原核生物基因表达的调PPT.ppt

分子生物学;第11章 原核生物基因表达的调控 ;;;11.1 基因表达调控的两种方式 ;;;11.2 DNA水平的调控 ;;图11-2 鼠伤寒沙门氏菌相变的分子机制 ;11.3 转录水平的调控 ; 热激条件使 失活，同时增强rpoH基因的表达； rpoH基因的产物—— 与RNA聚合酶核心酶组装成全酶，与热激基因的启动子结合，启动Hsp的表达。;图11-3 σ因子的选择性使用与热激基因的表达调控 ;图11-4 σ因子的级联与SPO1噬菌体不同时期基因表达之间的关系 ;;;;乳糖对?－半乳糖苷酶的合成有诱导作用。 葡萄糖对?－半乳糖苷酶的合成有抑制作用。;图11-5 β-半乳糖苷酶催化的水解和异构化反应 ;Z;Z;Z; 安慰诱导物 (gratuitous inducer)：能高效诱导酶的合成但不被所诱导的酶分解的分子。 如：IPTG(异丙基硫代半乳糖苷); lacO是-5至+21的序列，与启动子右末端重叠;lacO的序列，以+11为对称轴具有反向重复序列;图11-6 lac操纵子的负调控 ;;;启动子;图11-8 乳糖操纵子的操纵基因和CAP-cAMP结合位点序列 ;图11-9 CAP的正调控作用;分解代谢阻遏作用;;; 合成色氨酸所需要酶类的结构基因群，受其上游的启动子Ptrp和操纵区O的调控，调控基因trpR的位置远离P-O-结构基因群，在其自身的启动子作用下，以组成性方式低水平表达其调控蛋白R，R并没有与操纵区O结合的活性，当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与色氨酸结合后构象变化而活化，就能够与操纵区O特异性亲和结合，阻遏结构基因的转录。;; 色氨酸合成途径的终产物色氨酸通过阻遏转录抑制该途径酶的合成，这种作用又称为末端产物阻遏。细胞在合成蛋白质的过程中，本着节约能量的原则平衡氨基酸合成酶的合成。通过TrpR的调节，可使色氨酸的合成降低100倍。 阻遏作用是色氨酸合成第一个层次的调控，主管转录的启动是否启动。此外，大肠杆菌还有色氨酸合成第二个层次的调控——弱化作用(也称为衰减作用, attenuation)，决定已经启动的转录是否继续下去。; 弱化作用 trp操纵子不因为trpR基因的缺失完全丧失调控功能。当trpR基因被敲除，trp操纵子在无色氨酸时的转录活性是有色氨酸存在时的10倍。 trp操纵子在结构基因的5-端含有一个ORF，它并不编码合成色氨酸的酶，而是编码一种短肽——前导肽，里面有两个连续的色氨酸密码子，约占总密码子数目的10%。色氨酸-tRNA对前导肽的翻译是必不可少的。 弱化作用的实质是以翻译的手段来控制基因的转录。; 前导区的碱基序列包括4个分别以1、2、3和4表示的片段,能以两种不同的方式进行碱基配对, 1 - 2和3 -4配对,或2 - 3配对, 3 - 4配对区正好位于终止密码子的识别区。 前导序列有相邻的两个色氨酸密码子,当培养基中色氨酸浓度很低时,负载有色氨酸的tRNATrp也就少,这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢,当4区被转录完成时,核糖体滞留1区,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,所以转录可继续进行，起到将色氨酸操纵子中的结构基因全部转录完为止。 反之,色氨酸充足,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 区可以配对形成终止子结构, 转录停止。 ;图11-21 trp操纵子的弱化子茎环结构 ;;;; 编码合成其他氨基酸的基因也有类似的弱化作用。例如在组氨酸和苯丙氨酸操纵子的起始区分别含有多个His或Phe的前导肽编码序列，能对氨基酸的合成起更精确的调节作用。但对于某些氨基酸为说，弱化作用可能是其唯一的调控机制。如组氨酸操纵子没有阻遏蛋白，其前导序列中一共有7个连续的His密码子，这大大提高了弱化作用的效率。 ;;11.4 翻译水平的调控 ; 由于A和rep的RBS被封闭在二级结构中，当核糖体阅读到cp基因时，促使形成二级结构的氢键断裂。其下游的rep基因所形成的二级结构也随着翻译的进行而被打开，rep基因得以翻译。 虽然rep的RBS每次都被cp基因的翻译打开，但RNA噬菌体的外壳蛋白合成的量要比复制酶多得多。新产生的外壳蛋白的亚基可以特异性地结合在rep基因的RBS