RegulationofGeneExpressionin

Prokaryotes第二十章原核生物基因表達調控

第一節(jié)

原核生物基因表達特點CharacteristicsofGeneExpressionofProkaryotes

操縱子在研究基因表達的重要性具有普遍性；真核生物研究的借鑒；開拓了分子識別（molecularrecognition)的研究；研究成果應用于實踐，具有指導意義。一、操縱子是原核生物的基因轉錄單元操縱子理論實驗依據實驗模型：細菌的乳糖代謝酶類誘導突破點:乳糖阻遏蛋白基因lacI的發(fā)現(xiàn)lacI

是組成型表達基因，其突變(lacI-)引起管轄的基因族也發(fā)生組成型表達用噬菌體轉導方法把野生型(lacI+)轉入突變株(lacI-)，逆轉了組成型突變操縱子(operon)是由結構基因及其上游調控序列組成的轉錄單元，結構基因轉錄受調控序列控制。調控序列包括遠端的阻遏蛋白(repressor)基因I，近端的啟動子(promoter,P)和操縱序列(operator,O)。

蛋白質因子特異DNA序列結構基因

啟動子

操縱序列阻遏蛋白基因

(promoter)(operator)啟動子是RNA聚合酶識別和結合的部位。RNA轉錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列操縱序列是阻遏蛋白的結合位點當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉錄。啟動序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白二、原核生物中mRNA的轉錄、翻譯和降解偶聯(lián)進行

三、mRNA所攜帶的信息差別很大細菌mRNA所編碼的蛋白質數(shù)量有很大差異。有的mRNA只帶有一個結構基因的信息（編碼一個蛋白質），稱為單順反子mRNA（monocistronicmRNA）；大部分mRNA都是從操縱子轉錄而成，帶有編碼幾個甚至十幾個蛋白質的序列信息，這種mRNA是從幾個首尾相連的結構基因（存在于一個操縱子中）一次轉錄而成，稱為多順反子mRNA（polycistronicmRNA）。第二節(jié)

原核生物基因表達的轉錄水平調控RegulationofProkaryoticGeneExpressionatTranscriptionLevel一、轉錄調控是以特定的DNA序列和蛋白質結構為基礎（一）特定的DNA序列是轉錄起始調控的結構基礎

在基因內和基因外都有一些特定的DNA序列，與結構基因表達調控相關、能夠被基因調控蛋白特異性識別和結合，這些特定的DNA序列稱為順式作用元件（cis-actingelements），亦稱為順式調控元件。在原核生物中主要是啟動子、阻遏蛋白結合位點、正調控蛋白結合位點、增強子等。BADNA編碼序列轉錄起始點

E.coli的啟動子區(qū)

（二）調控蛋白具有結合DNA所需的結構特征

基因特異性轉錄因子（genespecifictranscriptionfactors）:能夠與順式作用元件特異性結合、對基因表達的轉錄起始過程有調控作用的蛋白質激活蛋白或正調控蛋白:對基因表達有激活作用的蛋白質阻遏蛋白:對基因表達有抑制作用的蛋白質最常見的DNA結合域：

1.鋅指(zincfinger)C——CysH——His常結合GC盒123standforzincion2.螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix,HTH）usuallybindstoCAATbox二、特定蛋白質與DNA結合后控制

轉錄起始（一）σ因子和啟動子決定轉錄是否能夠起始啟動子及其與轉錄的關系

（二）阻遏蛋白結合操縱元件對轉錄起始進行負調控

阻遏蛋白是一類在轉錄水平對基因表達產生負調控作用的蛋白質。阻遏蛋白主要通過抑制開放啟動子復合物的形成而抑制基因的轉錄。阻遏蛋白與DNA結合后，RNA聚合酶仍有可能與啟動子結合，但不能形成開放起始復合物，不能啟動轉錄；這種作用稱為阻遏（repression），特定的信號分子與阻遏蛋白結合，使阻遏蛋白失活，從DNA上脫落下來，稱為去阻遏，或脫阻遏（derepression）。

阻遏蛋白都可以與信號分子結合而發(fā)生變構，在不同構象時，阻遏蛋白或者與DNA結合，或者與DNA解離。在可誘導型操縱子中，信號分子使阻遏物從DNA釋放下來，解除對轉錄的抑制作用；在可阻遏型操縱子中，信號分子使阻遏物結合DNA，抑制轉錄。在兩種情況下，阻遏蛋白結合于DNA后都是抑制轉錄，這種類型的基因表達調控稱為負調控。1.乳糖操縱子是可誘導型操縱子

調控區(qū)CAP結合位點啟動子操縱序列

結構基因z：β-半乳糖苷酶y：通透酶a：乙?；D移酶zyaOPDNAI基因乳糖操縱子的結構阻遏基因mRNA阻遏蛋白IDNAzyaOPpol沒有乳糖存在時乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAzyaOPpol啟動轉錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶乳糖操縱子被誘導物開放2.色氨酸操縱子是可阻遏操縱子

合成代謝操縱子由合成產物關閉合成代謝操縱子在基礎狀態(tài)下持續(xù)開放，在產物達到滿足需要量時才關閉。分解和合成代謝的操縱子操縱子基礎狀態(tài)調控方式分解代謝關閉由誘導物開放合成代謝開放由阻遏物關閉TrpTrp高時Trp低時mRNAOPtrpR調節(jié)區(qū)結構基因RNA聚合酶RNA聚合酶色氨酸操縱子的作用原理操縱子關閉（三）激活蛋白結合正調控元件而對轉錄起始進行正調控

1．正調控蛋白可結合啟動子鄰近序列進行

調控

2．激活蛋白結合增強子可遠距離進行轉錄起始正調控ntrC蛋白對轉錄的正調控作用三、原核基因表達的轉錄過程可通過

不同模式進行調控（一）去阻遏和正調控機制對轉錄起始進行雙重調控1．乳糖操縱子受阻遏蛋白（負性調節(jié)）和

CAP（正性調節(jié)）的協(xié)調調節(jié)

乳糖操縱子由cAMP-CAP系統(tǒng)進行正調控TTTACATATGTTN17N6AlacTTGACATATAAT共有序列乳糖操縱子是弱啟動子，被RNA-pol結合后，還需cAMP-CAP（分解代謝物基因活化蛋白）活化++++轉錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP結合位點mRNA低半乳糖時高半乳糖時

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOOＩＩ無轉錄無轉錄低水平轉錄2．AraC的別構調節(jié)使阿拉伯糖操縱子調控更精細

阿拉伯糖操縱子的轉錄起始調控（二）色氨酸操縱子的弱化機制實質是

轉錄與翻譯調控的偶聯(lián)色氨酸操縱子(trpoperon)除了產物阻遏負調控外，還有轉錄衰減(attenuation)調控方式。衰減是轉錄-翻譯的偶聯(lián)調控。

TrpTrp高時Trp低時mRNAOPtrpR調節(jié)區(qū)結構基因RNA聚合酶RNA聚合酶?色氨酸操縱子的作用原理UUUU……UUUU……調節(jié)區(qū)結構基因trpROP前導序列衰減子區(qū)域UUUU……前導mRNA1234衰減子結構

第10、11密碼子為trp密碼子終止密碼子14aa前導肽編碼區(qū):

包含