原核基因表達(dá)的調(diào)控

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1、第九章微生物基因表達(dá)調(diào)控概述微生物新陳代謝過(guò)程中，酶是主要的基因產(chǎn)物；微生物在代謝過(guò)程中，已經(jīng)形成了兩種主要的代謝調(diào)節(jié)方式，即酶活性的調(diào)節(jié)和酶量的調(diào)節(jié)。酶活性的調(diào)節(jié)：具體指一定數(shù)量的酶通過(guò)其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來(lái)調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率，主要是生化水平的調(diào)節(jié)（第五章）。酶量的調(diào)節(jié)包含：1、基因（酶的基因）被轉(zhuǎn)錄成多少mRNA的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)。2、轉(zhuǎn)錄后mRNA轉(zhuǎn)譯出多少蛋白（酶）的過(guò)程?；虮磉_(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控在兩個(gè)水平上體現(xiàn)：(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation);(2)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控(post-tran

2、scriptionalregulation);第一節(jié)　轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控操縱子：原核生物細(xì)胞中,功能相關(guān)的基因組成操縱子結(jié)構(gòu),由操縱區(qū)與一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因聯(lián)合起來(lái),形成一個(gè)結(jié)構(gòu)上、功能上協(xié)同作用的整體,受統(tǒng)一調(diào)節(jié)基因和啟動(dòng)區(qū)的調(diào)控。調(diào)節(jié)基因：可產(chǎn)生阻遏物或激活物蛋白調(diào)節(jié)操縱區(qū)，從而控制結(jié)構(gòu)基因的功能。（1）非專(zhuān)一性結(jié)合蛋白:組蛋白與DNA結(jié)合，結(jié)果有時(shí)影響基因表達(dá)。（2）專(zhuān)一性結(jié)合蛋白:有很多蛋白質(zhì)可與DNA發(fā)生序列特異性相互作用，這些蛋白質(zhì)分子的氨基酸側(cè)鏈通過(guò)與DNA的堿基磷酸或戊糖分子發(fā)生作用；結(jié)合部位往往在DNA大溝中，每條多肽鏈與一條DNA鏈結(jié)

3、合。與DNA發(fā)生特異性相互作用的蛋白質(zhì)一般是有兩條相同的多肽鏈組成的二聚體。一、DNA結(jié)合蛋白（1）螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix-turn-helix，HTH）HTH的一端是由氨基酸形成的α－螺旋，又稱(chēng)為識(shí)別螺旋；“轉(zhuǎn)角”由3個(gè)氨基酸組成；第二個(gè)螺旋以疏水相互作用穩(wěn)定第一個(gè)螺旋。結(jié)合蛋白與DNA作用力：氫鍵、范德華力等非共價(jià)作用。實(shí)例：大腸桿菌的Lac、Trp阻遏蛋白。DNA結(jié)合蛋白的模體（motif）（2）鋅指（zincfinger）多見(jiàn)于真核特點(diǎn):Zn2+連結(jié)四個(gè)氨基酸（2個(gè)組氨酸，2個(gè)半胱氨酸）　　　　　形成α－h(huán)elix（螺旋）形式的“指”

4、，在大溝中與DNA相互作用。一般多個(gè)鋅指串聯(lián)排列，但不一定每個(gè)都接觸DNA，其氮端形成反向β折疊，碳端形成α－h(huán)elix，與DNA大溝特異性接觸。（3）亮氨酸拉扣（leucinezipper）多肽鏈上每隔7個(gè)氨基酸有一個(gè)亮氨酸殘基，這些殘基形成了一種二聚體化基序。亮氨酸拉扣不與DNA相互作用，只是保持另外2個(gè)α螺旋與DNA結(jié)合，穩(wěn)定其空間構(gòu)象。三種蛋白的共同特點(diǎn)：以α螺旋作為與DNA識(shí)別（作用）的　　　　　　　　　　部位。二、操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同可分為負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控(negativetranscri

5、ptionregulation)和正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(Positivetranscriptionregulation)。負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白(repressor)－－阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。其作用部位是操縱區(qū)。它與操縱區(qū)結(jié)合，轉(zhuǎn)錄受阻。負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)－－誘導(dǎo)物不存在時(shí)，阻遏蛋白與操縱區(qū)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；誘導(dǎo)物存在時(shí)，阻遏蛋白與誘導(dǎo)物相結(jié)合，阻遏蛋白與操縱區(qū)分離，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。負(fù)控阻遏系統(tǒng)－－當(dāng)阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(activator)，激活蛋白

6、結(jié)合后，RNA聚合酶與DNA的啟動(dòng)子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄才會(huì)進(jìn)行。在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，誘導(dǎo)物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄不進(jìn)行。操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控實(shí)例㈠、乳糖操縱子-----負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng);㈡、色氨酸操縱子----負(fù)控阻遏系統(tǒng)㈠、乳糖操縱子大腸桿菌能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當(dāng)乳糖成為惟一的碳源時(shí)才會(huì)被合成。大腸桿菌乳糖操縱子(lactoseoperon)包括3個(gè)結(jié)構(gòu)基因:Z、Y和A。這三個(gè)結(jié)構(gòu)基因被同一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元lacZYA所編碼，它有一個(gè)啟動(dòng)子Plac。乳糖操縱子的這

7、三個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白是作為一個(gè)多順?lè)醋拥膍RNA一起表達(dá)的。lacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個(gè)操縱區(qū)Olac，它位于Plac啟動(dòng)子5’端的-5至+21之間。當(dāng)阻遏蛋白結(jié)合到操縱區(qū)時(shí)，便成為轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)抑制物。阻遏蛋白被一個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)基因lacI所編碼，lacI也是乳糖操縱子的一部分;lacI位于Plac的上游。乳糖操縱子的編碼產(chǎn)物lacZ編碼β-半乳糖苷酶，它可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖。lacY編碼半乳糖苷透性酶，它能將乳糖運(yùn)送透過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞壁。lacA編碼硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。阻遏蛋白操縱序列存在反向重復(fù)對(duì)稱(chēng)，正好與由四個(gè)相同亞基組成的阻遏蛋白的內(nèi)部對(duì)稱(chēng)相匹

8、配。當(dāng)乳糖缺乏時(shí)，阻遏蛋白占據(jù)了操縱序列的結(jié)合位點(diǎn)，RNA聚合酶不能與啟動(dòng)子結(jié)合。乳糖阻抑物阻礙了幾乎全部的lacZYA的