Control of Gene Expression Bacteria have developed mechanisms to adapt的简体中文翻译

Control of Gene Expression Bacteria

Control of Gene Expression
Bacteria have developed mechanisms to adapt quickly and efficiently to changes and triggers from the environment. This allows them to coordinate and regulate the expression of genes for multicomponent structures or the enzymes of one or more metabolic pathways. For example, temperature change could signify entry into the human host and indicate the need for a global change in metabolism and up-regulation of genes important for parasitism or virulence. Many bacterial genes are controlled at multiple levels and by multiple methods.
A coordinated change in the expression of many genes, as would be required for sporulation, occurs through use of a different sigma factor for the RNA polymerase. This would change the specificity of the RNA polymerase and allow mRNA synthesis for the necessary genes while ignoring unnecessary genes. Bacteria might produce more than six different sigma factors to provide global regulation in response to stress, shock, starvation, or to coordinate production of complicated structures such as flagella.
Coordination of a large number of processes on a global level can also be mediated by small molecular activators, such as cyclic adenosine monophosphate (cAMP). Increased cAMP levels indicate low glucose levels and the need to utilize alternative metabolic pathways. Similarly, in a process called quorum sensing, when a sufficient number of bacteria are present and producing a specific small molecule, virulence and other genes are turned on. The trigger for biofilm production by Pseudomonas spp. is triggered by a critical concentration of N-acyl homoserine lactone (AHL) produced when sufficient numbers of bacteria (a quorum) are present. Activation of toxin production and more virulent behavior by Staphylococcus aureus accompanies the increase in concentration of a cyclic peptide.
To coordinate the expression of a more limited group of genes, such as for a specific metabolic process, the genes for the necessary enzymes would be organized into an operon. The operon would be under the control of a promoter or repressor DNA sequence that can activate or turn off the expression of a gene or a group of genes to coordinate production of the necessary enzymes and allow the bacteria to react to changes in concentrations of nutrients. The genes for some virulence mechanisms are organized into a pathogenicity island under the control of a single promoter to allow their expression under appropriate (to the bacteria) conditions. The many components of the type III secretion devices of E. coli, Salmonella, or Yersinia are grouped together within a pathogenicity island.
Transcription can also be regulated by the translation process. Unlike eukaryotes, the absence of a nuclear membrane in prokaryotes allows the ribosome to bind to the mRNA as it is being transcribed from the DNA. The position and speed of ribosomal movement along the mRNA can affect the presence of loops in the mRNA and the ability of the polymerase to transcribe new mRNA. This allows control of gene expression at both the transcriptional and translational levels.
Initiation of transcription may be under positive or negative control. Genes under negative control are expressed unless they are switched off by a repressor protein. This repressor protein prevents gene expression by binding to a specific DNA sequence called the operator, blocking the RNA polymerase from initiating transcription at the promoter sequence. Inversely, genes whose expression is under positive control are not transcribed unless an active regulator protein, called an apoinducer, is present. The apoinducer binds to a specific DNA sequence and assists the RNA polymerase in the initiation steps by an unknown mechanism.
Operons can be inducible or repressible. Introduction of a substrate (inducer) into the growth medium may induce an operon to increase the expression of the enzymes necessary for its metabolism. An abundance of the end products (co-repressors) of a pathway may signal that a pathway should be shut down or repressed by reducing the synthesis of its enzymes.
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基因表达控制<br>细菌已建立机制,以快速,高效地适应变化和环境的触发。这使他们能够协调和调节基因的多组分结构或一个或多个代谢途径的酶的表达。例如,温度变化,那么就意味着进入人类宿主,并指示在代谢和基因的上调对寄生或毒力重要的全球气候变化的需要。许多细菌基因在多个层面,并通过多种方法来控制。<br>在许多基因的表达的协同变化,因为将需要的孢子形成,发生通过使用一个不同的σ因子的用于RNA聚合酶。这将改变RNA聚合酶的特异性和允许mRNA合成为必要的基因而忽略不必要的基因。细菌可能会产生超过六个不同sigma因子响应于应力,冲击,饥饿提供全局调节,或以协调生产复杂的结构,例如鞭毛。<br>在全球范围内的大量过程的协调也可以用小分子活化剂,如环磷酸腺苷(cAMP)的介导。提高cAMP水平表示低血糖水平和利用替代代谢途径的需要。类似地,在一个称为群体感应过程中,当细菌的存在足够数量和产生特异性小分子,毒力和其他基因被导通。触发生物膜的生产由假单孢菌属。由N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)的临界浓度触发时产生菌的足够数量(定额)都存在。毒素产生和更致命的行为由金黄色葡萄球菌的激活伴随在环肽的浓度的增加。<br>为了协调基因,如针对特定代谢过程的更有限的组的表达,进行必要的酶的基因将被组织成一个操纵子。该操纵子将是可以激活或关闭基因的或表达的一组基因,以协调生产所需的酶和允许细菌到的变化作出反应的营养物质的浓度的启动子或阻抑物的DNA序列的控制之下。对于某些毒力机制的基因在单一启动子的控制下,组织成一个致病岛,以允许它们的表达在适当的(对细菌)的条件。大肠杆菌,沙门氏菌,耶尔森氏菌或的III型分泌装置的许多元件是一个致病岛中分组在一起。<br>转录也可以通过翻译过程监管。不同于真核生物中,不存在在原核生物核膜的允许因为它是被从DNA转录的核糖体结合到mRNA的表达。沿着mRNA的位置和核糖体的运动速度可以影响基因循环的存在和聚合酶的转录mRNA的新的能力。这允许在转录和翻译水平两者的基因表达的控制。<br>转录起始可以是下阳性或阴性对照。负控制下基因被表达,除非它们被阻遏蛋白关闭。这阻遏蛋白通过结合到被称为运营商的特定DNA序列,从在所述启动子序列起始转录阻断RNA聚合酶阻止基因的表达。相反,基因阳性对照下其表达不转录除非活性调节蛋白,称为apoinducer,是存在的。所述apoinducer结合特定的DNA序列,并通过未知的机制有助于启动步骤的RNA聚合酶。<br>操纵子可诱导或阻遏。衬底(诱导物)到生长培养基的引入可诱导的操纵子来增加必要对其代谢的酶的表达。一个途径的终产物(共阻遏)的丰富的可用信号通知的路径应该被关闭或通过降低其酶的合成的抑制。
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基因表达控制<br>细菌已经开发出快速有效地适应环境变化和触发机制。这使他们能够协调和调节多组分结构的基因表达或一个或多个代谢途径的酶。例如,温度变化可能意味着进入人类宿主,并表明需要全球改变对寄生虫或毒性至关重要的基因的新陈代谢和向上调控。许多细菌基因被控制在多层次和多种方法。<br>许多基因的表达协调变化,就像孢子化一样,通过使用RNA聚合酶的不同西格玛因子而发生。这将改变RNA聚合酶的特异性,并允许对必要基因进行mRNA合成,同时忽略不必要的基因。细菌可能产生六种以上不同的西格玛因子,以提供全球调节,以应对压力、冲击、饥饿,或协调复杂结构(如旗ella)的生产。<br>全球一级大量过程的协调也可以由小分子活化剂(如环腺苷单磷酸(cAMP)进行调节。增加的cAMP水平表明低血糖水平和需要利用替代代谢途径。同样,在称为仲裁感应的进程中,当存在足够数量的细菌并产生特定的小分子时,病毒和其他基因被打开。伪多尼纳斯(Pseudomonas spp.)生物膜生产的触发点由当存在足够数量的细菌(仲裁)时产生的N-阿奇质色氨酸乳酮(AHL)的临界浓度触发。随着循环肽浓度的增加,金黄色葡萄球菌对毒素的产生和毒性行为的激活也伴随着增加。<br>为了协调一组更有限的基因的表达,例如对于特定的代谢过程,必要的酶的基因将被组织成一个操作者。操作剂将在启动子或抑制剂DNA序列的控制下,该序列可以激活或关闭基因或一组基因的表达,以协调必要酶的产生,并使细菌对浓度的变化做出反应。营养。某些毒力机制的基因被组织成一个致病孤岛,由单个启动子控制,以允许其在适当的(细菌)条件下表达。大肠杆菌、沙门氏菌或耶尔西尼亚的III类分泌装置的许多成分被组合在一个致病性岛屿内。<br>转录也可以由翻译过程进行调节。与真核生物不同,在原核生物中缺乏核膜,使得核糖体在从DNA转录时与mRNA结合。沿mRNA的核糖体运动的位置和速度会影响mRNA中循环的存在以及聚合酶转录新mRNA的能力。这允许控制基因表达在转录和转化水平。<br>转录的开始可能受正或负控制。除非被抑制蛋白关闭,否则在阴性控制下的基因被表达。这种抑制蛋白通过结合称为接线器的特定DNA序列来阻止基因表达,阻止RNA聚合酶在启动子序列处启动转录。相反,除非存在一种称为诱导剂的活性调控蛋白,否则其表达处于正控制下的基因不会转录。诱导剂结合到特定的DNA序列,并通过未知的机制协助RNA聚合酶在启动步骤中。<br>操作器可以是诱导的或可抑制的。将基质(诱导剂)引入生长培养基可诱导机体内增加其代谢所必需的酶的表达。通路的大量最终产物(共压剂)可能表明,通过减少其酶的合成,应该关闭或抑制通路。
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基因表达调控<br>细菌已经发展出快速有效地适应环境变化和触发因素的机制。这使它们能够协调和调节多组分结构的基因表达或一个或多个代谢途径的酶。例如,温度变化可能意味着进入人类宿主体内,并表明需要在新陈代谢方面发生全球性变化,并上调对寄生或毒力重要的基因。许多细菌基因是由多个水平和多种方法控制的。<br>通过对rna聚合酶使用不同的sigma因子,许多基因的表达发生协同变化,这是孢子形成所必需的。这将改变rna聚合酶的特异性,允许在忽略不必要基因的情况下合成所需基因的mrna。细菌可能会产生超过6种不同的sigma因子,以提供对压力、休克、饥饿的全球调节,或协调复杂结构(如鞭毛)的产生。<br>在全球范围内,许多过程的协调也可以通过小分子激活剂介导,如环磷酸腺苷(camp)。camp水平升高表明葡萄糖水平低,需要利用其他代谢途径。类似地,在一个称为群体感应的过程中,当有足够数量的细菌存在并产生特定的小分子时,毒力和其他基因就会被激活。假单胞菌产生生物膜的触发因子是当存在足够数量的细菌(群体)时产生的n-酰基高丝氨酸内酯(ahl)的临界浓度。金黄色葡萄球菌的毒素产生和毒性更强的行为伴随着环肽浓度的增加。<br>为了协调一组更为有限的基因的表达,例如特定的代谢过程,必需酶的基因将被组织成一个操纵子。该操纵子受启动子或阻遏子dna序列的控制,该序列可以激活或关闭一个基因或一组基因的表达,以协调必要酶的产生,并允许细菌对营养物质浓度的变化作出反应。一些毒力机制的基因在一个启动子的控制下被组织成一个致病岛,以便在适当的(细菌的)条件下表达。大肠杆菌、沙门氏菌或耶尔森氏菌的III型分泌装置的许多成分在一个致病岛内被组合在一起。<br>翻译过程也可以调节转录。与真核生物不同,原核生物没有核膜使得核糖体在从dna转录时与mrna结合。核糖体在mrna上的移动位置和速度可以影响mrna中环的存在和聚合酶转录新mrna的能力。这允许在转录和翻译水平上控制基因表达。<br>转录的起始可能受到阳性或阴性的控制。负调控基因的表达除非被阻遏蛋白切断。这种阻遏蛋白通过与一种叫做操作者的特定dna序列结合,阻止rna聚合酶在启动子序列启动转录,从而阻止基因表达。相反,表达处于阳性控制下的基因不会被转录,除非存在一种被称为载脂诱导因子的活性调节蛋白。载脂蛋白诱导子与特定的DNA序列结合,并通过未知的机制协助RNA聚合酶启动步骤。<br>操作可以是可诱导的或可抑制的。在生长培养基中引入底物(诱导剂)可诱导操纵子增加其代谢所必需的酶的表达。一条途径的大量终产物(共抑制因子)可能意味着一条途径应该被关闭或通过减少其酶的合成而被抑制。<br>
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