原核生物基因表达的调控1-4.docx

原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控可以在DNA复制、转录和翻译三个不 同层次进行表达调控其中，转录水平的调控是最主要的，也是最经 济，最有效的方式但转 录生成mRNA以后，再在翻译或翻译后水 平进行微调，是对转录调控的有效补充，例如:入噬菌体的后期基因 是长达26kb的一个片段，作为一个单位转录成多 顺反子mRNA然 而不同基因编码的蛋白质用量不同，相差可达千倍，这就需要通过翻 译再进行调节在翻译调控方面，mRNA的寿命、mRNA本身所形 成二 级结构都可影响到翻译的进行除此之外，有些基因的产物也 可通过与其mRNA的结合，控制这种蛋白质的继续合成，如释放因 子RF2和核糖体蛋白质的自体调控另外，在不良营养条件下，由 于氨基酸的缺乏，也可使细胞内蛋白质的合成受到抑制，出现严谨反 应总之，由于存在翻译水平的调控，使得原核牛物基因表达 调控 更加适应生物本身的需求和外界条件的变化翻译的过程可分为三种不同的阶段一起始，延伸和终止现在了解相 对较多的翻译水平的调控包括：mRNA翻译水平差异的调控，翻译起 始的调控，翻译阻遏作用，蛋白质合成的自体调控，反义RNA的作 用等几个方面1. mRNA翻译水平差异的调控mRNA的翻译能力主要受控于5’端的结合序列（SD序列）。

SD 序列是位于起始密码子上游约4〜7个核昔酸之前的一段富含卩票吟 的5・・・AGGAGG・・・3短小序列，它可以与16S rRNA 3・・・UCCUCC… 5’完全互补SD序列与16S rRNA 37端的相应序列配对对于翻译 的起始是很重要的强的控制部位造成翻译起始频率高，反之则翻译 频率低此外，mRNA采用的密码系统也会影响其翻译速度大多 数氨基酸由于密码了的简并性且具有不只一种密码了，它们对应的 tRNA的丰度也差别很大，因此采用常用密码子的mRNA翻译速度快, 而稀有密码子比例高的mRNA翻译速度慢多顺反子mRNA在进 行翻译时，通常核糖体完成一个编码区的翻译后即脱落和解离，然后 在下一个编码区上游重新形成起始复合物当各个编码区翻译频率 和速度不同时，它们合成的蛋白质质量也就不同了2. 翻译起始的调控遗传信息翻译成多肽链起始于mRNA上的核糖体结合位点（RBS）o所谓的RBS,是指起始密码子AUG游的一段 非翻译区 序列在RBS中有SD序列，长度一般为5个核昔酸，富含GA,该 序列与核糖体16S rRNA的3’端互补配对，促使核糖体结合到mRNA 上，有利于翻译的起始RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其 与起始密码AUG之间的距离。

SD与AUG之间相距一般以4〜10 个核苛酸为佳，9个核甘酸为最佳此外，mRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要因素因为核糖体 的30S亚基 必须与mRNA结合，才能开始翻译，所以要求mRNA5, 端要有一定的空间结构SD序列的微小变化，往往就会导致表达效 率上百倍甚至上千倍的差异，这是由于核甘酸的变化改变了形成 mRNA5‘端二级结构的自市能，影响了核糖体30S亚基与mRNA的 结合，从而造成了蛋口质合成效率上的差异3. 翻译阻遏作用组成核糖体的蛋白质共有50多种，它们的合成需要严格保持与 rRNA相适应的水平当有过量核糖体游离蛋白质存在时即引起它 自身以及有关蛋口质合成的阻遏这种在翻译水平上的阻遏作用称为 翻译阻遏对核糖体蛋白质起翻译阻遏作用的调节蛋白质均为能直接 和rRNA相结合的核糖体蛋白质，它们由于能和自身的mRNA起始 控制部位相结合,所以可以影响翻译的进行例如：在L11操纵子中, 起调节作用的为第二个蛋白质L1,它能与多顺反子mRNA的第一个编 码区（L11）的起始密码子邻近的部位结合，从而阻止核糖体起始翻 译利用这种机制可使核糖体蛋白质的合成与rRNA的合成直接相关联 我们可以设想，自身调节的核糖体蛋白质与rRNA的结合能力大于 和mRNA的结合能力。

因此，凡有核糖体蛋白合成岀来必定首先与 rRNA结合以装配成核糖体但是，一旦rRNA的合成变慢或停 止, 游离的核糖体蛋白质便会积累于是它们就可以与其自身的mRNA 结合，从而阻遏进一步的翻译该过程促进核糖体蛋白质维持在与 rRNA相应的水平上然而操纵子中另外的蛋白质则可按照其自身 需要的速度合成，而不受核糖体蛋白质翻译的束缚这就使同一操纵 子中的不同蛋白质以不同的水平适应于细胞的生长速 度4. RF2合成的自体调控RF2是原核生物中催化翻译终止作用的特殊蛋白质因子，它可识 别终止密码子UGA和UAARF2的结构基因一共编码340个氨基 酸，但其密码子并不连续排列，而是在第25位和26位密码子之间 多了一个U,这个U可以同第26位密码子头两个核莒酸组成终止密 码子UGA,而为RF2所识别在细胞内RF2充足的条件下，核糖 体A位进入到第25个密码子后的此UGA处便终止RF2的合成，释 放只有25个氨基酸的短肽，不具RF2的终止活性如果细胞内RF2 不足，核糖体就会 以+1的移码机制将第26位密码子译成天冬氨酸 (Asp),并完成整个RF2的翻译可见，RF2作为一个调节蛋白， 可根据自身在细胞内的丰欠程度决定其 翻译是连续还是半途而废。

5. 反义RNA的作用通常，人们认为基因表达的调控只是通过蛋白质与核酸的相互作 用而介导，使结构基因处于被阻遏或激活的状态近年 来，发现有 些RNA小分子也能调节基因表达这种RNA是独立合成的RNA片 段，它们可以通过碱基间的氢键作用与对应的RNA互补形成双链复 合物而影响RNA的正常修饰、翻译等过程，从而起到调控作用因 此，所谓反义RNA即是指能与所调控的RNA序列互补的RNA片段 反义RNA可以通过互补序列与特定的mRNA相结合，结合位置包 括mRNA结合核糖体的序列(SD序列)和起始密码子AUG从而 抑制mRNA的翻译从目前对原核细胞的研究，已经表明反义RNA的基本作用是通过碱 基配对与mRNA结合，形成二聚体，从而阻断后者的表达功能这 种作用的可能途径：第一是反义RNA与mRNA的SD序列或和编码 序列互补结合，形成RNA—RNA二聚体，使mRNA不能与核糖体结 合而阻止了翻译过程;第二是在复制水平上，反义RNA可与引物RNA 互补结合，抑制DNA复制，从而控制着DNA (如质粒ColEl)的复 制频率；第三，在转录水平上，反义RNA还可以与mRNA 57末端 互补结合，阻止完整的mRNA的转录。

6. Poly (A)对翻译的影响mRNA3‘端Poly (A)的长短对翻译效率也有很大影响在营养 丰富的培养基上，粘菌以营养生长为主，当营养不足或细胞密度过大 时，生长停止，开始一系列程序化的发育过程从生长到发育的关 键在于氨基酸饥饿以及细胞之间的相互作用粘菌进入发育阶段，有 多种多肽的合成速度迅速下降，但编码这几种多肽的mRNA的量并 不相应的减少营养细胞和发育早期细胞显著的不同是mRNA上核糖体多少和 mRNA上Poly (A)的长短营养细胞中90%以上的mRNA (包括 恒态和新合成的)以多聚核糖体形式存在，平均每条mRNA上有10~ 12个核糖体，横态mRNA链的3,末端平均有60〜65个腺昔酸，新 合成的mRNA链上则有110〜115个腺昔酸研究发育早期的细胞发 现，该生长期的mRNA中仅有30%以多聚核糖体的形式存在，每条 mRNA链上只有6〜8个核糖体和30个 左右的腺首酸所以，细胞中蛋白质合成旺盛时，mRNA链上核糖体数量就多，mRNA 链上的Poly (A)也较长当某些mRNA不再被翻译时，核糖体就 释放出来，其Poly (A)也相应的缩短。