原核基因的表达调控

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1、Contents基因表达调控的基本概念原核基因调控机制乳糖操纵子色氨酸操纵子转录后水平上的调控(二）色氨酸操纵子（trpoperon）内容提要：色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的阻遏系统色氨酸操纵子的弱化机制1.色氨酸操纵子结构（1）结构基因ED编码5种酶，在催化分支酸转变为CBL-色氨酸的过程中发挥作用AL转录产物是先导mRNA（2）调控元件启动子（P）操纵基因（O）调控基因结构基因催化分枝酸转变为色氨酸的酶trpRtrp①trpR和trpABCDE不连锁；②操纵基因在启动子内③有衰减子(attenua

2、tor)/弱化子trpa④启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列(Leader)trpL所隔开（3）结构特点色氨酸操纵子表达的调控阻遏系统粗开关主管转录是否启动弱化作用（attenuation)细调开关主管已经启动的转录是否继续下去。2.阻遏物对色氨酸操纵子的负调控(1)阻遏物(辅阻遏蛋白）:同二聚体蛋白质(2)阻遏物本身不能与操纵基因O结合，必须和色氨酸结合才能与O结合，而阻遏结构基因的表达(3)色氨酸是一种共阻遏物trp操纵子的阻遏系统低Trp时：阻遏物不结合操纵基因;高Trp时：阻遏物+Trp结合操纵基因3、衰

3、减作用对色氨酸操纵子的调控高浓度色氨酸使trp操纵子的表达水平降低600倍，而阻遏作用仅使转录降低70倍？阻遏物失活突变不能完全消除色氨酸对trp操纵子表达的影响？（1）前导序列：在trpmRNA5'端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段。该序列中含有4个能以两种不同的方式进行碱基配对的片段，分别以1、2、3、4表示。前导肽：前导序列中，发现有起始密码子AUG和终止密码子UGA。如果翻译起始于AUG，应该产生一个含有14个氨基酸的多肽。特点：前导肽中在其第10和11位上有相邻的两个色氨酸密码子。前导序列

4、的特点：①某些区段富含GC，GC之间容易形成茎环二级结构，接着有8个U构成一个不依赖于ρ因子的终止信号；②由(1)和(2)区序列构成第二个发夹结构，其中(1)区处于14个氨基酸的前导肽序列中；③(2)和(3)区互补，可以形成发夹结构，与(3)和(4)形成发夹结构竞争；④14个氨基酸前导肽中有5个核糖体强结合位点，之后还有一个UGA；⑤前导序列中并列2个色氨酸密码（2）衰减子衰减子(attenuator)：原核生物操纵子中能显著减弱甚至过早终止转录作用的一段核苷酸序列（123-150区）。衰减子区mRNA通过自我配对可以形

5、成茎-环结构，有典型的终止子特点。在trpmRNA5‘端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，研究发现，当trpmRNA合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在前导区123-150区域终止，产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。研究引起终止的mRNA碱基序列，发现该区mRNA通过自我配对可以形成茎-环结构，有典型的终止子特点。123~150（3）衰减作用的调控机制-其实质是以翻译手段来控制基因的转录在原核生物中转录和翻译是同时进行的，一旦RNA聚合酶刚转录

6、出trpmRNA中的前导肽编码区，核糖体便立即结合上去翻译这一序列。当培养基中色氨酸不足时，Trp-tRNATrp数目有限，核糖体在两个色氨酸密码子处(1区)停顿。这时核糖体只占据l区，前面由RNA聚合酶转录所产生的2区和3区便可配对，而4区以单链形式存在，不能形成发夹状终止结构。RNA聚合酶可以越过弱化子转录至结构基因区，得到完整的mRNA分子。当培养基中色氨酸浓度较高时，Trp-tRNATrp充足，核糖体能顺利翻译出整个前导肽至终止密码子UGA处停止。此时，核糖体占据了l区和2区(UGA位于1区和2区之间)，其结果是

7、3区和4区配对，形成转录终止子结构，于是转录在弱化子处终止。弱化作用的特点是外部事件控制内部终止所需要的发夹结构的形成。另外很重要的一个方面是转录和翻译过程是前后相连（closelycoupled）的。弱化子的弱化作用与阻抑作用无关，缺失弱化子后，基础水平转录和去阻抑转录都增强。为什么要有弱化系统？细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。为什么要有弱化系统？是在有大量外源色氨酸存在时，阻止非必需的先导mRNA的合成，它使这个系统更加经济。阻遏作

8、用的信号是细胞内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。（四）阿拉伯糖操纵子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一个基因簇，简写为araBAD磷酸戊糖途