基因的表达与调控(上)原核基因表达调控模式

基因的表达与调控(上)

——原核基因表达调控模式1第一页，共一百四十三页。Contents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2第二页，共一百四十三页。第一节基因表达调控的基本概念一、基因表达的概念geneexpression

：基因转录及翻译的过程。对这个过程的调节就称为generegulation

。rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达3第三页，共一百四十三页。

组成性表达(constitutiveexpression)适应性表达(adaptiveexpression）二、基因表达的方式4第四页，共一百四十三页。

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(housekeepinggene)。5第五页，共一百四十三页。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(induciblegene)；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(repressiblegene)。

6第六页，共一百四十三页。三、基因表达的规律

——时间性和空间性1、时间特异性（temporalspecificity）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，称之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(stagespecificity)。

7第七页，共一百四十三页。8第八页，共一百四十三页。2、空间特异性(spatialspecificity)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(cellortissuespecificity)。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，称之为基因表达的空间特异性。9第九页，共一百四十三页。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）10第十页，共一百四十三页。Contents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11第十一页，共一百四十三页。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

12第十二页，共一百四十三页。一、原核基因表达调控环节1、转录水平上的调控（transcriptionalregulation）2、转录后水平上的调控（post-transcriptionalregulation）①

mRNA加工成熟水平上的调控②

翻译水平上的调控13第十三页，共一百四十三页。14第十四页，共一百四十三页。二、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15第十五页，共一百四十三页。JacobandMonod16第十六页，共一百四十三页。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。17第十七页，共一百四十三页。18第十八页，共一百四十三页。

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

三、原核基因调控机制的类型与特点19第十九页，共一百四十三页。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正转录调控如果在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，这样的调控正转录调控。20第二十页，共一百四十三页。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。21第二十一页，共一百四十三页。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：22第二十二页，共一百四十三页。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如果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。23第二十三页，共一百四十三页。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24第二十四页，共一百四十三页。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如果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。25第二十五页，共一百四十三页。3、在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor），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。26第二十六页，共一百四十三页。4、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白（activator）。根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态；在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使激活蛋白处于非活性状态。27第二十七页，共一百四十三页。28第二十八页，共一百四十三页。原核生物基因机制

——转录水平负转录调控（negativetranscriptionregulation）负控诱导阻遏蛋白负控阻遏阻止结构基因转录正转录调控（positivetranscriptionregulation）正控诱导激活蛋白正控阻遏29第二十九页，共一百四十三页。四、转录水平上调控的其他形式1、σ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。30第三十页，共一百四十三页。大肠杆菌中的各种σ因子比较σ因子编码基因主要功能σ70rpoD参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的调控σ54rpoN参与多数氮源利用基因的调控σ38rpoH分裂间期特异基因的表达调控σ32rpoS热休克基因的表达调控σ28rpoF鞭毛趋化相关基因的表达调控σ24rpoE过度热休克基因的表达调控31第三十一页，共一百四十三页。温度较高,诱导产生各种热休克蛋白由σ32参与构成的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σ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32第三十二页，共一百四十三页。2、降解物对基因活性的调节3、弱化子对基因活性的影响33第三十三页，共一百四十三页。Contents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34第三十四页，共一百四十三页。第三节乳糖操纵子(lacoperon)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35第三十五页，共一百四十三页。一、乳糖操纵子的结构36第三十六页，共一百四十三页。Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-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β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。37第三十七页，共一百四十三页。二、酶的诱导——lac体系受调控的证据38第三十八页，共一百四十三页。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-β–D-硫代半乳糖苷）。39第三十九页，共一百四十三页。40第四十页，共一百四十三页。41第四十一页，共一百四十三页。三、乳糖操纵子调控模型主要内容：①Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码

42第四十二页，共一百四十三页。43第四十三页，共一百四十三页。②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β-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。44第四十四页，共一百四十三页。45第四十五页，共一百四十三页。③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。46第四十六页，共一百四十三页。RNA聚合酶结合部位阻遏物结合部位47第四十七页，共一百四十三页。操纵位点的回文序列48第四十八页，共一百四十三页。

④当阻遏物与操纵基因结合时，lacmRNA的转录起始受到抑制。

49第四十九页，共一百四十三页。50第五十页，共一百四十三页。⑤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。51第五十一页，共一百四十三页。52第五十二页，共一百四十三页。组成型突变：lacOc

53第五十三页，共一百四十三页。组成型突变：

lacI-54第五十四页，共一百四十三页。不可诱导突变（超阻遏）：55第五十五页，共一百四十三页。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所不能解释的：①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？√56第五十六页，共一百四十三页。②真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在β-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有β-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lacmRNA合成。57第五十七页，共一百四十三页。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β-半乳糖苷酶和β-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β-半乳糖苷酶异构乳糖诱导物诱导lacmRNA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58第五十八页，共一百四十三页。乳糖59第五十九页，共一百四十三页。诱导物的加入和去除对lacmRNA的影响60第六十页，共一百四十三页。3、阻遏物lacI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。61第六十一页，共一百四十三页。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62第六十二页，共一百四十三页。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）

63第六十三页，共一百四十三页。ZYAOPDNA调控区CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶cAMP—CAP复合物64第六十四页，共一百四十三页。65第六十五页，共一百四十三页。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66第六十六页，共一百四十三页。++++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ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正调控67第六十七页，共一百四十三页。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。cAMP—CAP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(catabolicrepression)。

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。68第六十八页，共一百四十三页。69第六十九页，共一百四十三页。TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAP70第七十页，共一百四十三页。TheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!71第七十一页，共一百四十三页。TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlright,I’mofftotheraces...Comeon,letmethrough!72第七十二页，共一百四十三页。五、Lac操纵子中的其他问题1、A基因及其生理功能半乳糖甘分子（IPTG）β-半乳糖甘酶分解产物（体内积累）β-半乳糖甘乙酰基转移酶半乳糖甘分子（IPTG）乙酰基73第七十三页，共一百四十三页。2、lac基因产物数量上的比较β-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）lacmRNA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lacmRNA分子内部，A基因比Z基因更容易受内切酶作用发生降解。74第七十四页，共一百四十三页。3、操纵子的融合与基因工程POZYAtsxPOpur结构基因缺失lacoperonpuroperon75第七十五页，共一百四十三页。Contents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76第七十六页，共一百四十三页。第四节色氨酸操纵子（trpoperon）1. 代谢特点2. 结构和功能3. 转录调控机制阻遏体系－一级开关，主管转录是否启动弱化体系－细微调控，决定转录是否继续77第七十七页，共一百四十三页。色氨酸的代谢特点构成蛋白质的组分环境难以提供足够色氨酸时，细菌自身合成色氨酸；环境能够提供足够色氨酸时，细菌减少或停止合成色氨酸，转而利用外界的色氨酸，以减轻负担。78第七十八页，共一百四十三页。trp操纵子的基本结构功能碱基数60162156015931350119680440高色氨酸时低色氨酸时140个核苷酸前导RNAAUG约7kbmRNA结构基因调节作用间隔区间隔区trpLtrpBtrpAPOtrpDtrpCtrpE弱化子79第七十九页，共一百四十三页。80第八十页，共一百四十三页。trp操纵子的特点①阻遏物基因trpR（89’）和结构基因（trpEDCBA）不紧密连锁；②操纵基因在启动子区域内；③启动子，操纵基因不直接和结构基因毗邻，中间有一段前导序列；④有弱化子结构，在一些合成代谢的操纵子的前导区内，以辅助阻遏作用进行转录调控；1981年Yanofsky提出了弱化模型。81第八十一页，共一百四十三页。trp操纵区的碱基序列82第八十二页，共一百四十三页。E.coli色氨酸合成的主要途径83第八十三页，共一百四十三页。阻遏体系调控机制Fig.84第八十四页，共一百四十三页。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）。trpLtrpBtrpAPOtrpDtrpCtrpE前导区弱化子(123~150)转录终止的区域；若缺失可提高trp基因的表达；trp弱化子mRNA的终止区mRNA通过自我配对形成茎－环(stem-loop)结构，具有典型终止子特点85第八十五页，共一百四十三页。前导序列：在trpmRNA5'端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段。86第八十六页，共一百四十三页。mRNA前导区序列与前导肽包括起始密码子AUG和终止密码子UGA；第10、11位有相邻的2个色氨酸密码子,对tRNATrp浓度敏感；编码假设的含14aa的前导肽(LeaderPeptide)；Fig.87第八十七页，共一百四十三页。mRNA前导序列分析前导肽编码区片段1、2、3、4可以2种方式配对：A.1－2，3－4B.2－3其中3－4配对区位于位于终止密码子的识别区

88第八十八页，共一百四十三页。89第八十九页，共一百四十三页。抗终止构型(2-3)终止构型(3-4)暂停构型(1-2)允许转录终止转录90第九十页，共一百四十三页。弱化机制91第九十一页，共一百四十三页。

前导肽转录终止结构92第九十二页，共一百四十三页。转录弱化作用稳定结构核糖体经过前导区继续翻译的能力控制着两种结构的转换93第九十三页，共一百四十三页。低色氨酸水平负载有色氨酸的tRNATrp少，翻译通过两个相邻trpcondon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(或停留在两个相邻的Trp密码子处)，这时的前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，转录可继续进行不形成终止构型94第九十四页，共一百四十三页。高色氨酸水平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，核糖体就到达2区，这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎—环状终止子结构，转录停止，trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成色氨酸形成终止构型95第九十五页，共一百四十三页。敏感信号感受器作用顺位反应速度阻遏体系色氨酸浓度阻遏质阻遏一级开关较慢弱化体系空载tRNATrp浓度核糖体削弱二级细调较快96第九十六页，共一百四十三页。转录调控机制阻遏体系－一级开关，主管转录是否启动弱化体系－细微调控，决定转录是否继续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，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。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。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。97第九十七页，共一百四十三页。另一种trp操纵子：

B.subtilis的trp操纵子调控模式T-boxRNA：对空载tRNATrp敏感TRAP（tryptophan-activatedtrpRNAbindingattenuationprotein）：由11个亚基组成的环形结构，每个亚基可结合一分子色氨酸可感知色氨酸浓度98第九十八页，共一百四十三页。前导区RNA包绕在已结合色氨酸的TRAP外,促成终止构型的形成,阻碍trp操纵子的转录；T-boxRNA形成终止构型,关闭包含anti-TRAP基因的操纵子的转录TRAP与RNA前导区分离,一些mRNA开始形成抗终止构型,trp操纵子的转录部分开放；空载tRNATrp结合T-boxRNA,阻止终止构型形成,anti-TRAP基因开放,合成的anti-TRAP与被色氨酸活化的TRAP结合，使之无法再与RNA前导区结合,trp操纵子开放转录99第九十九页，共一百四十三页。什么是操纵子（operon)?试说明色氨酸操纵子（Trpoperon)在原核基因表达调控中的调控机制和重要作用。2003年武汉大学分子生物学试题100第一百页，共一百四十三页。Contents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101第一百零一页，共一百四十三页。第五节其他操纵子１、半乳糖操纵子的调控模式２、阿拉伯糖操纵子的调控模式

（１）rRNA操纵子３、多启动子调控的操纵子（2）核糖体蛋白SI操纵子（3）DnaQ蛋白操纵子４、二组分调控系统和信号转导５、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答102第一百零二页，共一百四十三页。1、半乳糖操纵子的调控模式（1）半乳糖操纵子的结构大肠杆菌半乳糖操纵子(galactoseoperon)包括3个结构基因：

异构酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)，

半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactosetransferase,galT)，

半乳糖激酶(galactosekinase,galk)。103第一百零三页，共一百四十三页。（2）

半乳糖操纵子的特点①gal操纵子有两个启动子，PG1和PG2。两个RNA聚合酶结合位点S1和S2（转录起始点）,mRNA可以从两个不同的起始点开始转录。②它有两个O区，一个在P区上游–67~-53，而不是在P区与结构基因之间，另一个O区在结构基因galE内部，现在已知所有操纵子中仅此一例。104第一百零四页，共一百四十三页。为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖（UDP-gal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。现在设想只有S1一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时就有能合成异构酶。假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S1）对高水平合成进行调节。105第一百零五页，共一百四十三页。（3）cAMP-CRP对半乳糖启动子的作用①从S1起始的转录只有当培养基中无葡萄糖（G）时才能进行（与Lac操纵子同）。②从S2起始的转录要依赖于葡萄糖，高水平的cAMP—CRP（无G)能抑制从S2的转录，当有cAMP—CRP时，转录从S1开始，当无cAMP—CRP时，转录从S2开始。106第一百零六页，共一百四十三页。２、阿拉伯糖操纵子的调控模式（1）阿拉伯糖操纵子的基因结构在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需要3个基因：araB、araA和araD，它们形成一个基因簇，简写为araBAD

araB基因、araA基因和araD基因分别编码阿拉伯糖代谢需要的三种酶：

核酮糖激酶,阿拉伯糖异构酶,核酮糖-5-磷酸差向异构酶

107第一百零七页，共一百四十三页。（2）AraC蛋白的正负调控作用108第一百零八页，共一百四十三页。（3）AraC蛋白的两种形式Pr是起阻遏作用Pj是起诱导作用在没有阿拉伯糖时，Pr形式占优势有阿拉伯糖存在，平衡趋向于Pi形。109第一百零九页，共一百四十三页。（4）营养状况对ara操纵子活性的影响培养基中含有葡萄糖araC基因虽然仍有转录，但受到抑制，只有少量AraC蛋白形成，整个系统几乎处于静止状态。无葡萄糖，无阿拉伯糖AraC蛋白仍以Pr形式为主，无法与操纵区B位点相结合，无ara-BADmRNA转录。无葡萄糖，有阿拉伯糖大量araC基因产物以Pi形式存在，，在cAMP-CAP的共同作用下，araC和araBAD基因大量表达，操纵子充分激活。110第一百一十页，共一百四十三页。3、多启动子调控的操纵子（1）rRNA操纵子大肠杆菌rRNA操纵子（rrnE）上有两个启动子:P1和P2。营养充沛时，由强启动子P1起始的转录产物比由P2起始的转录产物高3-5倍。营养匮乏时，P1的作用被抑制，但P2仍有功能。111第一百一十一页，共一百四十三页。（2）核糖体蛋白SI操纵子核糖体蛋白SI操纵子（rpsA），它也受应急反应调节。RpsA有4个启动子，P1、P2是强启动子，平时主要依靠它们来启动基因的表达，合成SI蛋白。P3、P4是弱启动子，只有在紧急情况下，P1、P2启动子受ppGpp的抑制，由P3、P4起始合成的SI蛋白维持了生命的最低需要。P1P2P3P4强启动子弱启动子紧急情况下，受ppGpp的抑制平时启动基因的表达均合成SI蛋白112第一百一十二页，共一百四十三页。（3）DnaQ蛋白操纵子DnaQ蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一，其主要功能是校正DNA复制中可能出现的错误。在RNA聚合酶活性较低时，操纵子的转录由弱启动子P2控制；RNA聚合酶活性较高时，就开始利用强启动子P1。113第一百一十三页，共一百四十三页。四、二组分调控系统和信号转导二组分系统传感蛋白（位于细胞质膜）应答调节蛋白（位于细胞质）磷酸化（磷酰基团转移）磷酸化应答调节蛋白下游基因表达阻遏或诱导114第一百一十四页，共一百四十三页。5、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答

SOS基因紫外线激活RecALexA阻遏蛋白与DNA损伤修复有关的酶和蛋白质基因表达LexA阻遏蛋白操纵序列115第一百一十五页，共一百四十三页。固氮基因调控1、根瘤的产生

2、固氮酶3、与固氮有关的基因及其调控116第一百一十六页，共一百四十三页。１根瘤的产生根瘤菌栖集于宿主的根毛上后，开始了侵染过程。细菌刺激根毛细胞发生卷曲，根瘤菌在根毛卷曲处进入根毛细胞后，被宿主所分泌的一种含纤维质的物质所包围，形成一条套状的侵染线。细菌在线内繁殖。侵染线不断向内延伸，直至皮层细胞。最终侵染线壁解体而将根瘤菌释放到宿主细胞中。117第一百一十七页，共一百四十三页。感染各种植物的不同根瘤菌豌豆根瘤菌野豌豆属、豌豆属、香豌豆属、菜豆根瘤菌菜豆属车轴草根瘤菌车轴草属百脉根根瘤菌百脉根属、绒毛花属苜蓿根瘤菌苜蓿属、草木犀属

根瘤菌寄主植物118第一百一十八页，共一百四十三页。２固氮酶(1)组成：铁蛋白+钼铁蛋白(2)结构与功能：铁蛋白：

结构：二聚体（2个相同亚基），[4Fe-4S]原子簇（即：一簇金属原子群集在一起）。

功能：在电子供体和钼铁蛋白之间传递e；与MgATP络合（与MgATP络合后，改变铁蛋白构型，降低其还原电位。与钼铁蛋白结合后，水解MgATP，产生能量，驱动电子传递）。钼铁蛋白：

结构：四聚体（α2β2）。

功能：络合、催化作用。接受铁蛋白传来的电子并继续传给N2。N2在此部位被还原成NH3。119第一百一十九页，共一百四十三页。（３）固氮酶促反应N2+16MgATP+8e-+8H+→2NH3+16MgADP+16Pi+H2120第一百二十页，共一百四十三页。３与固氮有关的基因及其调控121第一百二十一页，共一百四十三页。Contents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122第一百二十二页，共一百四十三页。１翻译起始的调控２稀有密码子对翻译的影响３重叠基因对翻译起始的调控４翻译阻遏对起始的调控５魔斑核苷酸水平对翻译的影响第六节转录后水平上的调控123第一百二十三页，共一百四十三页。１翻译起始的调控

RBS（核糖体结合位点）：mRNA链上起始密码子AUG上游的一段非翻译区。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-4-10（9）-AUG

124第一百二十四页，共一百四十三页。２稀有密码子对翻译的影响（稀有密码子：在基因中利用频率很低的密码子）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rpsU125第一百二十五页，共一百四十三页。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37621σ亚基26740DnaG蛋白363232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。126第一百二十六页，共一百四十三页。３重叠基因对翻译起始的调控trpE的终止密码子与trpD的起始密码重叠127第一百二十七页，共一百四十三页。TrpB–谷氨酸-异亮氨酸-终止GAA--AUC--UGA

--UGG--AA

AUG--GAA

甲硫氨酸–谷氨酸–trpAtrpE—苏氨酸—苯丙氨酸—终止ACU--UUC--UGA--UGG--CUAUG

AUG–GCU甲硫氨酸--丙氨酸--trpD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。128第一百二十八页，共一百四十三页。４翻译阻遏对起始的调控Qβ噬菌体的复制酶可结合于SD顺序阻断核糖体在mRNA上的移动，抑制了翻译129第一百二十九页，共一百四十三页。５魔斑核苷酸水平对翻译的影响研究发现，在氨基酸缺乏时，rel+菌株能大量合成两种特殊的核苷酸鸟苷四磷酸（鸟苷5‘一二磷酸-3’二磷酸，ppGpp）鸟苷五磷酸（鸟苷5‘一三磷酸-3’二磷酸，pppGpp）其电泳的迁移率和一般的核酸不同，而rel-菌则不能。魔斑Ⅰ魔斑Ⅱ130第一百三十页，共一百四十三页。1、关于管家基因叙述错误的是

(A)在生物个体的几乎各生长阶段持续表达

(B)在生物个体的几乎所有细胞中持续表达

(C)在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达

(D)在生物个体的某一生长阶段持续表达

(E)在一个物种