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1、石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程Several steps in the gene expression process may be modulated,including the transcription step and translation step and the post-translational modification of a protein.Gene regulation gives the cell control over structure and function,and is the basis for cellular differentiat
2、ion,morphogenesis and the versatility and adaptability of any organism.Gene regulation may also serve as a substrate for evolutionary change,since control of the timing,location,and amount of gene expression can have a profound effect on the functions(actions)of the gene in the organism.石河子大学研究生生物化学
3、与分子生物学精品课程原核细胞基因表达调控原核细胞基因表达调控Regulation of Prokaryotic Gene Expression石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程一、基因表达调控概述一、基因表达调控概述Basic Conceptions and Principle石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（一）基因表达的概念（一）基因表达的概念*基因基因*基因组基因组(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。整套基因。基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过
4、程。功能的蛋白质分子的过程。*基因表达基因表达(gene expression)基因表达是受调控的基因表达是受调控的石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（二）基因表达的时间性及空间性（二）基因表达的时间性及空间性1 1、时间特异性、时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specificity)。多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特异性段特异性(stage specificity)。石河子大学研
5、究生生物化学与分子生物学精品课程2、空间特异性、空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell or tissue specificity)。在在个个体体生生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（三）基
6、因表达的方式（三）基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：1 1、组成性表达、组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeeping gene)。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程无无论论表表达达水水平平高高低低，管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，或或变变化化很很小小。区区别别于于其其他他基基因因，这这类
7、类基基因因表表达达被被视视为为组组成成性性基基因表达因表达(constitutive gene expression)。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程2 2、诱导和阻遏表达、诱导和阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的基基因因被被激激活活，基基因因表表达达产产物物增增加加，这这种种基基因因称称为为可可诱诱导导基因基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过过程程，称为称为诱导诱导(induction)。如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表
8、达达产产物物水水平平降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程基因基因表达增强表达增强表达减弱表达减弱诱导诱导阻遏阻遏环环境境因因素素石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，均均需需协协调调一一致致、共共 同同 表表 达达，即即 为为 协协 调调 表表 达达(coordinate expression)，这这 种种 调调 节节 称称 为为 协协 调调 调调 节节(coordinate regulation)。石
9、河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（四）基因表达调控的生物学意义（四）基因表达调控的生物学意义1 1、适应环境、维持生长和增殖、适应环境、维持生长和增殖2 2、维持个体发育与分化、维持个体发育与分化石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程二、基因表达调控的基本原理二、基因表达调控的基本原理Basic Principle of Gene Expression Regulation a 石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（一）基因表达的多级调控（一）基因表达的多级调控基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质
10、翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录起始转录起始石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（二）（二）基因转录激活调节基本要素基因转录激活调节基本要素u特异特异DNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质u调节蛋白调节蛋白uDNA-蛋白质、蛋白质蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用蛋白质相互作用uRNA聚合酶聚合酶石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon)机制机制特异特异DNA序列序列编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator)1.特异特异DNA序列和调节蛋白质
11、序列和调节蛋白质石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程是是RNA聚合酶结合并启动转录聚合酶结合并启动转录的特异的特异DNA序列。序列。1)启动序列启动序列RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程Pribnow box石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程共共有有序序列
12、列(consensus sequence)决决定定启启动动序列的转录活性大小。序列的转录活性大小。某某些些特特异异因因子子（蛋蛋白白质质）决决定定RNA聚聚合合酶酶对对一一个个或或一一套套启启动动序序列列的的特特异异性性识识别别和和结结合能力。合能力。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程2 2 操纵序列操纵序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNA聚聚合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
13、码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程3)3)其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白例如例如激激活活蛋蛋白白(activator)可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNA序序列列，促促进进RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结合，增强结合，增强RNA聚合酶活性。聚合酶活性。有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。聚合酶很少或完全不能结合启动序列。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程真核生物真核生物顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting eleme
14、nt)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNA序列序列BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列，如如TATA盒盒、CAAT盒盒等等，这这些些共共有有序列是序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。聚合酶或特异转录因子的结合位点。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程2、真核基因的调节蛋白、真核基因的调节蛋白还还有有蛋蛋白白质质因因子子可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺式作用顺式作用。由由某某一一
15、基基因因表表达达产产生生的的蛋蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程cDNAaDNA反式调节反式调节C顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质CBA mRNA蛋白质蛋白质AA石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合。通通常常是是非非共共
16、价价结结合合，被被识识别别的的DNA结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全对称结构。全对称结构。绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNA前前，需需通通过过蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，形形成成二二聚聚体体(dimer)或或多聚体多聚体(polymer)。3.DNA-蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质-蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程4.RNA聚合酶聚
17、合酶 原核启动序列原核启动序列/真核启动子与真核启动子与RNA聚合酶聚合酶活性活性 RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。聚合酶与其的亲和力，影响转录。调节蛋白与调节蛋白与RNA聚合酶活性聚合酶活性一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号刺刺激激下下表表达达，然然后后通通过过DNA-蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作用影响作用影响RNA聚合酶活性。聚合酶活性。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程三、原核基因表达调控三、原核基因表达调控Regulation of Prokaryotic Gene Expression石河子大学研究生生物化学与分子生物学精
18、品课程调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始（一）原核基因转录调节特点（一）原核基因转录调节特点1、因子决定因子决定RNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性2、操纵子模型的普遍性、操纵子模型的普遍性3、阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性、阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（二）乳糖操纵子调节机制（二）乳糖操纵子调节机制1、乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA石河子大学研究
19、生生物化学与分子生物学精品课程Lac operon石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时2 2、阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程Lac operon石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程+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，cAM
20、P浓度低时浓度低时3、CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程4 4、协调调节协调调节当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，CAP对对该该系系统统不不能能发挥作用；发挥作用；如如无无CAP存存在在，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵序序列结合，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若若有有葡葡萄萄糖糖或或葡葡萄萄糖糖/乳乳糖糖共共同同存存在在时时，细细菌首先利用葡萄糖。菌首先
21、利用葡萄糖。葡葡萄萄糖糖对对 lac 操操纵纵子子的的阻阻遏遏作作用用称称分分解解代代谢阻遏谢阻遏(catabolic repression)。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程mRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 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-polOOOO石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程The regulation of lac operon by CAP,repressor,CAMP and inducer石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程Trp Trp 高时高时 Trp 低时低时 mRNA
22、 OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 （三）色氨酸操纵子调节机制（三）色氨酸操纵子调节机制转录衰减转录衰减色氨酸操纵子色氨酸操纵子石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程Trp operon石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程衰减子（衰减子（A A）是）是Trp operonTrp operon的第二控制系统。的第二控制系统。第二控制系统实验证据提示：第二控制系统实验证据提示：Trp operonTrp operon酶本底只有酶本底只有1/701/70，Lac operonL
23、ac operon为为1/10001/1000，说明，说明Trp operonTrp operon的阻遏要比的阻遏要比Lac operonLac operon低得多，但低得多，但仍可以满足细菌适应生存的需要，说明仍可以满足细菌适应生存的需要，说明TrpTrp存在存在第二控制系统。第二控制系统。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程衰减子前导肽（aL）及其空间结构特点aL离离E基因上游约基因上游约3060bp有有4个个GC特征的片段，其后是特征的片段，其后是8个个U，是不依赖，是不依赖因子的终止子，因子的终止子，终止作用有赖于前面片段发夹结终止作用有赖于前面片段发夹结构形成情况。构形成情况
24、。当当Trp，片段，片段3,4形形成发夹结构，转录终止。成发夹结构，转录终止。有有2个串联个串联UGG（Trp密码子）密码子）全长多顺反子全长多顺反子6700bp。空 间 结 构特特 点点DNARPO aL EBCDA aLmRNAL肽UGGUGG1234位于第60位核苷酸-Trp-Trp-石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程UUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构 第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa14aa前导肽编
25、码区前导肽编码区:包含序列包含序列1 1 形成发夹结构能力强弱：形成发夹结构能力强弱：序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密码子密码子 UUUU石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程UUUU34UUUU 334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1.1.当色氨酸浓度高时当色氨酸浓度高时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNA UUUU 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 终止终止石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程UUUU342423UUUU核糖体核糖体
26、 前导肽前导肽 前导前导mRNA 15 trp 密码子密码子 结构基因结构基因前导前导DNA RNA RNA聚合酶聚合酶 2.2.当色氨酸浓度低时当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（四）（四）基因重组基因重组沙沙门门菌菌鞭鞭毛毛素素基基因因的的调调节节 H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白 Hin重组酶重组酶转位片段转位片段hinH2IH1 H1鞭毛素鞭毛素hinH2IDNA启动序列启动序列H1启动序列启动
27、序列石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（五）（五）SOS反应反应 SOS基因基因紫外线紫外线激活激活Rec ALex A阻遏蛋白阻遏蛋白 与与DNA 损伤修复有损伤修复有关的酶和蛋白质关的酶和蛋白质基因基因表达表达Lex A阻遏蛋白阻遏蛋白操纵序列操纵序列DNA石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（五）（五）SOS SOS反应反应石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程(六）原核生物翻译水平的调控六）原核生物翻译水平的调控Gene Expression of Translational Level Regulation in Prokaryote石河子大学研究生生物化学与
28、分子生物学精品课程 翻译水平的调控 转录是原（真）核基因调控的重要水转录是原（真）核基因调控的重要水平，由于原核生物没有核膜，转录翻译同平，由于原核生物没有核膜，转录翻译同时进行，所以转录后调控余地不大。翻译时进行，所以转录后调控余地不大。翻译是原核生物基因表达调控的另一个重要层是原核生物基因表达调控的另一个重要层次。次。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程1 1、SDSD序列对翻译的影响序列对翻译的影响 A.SD A.SD序列（序列（SD Sequence,SDsSD Sequence,SDs）概念）概念 原核生物原核生物mRNAmRNA起始密码子起始密码子AuGAuG上游上游3-1
29、0bp3-10bp处有处有1 1个个RbSRbS称为称为SDSD序列。序列。（1 1）种类）种类不同基因有不同的不同基因有不同的SDsSDs，其一致序列为，其一致序列为AGGAGGAGGAGG，从而控制单位时间起始复合物形成的数目，从而控制单位时间起始复合物形成的数目，最后控制翻译产物的数量。最后控制翻译产物的数量。（2 2）位置）位置mRNAmRNA起始密码子起始密码子AuGAuG上游上游4-13bp4-13bp处，与处，与AuGAuG间隔间隔4-13bp4-13bp。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程1 1、SDSD序列对翻译的影响序列对翻译的影响 （3 3）碱基特点）碱基特点富
30、含富含A A，与核糖体小亚基，与核糖体小亚基16SRNA16SRNA端富含端富含U U序列互补，被其识别与结合，序列互补，被其识别与结合，mRNAmRNA转录不久，转录不久，即被之结合、翻译。即被之结合、翻译。（4 4）多顺反子）多顺反子编码多个蛋白质，每编码多个蛋白质，每1 1个编码区个编码区前都有前都有1 1个个AuGAuG和和SDSD序列，多个核糖体与序列，多个核糖体与SDsSDs结合将蛋白结合将蛋白质分别译出来。质分别译出来。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程B.SDB.SD序列对翻译水平的影响序列对翻译水平的影响 （1 1）SDsSDs与与AuGAuG距离长短的影响距离长短
31、的影响 据认为此距据认为此距离是影响翻译效率主要因素。例，重组离是影响翻译效率主要因素。例，重组IL-2IL-2，PlacPlac的的SDsSDs距距AuG 7AuG 7个核苷酸，个核苷酸，IL-2IL-2表达最高，距表达最高，距8 8个核苷酸，个核苷酸，IL-2IL-2表达降低表达降低500500倍。倍。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程B.SDB.SD序列对翻译水平的影响序列对翻译水平的影响（2 2）SDsSDs组成与一致序列差异的影响组成与一致序列差异的影响 Plac3 Plac3种种酶翻译合成比例为酶翻译合成比例为1:0.5:0.21:0.5:0.2，这种现象反映，这种现象反
32、映 SDsSDs与一致序列差异导致核糖体结合速率有快有与一致序列差异导致核糖体结合速率有快有慢慢 密码子对应密码子对应tRNAtRNA太少，等待运输周转。太少，等待运输周转。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程C.mRNAC.mRNA二级结构隐蔽二级结构隐蔽SDSD序列的作用序列的作用 SDs SDs存在存在mRNAmRNA的二级结构发夹（茎环）中，受到了的二级结构发夹（茎环）中，受到了隐蔽隐蔽核糖体无法靠近与之结合，只有打开二级结构，核糖体无法靠近与之结合，只有打开二级结构，暴露位点、方可结合。暴露位点、方可结合。例例:红霉素抗性菌有红霉素抗性菌有1 1个质粒个质粒omrc 该质粒可
33、以编该质粒可以编码使码使23srRNA甲基化酶甲基化酶(红霉素甲基化酶红霉素甲基化酶(erythromycin methylase)使使2323srRNA2057-20602057-2060位位GAAG的的A A甲基化，甲基化，阻止红霉素结合阻止红霉素结合。（红霉素通过该。（红霉素通过该位点结合于核糖体）位点结合于核糖体）,抑制蛋白质合成。红霉素甲基化抑制蛋白质合成。红霉素甲基化酶可使核糖体对红霉素产生抗性。酶可使核糖体对红霉素产生抗性。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程C.mRNAC.mRNA二级结构隐蔽二级结构隐蔽SDSD序列的作用序列的作用（1 1）amrc翻译起始区有一个反向
34、重复顺序翻译起始区有一个反向重复顺序，其上游先，其上游先导肽也有一个反向重复序列，类似导肽也有一个反向重复序列，类似Trp operon的前导的前导肽，能形成转录衰减子发夹结构，称为翻译弱化子。肽，能形成转录衰减子发夹结构，称为翻译弱化子。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（2 2）红霉素甲基化酶基因、）红霉素甲基化酶基因、mRNA与前导肽对应空间结构与前导肽对应空间结构前导肽前导肽 mRNA1.2,2.3,3.4,4.3片片段可以互补形成发夹结构段可以互补形成发夹结构SD1前导肽核糖体结合位点前导肽核糖体结合位点SD2红霉素甲基化酶核糖体红霉素甲基化酶核糖体结合位点结合位点DNAa
35、mrCLmRNAmRNA前导前导肽肽SD1123 SD24红霉素甲基化酶红霉素甲基化酶前导肽前导肽石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程红霉素红霉素前导肽前导肽4 4个片形成二级结个片形成二级结构情况构情况甲基化酶生甲基化酶生成情况成情况23srRNA23srRNA甲基化与红甲基化与红霉素抗性霉素抗性无无前导肽正常翻译，正常前导肽正常翻译，正常释出片段释出片段1 1、2 2，3 3、4 4形形成发夹结构成发夹结构隐匿隐匿SDSD2 2核糖体元法核糖体元法靠近不能译靠近不能译出红霉素甲出红霉素甲基化酶基化酶无无23srRNA23srRNA甲基化无甲基化无红霉素抗性红霉素抗性有有红霉素结合核
36、糖体使之红霉素结合核糖体使之滞留于前导肽，片段滞留于前导肽，片段1.21.2，2.32.3、成发夹，、成发夹，3.43.4不不能成发夹，暴露能成发夹，暴露SDSD2 2核糖体结合，核糖体结合，译出红霉素译出红霉素甲基化酶甲基化酶23srRNA23srRNA甲基化，抗甲基化，抗红霉素红霉素石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程 当当23srRNA23srRNA全部甲基化后全部甲基化后核糖体不再结合红核糖体不再结合红霉素霉素顺利译出先导肽顺利译出先导肽隐匿隐匿SDSD2 2 核糖体无法靠核糖体无法靠近近不再译出甲基化酶。不再译出甲基化酶。甲基化酶可能有本底水平，甲基化酶可能有本底水平，当有红
37、霉素时，可使甲基化酶大量表达。当有红霉素时，可使甲基化酶大量表达。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程2 2、mRNAmRNA的稳定性的稳定性 A.A.细菌基因调控细菌基因调控3 3要素要素转录起始、终止和转录起始、终止和mRNAmRNA的快速转换的快速转换 mRNA mRNA快速转换即旧快速转换即旧mRNAmRNA快速降解，新快速降解，新mRNAmRNA快速合快速合成，这是细菌快速适应环境在成，这是细菌快速适应环境在mRNAmRNA的具体体现。的具体体现。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程B.mRNAB.mRNA降解速度的影响因素（一级结构和空间结构）降解速度的影响因素（一
38、级结构和空间结构）不同不同mRNAmRNA降解速度不同，降解作用不是随机的，降解速度不同，降解作用不是随机的，长长mRNAmRNA不一定较短不一定较短mRNAmRNA稳定性差。稳定性差。（1 1）生理状况）生理状况、环境因素均影响、环境因素均影响mRNAmRNA的降解，但的降解，但最重要的是：最重要的是：石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程 （2 2）mRNAmRNA的一级结构和二级结构的一级结构和二级结构降解降解mRNAmRNA的的内切酶主要是：内切酶主要是：RNaseRNase（识别特殊发夹结构），该（识别特殊发夹结构），该酶降解片段再被其它核酸酶降解（如酶降解片段再被其它核酸酶降
39、解（如33外切核酸酶，外切核酸酶，RNaseRNase）。目前所知，）。目前所知，mRNA mRNA 终止子（尤是不依赖终止子（尤是不依赖因子终止子）或类似的发夹结构都可以不同程度阻碍因子终止子）或类似的发夹结构都可以不同程度阻碍RNaseRNase对对mRNAmRNA的降解。的降解。（3 3）原核）原核mRNAmRNA半寿期多为半寿期多为2-3min2-3min，降解，降解NTPNTP用于用于新的新的mRNAmRNA合成。决定合成。决定mRNAmRNA寿命的许多因素都影响到基寿命的许多因素都影响到基因表达。因表达。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程3 3、翻译产物对翻译的调控（蛋白
40、质合成的自体调控）、翻译产物对翻译的调控（蛋白质合成的自体调控）有些有些mRNAmRNA编码的蛋白质，本身就是蛋白质翻译过程编码的蛋白质，本身就是蛋白质翻译过程中发挥调节作用的因子，这些因子对自身翻译也起调控中发挥调节作用的因子，这些因子对自身翻译也起调控制作用。制作用。A.A.核糖体蛋白核糖体蛋白 （1 1）核糖体是）核糖体是1 1座合成蛋白质流动工厂座合成蛋白质流动工厂，沿，沿mRNAmRNA移动移动 快速合成蛋白质。核糖体由快速合成蛋白质。核糖体由rRNArRNA为骨架与核糖体蛋白组为骨架与核糖体蛋白组成。成。EcoliEcoli核糖体蛋白质有核糖体蛋白质有5555种，（大亚基种，（大亚
41、基3434，小亚基，小亚基2121），核糖体是细菌细胞重要成份之一。），核糖体是细菌细胞重要成份之一。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程 （2 2）细菌中）细菌中5050余种核糖体蛋白质，基因分布在不同余种核糖体蛋白质，基因分布在不同的操纵子中的操纵子中，合成这些蛋白质，速率是与细胞增殖适，合成这些蛋白质，速率是与细胞增殖适应的，受生长条件营养环境影响。应的，受生长条件营养环境影响。（3 3）实验证明，这些操纵子转录水平是可调控的，）实验证明，这些操纵子转录水平是可调控的，但核糖体蛋白合成的控制主要在翻译水平。因为加入但核糖体蛋白合成的控制主要在翻译水平。因为加入额外操纵子于细菌，额
42、外操纵子于细菌，mRNAmRNA增加，而核糖体蛋白质并不增加，而核糖体蛋白质并不增加。增加。（4 4）每）每1 1个个operonoperon转录的转录的mRNAmRNA编码蛋白中的一种编码蛋白中的一种（或（或2 2种蛋白质复合体）种蛋白质复合体）可以结合到多顺反子上游的可以结合到多顺反子上游的1 1个特定部位，阻止核糖体结合和起始翻译。个特定部位，阻止核糖体结合和起始翻译。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程B.B.翻译终止子翻译终止子RFRF2 2合成的自体调控合成的自体调控（1 1）终止密码和释放因子（终止子）终止密码和释放因子（终止子）无论原核、真核都有无论原核、真核都有3 3
43、种终止码：种终止码：UAGUAG、UGAUGA和和UAAUAA 没有没有1 1种种tRNAtRNA与终止码作用，而是由特殊的蛋白与终止码作用，而是由特殊的蛋白因子促成终止作用，这类蛋白因子称做释放因子，也因子促成终止作用，这类蛋白因子称做释放因子，也有称翻译终止子。有称翻译终止子。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程原核有原核有3 3种释放因子种释放因子 RF RF1 1 识别识别UAAUAA、UAGUAG RF2 RF2 识别识别UAAUAA、UGAUGA RF RF3 3 能刺激能刺激RFRF、RFRF2 2的活性。的活性。真核只有真核只有1 1种，即种，即eRFeRF。石河子大学
44、研究生生物化学与分子生物学精品课程（2 2）RF2 mRNARF2 mRNA的移框窗口及其附近结构的移框窗口及其附近结构 阅读框（阅读框（reading-framereading-frame）也称读码。也称读码。mRNAmRNA核苷核苷酸序列中，酸序列中，3 3个核苷酸为个核苷酸为1 1组（称为密码子），由核糖组（称为密码子），由核糖体进行翻译。每个密码子代表蛋白质合成中单个氨基体进行翻译。每个密码子代表蛋白质合成中单个氨基酸，阅读框规定了酸，阅读框规定了3 3个核苷酸组成个核苷酸组成1 1个密码子，这是由个密码子，这是由起始密码子起始密码子AUGAUG决定的。例如决定的。例如AUG CCA
45、AAA UUU CCCAUG CCA AAA UUU CCC可可以读成以读成AUG/GCA/AAA/UUU/CCCAUG/GCA/AAA/UUU/CCC，而不会读，而不会读A/UGG/CAA/AAU/UUC/CCA/UGG/CAA/AAU/UUC/CC。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程开放阅读框（开放阅读框（open reading-frameopen reading-frame）没有终止密没有终止密码子打断的阅读，通常是从码子打断的阅读，通常是从DNADNA（不是（不是RNARNA）顺序推论）顺序推论出开放阅读框的存在。出开放阅读框的存在。基因密码阅读的基因密码阅读的3 3个特点
46、个特点每个基因都有特定的阅读框每个基因都有特定的阅读框（如组蛋白），阅读必（如组蛋白），阅读必须从第须从第1 1个密码子开始到最后个密码子开始到最后1 1个密码子结束。个密码子结束。阅读是不停顿的阅读是不停顿的，停顿只能合成肽而不是蛋白质。，停顿只能合成肽而不是蛋白质。（学理发）（学理发）阅读（阅读（mRNAmRNA）方向）方向5353，合成肽链方向氨基端，合成肽链方向氨基端羧基端羧基端，而不能反之。，而不能反之。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程mRNA 5 AUGGGG UAU CUU UGAC UAC GAC 3合成肽链方向合成肽链方向 NH2 Gly Tyr Leu Asp-
47、Tyr-Asp-COOH 前面前面25个氨基酸个氨基酸 后面后面315个氨基酸个氨基酸(AA)RF2mRNA移框窗口及其结构移框窗口及其结构 移框窗口（转换区）移框窗口（转换区）至少至少15个核苷酸才能发生移框个核苷酸才能发生移框23 24 25 26 27 28石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程RF2RF2是由是由340340氨基酸组成的蛋白质，它的密码子并不处于同氨基酸组成的蛋白质，它的密码子并不处于同1 1个阅读框中，前个阅读框中，前2525个个AAAA处于处于AUGAUG所在阅读框中，后所在阅读框中，后315AA315AA处于处于（+1+1）另）另1 1阅读框中。阅读框中。R
48、F2 RF2整个阅读框分成整个阅读框分成2 2个阅读框，中间多了个阅读框，中间多了1 1个个U U，U U与第与第2626个个AAAA（ASPASP）密码子的前）密码子的前2 2个核苷酸构成了个核苷酸构成了RF2RF2识别的终止码识别的终止码UGAUGA，而且是前框（，而且是前框（2525个个AAAA）同框终止密码子。）同框终止密码子。移框窗口至少含移框窗口至少含1515个核苷酸。个核苷酸。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程 RF RF2 2合成的自体调控合成的自体调控 细胞内细胞内RFRF2 2供应充足时供应充足时当核糖体当核糖体A A位到达第位到达第2525个密码子后面的个密码子
49、后面的UGAUGA时时RFRF2 2就促成了肽链合成终止。就促成了肽链合成终止。RFRF2 2 RF RF2 2mRNAmRNA译至第译至第2525个个AA AA 在其后在其后UGAUGA处处将不成熟的肽释放。将不成熟的肽释放。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程胞内缺乏胞内缺乏RFRF2 2核糖体向前滑动核糖体向前滑动1 1个核苷酸（个核苷酸（U U）即移框作用即移框作用继续合成第继续合成第2525个个AA AA 直到最后的终直到最后的终止码止码UAG UAGUAG UAG由另由另1 1个释放因子个释放因子RFRF1 1识别并促使识别并促使RFRF2 2肽链的释放。肽链的释放。移框作
50、用如此精细的自体调控机制目前仍不清楚移框作用如此精细的自体调控机制目前仍不清楚，可能与前面可能与前面2525肽的结构有关。肽的结构有关。石河子大学研究生生物化学与分子生物学精品课程（1）低渗低渗omPR Pr.omPF 。omPComPC基因关闭。基因关闭。（2）高渗高渗变构变构OmPR PrOmPR Pr.Ompc ompc mRNA ompc Pr.micF（3 3）micFmicF能与能与ompF mRNAompF mRNA前导序列（前导序列（L L）中的）中的4444个核苷酸（包括个核苷酸（包括SDsSDs）及编码区（包括起始码及编码区（包括起始码AUGAUG）形成杂合双链，）形成杂合