1、第六章第六章 基因的表達與調控基因的表達與調控( (上上) ) 原核基因表達調控模式原核基因表達調控模式Contentsv基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念v原核基因調控機制原核基因調控機制v乳糖操縱子乳糖操縱子v色氨酸操縱子色氨酸操縱子v其他操縱子其他操縱子v轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控第一節(jié)第一節(jié) 基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念一、基因表達的概念一、基因表達的概念gene expression gene expression ：基因轉錄及翻譯的過程。：基因轉錄及翻譯的過程。對這個過程的調節(jié)就稱為對這個過程的調節(jié)就稱為gene regulation gene

2、regulation 。rRNArRNA、tRNAtRNA編碼基因轉錄合成編碼基因轉錄合成RNARNA的過的過程也屬于基因表達。程也屬于基因表達。Translation基因表達基因表達 ( gene ( gene expression)expression) 生物基因組中結構基因所攜帶的遺生物基因組中結構基因所攜帶的遺傳信息，經(jīng)過轉錄、翻譯等一系列過程，傳信息，經(jīng)過轉錄、翻譯等一系列過程，合成具有特定的生物學功能和生物學效應合成具有特定的生物學功能和生物學效應的蛋白質的全過程。的蛋白質的全過程。一、基因表達的概念一、基因表達的概念二、基因表達的時間性及空間性二、基因表達的時間性及空間性（一）時

3、間特異性（一）時間特異性 按功能需要某一特定基因表達按功能需要某一特定基因表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生。如病嚴格按特定的時間順序發(fā)生。如病毒感染。毒感染。（二）空間特異性（二）空間特異性 指在個體生長全過程，某種基因指在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體不同組織器官表達存在差產(chǎn)物在個體不同組織器官表達存在差異。又稱細胞或組織特異性。異。又稱細胞或組織特異性。 按對刺激的反應性分為兩大類按對刺激的反應性分為兩大類：（一）基本（組成性）表達（一）基本（組成性）表達 (constitutive gene (constitutive gene expression)expression) 基因較少受環(huán)

4、境因素影響，而是在個基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織體各個生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達，或變化很小。如管家基因。中持續(xù)表達，或變化很小。如管家基因。三、基因表達的方式三、基因表達的方式管家基因管家基因(housekeeping gene)某些基因在一個個體的幾乎所有細某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達。胞中持續(xù)表達。bcl-2-actin1 2常用的管家基因常用的管家基因中文名稱中文名稱 英文縮寫英文縮寫B(tài)eta肌動蛋白肌動蛋白 -actin甘油醛甘油醛3-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶 GAPDHTATA Box結合蛋白結合蛋白 TBP18s 核

5、糖體核糖核酸核糖體核糖核酸 18s rRNA微管蛋白微管蛋白 -Tubulin（二）適應性表達（二）適應性表達誘導和阻遏表達誘導和阻遏表達 在特定環(huán)境信號刺激下，有些在特定環(huán)境信號刺激下，有些基因的表達表現(xiàn)為開放或增強。基因的表達表現(xiàn)為開放或增強。誘導表達誘導表達(induction expression)(induction expression) 在特定環(huán)境信號刺激下，有些基在特定環(huán)境信號刺激下，有些基因的表達表現(xiàn)為關閉或下降。因的表達表現(xiàn)為關閉或下降。阻遏表達阻遏表達(repression expression)(repression expression) 在一定機制下，功能相關的一組

6、在一定機制下，功能相關的一組基因，協(xié)調一致，共同表達?；?，協(xié)調一致，共同表達。（三）（三）協(xié)調表達協(xié)調表達(coordinance expression)(coordinance expression) 四、基因表達的調控的概念四、基因表達的調控的概念 機體各種細胞中含有的相同遺傳信息機體各種細胞中含有的相同遺傳信息(相同的結構基因相同的結構基因)，根據(jù)機體的不同發(fā)育，根據(jù)機體的不同發(fā)育階段、不同的組織細胞及不同的功能狀態(tài)階段、不同的組織細胞及不同的功能狀態(tài)，選擇性、程序性地表達特定數(shù)量的特定，選擇性、程序性地表達特定數(shù)量的特定基因的過程?；虻倪^程。 基因表達調控的生物學意義基因表達調控的

7、生物學意義n適應環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核）適應環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核）n維持個體發(fā)育與分化（真核）維持個體發(fā)育與分化（真核）五、基因表達的調控因子：五、基因表達的調控因子： 蛋白質蛋白質 ( 主要主要 ) 小分子小分子RNA ( 某些環(huán)節(jié)某些環(huán)節(jié) )六、基因表達的調控水平六、基因表達的調控水平v 基因組基因組v 轉錄轉錄v 轉錄轉錄后后v 翻譯翻譯v 翻譯后翻譯后DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄RNA復制中心法則中心法則(central dogma) 第一節(jié)第一節(jié)原核生物基因表達的調控原核生物基因表達的調控 原核生物基因表達調控主要在轉錄原核生物基因表達調控主要在轉錄水平

8、，其次是翻譯水平。水平，其次是翻譯水平。 本節(jié)主要以大腸桿菌為例介紹原核生本節(jié)主要以大腸桿菌為例介紹原核生物基因表達的調控。物基因表達的調控。Contentsv基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念v原核基因表達調控機制原核基因表達調控機制v乳糖操縱子乳糖操縱子v色氨酸操縱子色氨酸操縱子v其他操縱子其他操縱子v轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控第二節(jié)第二節(jié) 原核基因表達調控機制原核基因表達調控機制內容提要：內容提要：原核基因表達調控環(huán)節(jié)原核基因表達調控環(huán)節(jié)操縱子學說操縱子學說原核基因調控機制的類型與特點原核基因調控機制的類型與特點轉錄水平上調控的其他形式轉錄水平上調控的其他形式 一、原

9、核基因表達調控環(huán)節(jié)一、原核基因表達調控環(huán)節(jié)1 1、轉錄水平上的調控、轉錄水平上的調控（transcriptional regulationtranscriptional regulation）2 2、轉錄后水平上的調控、轉錄后水平上的調控（post-transcriptional regulationpost-transcriptional regulation） mRNA mRNA加工成熟水平上的調控加工成熟水平上的調控 翻譯水平上的調控翻譯水平上的調控1 1、操縱子模型的提出、操縱子模型的提出19611961年，年，MonodMonod和和JacobJacob提出提出獲獲19651965年

10、諾貝爾生理學和醫(yī)學獎年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎二、操縱子學說二、操縱子學說Francis Jacob Jacques Monod n19611961年年, F. Jacob & J.Monod, F. Jacob & J.Monod提出提出, , 此后不此后不斷完善。獲斷完善。獲19651965年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎n19401940年，年， Monod Monod發(fā)現(xiàn)：細菌在含葡萄糖和發(fā)現(xiàn)：細菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時，細菌先利用葡萄乳糖的培養(yǎng)基上生長時，細菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源轉變期，細

11、菌的生長會出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生轉變期，細菌的生長會出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生“二次生長曲線二次生長曲線”。2 2、操縱子的定義、操縱子的定義操縱子：是基因表達的協(xié)調單位，操縱子：是基因表達的協(xié)調單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受調節(jié)基因產(chǎn)物的控制。因受調節(jié)基因產(chǎn)物的控制。是原核生物的轉錄單位。是原核生物的轉錄單位。 tayz opStructural genepromoter啟動子啟動子 promoter promoter terminator終止子終止子 terminator terminato

12、roperator操縱元件操縱元件 operator operator操縱子結構示意圖操縱子結構示意圖二、操縱子的結構與功能二、操縱子的結構與功能n啟動子是結合啟動子是結合RNA聚合酶的聚合酶的DNA序列序列n強：強：-35TTGACA、-10TATAATn弱：弱：-35區(qū)共有序列區(qū)共有序列n -10Pribnow不一致不一致-35區(qū)與區(qū)與-10區(qū)距離：區(qū)距離：17bp二、操縱子的結構與功能二、操縱子的結構與功能n操縱基因是結合阻遏物的部位，位于啟操縱基因是結合阻遏物的部位，位于啟動子和結構基因之間，可與啟動子部分動子和結構基因之間，可與啟動子部分重疊。是重疊。是RNA聚合酶是否能通過的開關。

13、聚合酶是否能通過的開關。 n無阻遏物時，無阻遏物時，O區(qū)開放讓酶通過并轉錄區(qū)開放讓酶通過并轉錄下游的結構基因下游的結構基因 n有阻遏物時酶就不能通過有阻遏物時酶就不能通過二、操縱子的結構與功能二、操縱子的結構與功能n阻遏物基因阻遏物基因 ： 產(chǎn)生阻遏物，位于離操縱產(chǎn)生阻遏物，位于離操縱子較遠的上游區(qū)。子較遠的上游區(qū)。關閉的基因由代謝底物開放（誘導）關閉的基因由代謝底物開放（誘導）-阻遏物失活阻遏物失活開放的基因由代謝底物關閉（阻遏）開放的基因由代謝底物關閉（阻遏）-阻遏物激活阻遏物激活1 1、根據(jù)操縱子對調節(jié)蛋白（阻遏蛋白或、根據(jù)操縱子對調節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）激活蛋白） 的應答，可分為

14、：的應答，可分為： 正轉錄調控正轉錄調控 激活蛋白激活蛋白 負轉錄調控負轉錄調控 阻遏蛋白阻遏蛋白三、原核基因調控機制的類型與特點三、原核基因調控機制的類型與特點調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正轉錄調控正轉錄調控負轉錄調控負轉錄調控正轉錄調控正轉錄調控如果在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是關閉的，如果在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是關閉的，加入這種調節(jié)蛋白質后基因活性就被開啟，這加入這種調節(jié)蛋白質后基因活性就被開啟，這樣的調控稱正轉錄調控。樣的調控稱正轉錄調控。調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正轉錄調控正轉

15、錄調控負轉錄調控負轉錄調控負轉錄調控負轉錄調控在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是表達的，加入在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是表達的，加入這種調節(jié)蛋白質后基因表達活性便被關閉，這這種調節(jié)蛋白質后基因表達活性便被關閉，這樣的調控為負轉錄調控。樣的調控為負轉錄調控。n可誘導調節(jié)：指一些基因在特殊的代謝物或化合可誘導調節(jié)：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關閉的狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，物的作用下，由原來關閉的狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質的誘導下使基因活化。即在某些物質的誘導下使基因活化。n 例：大腸桿菌的乳糖操縱子例：大腸桿菌的乳糖操縱子n 分解代謝蛋白的基因分解代謝蛋白的基因 2 2、根據(jù)操縱子

16、對某些能調節(jié)它們的小分子的、根據(jù)操縱子對某些能調節(jié)它們的小分子的應答，可分為可誘導調節(jié)和可阻遏調節(jié)兩大類：應答，可分為可誘導調節(jié)和可阻遏調節(jié)兩大類：調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白誘導物誘導物mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的誘導操縱子模型酶合成的誘導操縱子模型誘導物誘導物如果某種物質能夠促使如果某種物質能夠促使細菌產(chǎn)生酶來分解它，細菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質就是誘導物。這種物質就是誘導物。n可阻遏調節(jié)：基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生可阻遏調節(jié)：基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質或酶的工作過程中，由于一些特殊代

17、蛋白質或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關閉，阻遏了基謝物或化合物的積累而將其關閉，阻遏了基因的表達。因的表達。n 例：色氨酸操縱子例：色氨酸操縱子n 合成代謝蛋白的基因合成代謝蛋白的基因2 2、降解物對基因活性的調節(jié)、降解物對基因活性的調節(jié)如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中，如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中， lac lac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導；一旦耗操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導laclac操縱子表達操縱子表達分解乳糖所需的三種酶。分解乳糖所需的三種酶。葡萄糖效應或降解物抑制作用葡萄糖效應或降解物

18、抑制作用3 3、弱化子對基因活性的影響、弱化子對基因活性的影響 當操縱子被阻礙，當操縱子被阻礙，RNARNA合成被終合成被終止時，起終止轉錄信號作用的一段止時，起終止轉錄信號作用的一段核甘酸被稱為弱化子。核甘酸被稱為弱化子。4 4、細菌的應急反應、細菌的應急反應應急反應信號是鳥甘酸四磷酸（應急反應信號是鳥甘酸四磷酸（ppGppppGpp）和鳥）和鳥甘酸五磷酸（甘酸五磷酸（ppGppppGpp）。）。當氨基酸缺乏時，當氨基酸缺乏時，tRNAtRNA會激活焦磷酸轉移酶，會激活焦磷酸轉移酶，使使 ppGpp ppGpp大量合成，而大量合成，而ppGppppGpp將關閉許多基因，將關閉許多基因，同時也

19、將打開一些合成氨基酸的基因，以應付同時也將打開一些合成氨基酸的基因，以應付緊急情況。緊急情況。Contentsv基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念v原核基因調控機制原核基因調控機制v乳糖操縱子乳糖操縱子v色氨酸操縱子色氨酸操縱子v阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖操縱子v轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中，如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中， lac lac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導；一旦耗操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導laclac操縱子表達操縱子表達分解乳糖所需的三種酶。分解乳糖所需的三種酶。葡

20、萄糖效應或降解物抑制作用葡萄糖效應或降解物抑制作用乳糖操縱子乳糖操縱子nZ Z編碼編碼-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖萄糖和半乳糖nY Y編碼編碼-半乳糖苷透過酶：使外界的半乳糖苷透過酶：使外界的-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質膜進入細胞內。胞壁和原生質膜進入細胞內。nA A編碼編碼-半乳糖苷乙酰基轉移酶：乙酰半乳糖苷乙?；D移酶：乙酰輔酶輔酶A A上的乙?；D到上的乙?；D到-半乳糖苷上，半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。形成乙酰半乳糖。-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Nogalactosidasewasproducedga

21、lactosidasewasproducedE.coliGlucoseE.colilactose酶的誘導酶的誘導lac體系受調控的證據(jù)體系受調控的證據(jù)lac operonlac operon的正調控的正調控（1 1）代謝物阻遏效應）代謝物阻遏效應實驗，在實驗，在laclacGluGlu培養(yǎng)基上培養(yǎng)基上E.coliE.coli只利用只利用G G，只有，只有G G耗盡時，才會利用耗盡時，才會利用laclac。誘導現(xiàn)象誘導現(xiàn)象n酶的誘導是生物進化中的一種合理、經(jīng)酶的誘導是生物進化中的一種合理、經(jīng)濟地利用有限資源的本能。濟地利用有限資源的本能。n酶的誘導是低等生物的普遍現(xiàn)象。酶的誘導是低等生物的普遍現(xiàn)

22、象。n酶誘導的本質：代謝物對催化本身代謝酶誘導的本質：代謝物對催化本身代謝的酶的合成量調節(jié)。的酶的合成量調節(jié)。n葡萄糖對葡萄糖對laclac操縱元表達的抑制是間接的。操縱元表達的抑制是間接的。n葡萄糖的降解是通過葡萄糖的降解是通過cAMPcAMP與與 CAP CAP結合起作用結合起作用的。的。n cAMP: cAMP:環(huán)化腺苷酸環(huán)化腺苷酸n CAP, catabolite activator protein CAP, catabolite activator proteinn 由由crpcrp編碼編碼n CRP, catabolite receptor protein CRP, catabol

23、ite receptor proteinn 代謝物激活蛋白（代謝物激活蛋白（CAP）/環(huán)腺甘酸受體環(huán)腺甘酸受體蛋白（蛋白（CRP）ATPATP腺甘酸環(huán)化酶腺甘酸環(huán)化酶cAMPcAMP（環(huán)腺甘酸）（環(huán)腺甘酸） 大腸桿菌中：無葡萄糖，大腸桿菌中：無葡萄糖，cAMP濃度高；濃度高；有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低。濃度低。ZYAOPDNA調控區(qū)調控區(qū)CAP結合位點結合位點啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列結構基因結構基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透過酶透過酶A：乙酰基轉移酶：乙?；D移酶cAMPCAPcAMPCAP復合物復合物一、乳糖操縱子的結構一、乳糖操縱子的結構Lac Lac 操縱子及各部分

24、祥圖操縱子及各部分祥圖 （3）CAP的結合對DNA構型的影響nDNADNA彎曲；彎曲；n彎曲點位于彎曲點位于CAPCAP結合位點二重對稱的中心；結合位點二重對稱的中心；n彎曲使彎曲使CAPCAP能與啟動子上的能與啟動子上的RNA pol RNA pol 接觸。接觸。+ + + + + + + + 轉錄轉錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高濃度高時促進轉錄時促進轉錄有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時不促進轉錄不促進轉錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP（5 5）CAPCAP的正調控的正調控 當阻遏蛋白封閉轉錄時，當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAPCAP對該系統(tǒng)不能對該系統(tǒng)不

25、能發(fā)揮作用。如無發(fā)揮作用。如無CAPCAP存在，即使沒有阻遏蛋白存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子仍無轉錄活性。與操縱序列結合，操縱子仍無轉錄活性。 cAMPCAPcAMPCAP復合物與啟動子區(qū)的結合是轉錄復合物與啟動子區(qū)的結合是轉錄起始所必需的。起始所必需的。協(xié)調調節(jié)協(xié)調調節(jié)葡萄糖對葡萄糖對 lac lac 操縱子的阻遏作用稱分解代操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏謝阻遏(catabolic repression)(catabolic repression)。 When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLac

26、ALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,ImconstitutiveComeon,letmethroughNo way!CAPCAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRNAPol.RepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,ImconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThisla

27、ctosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.Yipee!The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,ImconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlri

28、ght,Imofftotheraces.Comeon,letmethrough!第四節(jié) 色氨酸操縱子（trp operon）內容提要：內容提要：色氨酸操縱子的結構色氨酸操縱子的結構色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)色氨酸操縱子的弱化機制色氨酸操縱子的弱化機制 調控基因調控基因 結構基結構基因因 催化分枝酸轉變?yōu)榇呋种λ徂D變?yōu)樯彼岬拿干彼岬拿竧rpRtrp一、色氨酸操縱子的結構一、色氨酸操縱子的結構基因組成基因組成ntrpR, trpR, 阻遏蛋白阻遏蛋白nP P，-40+18 -40+18 nO, -21+1O, -21+1nL, +1+162L, +1+162n結構基因結構基

29、因 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼酸合成酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應t, At, A下游下游36bp, 36bp, 不依賴不依賴p p t, tt, t下游下游250b

30、p250bp，依賴，依賴p p 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼 酸 合 成 酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖 16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應trpR 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油

31、-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼酸合成酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖 16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應n特點特點: :n (1) trpR (1) trpR和和trpABCDEtrpABCDE不連鎖；不連鎖；n (2) (2) 操縱基因在啟動子內；操縱基因

32、在啟動子內；n (3) (3) 有衰減子有衰減子(attenuator)/(attenuator)/弱化子；弱化子；n (4) (4) 啟動子和結構基因不直接相連，二者啟動子和結構基因不直接相連，二者被被n 前導序列前導序列(Leader)(Leader)所隔開所隔開 。二、trp 操縱子的阻遏系統(tǒng)低低TrpTrp時：時：阻遏物不結合阻遏物不結合操縱基因操縱基因; ;高高TrpTrp時：時：阻遏物阻遏物+Trp +Trp 結合操縱基因結合操縱基因1 1、Trp R Trp R 四聚體四聚體阻遏蛋白阻遏蛋白trp trp 有活性的阻遏物有活性的阻遏物nSNE299trp O trp O 不轉錄不

33、轉錄3 3、阻遏系統(tǒng)、阻遏系統(tǒng)n主管轉錄是否啟動，主管轉錄是否啟動， 粗調開關粗調開關三、trp 操縱子的弱化機制衰減子（衰減子（attenuatorattenuator）/ /弱化子弱化子前導序列（前導序列（leader sequenceleader sequence）1. 1.弱化子：弱化子： DNA DNA中可導致轉錄過早終止的一中可導致轉錄過早終止的一段核甘酸序列（段核甘酸序列（123-150bp123-150bp區(qū)）。區(qū)）。123150Repressor mRNAtrp repressor 研究引起終止的研究引起終止的mRNAmRNA堿堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNAmRN

34、A通過自我配對可以形成通過自我配對可以形成莖莖- -環(huán)結構，有典型的終環(huán)結構，有典型的終止子特點。止子特點。POE4321LDNARNAATGTGA2trpcodons14322.2.前導肽前導肽前導肽前導肽14aa14aa 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼酸合成酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子；

35、l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼 酸 合 成 酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖 16-15 E.coli trpO 的結構

36、及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應 鄰氨基苯 吲哚甘油 色氨酸合成酶 甲酸合成酶 硼酸合成酶 TrpE terpD trpC trpB trpA t t 啟動子 操縱基因 前導順序 衰減子 pppN26AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAN43AUUUUUUUU 富含 G-C 的發(fā) GC Leader peptide 夾結構 / 富含 CG U 的單鏈末端 CG Aaaaaa CG MetLysAlyIlePheValLeuLysGlyTrpTrpArgThrSer A GC CG A CG U U AA 圖 16-28 trp 操縱子含有 5

37、個結構基因和 1 個控制區(qū)?？刂茀^(qū)由啟動子、操縱基因、前導順序和衰減子構成。前導區(qū)編碼 14 個氨基酸，其中有 2 個是色氨酸。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .12.38) 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼酸合成酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子；

38、 t,t ：終止子 圖16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼 酸 合 成 酶 鏈 鏈 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 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖 16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反

39、應3.3.前導序列：在前導序列：在trp mRNA5trp mRNA5端端trpEtrpE基因的基因的起始密碼前一個長起始密碼前一個長162bp162bp的的mRNAmRNA片段。片段。3 3、弱弱化化機機制制TrpTrp高時高時Trp低時低時mRNA OPtrpR調節(jié)區(qū)調節(jié)區(qū) 結構基因結構基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 轉錄衰減轉錄衰減色氨酸操縱子色氨酸操縱子UUUUUUUU調節(jié)區(qū)調節(jié)區(qū) 結構基因結構基因 trpROP前導序列前導序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導前導mRNA1234衰減子結構衰減子結構第第1010、1111密碼子為密碼子為trptrp密碼

40、子密碼子 終止密碼子終止密碼子 14aa14aa前導肽編碼區(qū)前導肽編碼區(qū): : 包含序列包含序列1 1 形成發(fā)夾結構能力強弱：形成發(fā)夾結構能力強弱： 序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密碼子密碼子 UUUUUUUU34UUUU334核糖體核糖體 前導肽前導肽 前導前導mRNA1. 1.當色氨酸濃度高時當色氨酸濃度高時 轉錄衰減機制轉錄衰減機制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結構衰減子結構就是終止子就是終止子可使轉錄可使轉錄前導前導DNAUUUU3 RNA RNA聚合酶聚合酶 終止終止UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導肽前導肽 前導前導mRNA15 trp 密碼子密碼子 結構基因結構基因前導前導DNA RNA RNA聚合酶聚合酶 2. 2.當色氨酸濃度低