Mindmap --- 转录后水平的调控

现代分子生物学 思维导图 — 原核生物基因表达调控之转录后水平的调控。

• 转录后水平的调控
  • 基因表达的转录调控是生物最经济的调控方式
  • 调控方式
    • mRNA自身结构元件对翻译起始的调控
      • 起始密码子的配对能力
      • 5’ 非编译区
        • RBS的结合强度取决于SD序列的结构及与AUG的距离。SD与AUG相距一般以4~10 核苷酸为佳,9核苷酸最佳。
        • mRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要因素。
      • 核糖开关（riboswitch）
        • mRNA一些非编码区的序列折叠成一定的构象
        • 转录水平的调控：主要是控制终止子和抗终止子的形成，达到调控的目的
        • 翻译水平的调控：控制剪切功能
    • mRNA稳定性对转录水平的影响
      • 所有细胞都有一系列的核酸酶用来清除无用的mRNA
      • 一个典型的mRNA半衰期为2- 3min。mRNA分子被降解的可能性取决于 其二级结构。
    • 调节蛋白的调控作用
      • mRNA特异性抑制蛋白通过与核糖体竞争性结合mRNA分子来抑制翻译的起始
      • 大肠杆菌中的核糖体蛋白就存在翻译抑制的现象
    • 反义RNA的调节作用
      • RNA调节是原核基因表达转录后调节的另一种重要机制
      • 反义RNA（antisense RNA）是与mRNA互补的RNA分子
      • sRNA
        • sRNA能与mRNA分子特异性的互补结合，从而抑制该mRNA的加工与翻译
        • sRNA的作用机制
          • sRNA直接作用于其靶mRNA的SD序列和(或)编码区,引起翻译的直接抑制或与靶 mRNA结合后引起该双链RNA分子对RNaseIII的敏感性增加,使其降解。
          • sRNA与mRNA的SD序列的上游非编码区结合,从而抑制靶mRNA的翻译功能。其作用机 制可能是sRNA与靶mRNA的上游序列结合后阻止了核糖体的结合。
          • sRNA可直接抑制靶mRNA的转录。
    • 稀有密码子对翻译的影响
      • 细胞可通过翻译调控不同蛋白含量的高低
      • 即使对于同一操纵子上不同的基因，其产物在数量上也可大不相同
      • dnaG 、 rpoD 及 rpsU 属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子,而这3个基因产物在 数量上却大不相同
    • 重叠基因对翻译的影响
      • 偶联翻译是保证两个基因产物在数量上相等 的重要手段。
      • trp 操纵子中，发现 trpE 基因的终止密码子和 trpD 基因的起始密码子共用核苷酸。
      • galT 的终止密码子与K的起始密码子相隔3个核苷酸,但K基因的SD序列却位于T基因 的终止密码子之前。
      • 当T翻译终止时,核糖体覆盖了SD序列和K基因的起始密码子, 还没有脱落就开始了K的翻译。
    • 翻译的阻遏
      • 在翻译水平上的蛋白质阻遏作用
      • 大肠杆菌RNA噬菌体Qβ，需要QβRNA复制酶作为翻译阻遏物进行调节
    • 细菌营养缺乏调控
      • 细菌在葡萄糖缺乏时可产生报警物质cAMP;可保证其利用其它糖类,如 lac (乳糖)操纵 子、 gal (半乳糖)操纵子和 ara (阿拉伯糖)操纵子等。
      • 细菌在饥饿条件下,缺乏各种氨基酸使得蛋白质合成受阻,将采取关闭大量的代谢过程来 抵御不良条件,保存自己的一种机制。
      • 当氨基酸缺乏时, tRNA成为空载体,就触发ATP和GTP合成一种新化合物,称为四磷酸 鸟苷ppGpp和pppGpp。在层析谱上检出这两种化合物的斑点,称为魔斑。
        • GTP+ATP → pppGpp+AMP→ppGpp
        • 空转反应:AA饥饿时,无负载的tRNA 进入核糖体的A位后,新肽键不能形成, 但GTP不断消耗
        • 空转反应导致信号分子的产生 ppGpp pppGpp
        • ppGpp的主要作用可能是影响RNA pol 与启动子结合的专一性,从而成为细胞内 严紧控制的关键。
        • ppGpp也可抑制核糖体和其它大分子的 合成,活化某些氨基酸操纵子的转录表达, 抑制与氨基酸运转无关的转运系统,活化 蛋白水解酶等。