1. 只有一种RNA多聚酶
识别原核细胞的启动子，催化所有的 RNA合成。 2. 以操纵子为单位
数个相关的结构基因与其调控区结合形 成一个表达的协同单位。
3. 转录和翻译偶联、连续进行。
Hale Waihona Puke 5’有意义链3’
3’
反意义链
5’
转录
5’
mRNA
3’
翻译
N
蛋白质
C
4. 不含内含子，缺乏转录后的加工系统。 5. 调控主要在转录水平上。 6. mRNA的核糖体结合位点
5-CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAA CT TCT TTCT-3 3-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAGAAAGA-5(模板)
转录↓
5-CCCACAGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUU-OH-3(RNA)
组成： 阻遏物作用区 CAP作用区 RNA聚合酶作用区
长度：
203bp的HaeIII片断 （包括β-半乳糖苷酶的前8个密码）。
IPTG =异丙基硫 代-β-D半乳糖
IPTG有毒、昂 贵，不理想。
（3）色氨酸启动子trp 来自大肠杆菌的色氨酸操纵子。
trpR P1 O trpE trpD P2 trpC trpB trpA
5. 防止外源基因产物对宿主细胞的毒害。
三、原核生物基因表达的调控
1. 启动子 是DNA上的能与RNA聚合酶结合并能起始 mRNA合成的序列。 （1） 启动子序列
大肠杆菌的所有启动子中都有两段一致 顺序（consensus sequence）。
-35 Box 和 -10 Box
consensus sequences
第五章 克隆基因的表达
一、基因表达：
遗传信息从 DNA到蛋白质 的传递过程— —中心法则 （central dogma）。
二、克隆基因的表达： 外源基因在宿主细胞中表达。
外源基因 表达载体
重组载体 提取蛋白
导入宿主细胞
在宿主细胞中 表达出蛋白质
宿主细胞： 原核细胞或真核细胞。
一、原核生物基因表达的特点
① -35box RNA聚合酶 亚基的识别位点 。 5’-TTGACA-3’
② -10box（Pribnow Box）
5’-TATAAT-3’
5’ TTGACA 17bp TATAAT 转录起始位点 核糖体结合位点
原核启动子共有序列的功能
（2）翻译的起始位点
①核糖体结合位点（ RBS） ribosome binding site
③应是可诱导型的 用温度或化学试剂诱导。
（2） 乳糖启动子lac
来自大肠杆菌的 乳糖操纵子。
用乳糖或其类似 物IPTG充当诱导 物，与阻遏蛋白 结合，解除抑制。
Plac O 目的基因
阻遏物与操纵基因结合
四聚体的 阻遏物
阻遏物与DNA的结合
①乳糖操纵子控制区的结构
“可移动的lac启动子小片断”
RNA折叠↓
mRNA折叠
C
UC
UG G—C
脱落
A—U
C—G
C—G
G—C
C—G
C—G G—C
RNA聚合酶
AA
CCCAC
UUUU—3
DNA
4. 翻译终止密码
大肠杆菌偏爱UAAU。一般安置上全部的三 个终止密码防止核糖体跳跃（skipping）。
5. 翻译增强子 Translation enhancer 能够显著增强外源基因在大肠杆菌细胞 中的表达效率的特殊序列。
trpR 阻遏蛋白基因；P1 启动子； P2
O 操纵基因； 衰减子
色氨酸操纵子
（P1是主要启动子，P2的作用只有3%。）
没有色氨酸时，阻遏蛋白不能与操纵基因 结合，能转录合成色氨酸所需要的酶。
trpR P1 O trpE trpD P2 trpC trpB trpA
转录
链 链
阻遏物
邻氨基苯甲 酸合成酶
2. RNA多聚酶
大肠杆菌只有一种类型的RNA多聚酶转录 tRNA，rRNA和mRNA。
（1）结构
全酶是一个5聚体，含有两个α小亚基，和2 两个大亚基（β和β′），一个σ亚基。
3. 转录终止子
在表达载体克隆位点的下游一般设计一 段转录终止子。
启动子 操纵子 S-D序列 目的基因 终止子
内终止子 intrinsic terminator：
1）Shine-Dalgarno（SD） sequence：
mRNA上与核糖体16sRNA结合的序列。 SD
mRNA 5’—AGGAGGU——AUG——
UCCUCCA 16S rRNA3’
S-D序列距离AUG的距离也影响翻
ii）起始密码：
位于SD序列下游。
AUG（91%） GUG（8%） UUG（1%）
Shine-Dalgarno（S-D）sequence:
含有一个启始密码子和一段同核糖体 16SRNA3’末端碱基互补的序列，叫ShineDalgarno（S-D）序列。
二、原核表达系统的注意事项 1. 外源基因不能带有内含子。 2. 必须用cDNA 3. 不能直接用真核基因组DNA。 4. 必须利用原核细胞的调控原件（启动子等）
吲哚甘油 硼酸合成酶
色氨酸 合成酶
分支酸 邻氨基 磷酸核糖基 苯甲酸 邻氨基苯甲酸
CDRP 吲哚甘 油-磷酸
色氨酸
有色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸结合后才 能与操纵基因结合，从而阻止色氨酸合成 酶类的转录（称为corepressor）。
trpR P1 O trpE trpD P2
结合 不转录
阻遏物 色氨酸
E.coli中促使转录终止的DNA位置有 一段反向回文顺序，其后紧接一串A， 称为内终止子，形成终止信号。
原因：
① 茎环结构 反向回文顺序被转录后，立即形成一个茎 环结构，使转录物与模板之间配对的碱基 数降低，整个减弱了RNA 与DNA的互作
② 多聚A/U
由于茎环3’段紧接一串A/U的配对，稳定性 比较差，有利于转录物脱落而不利于转录 延续。
T7噬菌体基因10前导序列（简称g10-L序列）; 大肠杆菌atpE基因mRNA5’-UTR中富含U的区段。
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6. 基因工程常用的原核启动子
（1）最佳启动子必须具备的条件
① 必须是一种强启动子 能使外源基因的蛋白产量达到细胞 总蛋白的10%-30%以上。
② 应呈现低水平的基础转录 便于表达毒性蛋白等。
trpC trpB trpA
用于表达载体的trp启动子一般只包含启动基因、 操纵基因、和部分trpE基因。
P1 O trpE 目的基因