《原核表达调控》PPT课件

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1、二、转录水平的调控1.转录调控的原理2.原核生物转录调控的操纵子学说乳糖操纵子与负控诱导系统色氨酸操纵子与负控阻遏系统其他操纵子转录水平上的其他调控方式4.色氨酸操纵子(trpoperon)trp体系参与生物合成，它不受葡萄糖或cAMP-CRP的调控。色氨酸合成主要分5步完成，有7个基因参与整个合成过程。操纵子中各基因功能：trpE和trpG编码邻氨基苯甲酸合酶，trpD编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶，trpF编码异构酶，trpC编码吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB则分别编码色氨酸合酶的α和β亚基。在许多细菌中，trpE和trpG，trpC和trpB分别融合成一个基因，产生具有

2、双重功能的蛋白质。分枝酸先在邻氨基苯甲酸合成酶作用下生成邻氨基苯甲酸，此后先与磷酸核糖焦磷酸中的磷酸核糖形成磷酸核糖邻氨基苯甲酸，经重排、脱羧和关环形成吲哚甘油磷酸，然后在色氨酸合成酶催化下先脱去3-磷酸甘油醛生成吲哚，最后吲哚与一个丝氨酸缩合形成色氨酸。E.Coli中Trp操纵子的结构5个色氨酸合成代谢相关酶的基因构成一个操纵子。合成Trp所需要酶类的5个基因E、D、C、B、A头尾相接串连排列组成结构基因群；受其上游的启动子P和操纵子O的调控。这些基因只有在缺乏Trp时，才被有效表达。trp操纵子基因产物是5个酶，分别是邻氨基苯甲酸合成酶(E)、邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶(D)、

3、磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构酶-吲哚甘油磷酸合成酶(C)、色氨酸合成酶β(B)和色氨酸合成酶α(A)。色氨酸操纵元的调控机制trp操纵元——属阻遏型操纵元，主要调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。色氨酸操纵子通常处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使基因转录关闭。4.1辅阻遏蛋白的负调控与lac操纵子的调控不同的是，控制Trp操纵子的阻遏蛋白的效应物（Trp）不是一个诱导物（inducer）,而是一个辅阻遏物（corepressor）。也就是说，Trp操纵子的调节

4、基因的产物（阻遏物蛋白）无活性，不能与操纵基因结合；当Trp存在时，它与阻遏物蛋白结合，诱导该蛋白构象变化，能够结合在操纵基因上并阻止转录。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，以组成型方式低水平表达调控蛋白R’；R’并无活性。当提供足够的Trp时，Trp与R’结合使其构象改变而成为活性形式R，R可与操纵基因O特异性结合，阻遏结构基因的转录，R的阻遏能力仅为lacI产物的1/1000。trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距trp基因簇很远。后者位于大肠杆菌染色体图上25分钟处，而前者则位于90分钟处。在位于65分钟处还有一个trpS（色氨

5、酸tRNA合成酶），它与携带有色氨酸的tRNATrp共同参与trp操纵子的调控作用。trpS(色氨酰tRNA合成酶)trpa当有足够的Trp时，操纵子自动关闭。细菌直接利用外界的Trp。缺乏Trp时，Trp操纵子被打开，5个结构基因表达，产生3个酶催化分支酸合成为Trp。这是一种负性调控，操纵子通常是开放转录的。当有效应物(Trp)作用时，诱导使阻遏蛋白R’构象发生变化，能够结合于操纵基因，则阻遏转录。4.2色氨酸操纵子的衰减调控研究表明色氨酸操纵子存在两种机制的调控。如果trp操纵子只受trpR编码的阻遏物调控，那么在缺乏或存在色氨酸时，trpR突变使trp操纵子表达的酶量应该是

6、相同的。可是，在trpR缺失突变体中，培养基中缺乏色氨酸比有色氨酸存在时操纵子的表达水平更高，说明色氨酸操纵子除受阻遏物调控外，还受另一机制的调控。4.2.1弱化子与前导肽当阻遏物对trp操纵子的阻遏作用被解除，但细胞内仍有一定浓度的色氨酸时，第二种调控机制使trp操纵子的转录在抵达trpE之前被提前终止，这种现象称为弱化作用（attenuation），DNA中导致mRNA合成提前终止的一段序列称为弱化子（attenuator）。弱化作用产生的关键在于trpmRNA的前导区。在Trp操纵子Ptrp-O与trpE间有一段162bp的先导序列(leadingsequence,L)。在L

7、内有一段123~150bp的序列，它在转录起始后可调控转录过程的进行。这段碱基序列如果缺失，trp基因表达可提高6-10倍。mRNA合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在这个区域终止，产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。这个区域被称为弱化子，该区mRNA可通过自我配对形成茎-环结构。弱化子的共同特点是某些外部因素控制着弱化子的发夹形成。即形成终止子结构。弱化子为结构基因的转录设了一道关卡。前导肽分析前导序列发现，它包括起始密码子A