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1、微生物第八章微生物第八章-228.2.1 基因表达的转录起始调控l需要始终维持一定水平的持家蛋白编码基因，表达不受调控，称为组成型表达（constitutive expression）；l大多数原核基因的表达都受到严格调控，以适应胞内外环境条件的变化，保证生命活动的有序进行；l转录起始调控：是最常见的基因表达调控方式，通过调节蛋白与调控元件结合，提高转录起始复合物的形成效率（激活、正控），或者降低转录起始复合物的形成效率（阻遏、负控），而实现调控；3456789调节蛋白的结构特点l调节蛋白一般都有两个功能区：DNA结合域（DBD）和效应物结合域，分别位于蛋白的C端和N端；l根据调节蛋白结构特点
2、和氨基酸序列的保守性而划分为不同的调节蛋白家族；10常见的调节蛋白结构类型螺旋-转角-螺旋结构（HTH）11调节蛋白的效应物l效应物（effector ）：能够与调节蛋白结合，而影响其与调控元件结合的小分子有机物或小分子蛋白；l效应物的类型：诱导物：与阻遏蛋白结合后，降低阻遏蛋白与调控元件的亲和力，促进基因表达；辅阻遏物：与阻遏蛋白结合后，提高阻遏蛋白与调控元件的亲和力，阻遏基因表达；激活物：与激活蛋白结合后，提高激活蛋白与调控元件的亲和力，促进基因表达；127.4.2 基因表达的转录终止调控l转录起始后，首先合成的mRNA 5端非编码区形成的二级结构（终止结构、抗终止结构），可以决定转录的暂
3、停、终止和继续延伸；l转录终止调控（transcription termination）：通过调节蛋白、或小RNA、或代谢中间物与mRNA 5端非编码区的RNA元件结合，调控其二级结构的形态，而实现对转录效率的控制，影响基因表达的效率，也称转录弱化（transcription attenuation）；13终止结构与抗终止结构l新合成的mRNA 5端非编码区，可以在紧随RNA聚合酶的后面形成类似终止子的二级结构（茎环结构），使RNA聚合酶-DNA复合物解离，转录终止；反之，则为抗终止结构，转录可以继续延伸；14B. subtilis 色氨酸操纵子表达的转录终止调控l调节蛋白为：trp RNA-
4、binding attenuation protein （TRAP）抗终止结构终止结构15核糖开关调控l核糖开关调控（Riboswitch gene regulation）：小分子代谢物直接作用于mRNA 5端非编码区内的受体（RNA元件），通过改变其二级结构，而决定转录的终止或延伸；168.2.3 E. coli 乳糖操纵子的表达调控机制l大肠杆菌乳糖代谢的调控现象：环境中不存在乳糖时，细胞不表达与乳糖代谢相关的酶；当环境中只有乳糖这一种碳源时，细胞表达相关的酶，能够吸收和利用乳糖；当环境中葡萄糖和乳糖共同存在时，细胞也不吸收、利用乳糖，而是优先吸收、利用葡萄糖；当葡萄糖耗尽时，才开始吸收、
5、利用乳糖；17E. coli 乳糖操纵子的结构l乳糖操纵子（lac operon）：大肠杆菌与乳糖代谢相关的三个酶的编码基因构成的一个操纵子；lacZ gene ：编码b-半乳糖苷酶（ LacZ ）；lacY gene：编码乳糖专一性运输蛋白（LacY）；lacA gene：编码半乳糖苷转乙酰基酶（LacA）l紧邻lac 操纵子上游的是阻遏蛋白编码基因（ lac I）18乳糖操纵子的启动子和调控元件l乳糖操纵子阻遏蛋白的调控元件（lacO）位于+1+21，是一段反相互补对称序列；19乳糖操纵子表达的负控机制l当缺乏乳糖时， Lac I与lacO结合，使RNA聚合酶-启动子开放转录起始复合物不能
6、有效形成；l被阻遏蛋白负控的乳糖操纵子表达效率极低，胞内的-半乳糖苷酶少于3个分子；20乳糖操纵子表达的诱导机制l当环境中有乳糖存在时，乳糖被异构为异乳糖；异乳糖作为诱导物与Lac I亲和力高，诱导Lac I从lacO上释放下来而与诱导物结合；这时，lac操纵子的阻遏被解除，转录可以起始；21乳糖操纵子表达的激活机制llac操纵子的表达同时还受正控调节，调节蛋白为分解代谢物激活蛋白（CAP），其效应物是环腺苷酸（cAMP），所以， CAP也称为cAMP 受体蛋白（CRP）；l当胞内cAMP水平升高时， 形成cAMP- CAP复合物， 然后结合到lac操纵子启动子上游-61bp附近的调节元件上，
7、提高RNA聚合酶对启动子的识别效率，促进lac操纵子的表达；22胞内cAMP水平响应环境葡萄糖浓度的变化l有葡萄糖存在时，葡萄糖分解代谢物水平升高，抑制AMP环化酶活性、激活cAMP水解酶活性、同时促进cAMP排出细胞外，则胞内cAMP浓度降低；l当葡萄糖缺乏时，情况相反，胞内 cAMP浓度升高；23乳糖操纵子表达调控的生理效应l没有乳糖时，lac 操纵子受LacI的负控，仅维持基础水平的表达，使细胞不浪费代谢资源；l只有乳糖时，lac 操纵子被诱导表达，同时，还被受cAMP-CAP的激活，表达水平为基础表达的1000倍，以充分保障细胞对碳源的需要；l既有乳糖又有葡萄糖时， lac 操纵子虽被诱导表达，但由于缺乏cAMP -CAP的激活，表达水平并不高，使细胞能够优先利用葡萄糖；24二次生长现象和葡萄糖分解代谢物阻遏作用l二次生长现象：E. coli生长在同时含有葡萄糖和乳糖两种碳源的培养基上，首先利用葡萄糖，完成一个生长周期；当葡萄糖被耗尽后， 再开始利用乳糖完成另一个生长周期，表现为二次生长；l葡萄糖分解代谢物阻遏作用（carbon catabolite repression ）：当葡萄糖与其它碳源共同存在时，细胞优先利用葡萄糖，并以胞内较高水平的葡萄糖分解代谢物作为效应物，激活阻遏蛋白，抑制利用其它碳源相关基因的表达，也称葡萄糖效应；
