原核基因的表達調(diào)控

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1、Contents基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子轉錄后水平上的調(diào)控(二）色氨酸操縱子（trpoperon）內(nèi)容提要：色氨酸操縱子的結構色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)色氨酸操縱子的弱化機制1.色氨酸操縱子結構（1）結構基因ED編碼5種酶，在催化分支酸轉變?yōu)镃BL-色氨酸的過程中發(fā)揮作用AL轉錄產(chǎn)物是先導mRNA（2）調(diào)控元件啟動子（P）操縱基因（O）調(diào)控基因結構基因催化分枝酸轉變?yōu)樯彼?的酶trpRtrp①trpR和trpABCDE不連鎖；②操縱基因在啟動子內(nèi)③有衰減子(attenua

2、tor)/弱化子trpa④啟動子和結構基因不直接相連，二者被前導序列(Leader)trpL所隔開（3）結構特點色氨酸操縱子表達的調(diào)控阻遏系統(tǒng)粗開關主管轉錄是否啟動弱化作用（attenuation)細調(diào)開關主管已經(jīng)啟動的轉錄是否繼續(xù)下去。2.阻遏物對色氨酸操縱子的負調(diào)控(1)阻遏物(輔阻遏蛋白）:同二聚體蛋白質(zhì)(2)阻遏物本身不能與操縱基因O結合，必須和色氨酸結合才能與O結合，而阻遏結構基因的表達(3)色氨酸是一種共阻遏物trp操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時：阻遏物不結合操縱基因;高Trp時：阻遏物+Trp結合操縱基因3、衰

3、減作用對色氨酸操縱子的調(diào)控高濃度色氨酸使trp操縱子的表達水平降低600倍，而阻遏作用僅使轉錄降低70倍？阻遏物失活突變不能完全消除色氨酸對trp操縱子表達的影響？（1）前導序列：在trpmRNA5'端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段。該序列中含有4個能以兩種不同的方式進行堿基配對的片段，分別以1、2、3、4表示。前導肽：前導序列中，發(fā)現(xiàn)有起始密碼子AUG和終止密碼子UGA。如果翻譯起始于AUG，應該產(chǎn)生一個含有14個氨基酸的多肽。特點：前導肽中在其第10和11位上有相鄰的兩個色氨酸密碼子。前導序列

4、的特點：①某些區(qū)段富含GC，GC之間容易形成莖環(huán)二級結構，接著有8個U構成一個不依賴于ρ因子的終止信號；②由(1)和(2)區(qū)序列構成第二個發(fā)夾結構，其中(1)區(qū)處于14個氨基酸的前導肽序列中；③(2)和(3)區(qū)互補，可以形成發(fā)夾結構，與(3)和(4)形成發(fā)夾結構競爭；④14個氨基酸前導肽中有5個核糖體強結合位點，之后還有一個UGA；⑤前導序列中并列2個色氨酸密碼（2）衰減子衰減子(attenuator)：原核生物操縱子中能顯著減弱甚至過早終止轉錄作用的一段核苷酸序列（123-150區(qū)）。衰減子區(qū)mRNA通過自我配對可以形

5、成莖-環(huán)結構，有典型的終止子特點。在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密碼前有一個長162bp的mRNA片段被稱為前導區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)，當trpmRNA合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒有色氨酸，轉錄總是在前導區(qū)123-150區(qū)域終止，產(chǎn)生一個僅有140個核苷酸的RNA分子，終止trp基因轉錄。研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結構，有典型的終止子特點。123~150（3）衰減作用的調(diào)控機制-其實質(zhì)是以翻譯手段來控制基因的轉錄在原核生物中轉錄和翻譯是同時進行的，一旦RNA聚合酶剛轉錄

6、出trpmRNA中的前導肽編碼區(qū)，核糖體便立即結合上去翻譯這一序列。當培養(yǎng)基中色氨酸不足時，Trp-tRNATrp數(shù)目有限，核糖體在兩個色氨酸密碼子處(1區(qū))停頓。這時核糖體只占據(jù)l區(qū)，前面由RNA聚合酶轉錄所產(chǎn)生的2區(qū)和3區(qū)便可配對，而4區(qū)以單鏈形式存在，不能形成發(fā)夾狀終止結構。RNA聚合酶可以越過弱化子轉錄至結構基因區(qū)，得到完整的mRNA分子。當培養(yǎng)基中色氨酸濃度較高時，Trp-tRNATrp充足，核糖體能順利翻譯出整個前導肽至終止密碼子UGA處停止。此時，核糖體占據(jù)了l區(qū)和2區(qū)(UGA位于1區(qū)和2區(qū)之間)，其結果是

7、3區(qū)和4區(qū)配對，形成轉錄終止子結構，于是轉錄在弱化子處終止。弱化作用的特點是外部事件控制內(nèi)部終止所需要的發(fā)夾結構的形成。另外很重要的一個方面是轉錄和翻譯過程是前后相連（closelycoupled）的。弱化子的弱化作用與阻抑作用無關，缺失弱化子后，基礎水平轉錄和去阻抑轉錄都增強。為什么要有弱化系統(tǒng)？細菌通過弱化作用彌補阻遏作用的不足，因為阻遏作用只能使轉錄不起始，對于已經(jīng)起始的轉錄，只能通過弱化作用使之中途停下來。為什么要有弱化系統(tǒng)？是在有大量外源色氨酸存在時，阻止非必需的先導mRNA的合成，它使這個系統(tǒng)更加經(jīng)濟。阻遏作

8、用的信號是細胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號則是細胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少。它通過前導肽的翻譯來控制轉錄的進行，在細菌細胞內(nèi)這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內(nèi)周密的調(diào)控作用。（四）阿拉伯糖操縱子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一個基因簇，簡寫為araBAD磷酸戊糖途