原核生物转录起始调控

（一）参与原核生物转录起始调控的蛋白质

1．RNA－pol及σ因子　转录起始需要RNA－pol与特异的启动序列相结合。原核生物基因的启动子有强弱之分，不同启动子之间碱基序列的差异导致其与RNA－pol之间的亲和力不同，使该酶对不同基因的基础转录水平可相差1　000倍以上。σ因子是原核生物RNA－pol全酶的组成成分之一，主要参与RNA－pol对特异启动子的识别。目前在原核生物中发现了多种σ因子（通常根据其相对分子量来命名），它们能够根据细胞所处环境的变化，选择性地识别并激活不同基因的表达。如σ70参与绝大多数基因的转录表达；σ32和σ24与细菌热激应答所需基因表达相关；σ54则与细菌氮代谢相关基因的表达有关。

2．阻遏蛋白　阻遏蛋白能够与操纵子的操纵序列识别并结合，阻断基因的表达，起负调控作用。操纵序列通常与启动序列相邻或部分重叠，一旦该序列结合阻遏蛋白，则阻碍RNA－pol向下游移动，从而抑制基因的表达。一些特异的小分子诱导物可与阻遏蛋白结合并促使其构象改变，使其与操纵序列解离而不再发挥阻遏作用，从而启动转录。一般原核生物转录调控以负性调控为主。

3．激活蛋白　激活蛋白能够介导或促进特异基因的表达，常见的是分解代谢物基因激活蛋白（catabolite gene activator protein，CAP）。CAP结合位点位于特异基因启动序列上游，其序列常与启动序列重叠。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合并使之活化。活化的CAP与操纵子上的CAP结合位点结合后，促进RNA－pol与启动序列结合，增加其对启动子的亲和力，提高基因转录的速率。

（二）原核生物基因转录调控模式——操纵子

原核生物结构基因中，几种功能相关的基因往往串联排列，受同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子（operon），其表达产物为多顺反子，这是原核生物基因转录调控的主要模式。

1．操纵子的结构与功能　典型的操纵子可分为调控区和编码区两部分。调控区由各种调控元件所组成，而编码区则由若干编码基因串联在一起构成。调控区通常由3种调控元件组成（图9－24）：

图9－24　乳糖操纵子的结构

（1）调节基因：是阻遏蛋白或调节蛋白的编码基因。

（2）启动序列（promoter，P）：是RNA－pol识别与结合的部位。

（3）操纵序列（operator，O）：是阻遏蛋白或调节蛋白的结合位点。

2．乳糖操纵子及其调控机制　如图9－24所示，大肠杆菌乳糖操纵子（Lac operon）的调控区包括抑制基因（LacI），启动序列（P）和操纵序列（O），在启动序列上游，还有CAP结合位点。编码区则由3种与乳糖分解代谢相关的基因串联构成，包括β－半乳糖苷酶基因（Lac Z）、透酶基因（LacY）和乙酰基转移酶基因（Lac A）。

正常情况下，大肠杆菌主要利用葡萄糖作为碳源。此时，抑制基因表达的阻遏蛋白与操纵序列相结合，阻断了基因的表达。当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时，乳糖的分解产物别乳糖可作为诱导剂与阻遏蛋白结合，使其变构并与操纵序列解离，因此阻遏作用解除，基因开放，生成一系列分解乳糖的酶，使机体可以利用乳糖作为碳源（图9－25）。此外，由于葡萄糖浓度降低，细胞中cAMP浓度升高并激活CAP，活化的CAP与调控区的CAP结合位点结合后，促使RNA－pol与启动子结合，从而转录出带有3个酶基因的mRNA，为多顺反子。

图9－25　乳糖操纵子的调控模式图