原核生物基因表达的调控1-4.doc

原核生物基因表达的调控 原核生物基因表达的调控可以在DNA复制、转录和翻译三个不同层次进行表达调控。其中，转录水平的调控是最主要的，也是最经济，最有效的方式。但转 录生成mRNA以后，再在翻译或翻译后水平进行微调，是对转录调控的有效补充，例如:λ噬菌体的后期基因是长达26kb的一个片段，作为一个单位转录成多 顺反子mRNA。然而不同基因编码的蛋白质用量不同，相差可达千倍，这就需要通过翻译再进行调节。在翻译调控方面，mRNA的寿命、mRNA本身所形成二 级结构都可影响到翻译的进行。除此之外，有些基因的产物也可通过与其mRNA的结合，控制这种蛋白质的继续合成，如释放因子RF2和核糖体蛋白质的自体调 控。另外，在不良营养条件下，由于氨基酸的缺乏，也可使细胞内蛋白质的合成受到抑制，出现严谨反应。总之，由于存在翻译水平的调控，使得原核生物基因表达 调控更加适应生物本身的需求和外界条件的变化。 翻译的过程可分为三种不同的阶段―起始，延伸和终止。现在了解相对较多的翻译水平的调控包括：mRNA翻译水平差异的调控，翻译起始的调控，翻译阻遏作用，蛋白质合成的自体调控，反义RNA的作用等几个方面。 1. mRNA翻译水平差异的调控 mRNA的翻译能力主要受控于5＇端的结合序列（SD序列）。SD序列是位于起始密码子上游约4～7个 核苷酸之前的一段富含嘌呤的5＇…AGGAGG…3＇短小序列，它可以与16S rRNA 3＇…UCCUCC…5＇完全互补。SD序列与16S rRNA 3＇端的相应序列配对对于翻译的起始是很重要的。强的控制部位造成翻译起始频率高，反之则翻译频率低。此外，mRNA采用的密码系统也会影响其翻译速度。 大多数氨基酸由于密码子的简并性且具有不只一种密码子，它们对应的tRNA的丰度也差别很大，因此采用常用密码子的mRNA翻译速度快，而稀有密码子比例 高的mRNA翻译速度慢。多顺反子mRNA在进行翻译时，通常核糖体完成一个编码区的翻译后即脱落和解离，然后在下一个编码区上游重新形成起始复合物。当 各个编码区翻译频率和速度不同时，它们合成的蛋白质质量也就不同了。 2. 翻译起始的调控 遗传信息翻译成多肽链起始于mRNA上的核糖体结合位点（RBS）。所谓的RBS，是指起始密码子AUG上游的一段 非翻译区序列。在RBS中有SD序列，长度一般为5个核苷酸，富含G,A，该序列与核糖体16S rRNA的3＇端互补配对，促使核糖体结合到mRNA上，有利于翻译的起始。RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始密码AUG之间的距离。SD 与AUG之间相距一般以4～10个核苷酸为佳，9个核苷酸为最佳。 此外，mRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要因素。因为核糖体的30S亚基 必须与mRNA结合，才能开始翻译,所以要求mRNA 5＇端要有一定的空间结构。SD序列的微小变化，往往就会导致表达效率上百倍甚至上千倍的差异，这是由于核苷酸的变化改变了形成mRNA 5＇端二级结构的自由能，影响了核糖体30S亚基与mRNA的结合，从而造成了蛋白质合成效率上的差异。 3. 翻译阻遏作用 组成核糖体的蛋白质共有50多种，它们的合成需要严格保持与rRNA相适应的水平。当有过量核糖体游离蛋白质存在时即 引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏。这种在翻译水平上的阻遏作用称为翻译阻遏。对核糖体蛋白质起翻译阻遏作用的调节蛋白质均为能直接和rRNA相结合的 核糖体蛋白质，它们由于能和自身的 mRNA起始控制部位相结合,所以可以影响翻译的进行。例如：在L11操纵子中，起调节作用的为第二个蛋白质L1,它能与多顺反子mRNA的第一个编码区 （L11）的起始密码子邻近的部位结合，从而阻止核糖体起始翻译。 利用这种机制可使核糖体蛋白质的合成与rRNA的合成直接相关联。我们可以设 想，自身调节的核糖体蛋白质与 rRNA的结合能力大于和mRNA的结合能力。因此，凡有核糖体蛋白合成出来必定首先与rRNA结合以装配成核糖体。但是，一旦rRNA的合成变慢或停 止，游离的核糖体蛋白质便会积累。于是它们就可以与其自身的mRNA结合，从而阻遏进一步的翻译。该过程促进核糖体蛋白质维持在与rRNA相应的水平上。 然而操纵子中另外的蛋白质则可按照其自身需要的速度合成，而不受核糖体蛋白质翻译的束缚。这就使同一操纵子中的不同蛋白质以不同的水平适应于细胞的生长速 度。 4. RF2合成的自体调控 RF2是原核生物中催化翻译终止作用的特殊蛋白质因子，它可识别终止密码子UGA和UAA。RF2的结构基因 一共编码340个氨基酸，但其密码子并不连续排列，而是在第 25位和26位密码子之间多了一个U，这个U可以同第26位密码子头两个核苷酸组成终止密码子UGA