶与操纵子上的启动子结合聚合酶与操纵子上的启动子结合 - 结构基因开始转录结构基因开始转录 辅阻遏物单体辅阻遏物单体二聚体二聚体 前导序列前导序列 弱化子弱化子 2. 色氨酸操纵子的调控机制色氨酸操纵子的调控机制 1) 辅阻遏蛋白的负控阻遏辅阻遏蛋白的负控阻遏 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表

28、达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 -辅阻遏蛋白与色辅阻遏蛋白与色 氨酸结合形成二氨酸结合形成二 聚体。聚体。 -二聚体与操纵子二聚体与操纵子 上的上的O位点结合位点结合, 阻碍了阻碍了RNA聚合聚合 酶与启动子结合。酶与启动子结合。 - 结构基因不表达。结构基因不表达。 trpR结构基因结构基因 阻遏物二聚体阻遏物二聚体 色氨酸色氨酸 辅阻遏物二聚体辅阻遏物二聚体 辅阻遏物单体辅阻遏物单体 RNA聚合酶聚合酶 色氨酸色氨酸(+)时时: 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三

29、.色氨酸操纵子调节机制 在在trp操纵子的阻遏过程中操纵子的阻遏过程中, 效应物效应物 色氨酸色氨酸 阻遏物阻遏物 可阻遏基因可阻遏基因: trp 操纵子上的色氨酸合酶基因的表达可以被它合成 的最终产物(色氨酸)所关闭。这些基因被称为可阻遏 基因。 阻遏酶阻遏酶: trp操纵子上的结构基因所编码的酶称为阻遏酶。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 2) trptrp操纵子的弱化操纵子的弱化( (衰减衰减) )调节调节 在研究trp操纵子时发现 - 在色氨酸高浓度和低浓度下观察到trp操纵子的表达 水平相

30、差约600倍; - 使辅阻遏物失活突变, 不能完全消除色氨酸对trp操纵 子表达的影响。 推测推测trp操纵子的表达受其他调控机制调控操纵子的表达受其他调控机制调控, 这种调控与阻这种调控与阻 遏物的控制无关。遏物的控制无关。 * 推测trp操纵子的表达受其他调控机制调控, 这种调控与阻 遏物的控制无关。 实验实验: 如果将O序列和trpE基因之间删除123-150位碱 基序列, 结果发现: trp 基因表达可提高 6-10倍。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 前导肽序列前导肽序列 具有起始密码子起

31、始密码子AUG和终止密码子终止密码子UGA，翻译后应该产生 一条含有14个氨基酸的多肽, 这一多肽称为前导肽前导肽。 n 第10和第11位上有相邻的两个色氨酸。 这两个色氨酸密码子 参与trp操纵子的弱化调节。 弱化子弱化子 前导肽编码序列与结构基因trpE之间的一段序列, 类 似终止子序列, 具有转录终止作用, 又称为内部终子。 弱化子弱化子前导肽编码区前导肽编码区 前导肽前导肽 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 弱化子形成的茎弱化子形成的茎-环结构环结构 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调

32、控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 前导肽区和弱化子前导肽区和弱化子mRNA的特点的特点 第一个结构基因第一个结构基因 4个片段可以两种不同的方式进行碱基配对形成个片段可以两种不同的方式进行碱基配对形成RNA二级结构二级结构: 1-2两片段配对 2-3两片段配对 3-4两片段配对 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 当培养基中色氨当培养基中色氨 酸浓度低时酸浓度低时 色氨酰- tRNATrp少， 翻译通过前导序列中 两个相邻色氨酸密码 子的速度很慢，核糖

33、 体停留在两个trp密码 子处。 前导区结构为2-3配 对, 不形成3-4配对 的终止结构，转录 可继续进行。 核糖体核糖体 Trp密码子密码子 转录继续转录继续 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 当培养基中色氨酸当培养基中色氨酸 浓度高时浓度高时 色氨酰- tRNATrp多， 核糖体可以顺利通过 两个相邻的色氨酸密 码子, 到达2区，使得2- 3区之间不能配对, 而3- 4区可以配对形成茎-环 状终止子结构, 转录停 止。 核糖体核糖体 茎茎-环结构环结构 转录停止转录停止 终止码终止码 第六章原核

34、基因表达调控第六章原核基因表达调控 图图11-22 弱化子调控机制弱化子调控机制 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 衰减子作用衰减子作用 弱化子弱化子(衰减子衰减子)作用作用 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 转录的弱化(衰减)作用： n 转录的弱化理论认为mRNA转录的终止是通过前导 肽基因的翻译来调节的。 n 因为在前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子， 所以前导肽的翻译必定对tRNATrp的浓度敏感。

35、n 弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中 核糖体所处的位置。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 三.色氨酸操纵子调节机制 在色氨酸操纵子调控中在色氨酸操纵子调控中: - 负控阻遏系统 粗调开关, 负责转录是否启动。 阻遏作用的信号是细胞内色氨酸。 - 弱化作用 微调开关, 细菌通过弱化作用弥补阻遏作用 的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，而 对己经启动的转录是否停止转录，只能通过弱化 作用来决定。 这种微调节是通过转录达到第一 个结构基因之前的终止来实现的 (又称过早终止过早终止)。 弱化作用的信号是细胞内载有色氨酸

36、的tRNA的 多少。 在细胞内这两种调节作用是相辅相成的。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 四. 半乳糖操纵子调节机制 大肠杆菌半乳糖操纵子上有三个结构基因： p. 255 异构酶 半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷酸转移酶 半乳糖激酶 三个酶的作用是催化：三个酶的作用是催化： 半乳糖 葡萄糖-1-磷酸 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 第六章第六章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式 四. 半乳糖操纵子调节机制 1. 半乳糖操纵子（半乳糖操纵子（gal operon）的结构）的结构 AAATTCTTGTGTAAACG

37、ATTCCACTAATTTA P1 -17 -11 P2 +CAP galE 起始点 TATGCTA CAP GGAA 76 CAP 位点 47 cAMP-CAP 位点 -10S2 S-D galOI 90 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 +1 +10 +20 +30 +40 +50 +6010 +1 +10 +20 +30 +40 +50 +60 TTGTGTAAACGATTCCACTAA TATGGTT GalOE 12 (10S1 ) 6 图 16-24 Gal 操纵子具有双启动子(P1，P2 )和双操纵基因 (galOE,

38、galOI ) 1) 有两个启动子（有两个启动子（P1 和和 P2），），mRNA可从两个不同的起始点开始转录。可从两个不同的起始点开始转录。 2) 有两个有两个O区域，区域， galOE在在CAP位点内，位点内，galOI在结构基因在结构基因galE内部。内部。 第六章原核基因表达调控第六章原核基因表达调控 图图11-15 半乳糖操纵子的结构及其调控机制半乳糖操纵子的结构及其调控机制 与乳糖操纵子不同的是：与乳糖操纵子不同的是： 调节基因galR 与三个结构基因及操纵区O的距离很远； 有两个启动子： P1 和P2， mRNA可从两个不同的起始点开始转录 有两个O区： OE 和OI， OE在启动子的上游区，OI在第一个结构 基因内部； 在有葡萄糖存