南京大学分子生物学第18讲

1、第五节 基因表达的时序调控时序调控：基因转录时序调控的必要性基因转录时序调控的方式1一、噬菌体基因表达特点概述（一）噬菌体基因组构成1，基因构成（1）转录和翻译所必需的基因（2）DNA复制相关基因（3）噬菌体颗粒结构和装配相关基因22，遗传图谱的特点（二）溶菌周期的分期1，早期感染（early infection）2，晚期感染（late infection）（三）噬菌体基因表达的级联式控制31，第一阶段的基因表达2，第二阶段的基因表达3，晚期基因表达4二、枯草杆菌中亚基的更迭（一）枯草杆菌噬菌体SPO1早、中晚期基因表达的转换1，SPO1生活史（1）早期（2）中期（3）晚期52，SPO1早、中

2、、晚期基因表达过程中亚基的替换（图816）（1）含55的RNA聚合酶全酶负责早期基因的转录（2）含gp28的RNA聚合酶全酶负责中期基因的转录（3）以gp33-gp34为亚基的RNA聚合酶全酶负责晚期基因的转录6（二）枯草杆菌子孢子生成过程中亚基的替换1，枯草杆菌不同生长时期亚基的替换2，不同亚基识别不同的启动子3，不同亚基的作用机制7二、T7噬菌体生长过程中用噬菌体RNA聚合酶代替寄主的RNA聚合酶（一）T7 噬菌体概况1，T7噬菌体的特点2，T7 噬菌体生长周期8（二）T7 噬菌体的基因1， T7 噬菌体基因及其产物（1）早期及晚期基因（图819）（2） T7 噬菌体基因的启动子位置和终止

3、位点（图819）（3）T7噬菌体基因mRNA的合成及转录后处理（图820）92，T7噬菌体RNA聚合酶识别的启动子（表86）（1） T7噬菌体RNA聚合酶识别的序列（2） T7噬菌体的弱启动子（3） T7噬菌体的强启动子10（三）T7 噬菌体基因表达的调控1，早期转录产物I的形成（1）寄主RNA合成体系负责转录早期基因（2）重要的早期基因112，第组基因的表达（1）基因2（2） 3.5基因产物（3）T7 噬菌体对寄主RNA合成体系的接管123，第类启动子的转录（1）可能由于基因3.5产物的作用，这个阶段转录水平下降（2）只有第III类强启动子才能起始转录13三、噬菌体早、晚期基因转录以及裂解生

4、长和溶原生长的调控（一）噬菌体基因表达的特点1，对寄主RNA聚合酶的依赖性2，有多种调控因子3，功能相关的基因聚集形成4个操纵元14（1）早期左向操纵子（2）早期右向操纵子（3）晚期操纵子（4）阻遏蛋白操纵子15（二）噬菌体的早、晚期基因的表达（图6-17）1，极早期基因2，迟早期基因3，晚期基因16（三） 噬菌体的阻遏蛋白及其作用1，Cro蛋白（1）与操作子结合的亲和力OL3 OL2 OL1 OR3 OR2 OR117（2）功能溶菌生长的初期，Cro蛋白先与OR3结合，关闭cI基因的活性，同时允许两个早期操纵元的转录18溶菌生长的晚期，Cro蛋白占据两个早期操纵元的操作子，关闭其转录。此时噬

5、菌体已经产生了足够的与DNA复制有关的蛋白质（O，P）和抗终止因子Q。从而使晚期基因得以表达192，CI蛋白（1）与操作子结合的亲和力OL1 OL2 OL3 OR1 OR2 OR320（2）功能可以迅速占领两个早期操纵元的操作子，关闭早期操纵元，使噬菌体进入溶原生长状态21对其自身的启动子PM有正（低浓度时）、负（高浓度时）两种调控作用（3）cI基因的突变效应不能建立和维持溶原状态22（四） CII蛋白和CIII蛋白1，CII蛋白（1）CII蛋白的特点A，以寡聚体形式起作用B，促进启动子PE、PI和PaQ的转录23促进从启动子PE （在cro基因和cII基因之间）转录cI基因促进从启动子PI转

6、录整合酶基因促进位于Q基因内部的启动子PaQ转录，阻遏Q基因的表达24（2）CII蛋白调控的启动子的特点没有典型的-10和-35序列有CII蛋白结合位点：位于-35序列两侧，具有四碱基对正向重复序列TTGCNNNNNNTTGC25CY突变体：有一类是由于PE启动子中的CII蛋白结合位点突变，造成CII蛋白不能结合， 噬菌体不能建立溶原状态26272，CIII蛋白 CIII蛋白的功能：抑制hfl基因产物的蛋白水解酶活性3， 噬菌体cII、cIII基因突变效应噬菌体不能建立溶原状态，但不影响已建立的溶原状态的维持28（五）抗终止因子及其作用（P206）1，N蛋白（1）作用位点（图6-17）nutL

7、：紧接着PL ，位于N基因开头nutR：紧靠tR1，位于Cro基因末尾29（2）作用机制pN生成以后，首先结合于nut位点当RNA聚合酶转录通过nut位点时，pN便与RNA聚合酶结合通过修饰改变RNA聚合酶构象，使之不再理会终止子tL1，tR1，继续转录产生L2，R2，R3302，Q蛋白（1）作用位点：qut，位于PR和tR4之间（2）作用：使从PR起始 转录的RNA聚合酶可以越过tR和tR4，转录产生晚期转录产物R4，R531（五） 噬菌体溶原生长的基因表达调控噬菌体的溶原生长分三个阶段：溶原化的建立溶原化的维持原噬菌体的释放321，溶原化的建立（1）早期基因的表达极早期基因的表达：N、Cr

8、o蛋白迟早期基因的表达：CII、CII、Q基因等33（2）营养耗竭的影响A，对寄主的影响cAMP的含量升高hfl基因表达下调（可能受cAMP-CAP负调控）34Him基因表达上调（受cAMP-CAP正调控），该基因产物是噬菌体溶原生长（整合过程）所必需的B，对CII蛋白的影响降解减少35（3）MOI值过高的影响A，MOI值：指感染时噬菌体与细菌的比例，又称为感染分数B， MOI值过高（MOI10）对CII蛋白的影响活性形式的寡聚体CII蛋白数量增加36C，从PE转录C基因体制的建立CII蛋白促进从PE转录C基因372，溶原化的维持（1）PE体制向PM体制的转换CI蛋白的自身负调控作用：关闭早期

9、操纵元的转录，阻遏CII、CIII的表达C蛋白浓度底时，与OR2结合，对PM启动子有正调控作用，RNA聚合酶从PM转录cI基因38（2）溶原化的维持PM启动子转录的cI基因mRAN缺乏S-D序列，翻译效率很低，但CI蛋白产量已足够维持溶原状态高浓度时，CI蛋白与OR3结合，对PM启动子起负调控作用，关闭cI基因的转录39溶原状态的建立和维持403， 原噬菌体的释放（1）当溶原细菌受到紫外线等作用引起DNA损伤时RecA切断CI蛋白单体，失去阻遏活性41（2）早期操纵元转录特点：除产生Cro、N等蛋白质外，还产生整合酶Int、切除酶Xis等原因：此时噬菌体仍整合在寄主染色体上结果： Cro蛋白与

10、操作子结合，cI基因表达被关闭；原噬菌体从寄主的染色体上被切除下来，进入裂解生长42（六）噬菌体溶菌生长的基因表达调控1，感染细菌立即进入溶菌生长的基因表达调控（1）早期基因的表达调控（2）晚期基因的表达调控43溶菌生长的基因表达调控442，从溶原化状态进入溶菌生长的基因表达调控（1）早期基因的表达调控特点：有整合酶Int、切除酶Xis的表达（2）晚期基因的表达调控45第六节 基因转录的翻译调控衰减子系统46一、概述1，阻遏蛋白调控系统对trp酶系统转录活性的影响阻遏蛋白调控系统对trp酶系统的转录起始频率有70倍的调控范围472，衰减子系统对trp酶系统活性的影响衰减子系统对trp酶系统活性的有10倍的影响3，衰减子系统存在的意义对转录体系产生更为精细的调节48二、 trp衰减子的作用机制（一）trp mRNA的前导序列的结构（图823）1，有一个编码14个Aa（前导肽）的ORF，其5端有S-D序列492，前导肽mRNA中有两个连续的Trp密码子3，前导肽ORF下游42个碱基处有一个不依赖因