轉錄終止調控
trp操縱子(色氨酸操縱子)轉錄終止的調控是通過弱化作用( Attenuation)實現的。在大腸桿菌trp operon,前導區的鹼基序列包括4個分別以1、2、3和4表示的片段,能以兩種不同的方式進行鹼基配對, 1 - 2和3 -4配對,或2 - 3配對, 3 - 4配對區正好位於終止密碼子的識別區。前導序列有相鄰的兩個色氨酸密碼子,當培養基中Trp 濃度很低時,負載有Trp 的tR2NATrp也就少,這樣翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就會很慢,當4區被轉錄完成時,核糖體滯留1區,這時的前導區結構是2 - 3配對,不形成3 - 4配對的終止結構,所以轉錄可繼續進行。反之,核糖體可順利通過兩個相鄰的 色氨酸密碼子,在4區被轉錄之前,核糖體就到達2區,這樣使2 - 3不能配對, 3 - 4 區可以配對形成終止子結構, 轉錄停止。
枯草桿菌的弱化作用
其色氨酸操縱子結構的特殊性,轉錄起始的調節似乎不如轉錄終止的調節更具重要性。枯草桿菌色氨酸操縱子表達主要受到色氨酸激活RNA結合蛋白( Trp -activated RNA - binding p rotein, TRAP)的調節。該蛋白與色氨酸結合被激活後,可與trpE上游轉錄產物結合, 導致轉錄終止。當色氨酸濃度較低時,TRAP失活,轉錄可以繼續,結構基因得以表達。另外枯草桿菌對未負荷 色氨酸的tRNATrp也很敏感,後者大量堆積, 會誘導合成抗TRAP 蛋白( anti -PRAP, AT) 。AT與Trp激活的PRAP結合,可以取消其轉錄終止活性。trpG表達也受PRAP調控,活化的TRAP與和trpG相重疊的S - D 序列結合,阻礙核糖體的結合,抑制trpG轉錄。
作用
弱化作用其實就是衰減作用。弱化子為衰減子
實驗觀察表明:當色氨酸達到一定濃度、但還沒有高到能夠活化R使其起阻遏作用的程度時,產生色氨酸合成酶類的量已經明顯降低,而且產生的酶量與色氨酸濃度呈負相關。仔細研究發現這種調控現象受轉錄弱化作用的調節。
在色氨酸操縱子Ptrp-O與第一個結構基因trpE之間有 一段162bp的前導序列構成弱化子區域(attenuator region),研究證明當色氨酸有一定濃度時,RNA聚合酶的轉錄會終止在這裡。這段序列能夠編碼14個胺基酸的短肽,其中有2個色氨酸相連,在此編碼區前有核糖體識別結合位點(RBS)序列,提示這段短序列在轉錄後是能被翻譯的。在衰減子區域的後半段有4個反向重複序列1、2、3、4,在被轉錄生成mRNA後它們兩兩能夠形成3個髮夾式結構(hairpin structure)(1-2、2-3、3-4),但由於序列2、3的重複使用,所以同時最多只能夠形成兩個髮夾式結構;如果序列1、2形成髮夾結構,那么序列2、3就不能形成髮夾結構, 有利於序列3、4生成髮夾結構;由於序列4後面緊跟一串A(轉錄成RNA就是一串U),所以由3、4形成的髮夾結構實際上是一個終止 結構,如果轉錄成mRNA時這個髮夾結構形成,就能使RNA聚合酶停止轉錄而從mRNA上脫離下來。
當色氨酸的濃度較高或很高時,核糖體能夠很快的通過序列1,並封閉序列2,這種與轉錄偶聯的過程導致序列3、4形成一個不依賴ρ因子的轉錄終止結構——弱化子(attenuator),使得前方的RNA聚合酶脫落,轉錄終止。當色氨酸缺乏時,沒有色氨醯-tRNA提供,核糖體的翻譯停止在序列1和2的色氨酸密碼子前,序列2、3得以形成髮夾式結構,阻止序列3、4形成弱化子結構,RNA轉錄繼續進行。因此轉錄衰減的實質是轉錄與一個前導肽翻譯過程的偶聯,它是原核生物特有的基因調控機制。
由此可見,先導序列起到隨色氨酸濃度升高降低轉錄的作用。在色氨酸操縱子中,對結構基因的轉錄阻遏蛋白的負調控起到粗調的作用,而弱化子起到細調的作用。細菌其他胺基酸合成系統的許多操縱子(如組氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等操縱子)中也有類似的弱化子存在。