第十一章 原核基因表达调控_PPT幻灯片

当培养基中Trp浓度高时，核糖体可顺利通 过两个相邻的trp密码子， 3-4区可以自由配 对形成茎-环终止子结构，转录停止。所以 弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽 翻译中的核糖体所处的位置，并且在前导 肽中都富含该操纵子合成的那种氨基酸。
trp弱化子位点碱基顺序
推测前导mRNA中的二级结构四个区能够碱基配对形成 三个茎和环结构(1、2；2、3和3、4)
因。因为转录终止发生在这一区域，而且
这种终止是被调节的，这个区域就称为弱 化子。
Байду номын сангаас
2. 前导肽：在前导序列中，翻译起始于 AUG，产生一个含有14个AA的多肽，被称 为前导肽。在前导序列第10和第11位上有 相邻的两个色AA密码子，具有重要的作用， 在组AA和苯丙AA操纵子中具有相同的结构。
前导区中的茎环结构可分为四个区，这4个 区中基因以两种不同方式配对，2区和3区 配对时，转录继续进行，3区和4区配对时， 配对区正好位于终止密码子的识别区，可 终止转录的进行。
E.coli trp operon弱化子模型
The trp Attenuator:
1 可诱导调节
指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态， 即在某些物质的诱导下，使基因活化。最 突出的例子是大肠杆菌的乳糖操纵子。
大肠杆菌在含有葡萄糖的培养基上生长良 好。在只有乳糖的培养基中，开始时生长 不好，直到合成了利用乳糖的一系列酶， 具备了利用乳糖作为碳源的能力，才能在 这一培养基中生存下来。
一 原核生物基因表达的特点
1 原核生物只有一种RNA聚合酶（真核生物 有3种），识别原核生物的启动子，催化所有 RNA的合成。
2 原核生物的基因表达是以操纵子为单位的。 操纵子是数个相关的结构基因及其调控区的 结合，是一个基因表达的协同单位。调控区 主要分三个部分：操纵基因（operator）、启 动基因(Promoter)、又称启动子，及其它有 调控功能的部位。
Lac操纵子模型主要内容：
1.Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA 分子所编码。
2.这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I和 O之间的启动子区（P）。不能单独起动合成β-半乳 糖苷酶和透性酶的过程。
3.操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）， 是阻碍物的结合位点。
4.当阻碍物与操纵基因结合时，Lac mRNA的转录 起始受到抑制。
trp与trp阻遏物结合改变了阻遏物的构象
三 弱化子对基因活性的影响
属这种调节方式的有：大肠杆菌中的色AA操 纵子、苯丙AA操纵子、苏AA操纵子、异亮 AA操纵子和缬AA操纵子等以及沙门氏菌的组 AA操纵子和亮AA操纵子、嘧啶合成操纵子等。
在这种调节方式中，起信号作用的是有特 殊负载的氨基酰-tRNA的浓度，如色AA操 纵子中色氨酰-tRNA的浓度。当操纵子被阻 碍，RNA合成被终止时，起终止转录信号 作用的那一段核苷酸称为弱化子。
5个结构基因——E、D、C、B、A； Promoter 操纵基因——O 前导序列——L 衰弱子——att
2色氨酸操纵子的调节基因（Trp R）产物 阻碍Pr是无活性的称为阻碍Pr原。不能与 操纵基因结合，此时的结构基因可转录并 翻译成由分支酸合成色氨酸的5种酶，合成 色氨酸。
3当有过量色氨酸存在时，色氨酸（或TrptRNA）作为辅阻碍物(corepressor)与阻碍 Pr原结合，形成有活性的阻碍Pr，有活性 的阻碍Pr与操纵基因结合，阻止转录的进 行，使结构基因不能编码参与色AA合成代 谢有关的酶。
3 由于原核生物无核膜，所以转录和翻译是 耦联的，也是连续进行的。
4 原核基因一般不含内含子，缺乏真核细胞 的转录后加工系统。
5 原核生物基因表达的调控主要在转录水平， 对RNA合成的调控有两种方式：起始控制 （启动子控制）及终止控制（衰减子控 制）。
6 在大肠杆菌mRNA的核糖体结合位点上， 含有1个转译起始密码子及同16S rRNA 3ˊ 末端碱基互补的序列，即SD序列。真核基 因无此序列。
3 转录弱化作用：
mRNA转录的终止是通过前导肽基因的翻译 来调节的，由于前导基因中有两个相邻的 色AA密码子，所以前导肽的翻译对tRNAtrp的浓度敏感。
当培养基中色AA浓度很低时，负载有色AA 的tRNA-trp也就少，翻译通过两个相邻色 AA密码子的速度就会很慢，此时的前导区 结构是2-3区配对，不形成3-4配对的终止结 构，转录可继续进行，将trp操纵子中的结 构基因全部转录。
色氨酸操纵子模型的主要内容：
1.色氨酸操纵子是由5个功能相关的结构基因 （E、D、C、B、A）操纵基因（O）和启动 基因（P）组成，在第一个结构基因（E）与 操纵基因之间有一段前导序列（Leading sequence, L）和衰减子(attenuator, a)或称弱 化子。
trp operon的结构简图
弱化子是转录调节中的微调整，只要稍加 变动就可影响整个体系的功能。
核糖体在基因转录产物上的不同位置，决 定了RNA可以形成哪一种形式的二级结构， 并由此决定基因能否继续转录。
1 前导区：在trp-mRNA 5ˊ端trp E基因的起 始密码前有一个长162bp的mRNA片断被称 为前导区。其中123-150的碱基序列如果缺 失，trp基因的表达可提高6倍，无论trpR+ 或trpR-。研究发现：当mRNA合成起始以 后，除非培养基中完全没有色AA，转录总 是在这个区域终止，产生一个仅有140个bp 的RNA分子，终止Trp基因的转录，这就是 123-150序列缺失会提高Trp基因表达的原
5.诱导物通过与阻碍物结合，改变它的三维构象， 使之不能与操纵基因结合，从而激发Lac mRNA的 合成。
2 可阻碍的调节
这类基因平时都是开启的，处在产生Pr或酶 的工作过程中，但由于一些特殊代谢物或化 合物的积累将其关闭，阻碍了基因的表达， 所以称为可阻碍的基因。如大肠杆菌的色氨 酸操纵子。