1、原核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，第20章，原核基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，第1節(jié)原核基因表達(dá)的特征，操縱子在研究基因表達(dá)中的重要性，以及普遍性；真核生物研究參考文獻(xiàn)；開展分子認(rèn)知研究；研究成果應(yīng)用于實(shí)踐，具有指導(dǎo)意義。1.操縱子是原核生物的基因轉(zhuǎn)錄單位，是操縱子的理論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停杭?xì)菌3360乳糖代謝酶誘導(dǎo)的突破點(diǎn)乳糖阻遏基因lacI的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)組成型表達(dá)的基因，其突變(lacI-)導(dǎo)致其管轄的基因家族組成型表達(dá)。調(diào)控序列包括遠(yuǎn)端阻遏基因1、近端啟動(dòng)子(p)和操作子(o)。蛋白質(zhì)因子、特定的DNA序列、啟動(dòng)子是RNA聚合酶的識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)。操縱序列是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)操縱序列與阻遏物結(jié)合時(shí)，它將阻礙核糖

2、核酸聚合酶與啟動(dòng)子序列的結(jié)合，或者核糖核酸聚合酶不能沿著脫氧核糖核酸前進(jìn)，從而阻礙轉(zhuǎn)錄。2.原核生物中的轉(zhuǎn)錄、翻譯和降解是耦合的；3.信使核糖核酸攜帶的信息非常不同，細(xì)菌信使核糖核酸編碼的蛋白質(zhì)數(shù)量也非常不同。有些信使核糖核酸只攜帶一種結(jié)構(gòu)基因(編碼一種蛋白質(zhì))的信息，這種基因被稱為單順?lè)醋有攀购颂呛怂帷４蟛糠值幕蜣D(zhuǎn)錄自操縱子，序列信息編碼幾個(gè)甚至十幾個(gè)蛋白質(zhì)。這種信使核糖核酸一次由幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因(存在于一個(gè)操縱子中)轉(zhuǎn)錄而來(lái)，稱為信使核糖核酸。第二節(jié)，原核基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，1。轉(zhuǎn)錄調(diào)控是基于特定的DNA序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，1。特異的DNA序列是轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，基因內(nèi)外都有一些特異

3、的DNA序列。這些特定的DNA序列被稱為順式作用元件，它們與結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)有關(guān)，并且可以被基因調(diào)節(jié)蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合。在原核生物中，它們主要是啟動(dòng)子、阻遏物結(jié)合位點(diǎn)、陽(yáng)性調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)、增強(qiáng)子等。大腸桿菌啟動(dòng)子區(qū)，(2)調(diào)控蛋白具有結(jié)合DNA所需的結(jié)構(gòu)特征，基因特異性轉(zhuǎn)錄因子：可特異性結(jié)合順式作用元件并調(diào)控基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程。蛋白激活劑或陽(yáng)性調(diào)節(jié)蛋白3360可以激活基因表達(dá)。蛋白阻遏物：可以抑制基因表達(dá)。最常見的DNA結(jié)合域是，1。鋅指)、鉻鎳鈷合金，通常與氣相色譜盒結(jié)合；2.螺旋-旋轉(zhuǎn)-螺旋(HTH)，通常是usualybindstocatbox2.特異性蛋白質(zhì)在與DNA結(jié)合后控

4、制轉(zhuǎn)錄起始；(1)因子和啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄是否可以啟動(dòng)，啟動(dòng)子及其與轉(zhuǎn)錄的關(guān)系，()阻遏物主要通過(guò)抑制開放啟動(dòng)子復(fù)合物的形成來(lái)抑制基因轉(zhuǎn)錄。阻遏蛋白與脫氧核糖核酸結(jié)合后，核糖核酸聚合酶仍可能與啟動(dòng)子結(jié)合，但它不能形成開放的初始復(fù)合物并開始轉(zhuǎn)錄；這種行為被稱為壓制。特定的信號(hào)分子與阻遏蛋白結(jié)合，阻遏蛋白使阻遏蛋白失活并從DNA上脫落，這被稱為去阻遏或去阻遏。阻遏蛋白可以與信號(hào)分子結(jié)合并經(jīng)歷變構(gòu)轉(zhuǎn)化。在不同的構(gòu)象中，阻遏蛋白要么與脫氧核糖核酸結(jié)合，要么與脫氧核糖核酸分離。在誘導(dǎo)型操縱子中，信號(hào)分子從DNA中釋放阻遏物并解除轉(zhuǎn)錄抑制；在阻遏操縱子中，信號(hào)分子將阻遏物與DNA結(jié)合并抑制轉(zhuǎn)錄。在這兩種情況下

5、，阻遏物與DNA結(jié)合并抑制轉(zhuǎn)錄。這種類型的基因表達(dá)調(diào)控被稱為負(fù)調(diào)控。1.乳糖操縱子是一種誘導(dǎo)型操縱子，具有乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)。當(dāng)乳糖不存在時(shí)，乳糖操縱子被阻遏蛋白關(guān)閉。當(dāng)乳糖存在時(shí)，乳糖操縱子被誘導(dǎo)劑打開。2.trp操縱子是一種抑制性操縱子，合成代謝操縱子被合成產(chǎn)物封閉，合成產(chǎn)物在堿性狀態(tài)下保持開放，只有當(dāng)產(chǎn)物滿足要求時(shí)才關(guān)閉。分解和合成代謝的操縱子，當(dāng)trp高時(shí)，當(dāng)Trp低時(shí)，信使核糖核酸，氧，磷，Trpr，調(diào)節(jié)區(qū)，結(jié)構(gòu)基因，核糖核酸聚合酶，核糖核酸聚合酶，Trp操縱子的作用原理，操縱子是封閉的，(3)激活蛋白結(jié)合增強(qiáng)子能從遠(yuǎn)距離正向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始，而ntrC蛋白能正向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄；3.原核基因表達(dá)

6、的轉(zhuǎn)錄過(guò)程可以通過(guò)不同的方式進(jìn)行調(diào)控；(1)阻遏和正向調(diào)節(jié)機(jī)制可以雙重調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始；1.乳糖操縱子受阻遏蛋白(負(fù)調(diào)節(jié))和CAP(正調(diào)節(jié))的協(xié)同調(diào)節(jié)，乳糖操縱子受cAMP-CAP系統(tǒng)的正調(diào)節(jié)。Ttaca、tatgtt、n17、n6、a、lac和乳糖操縱子是弱啟動(dòng)子，它們需要在被核糖核酸pol結(jié)合后被cAMP-CAP(分解代謝物基因激活蛋白)激活。沒(méi)有葡萄糖，當(dāng)cAMP濃度高時(shí)，就有葡萄糖，當(dāng)cAMP濃度低時(shí)，有CAP，有CAP結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)半乳糖低時(shí)，當(dāng)半乳糖高時(shí)，葡萄糖低。葡萄糖具有低cAMP濃度、無(wú)轉(zhuǎn)錄、無(wú)轉(zhuǎn)錄和低水平轉(zhuǎn)錄。2AraC的變構(gòu)調(diào)節(jié)使得阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)更精細(xì)，并且阿拉伯糖操縱子

7、的轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)更精細(xì)。(trpoperon的弱化機(jī)制實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)錄和翻譯調(diào)控的耦合。除了產(chǎn)物阻遏的負(fù)調(diào)控外，trp操縱子還具有轉(zhuǎn)錄衰減的調(diào)控方式。衰減是轉(zhuǎn)錄和翻譯的耦合調(diào)節(jié)。當(dāng)色氨酸高時(shí)，當(dāng)色氨酸低時(shí)，核糖核酸、氧、磷、色氨酸、調(diào)節(jié)區(qū)、結(jié)構(gòu)基因、核糖核酸聚合酶、核糖核酸聚合酶、trp操縱子的作用原理，前導(dǎo)序列，密碼子10和11是Trp密碼子，14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)：包括序列1，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)的能力強(qiáng)或弱：序列1/2，序列2/3，序列3/4，UUUU3，前導(dǎo)肽，前導(dǎo)mRNA，色氨酸濃度高時(shí)的轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制。終止，前導(dǎo)肽，核糖核酸聚合酶，當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)，色氨酸合成酶系統(tǒng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄，序列3和4不

8、能形成衰減器結(jié)構(gòu)，前導(dǎo)基因，(DNA片段倒位和阻遏蛋白的協(xié)同作用，沙門氏菌鞭毛蛋白基因的調(diào)節(jié)，原核基因表達(dá)翻譯水平的調(diào)節(jié)，原核基因表達(dá)歸因水平的調(diào)節(jié)，第三節(jié)，1。順序決定翻譯起始的效率。SD序列的定位影響翻譯起始的效率，以及紅霉素甲基化酶mRNA的翻譯控制。信使核糖核酸的穩(wěn)定性是決定翻譯產(chǎn)物數(shù)量的一個(gè)重要因素，原核信使核糖核酸分子的一些片段，如發(fā)夾，具有核糖核酸酶抗性。細(xì)胞中有保護(hù)性蛋白質(zhì)，可以結(jié)合核糖核酸，防止核糖核酸酶降解。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性或外源性小分子核糖核酸可以與細(xì)胞核糖核酸特異性互補(bǔ)結(jié)合，使其失去功能。與降低表達(dá)水平一樣，降低mRNA的穩(wěn)定性也是基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式。第三，翻譯產(chǎn)

9、品對(duì)翻譯過(guò)程有反饋調(diào)節(jié)作用。核糖體蛋白控制多順?lè)醋踊虻姆g，翻譯終止子射頻-2調(diào)節(jié)自身的翻譯。核糖體蛋白和rRNA的合成是相互協(xié)調(diào)的。原核生物的16SrRNA和21種核糖體蛋白(簡(jiǎn)稱r蛋白)形成核糖體小亞單位。5S和23SrRNA與31種r蛋白形成大的亞基。翻譯開始時(shí)，大小亞單位的組合是70S核糖體。蛋白質(zhì)合成是生存最基本的需要，細(xì)胞必須嚴(yán)格控制rRNA與r蛋白的比例。核糖體蛋白基因和RNApol亞單位基因是多順?lè)醋?，r蛋白基因在每個(gè)操縱子上轉(zhuǎn)錄成多順?lè)醋?。這種操縱子具有轉(zhuǎn)錄-翻譯耦合調(diào)節(jié)現(xiàn)象，稱為自生控制。4.小反義核酸參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成；(1)小核糖核酸參與基因表達(dá)產(chǎn)物類型轉(zhuǎn)換的調(diào)控；(

10、2)小核糖核酸參與維持極低水平的基因表達(dá)，在大腸桿菌滲透壓調(diào)節(jié)中調(diào)節(jié)小核糖核酸，在翻譯水平調(diào)節(jié)小核糖核酸，和調(diào)節(jié)噬菌體基因表達(dá)。噬菌體中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，1。噬菌體調(diào)控片段的表達(dá)產(chǎn)物與噬菌體的生命周期、噬菌體的生命周期、裂解途徑、溶源性途徑、溶源性和裂解生命周期有關(guān)，噬菌體的基因結(jié)構(gòu)和調(diào)控區(qū)，二、由cI基因表達(dá)的阻遏蛋白阻斷了大部分基因進(jìn)入溶源性周期，轉(zhuǎn)錄分為即刻、晚期、早期和晚期，三個(gè)階段的表達(dá)依次連續(xù)相互制約。前兩個(gè)轉(zhuǎn)錄是雙向的。晚期轉(zhuǎn)錄是單向的，一個(gè)轉(zhuǎn)錄周期在晚期和早期轉(zhuǎn)錄會(huì)聚中完成，從R沿環(huán)到A-J結(jié)構(gòu)區(qū)，再到重組區(qū)的左側(cè)。表達(dá)產(chǎn)物用于細(xì)菌裂解，以周期性地組裝感染性噬菌體。調(diào)控的關(guān)鍵在于阻遏基因CI，CI兩側(cè)的啟動(dòng)子被宿主核糖核酸聚合酶催化轉(zhuǎn)錄左側(cè)的12個(gè)核糖核酸，并將其翻譯成抗終止蛋白N；7SRNA被轉(zhuǎn)錄到右邊并翻譯成Cro蛋白。Cro蛋白可以阻斷阻遏基因。在堅(jiān)果位點(diǎn)，n蛋白幫助RNApol穿過(guò)左側(cè)和右側(cè)終止點(diǎn)tR和tL，進(jìn)行晚期和早期轉(zhuǎn)錄，并繼續(xù)完成晚期轉(zhuǎn)錄。在后期轉(zhuǎn)錄之前，它還被另一種抗終止子蛋白q激活。這些是完成細(xì)菌裂解的必要條件。第一個(gè)是C的表達(dá)式，C打開cI。由cI表達(dá)的阻遏物與左右操縱序列01和02結(jié)合。大腸桿菌