1、Regulation of Gene Expression in Prokaryotes 第二十章第二十章 原核生物基因表达调控原核生物基因表达调控 第一节第一节 原核生物基因表达特点原核生物基因表达特点 Characteristics of Gene Expression of Prokaryotes 操纵子在研究基因表达的重要性操纵子在研究基因表达的重要性 具有普遍性；具有普遍性； 真核生物研究的借鉴；真核生物研究的借鉴； 开拓了分子识别（开拓了分子识别（molecular recognition)的研究；的研究； 研究成果应用于实践，具有指导意义。研究成果应用于实践，具有指导意义。 一、
2、操纵子是原核生物的基因转录单元一、操纵子是原核生物的基因转录单元 操纵子理论实验依据操纵子理论实验依据 实验模型：细菌的乳糖代谢酶类诱导实验模型：细菌的乳糖代谢酶类诱导 突破点突破点: 乳糖阻遏蛋白基因乳糖阻遏蛋白基因lac I的发现的发现 lac I 是组成型表达基因，其突变是组成型表达基因，其突变(lac I-)引起引起 管辖的基因族也发生组成型表达管辖的基因族也发生组成型表达 用噬菌体转导方法把野生型用噬菌体转导方法把野生型(lac I+)转入突变转入突变 株株(lac I-)，逆转了组成型突变逆转了组成型突变 操纵子操纵子(operon)是由结构基因及其上游调控是由结构基因及其上游调控
3、 序列组成的转录单元序列组成的转录单元，结构基因转录受调控序列结构基因转录受调控序列 控制控制。 调控序列包括远端的阻遏蛋白调控序列包括远端的阻遏蛋白(repressor)基基 因因I，近端的启动子近端的启动子(promoter, P)和操纵序列和操纵序列 (operator, O)。 蛋白质因子蛋白质因子 特异特异DNA序列序列 结构基因结构基因 启动子启动子 操纵序列操纵序列 阻遏蛋白基因阻遏蛋白基因 (promoter) (operator) 启动子是启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。聚合酶识别和结合的部位。 RNA转录起始转录起始 -35区区 -10区区 TTGACA TTAACT
4、 TTTACA TATGAT TTTACA TATGTT TTGATA TATAAT CTGACG TACTGT N17 N16 N17 N16 N16 N7 N7 N6 N7 N6 A A A A A trp tRNATyr lac recA Ara BAD TTGACA TATAAT 共有序列共有序列 操纵序列是阻遏蛋白的结合位点操纵序列是阻遏蛋白的结合位点 当操纵序列结合有当操纵序列结合有阻遏蛋白阻遏蛋白时时，会阻碍会阻碍 RNA聚合酶与启动序列的结合聚合酶与启动序列的结合，或是或是RNA聚合聚合 酶不能沿酶不能沿DNA向前移动向前移动 ，阻碍转录阻碍转录。 启动序列启动序列 编码序列编
5、码序列 操纵序列操纵序列 pol 阻遏蛋白阻遏蛋白 二、原核生物中二、原核生物中mRNA的转录、翻译和的转录、翻译和 降解偶联进行降解偶联进行 开始转录 继续转录，同时， 核糖体结合mRNA 进行翻译 RNA 5端开 始降解 转录终止，继续 翻译和降解 RNA pol 开始转录 继续转录，同时， 核糖体结合mRNA 进行翻译 RNA 5端开 始降解 转录终止，继续 翻译和降解 RNA pol 三、三、mRNA所携带的信息差别很大所携带的信息差别很大 细菌细菌mRNA所编码的蛋白质数量有很大差异。所编码的蛋白质数量有很大差异。 有的有的mRNA只带有一个结构基因的信息（编码一个只带有一个结构基因
6、的信息（编码一个 蛋白质），称为蛋白质），称为单顺反子单顺反子mRNA（monocistronic mRNA）； 大部分大部分mRNA都是从操纵子转录而成，带有编都是从操纵子转录而成，带有编 码几个甚至十几个蛋白质的序列信息，这种码几个甚至十几个蛋白质的序列信息，这种mRNA 是从几个首尾相连的结构基因（存在于一个操纵子是从几个首尾相连的结构基因（存在于一个操纵子 中）一次转录而成，称为中）一次转录而成，称为多顺反子多顺反子mRNA （polycistronic mRNA）。 第二节第二节 原核生物基因表达的原核生物基因表达的 转录水平调控转录水平调控 Regulation of Prokar
7、yotic Gene Expression at Transcription Level 一、转录调控是以特定的一、转录调控是以特定的DNA序列和蛋序列和蛋 白质结构为基础白质结构为基础 （一）特定的（一）特定的DNA序列是转录起始调控的结构基础序列是转录起始调控的结构基础 在基因内和基因外都有一些特定的在基因内和基因外都有一些特定的DNA序列，与结序列，与结 构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别 和结合，这些特定的和结合，这些特定的DNA序列称为序列称为顺式作用元件顺式作用元件（cis- acting elements），亦称为顺式
8、调控元件。在原核生物，亦称为顺式调控元件。在原核生物 中主要是启动子、阻遏蛋白结合位点、正调控蛋白结合中主要是启动子、阻遏蛋白结合位点、正调控蛋白结合 位点、增强子等。位点、增强子等。 转录调控转录调控牵涉到牵涉到DNA和和蛋白质蛋白质的作用的作用 基因的转录调控序列或称基因的转录调控序列或称顺式作用元件（顺式作用元件（cis-acting element），指与结构基因表达调控相关，能够被基因，指与结构基因表达调控相关，能够被基因 调控蛋白特异性识别和结合的调控蛋白特异性识别和结合的DNA序列序列。 能结合顺式作用元件而调节基因转录活性的能结合顺式作用元件而调节基因转录活性的蛋白质蛋白质，
9、称为称为转录调节蛋白转录调节蛋白，在真核生物中，又称，在真核生物中，又称反式作用因反式作用因 子（子（trans-acting factor）。 顺式作用元件是顺式作用元件是 DNA序列序列 cis（在（在之内）之内） 反式作用因子是反式作用因子是 蛋白质蛋白质 trans（来自（来自之之 外）外） E.coliE.coli的启动子区的启动子区 3510+1+20+28 RNA 聚合酶结合区 阻遏蛋白结合区 3510+1+20+28 RNA 聚合酶结合区 阻遏蛋白结合区 （二）调控蛋白具有结合（二）调控蛋白具有结合DNA所需的结构特征所需的结构特征 基因特异性转录因子基因特异性转录因子（gen
10、e specific transcription factors）:能够与顺式作用元件特异性结合、对基因能够与顺式作用元件特异性结合、对基因 表达的转录起始过程有调控作用的蛋白质表达的转录起始过程有调控作用的蛋白质 激活蛋白或正调控蛋白激活蛋白或正调控蛋白:对基因表达有激活作用的对基因表达有激活作用的 蛋白质蛋白质 阻遏蛋白阻遏蛋白:对基因表达有抑制作用的蛋白质对基因表达有抑制作用的蛋白质 最常见的最常见的DNA结合域：结合域： 1. 锌指锌指(zinc finger) C Cys H His 常结合常结合GC盒盒 2.螺旋螺旋-转角转角-螺旋（螺旋（helix-turn-helix, HTH
11、） 同源异形结构域同源异形结构域 二、特定蛋白质与二、特定蛋白质与DNA结合后控制转录起始结合后控制转录起始 （一）一）因子和启动子决定转录是否能够起始因子和启动子决定转录是否能够起始 启动子及其与转录的关系启动子及其与转录的关系 -TAGTGTATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG -ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC 5 3 -3 -5 -35-10+1 transcription AGGUCCACG RNA 5-3 -TAGTGTATTGACATGATAGAAGCACT
12、CTACTATATTCTCAATAGGTCCACG -ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC 5 3 -3 -5 -35-10+1 transcription AGGUCCACG RNA 5-3 （二）阻遏蛋白结合操纵元件对转录起（二）阻遏蛋白结合操纵元件对转录起 始进行负调控始进行负调控 阻遏蛋白是一类在转录水平对基因表达产生负阻遏蛋白是一类在转录水平对基因表达产生负 调控作用的蛋白质。阻遏蛋白主要通过抑制开放启调控作用的蛋白质。阻遏蛋白主要通过抑制开放启 动子复合物的形成而抑制基因的转录。阻遏蛋白与动子复合物的形成而抑制基因的
13、转录。阻遏蛋白与 DNA结合后，结合后，RNA聚合酶仍有可能与启动子结合，聚合酶仍有可能与启动子结合， 但不能形成开放起始复合物，不能启动转录；这种但不能形成开放起始复合物，不能启动转录；这种 作用称为作用称为阻遏（阻遏（repression），特定的信号分子与阻，特定的信号分子与阻 遏蛋白结合，使阻遏蛋白失活，从遏蛋白结合，使阻遏蛋白失活，从DNA 上脱落下来，上脱落下来， 称为去阻遏，或称为去阻遏，或脱阻遏（脱阻遏（derepression）。 阻遏蛋白都可以与信号分子结合而发生变构阻遏蛋白都可以与信号分子结合而发生变构， 在不同构象时在不同构象时，阻遏蛋白或者与阻遏蛋白或者与DNA结合结
14、合，或者与或者与 DNA解离解离。在可诱导型操纵子中在可诱导型操纵子中，信号分子使阻遏信号分子使阻遏 物从物从DNA释放下来释放下来，解除对转录的抑制作用；在可解除对转录的抑制作用；在可 阻遏型操纵子中阻遏型操纵子中，信号分子使阻遏物结合信号分子使阻遏物结合DNA，抑抑 制转录制转录。在两种情况下在两种情况下，阻遏蛋白结合于阻遏蛋白结合于DNA后都后都 是抑制转录是抑制转录，这种类型的基因表达调控称为负调控这种类型的基因表达调控称为负调控。 1. 乳糖操纵子是可诱导型操纵子乳糖操纵子是可诱导型操纵子 调控区调控区 CAP结合位点结合位点 启动子启动子 操纵序列操纵序列 结构基因结构基因 z：
15、-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 y： 通透酶通透酶 a：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶 z y a O P DNA I基因基因 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构 阻遏基因阻遏基因 mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 I DNA z y a O P pol 没有乳糖存在时没有乳糖存在时 乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭 mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 有乳糖存在时有乳糖存在时 I DNA z y a O P pol 启动转录启动转录 mRNA 乳糖乳糖 别乳糖别乳糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 乳糖操纵子被诱导物开放乳糖操纵子被诱导物开放 2. 色氨酸操纵子是可阻遏操纵子色氨酸操纵子是可阻遏操纵子 合成代谢
16、操纵子由合成产物关闭合成代谢操纵子由合成产物关闭 合成代谢操纵子在基础状态下持续开放，合成代谢操纵子在基础状态下持续开放， 在产物达到满足需要量时才关闭。在产物达到满足需要量时才关闭。 分解和合成代谢的操纵子分解和合成代谢的操纵子 操纵子操纵子 基础状态基础状态 调控方式调控方式 分解代谢分解代谢 关闭关闭 由由诱导物诱导物开放开放 合成代谢合成代谢 开放开放 由由阻遏物阻遏物关闭关闭 Trp Trp 高时高时 Trp 低时低时 mRNA O P trpR 调节区调节区 结构基因结构基因 RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操纵子的作用原理色氨酸操纵子的作用原理 操纵子关闭操纵子关闭
17、 （三）激活蛋白结合正调控元件而对转录起（三）激活蛋白结合正调控元件而对转录起 始进行正调控始进行正调控 1 1正调控蛋白可结合正调控蛋白可结合启动子邻近序列启动子邻近序列进行进行 调控调控 2激活蛋白结合激活蛋白结合增强子增强子可远距离进行转录可远距离进行转录 起始正调控起始正调控 ntrCntrC蛋白对转录的正调控作用蛋白对转录的正调控作用 ntrC 结合位点 启动子 转录起始位点 ntrC P 磷酸化 ntrC RNA聚合酶 P 闭合起始复合物 P 开放起始复合物 P P ntrC 结合位点 启动子 转录起始位点 ntrC P P P 磷酸化 ntrC RNA聚合酶 P P 闭合起始复合
18、物 P P 开放起始复合物 P P P P P P 三、原核基因表达的转录过程可通过三、原核基因表达的转录过程可通过 不同模式进行调控不同模式进行调控 （一）去阻遏和正调控机制对转录起始进行（一）去阻遏和正调控机制对转录起始进行 双重调控双重调控 1乳糖操纵子受阻遏蛋白（负性调节）和乳糖操纵子受阻遏蛋白（负性调节）和 CAP（正性调节）的协调调节（正性调节）的协调调节 乳糖操纵子由乳糖操纵子由cAMP-CAP系统进行正调控系统进行正调控 TTTACA TATGTT N17 N6 A lac TTGACA TATAAT 共有序列共有序列 乳糖操纵子是弱启动子，被乳糖操纵子是弱启动子，被RNA-p
19、ol结合后，还需结合后，还需 cAMP-CAP（分解代谢物基因活化蛋白）活化（分解代谢物基因活化蛋白）活化 + + + + + + + + 转录转录 无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时 有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时 Z Y A O P DNA CAP CAP CAP CAP CAP CAP CAP CAP结合位点结合位点 mRNA 低乳糖时低乳糖时 高乳糖时高乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高 cAMP浓度低浓度低 RNA-pol O O O O 无转录无转录 无转录无转录 低水平转录低水平转录 2AraC的别构调节使阿拉伯糖操纵子调控更
20、精细的别构调节使阿拉伯糖操纵子调控更精细 阿拉伯糖操纵子的调控机制阿拉伯糖操纵子的调控机制 araBAD的表达调控必需条件：的表达调控必需条件：araC、阿拉伯、阿拉伯 糖、糖、cAMP-CAP 当当araC表达太多会出现自我负反馈调节表达太多会出现自我负反馈调节 当当araBAD表达太多，阿拉伯糖被快速代谢，表达太多，阿拉伯糖被快速代谢， 结合型的结合型的araC下降，导致下降，导致araBAD又关闭又关闭 C蛋白在正常情况下结合于蛋白在正常情况下结合于araBAD的的operator 上，量很多时才起自我负反馈上，量很多时才起自我负反馈 araBAD的调控总结的调控总结 （二）色氨酸操纵子
21、的弱化机制实质是（二）色氨酸操纵子的弱化机制实质是 转录与翻译调控的偶联转录与翻译调控的偶联 色氨酸操纵子色氨酸操纵子(trp operon)除了产物阻遏负调控外除了产物阻遏负调控外， 还有转录还有转录衰减衰减(attenuation)调控方式调控方式。 衰减是转录衰减是转录-翻译的偶联调控。翻译的偶联调控。 色氨酸操纵子 色氨酸是构成蛋白质的组分，细菌要经过许多色氨酸是构成蛋白质的组分，细菌要经过许多 步骤合成色氨酸。步骤合成色氨酸。 一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利 用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸，以用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸
22、，以 减轻自己的负担。减轻自己的负担。 色氨酸操纵子负责调控色氨酸的生物合成。色氨酸操纵子负责调控色氨酸的生物合成。 当培养基中有足够的色氨酸时，该操纵子自动关当培养基中有足够的色氨酸时，该操纵子自动关 闭；缺乏色氨酸时，操纵子被打开。闭；缺乏色氨酸时，操纵子被打开。 通过色氨酸操纵子的调控可使基因的转录在两个通过色氨酸操纵子的调控可使基因的转录在两个 顺式终止子结构的某处终止。顺式终止子结构的某处终止。 色氨酸在这里不是起诱导作用而是阻遏，能帮助色氨酸在这里不是起诱导作用而是阻遏，能帮助 阻遏蛋白发生作用阻遏蛋白发生作用 辅阻遏分子。辅阻遏分子。 色氨酸操纵子结构 色氨酸的合成分色氨酸的合成
23、分5步，需步，需5种酶催化：种酶催化： trpE、trpD、trpC、trpB、trpA：邻氨基苯甲酸合成酶、邻氨基苯甲酸合成酶、 邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨 酸合成酶和吲哚甘油酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶磷酶合成酶 trp操纵子中产生阻遏物的基因是操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距，该基因距 trp基因簇很远，以组成性方式低水平表达分子量基因簇很远，以组成性方式低水平表达分子量 为为47000的调控蛋白的调控蛋白R。 R本身没有活性，当环境提供足够浓度色氨酸时，本身没有活性，当环境提供足够浓度色氨酸时，
24、 R与色氨酸结合活化，阻遏结构基因的转录。与色氨酸结合活化，阻遏结构基因的转录。 阻遏操纵机制：粗调开关阻遏操纵机制：粗调开关 trp操纵子中对应于色氨酸生物合成的细调开关，操纵子中对应于色氨酸生物合成的细调开关， 控制已启动的转录是否继续。控制已启动的转录是否继续。 衰减子的调控衰减子的调控 现象：当色氨酸达到一定浓度，但还不足以活化现象：当色氨酸达到一定浓度，但还不足以活化 R时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低， 而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。 Ptrp-o与第一个结构基因与第一个结构基因trpE之间之间
25、162bp的一段前的一段前 导序列导序列(L)，实验证明当色氨酸达一定浓度时，实验证明当色氨酸达一定浓度时， RNA聚合酶的转录终止。聚合酶的转录终止。 L：含有编码由：含有编码由14个个aa的的ORF，2个个Trp相连，相连， ORF前有前有RBS。 色氨酸浓度很低时，色氨酸浓度很低时，Ptrp开放，同时核糖体开始开放，同时核糖体开始 翻译。翻译。 色氨酸浓度较低时，生成的色氨酸浓度较低时，生成的trp-tRNA量少，核糖量少，核糖 体沿体沿mRNA翻译移动的速度慢，赶不上翻译移动的速度慢，赶不上RNA聚合聚合 酶沿酶沿DNA移动转录的速度，移动转录的速度，2区和区和3区形成双链结区形成双链
26、结 构（构（4区还未转录出来）区还未转录出来） ，前导序列中终止子结，前导序列中终止子结 构不能形成，转录继续进行。构不能形成，转录继续进行。 当色氨酸浓度较高时，当色氨酸浓度较高时， trptRNA 浓度随之升浓度随之升 高核糖体不在色氨酸密码子处停止，高核糖体不在色氨酸密码子处停止，2区与区与3区配区配 对被破坏、对被破坏、3区与区与4区配对，终止子结构形成，转区配对，终止子结构形成，转 录减弱。录减弱。 原核生物基因原核生物基因 表达的翻译水平调控表达的翻译水平调控 Regulation of Prokaryotic Gene Expression at Translation Leve
27、l 第三节第三节 一、一、SD序列决定翻译起始效率序列决定翻译起始效率 （一）（一）SD序列的碱基序列影响翻译起始的效率序列的碱基序列影响翻译起始的效率 SD序列，即核糖体结合位点（序列，即核糖体结合位点（RBS），是位于），是位于 AUG上游上游813个核苷酸处的一段富含嘌呤的序列个核苷酸处的一段富含嘌呤的序列 ，5-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3 ，能与，能与16S rRNA的的3端互补，而促进端互补，而促进mRNA翻译的起始。翻译的起始。 （二）（二）SD序列的定位影响翻译起始的效率序列的定位影响翻译起始的效率 红霉素甲基化酶红霉素甲基化酶mRNA的翻译调控的翻译调控 53 红
28、霉素甲基化酶mRNA 1234 SDSD 前导肽编码区 (A) 不存在红霉素 (B) 有红霉素 前导肽编码区 终止密码 12 34 SD 无翻译 2 前导肽 3 4 SD Eryr核糖体进行翻译 53 红霉素甲基化酶mRNA 1234 SDSD 前导肽编码区 (A) 不存在红霉素 (B) 有红霉素 前导肽编码区 终止密码 12 34 SD 无翻译 2 前导肽 3 4 SD Eryr核糖体进行翻译 二、二、mRNA的稳定性的稳定性是决定翻译产物是决定翻译产物 量的重要因素量的重要因素 原核生物原核生物mRNA分子某些片段分子某些片段，例如发夹有例如发夹有RNase 抗性抗性。 细胞内有结合细胞内
29、有结合RNA、使之免受、使之免受RNase降解的保护降解的保护 蛋白。蛋白。 近年发现近年发现，内源或外源的小分子内源或外源的小分子RNA可特异互补可特异互补 结合细胞结合细胞RNA，使其失去功能使其失去功能。 与减少表达量一样，降低与减少表达量一样，降低mRNA稳定性也是稳定性也是 基因表达调控方式基因表达调控方式 三、翻译产物可对翻译过程产生反馈三、翻译产物可对翻译过程产生反馈 调节效应调节效应 核糖体蛋白控制多顺反子核糖体蛋白控制多顺反子mRNA的翻译的翻译 翻译终止因子翻译终止因子RF-2调节自身的翻译调节自身的翻译 核糖体蛋白与核糖体蛋白与rRNA 合成是互相协调的合成是互相协调的
30、原 核 生 物 的原 核 生 物 的 16S rRNA 与与 21 种 核 糖 体 蛋 白种 核 糖 体 蛋 白 (ribosomal proteins)，简称简称r-蛋白蛋白，组成核糖体小组成核糖体小 亚基；亚基；5S和和23S rRNA与与31种种r-蛋白组成大亚基蛋白组成大亚基。 大大、小亚基在翻译起始组合为小亚基在翻译起始组合为70S核糖体核糖体。 蛋白质合成是生存的最基本需要蛋白质合成是生存的最基本需要，细胞必然要严细胞必然要严 格控制格控制rRNA和和r-蛋白的比例蛋白的比例。 核糖体蛋白基因与核糖体蛋白基因与RNA pol 亚基基因的多顺反子亚基基因的多顺反子 操纵子操纵子 基因
31、簇基因簇 表达产物表达产物 rif (rpoBC) rpL-K-A-J-L-rpoB- rpoC L-11-1-10-12-RNApol- rpoA rpsM-K-D-rpoA-rpL-Q S13-11-4-RNApol-O-L-17 spc rpL-N-X-E-rpsN-H-rpL-F-R- rpsE-rpL-D-O L14-24-5-S14-8-L6-18-S-5- L-30-15 r-蛋白基因在各个操纵子上转录为多顺反子蛋白基因在各个操纵子上转录为多顺反子 这类操纵子有转录这类操纵子有转录-翻译偶联调控现象，称为翻译偶联调控现象，称为 自我调节（自我调节（autogenous contr
32、ol）。 四、小分子反义四、小分子反义RNA参与调节蛋白质合成参与调节蛋白质合成 （一）小分子（一）小分子RNA参与基因表达产物类型转参与基因表达产物类型转 换的调控换的调控 （二）（二）小分子小分子RNA参与维持极低水平的基因参与维持极低水平的基因 表达表达 大肠杆菌渗透压调节中大肠杆菌渗透压调节中mic RNA的调节作用的调节作用 低渗 高渗 OmpR ompF基因 启动子ON OmpF蛋白 3mRNA5 micF基因ompC基因 启动子 基因关闭基因关闭 ONONOFF 35 micRNA 53 5335 ompC mRNA OmpC蛋白 变构的OmpR OFF 低渗 高渗 OmpR o
33、mpF基因 启动子ON OmpF蛋白 3mRNA5 micF基因ompC基因 启动子 基因关闭基因关闭 ONONOFF 35 micRNA 53 5335 ompC mRNA OmpC蛋白 变构的OmpR OFF 第四节第四节 Lambda 噬菌体的基因表达调控噬菌体的基因表达调控 Regulation of gene expression in Lambda phage 一、一、Lambda 噬菌体调控区段的表达产物噬菌体调控区段的表达产物 与生活周期有关与生活周期有关 噬菌体噬菌体 的生活史的生活史 溶菌生长途径溶菌生长途径(lysis pathway) 溶原菌生长途径溶原菌生长途径(ly
34、sogenic pathway) Lambda 噬菌体的溶原和裂解生活周期噬菌体的溶原和裂解生活周期 Lambda 噬菌体的基因结构和调控区域噬菌体的基因结构和调控区域 二、二、cI 基因表达的阻遏蛋白封闭大部分基因表达的阻遏蛋白封闭大部分 基因使基因使进入溶原周期进入溶原周期 的转录按先后分的转录按先后分即刻早期即刻早期(immediate early)， 晚早期晚早期(delay early)和晚期和晚期(late)，三期的表达依次，三期的表达依次 连续相互制约连续相互制约 。 前两期转录是双向的。晚期转录单向，在环前两期转录是双向的。晚期转录单向，在环 状基因组从状基因组从R沿环到沿环到
35、A-J结构区，和向左到达重组结构区，和向左到达重组 区的晚早期转录汇合，完成一个转录周期。表达区的晚早期转录汇合，完成一个转录周期。表达 产物供溶菌周期装配感染型噬菌体。产物供溶菌周期装配感染型噬菌体。 调控的主要关键在阻遏蛋白基因调控的主要关键在阻遏蛋白基因cI cI两侧启动子受宿主两侧启动子受宿主RNA pol催化向左转录出催化向左转录出12S RNA，翻译为抗终止蛋白翻译为抗终止蛋白N；向右转录出；向右转录出7SRNA， 翻译为翻译为Cro蛋白蛋白。 Cro蛋白有封闭阻遏蛋白基因的作用蛋白有封闭阻遏蛋白基因的作用。 N蛋白在蛋白在nut位点帮助位点帮助RNA pol越过左越过左、右终止点
36、右终止点tR 和和tL，进行晚早转录进行晚早转录，并继续完成晚期转录并继续完成晚期转录。 晚期转录之前晚期转录之前，还受另一抗终止蛋白还受另一抗终止蛋白Q的活化的活化。 这些都是完成溶菌作用的必须条件这些都是完成溶菌作用的必须条件 首先是首先是c的表达，的表达，C开启开启cI。cI 表达的阻遏蛋白结合左、表达的阻遏蛋白结合左、 右操纵序列右操纵序列OL和和OR。 E. coli的的RNA pol 结合结合PR后不能向右转录，无法完成晚早和后不能向右转录，无法完成晚早和 晚期表达，没有结构蛋白的生成。晚期表达，没有结构蛋白的生成。 PL的启动活性比的启动活性比PR强，可使重组区表达，产物分别有附加强，可使重组区表达，产物分别有附加 （att）、整合（）、整合（int）和切割（）和切割（xis）作用。）作用。 完成整合后，完成整合后，CIII 维持维持cII 活性，活性，C开启开启cI。 cI单独表达，产生的阻遏蛋白封闭启动子，进入溶原状态。单独表达，产生的阻遏蛋白封闭启动子，进入溶原状态。 溶原状态的建立：溶原状态的建立： Lambda 溶菌和溶原建立的调控溶菌和溶原建立的调控 溶菌溶菌 溶原溶原
