前导序列某些区段富含GC，易形成发夹结构；
末端8个U构成不依赖于因子的终止信号，能使mRNA
合成提前终止； 前导序列RNA中编码了一段14个氨基酸的前导肽，其前 面有核糖体的强结合位点，在编码序列有一终止密码 子UGA； 前导序列中并列两个色氨酸密码子。
前导序列的二级结构与衰减子的构象：

Jacob and Monod
操纵子（Operon）：指细菌基因表达和调
控的单位，由功能上相关的基因形成一个 转录单元，并有一组共同的控制位点，包 括调节基因、启动子、操纵基因和结构基 因等序列组成。
Lac. Operon structure
一、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激 活蛋白） 的应答，可分为：
四、 乳糖操纵子的正调控

大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿 拉伯糖等作为碳源而生长繁殖，当培养基中含有 葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用葡萄糖，当葡萄 糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，才 能利用乳糖，
在操纵子的启动子上游端有一段序列，能与 cAMP- CAP特异结合，称为CAP结合位点, cAMPCAP与这段序列结合时，可增强RNA聚合酶的转录活性， 使转录提高50倍。
二、根据操纵子应答反应的性质，可将操纵子 分为可诱导的操纵子和可阻遏的操纵子两大类。
在可诱导的操纵子中，加入对基因表达有调节作用的小分
子后，则启动基因的转录。这种作用及其过程叫做诱导， 产生诱导作用的小分子物质叫做诱导物（inducer） ，如 代谢途径的底物。
在可阻遏的操纵子中，加入对基因表达有调节作用的小分
一些化学合成的乳糖类似物，不受－半乳糖苷酶的 催化分解，却也能与阻遏蛋白特异性结合使阻遏蛋白构象 变化，诱导lac操纵子的开放。 例 如 异 丙 基 硫 代 半 乳 糖 苷 (isopropylthiogalactoside，IPTG)就是很强的诱导剂,不被细菌代谢而十 分稳定。 X-gal（5-溴-4-氯-3-吲哚-β-半乳糖苷）也是一种人 工化学合成的半乳糖苷，可被－半乳糖苷酶水解产生兰 色化合物，因此可以用作 －半乳糖苷酶活性的指示剂。 IPTG和X-gal都被广泛应用在分子生物学和基因工程的工 作中。

细菌中的cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细 菌分解葡萄糖时，cAMP生成少,含量低；相反，当环境中 无葡萄糖可供利用时，cAMP含量就升高。
由于Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使 lac操纵子转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，必需同 时有CAP来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳 糖。lac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有葡 萄糖可供利用。通过这机制，细菌是优先利用环境中的葡萄 糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖。
第四节 原核基因表达的时序调控
一、 因子替换与基因转录调节
因子的负责识别启动子的保守序列，是转录起始需 要的因子。许多细菌能生产多种可取代的因子，以识别 不同的启动子。

大肠杆菌中的各种σ 因子比较
σ因子
σ70
编码基因
主要功能
参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的 调控
rpoD
σ54
σ38 σ32
原核基因的表达调控
基因表达包括转录和翻译过程。 基因的表达受内在因素调节控制，也受外界
环境的影响。
第一节 调控的类型与特点

细菌能随环境的变化，迅速改变某些基因 表达的状态，这就是很好的基因表达调控 的实验模型。 1961年法国巴斯德研究院的 Monod和 Jacob提出了著名的操纵子模型来解释 E.coil中蛋白质合成的遗传控制。
在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtills）中，普通因子 是 43，环境不适时，形成孢子，产生 F 和 别转录早期孢子形成基因和母细胞中的基因。
E
两种，分
芽孢菌的噬菌体SPO1的 因子：早期28， 中期33 和 34，又诱发后期的因子使寄主RNA聚合酶顺序性选择表达 噬菌体基因。
trp mRNA前导序列中有4段区域存在某种互补关系：
1-2区、2-3区、3-4区间都可进行局部氢键配对 1-2区，3-4区配对，构成不依赖于因子的终止信 号，这种结构称为trp操纵子衰减子，将造成转录 提前终止； 2-3区配对转录可继续进行。
•衰减子作用
当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNATrp
第三节 色氨酸操纵子
色氨酸是构成蛋白质的组分，一般的环境难以 给细菌提供足够的色氨酸，细菌要生存繁殖通常需 要自己经过许多步骤合成色氨酸，但是一旦环境能 够提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、 减少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负担。细菌 所以能做到这点是因为色氨酸操纵子。
一、操纵子结构
三、衰减子及其作用 实验观察表明：当色氨酸达到一定浓度、但 还没有高到能够活化调节蛋白使其起阻遏作用的 程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低， 而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。仔细研 究发现这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构 有关。
衰减子：提前终止转录，调节基因表达的功能区域。
在色氨酸操纵子与第一个结构基因trpE之间有 162bp的一段先导序列-trpL，实验证明当色氨酸达到 一定浓度时，RNA聚合酶的转录会终止在这里。
子物质后，则关闭基因的转录活性。这种作用及其过程叫 做阻遏，产生阻遏作用的小分子物质叫做（辅）阻遏物 （corepressor） ，如氨基酸、嘌呤或嘧啶等。
第二节 乳糖操纵子的转录调控 一、 模型的提出
没有乳糖时，与其分解代谢有关的β-半乳糖苷酶只有0.5-5
个分子/细胞； 有乳糖时，在2-3 分钟内开始出现β-半乳糖苷酶，很快达 到5000个分子/细胞。 酶的诱导现象是一种有效、经济的调控。Monod和Jacob 提出乳糖操纵子模型成功地解释了β-半乳糖苷酶诱导合成 的机理，于1965年获得Nobel奖。
三、乳糖操纵子负调控模型
当大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，调节基因在 其自身的启动子控制下，低水平、组成性表达产生阻遏蛋 白，lac操纵子处于阻遏状态。阻遏蛋白以四聚体形式与 操纵子ｏ结合，阻碍了RNA聚合酶与启动子的结合，阻止 了基因的转录起动。
当环境中有足够的乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合，使 阻遏蛋白的空间构像变化，四聚体解聚成单体，失去与操 纵区特异性紧密结合的能力，从而解除了阻遏蛋白的作用， 使－半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加1000倍。这就是 乳糖对lac操纵子的诱导作用
也少，由此推断，翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度 就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区，这 时的前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构， 所以转录可继续进行
当培养基中色氨酸浓度高时，核糖体可顺利通过两个相邻
的色氨酸密码子，在4区被转录之前，核糖体就到达2区， 这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎-环式的 终止子结构。
结构基因：trpE，trpD，trpC，trpB，trpA，分
别编码色氨酸合成过程中的五个酶。 调控区: 启动子、操纵基因、前导肽。 与trpO结合的阻遏蛋白由相距甚远的trpR编码。
二、色氨酸负调控系统
色氨酸操纵子属于一种可阻遏的负调控操纵子，即这种 操纵子通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏物）作用时 则关闭转录。细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型， 其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。
二、RNA聚合酶控制时序调控—T7噬菌体
第五节 Байду номын сангаас录后水平调控
一、翻译起始的调控
RBS（核糖体结合位点）：mRNA链上起始密码子
AUG上游的一段非翻译区。
RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始密 码子AUG之间的距离。
SD- 4-10（9）-AUG
二、稀有密码子对翻译的影响
大肠杆菌DNA复制时，合成冈崎片段的RNA引物是 由dnaG基因编码并由引物酶催化合成的。 dnaG基因中含有大量的稀有密码子，由于含有这些稀 有密码子的tRNA较少，使其翻译过程受阻，影响蛋白质 合成的总量。一些调节基因如LacI、TrpR等均属于此种 调节。
二、乳糖操纵子的结构
主要有上游的调控区和结构基因区。 调控区
结构基因区
I 调节基因 P 启动子 O 操纵基因 lac Z ------- β-半乳糖苷酶 lac Y ------- 透性酶 lac A ------- 转乙酰酶
操纵基因（operator,O）是指能被调节蛋白 特异性结合的一段DNA序列。 操纵基因常与启动子邻近或与启动子序列重 叠，当调节蛋白结合在操纵序列上，会影响其下 游基因转录的强弱。操纵序列并不是编码蛋白质 的基因，却是起着调控基因表达强弱的作用。
trpE—苏氨酸—苯丙氨酸—终止 ACU -- UUC -- UGA -- UGG -- CU AUG AUG – GCU 甲硫氨酸 -- 丙氨酸-- trpD
TrpB –谷氨酸- 异亮氨酸-终止
GAA -- AUC -UGA -- UGG -- AA AUG -- GAA 甲硫氨酸 – 谷氨酸–trpA
几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较
蛋白质 结构蛋白 σ亚基 DnaG蛋白 AUU/% 37 26 36 AUC% 62 74 32 AUA% 1 0 32
细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，高频率使用这些密码 子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。
三、重叠基因对翻译的影响
重叠基因：指多个基因的编码区重叠在一起， 通过不同的阅读方式可得到不同的蛋白质。
在调节蛋白质没有与目标序列结合时，基因表达；当调节
蛋白质与目标序列结合时，基因表达被关闭，这种控制系 统叫做负调控。负调控中的调节蛋白质称为阻遏蛋白 （repressor）。
在调节蛋白质没有与目标序列结合时，基因是关闭的；当