簡介
當細菌發現它們自己生長在飢餓的條件下，缺乏維持蛋白質合成的胺基酸時，它們將大部分活性區域都關閉掉。此就稱為嚴緊反應(stringent response)，這是它們抵禦不良條件，保存自己的一種機制。細菌通過僅僅維持最低量的活性來節約其資源，直到條件改善時，它們又恢復活動，所有代謝區域也都活躍起來。
導致後果
嚴緊反應導致rRNA和tRNA合成大量減少（10-20倍），使RNA的總量下降到正常水平的5-10%，部分種類的mRNA的減少，導致mRNA總合成量減少約3倍。而蛋白質除解的速度增加,很多代謝進行調整，顯然核苷酸，碳水化合物，肽類等的合成都隨之減少。
嚴緊反應導致兩種特殊核苷酸積聚：(1)ppGpp—四磷酸鳥苷（在G的5'和3'位點各附著兩個磷酸）;(2) pppGpp—五磷酸鳥苷（鳥苷5'一三磷酸-3'二磷酸）。
人們最初發現細菌在胺基酸飢餓時，出現兩種特殊的核苷酸，其電泳的遷移率和一般的核酸不同，感到很奇怪，就稱之為“魔斑Ⅰ”和“魔斑Ⅱ”，後來發現魔斑Ⅰ便是ppGpp，魔斑Ⅱ是pppGpp。
這些鳥苷是典型的小分子效應物，預期它們的功能是和靶蛋白結合改變它們的活性，有時它們被稱為（p）ppGpp。（p）ppGpp的功能是調節細胞活性大分子的協調性。它們的產物是由兩種途徑來控制的。在嚴峻的條件下嚴緊反應可以觸發(p)ppGpp的增加。一些未知因素的調節也會出現（p）ppGpp水平與細菌生長速度之間的反向協調。
任何一種胺基酸的缺乏或使任何氨基醯-tRNA合成酶的失活突變都足以起始嚴緊反應，此表明嚴緊反應的觸發器是位於核糖體A位點中的空載tRNA。當然在正常條件下僅有胺基酸-tRNA在EE-Tu的作用下位於A位點。但當胺基酸-tRNA對一個特殊的密碼子不能作出有效反應時，空載tRNA便能得以進入，當然這就阻斷了核糖體的進程，而觸發了一個空轉反應（idiling reaction）。
通過空轉反應產生（p）ppGpp的有關成分已通過鬆弛型突變（relaxed(rel)mutants）被鑑別出來。rel突變能去除嚴緊反應。這樣胺基酸的飢餓便不會導致合成任何穩定的RNA或者通常見到的各種其它的反應。
鬆弛突變大部分基因位點位於relA基因中，此基因編碼一種蛋白，稱為嚴緊因子（stringent factor）。此因子和核糖體結合，雖然它的總量較低－每200核糖體低於1分子的嚴緊因子。因此似乎只有在核糖體少量存在時才能產生嚴緊反應。
從嚴緊反應中分離的核糖體在體外能合成ppGpp和pppGpp。A位點是通過一個空載tRNA對密碼子的特異反應所提供的。從鬆弛突變體中提取的核糖體不能執行嚴緊反應，但若有嚴緊因子存在它們是能合成(p)ppGpp的。
（p）ppGpp的合成途徑，嚴緊因子（RelA）是一種（p）ppGpp的合成酶，它可以催化ATP將焦磷酸加到另一個GTP或GDP的3'位點。
當條件恢復到正常時，ppGpp怎樣被去除的呢？有一個基因叫做spoT，它編碼一種酶，主要的作用是催化ppGpp的降解。這種酶的活性導致ppGpp迅速降解其半衰期為20秒左右，因此(p)ppGpp合成結束時，嚴緊反應很快就消除。spoT突變會提高ppGpp的水平，並會慢慢增加。
RelA酶用GTP作為底物的頻率是較高的，所以pppGpp的產生是占優勢的。但pppGpp可以通過各種酶轉化為ppGpp，其中翻譯因子EF-Tu和EF-G是可以去磷酸化的。通過pppGpp產生ppGpp是最通用的路線，而ppGpp通常就是嚴緊反應的效應物。
核糖體對空載tRNA進入的反應與正常蛋白質合成的比較。當ET-Tu將胺基酸tRNA放在A位點時肽鏈隨著核糖的移動而合成；但是當空載tRNA在A位點與密碼子配對時，核糖體仍保持不動，並進行了空轉反應。
提純的RelA酶它本身實際是沒有活性的。而在核糖體存在時它才有活性。它的活性是由核糖體在合成蛋白中的狀態所控制的。此控制的特點是通過另一個位點的鬆弛突變而顯示，此突變原來稱為relC，現在弄清楚它就是編碼50S亞基L11蛋白的rp1K基因。
此蛋白位於A位點和P位點的附近，它在此位置對合適的配對作出反應，空載tRNA是在A位。L11蛋白或某些其它成分構象的改變可能激活RelA酶，這樣空轉反應就代替了肽醯-tRNA的轉位。
（p）ppGpp合成的每條途徑都觸發空載tRNA從A位點釋放出來，因此（p）ppGpp的合成是一種對空載tRNA水平的持續反應。在飢餓條件下，當氨基醯-tRNA不能對A位點的密碼子作出有效反應時，核糖體便停滯不前。空載tRNA的進入，觸發了(p)ppGpp分子的合成。並將空載tRNA排出，使A位重新空出來。核糖體是恢復多肽的合成，還是進行另一輪的空轉反應,關鍵是取決於氨基醯-tRNA是否有效。
ppGpp有什麼作用呢？它是一系列反應的效應物，包括抑制轉錄。許多反應已被報導，其中2個較為突出：（1）rRNA操縱子的啟動子其轉錄起始被嚴緊反應特異抑制了。嚴緊調節的啟動子發生突變能消除嚴緊控制，表明此效應需要和特異啟動子順序相互作用；（2）很多或大部分模板的轉錄延伸階段被ppGpp縮短了，此是RNA聚合酶停頓的增加而引起的。此效應反應了在細胞內加入ppGpp時轉錄效率普遍下降。現在尚不清楚這種抑制的特異性，若不同的操縱子之間這種抑制的變化很大，某些操縱子抑制作用更為顯著的活，也是不足為奇的。
異常核苷酸在兩種控制系統中都能發揮作用是很有趣的現象。這兩種途徑的抑制對細菌來說是特異的。在營養缺乏時烏苷觸發了嚴緊反應。而在缺乏葡萄糖時，cAMP觸發碳源利用的轉換。
