翻譯水平的調控是原核生物基因表達調控的另一個重要層次，主要表現在對mRNA的識別和翻譯起始的調控。并不是每一個基因的表達都受到所有這些調控作用的影響，一個基因的表達中可能只存在其中一種或幾種類型的調控作用。

（一）SD序列對翻譯的影響

1．SD序列的順序及位置對翻譯的影響 在多順反子mRNA中，每一個開放閱讀框都有一個起始密碼子AUG，在其上游存在一個SD序列，富含嘌呤堿基，其核心序列是AGGAGG或其中一部分（如AGGA）。核糖體16SrRNA3′端有一段富含嘧啶堿基的序列，可以和SD序列互補配對，并從其后的AUG開始翻譯。

當mRNA與小亞基結合時，SD序列與16SrRNA3′端的互補序列配對結合，使起始密碼子定位于翻譯起始部位。不同基因的SD序列有一定的差異，但16SrRNA與SD序列互補部位的序列是固定不變的，因此，不同SD序列與16SrRNA結合的效率是不同的，也即核糖體與不同SD序列結合、起始翻譯的效率是不同的。SD序列與16SrRNA之間配對的堿基數目越多，親和力越高，核糖體與mRNA結合的效率就越高。另外，SD序列與起始密碼子之間的距離也會影響mRNA翻譯起始效率。某些蛋白質與SD序列的結合也會影響mRNA與核糖體的結合，從而影響蛋白質的翻譯。

2．mRNA二級結構隱蔽SD序列的作用 在某些mRNA分子中，核糖體結合位點處在一個二級結構（莖環(huán)）中，使核糖體無法與之結合，只有打破莖環(huán)結構，核糖體才能結合，進行蛋白質的合成。

紅霉素抗性的細菌中攜帶有一個質粒，該質粒編碼紅霉素甲基化酶（erythromycin methylase），該酶并不是使紅霉素甲基化，而是使核糖體23SmRNA上特定位點的一個腺嘌呤甲基化，阻止紅霉素的結合。該酶的mRNA的結構類似于色氨酸操縱子轉錄下來的mRNA，含有前導mRNA，編碼前導肽。在mRNA中有4個特殊的序列（圖4-24），序列1與2、2與3、3與4分別可以互補結合，形成莖環(huán)結構。沒有紅霉素時，可合成前導肽，序列3與4形成莖環(huán)結構，紅霉素甲基化酶編碼區(qū)的核糖體結合位點位于此結構中，不能與核糖體結合，不能合成蛋白質。當有紅霉素存在時，紅霉素與核糖體結合，抑制核糖體的移動，導致序列2與3形成莖環(huán)結構，序列3和4不能配對形成莖環(huán)結構，核糖體結合位點暴露，可結合核糖體，合成紅霉素甲基化酶。

圖4-24　紅霉素甲基化酶mRNA的翻譯調控

（二）mRNA的穩(wěn)定性

作為蛋白質生物合成的模板，mRNA是各種RNA中最不穩(wěn)定的，半衰期從幾分鐘到若干小時不等。mRNA的降解速度是翻譯調控的另一個重要機制。E．coli的許多mRNA在37℃時的平均壽命大約為2min，很快被酶解，這意味著，誘導基因表達的因素一旦消失，蛋白質的合成就會迅速停止。影響mRNA降解速度的因素有很多，如細菌的生理狀態(tài)和環(huán)境因素、mRNA序列和一級結構、mRNA的次級結構（5′端和3′端的發(fā)夾結構）等。

細菌mRNA的降解可能涉及多酶復合體的催化作用，其中包括核糖核酸酶E、PNPase和一個helicase。RNAase E具有兩種功能，其N端結構域具有核酸內切酶的活性，C端結構域則是將其他組分聯系在一起。實際上，RNAase E發(fā)揮的是起始切割作用，然后將核酸片段傳遞給復合物中的其他組分進一步將其降解。

（三）翻譯產物對翻譯的調控

有些mRNA編碼的蛋白質，本身就是在蛋白質翻譯過程中發(fā)揮作用的因子。這些因子可對自身的翻譯產生調控作用。

1．核糖體蛋白的自身調控 原核生物70S核糖體包含有大約50種不同的核糖體蛋白（ribosomal proteins，r-蛋白）。細胞必須嚴格控制r-蛋白和rRNA的比例，既要保證細菌生存最基本的需要，使蛋白質合成順利進行，又避免營養(yǎng)物質的浪費。

rRNA與r-蛋白是邊合成邊相互識別，進行準確無誤的裝配。只要存在游離的rRNA，新合成的r-蛋白就與之結合并裝配成核糖體，一旦rRNA的合成變慢或停止，多余的r-蛋白就開始積累并成為阻遏蛋白結合在自己的mRNA模板分子上（而不是與DNA結合），以自控的方式抑制自身翻譯過程，避免更多的r-蛋白繼續(xù)生成，這就是翻譯水平的負調控（圖4-25）。

圖4-25　r-蛋白和rRNA轉錄-翻譯偶聯調控

以s15操縱子為例，它含有的結構基因是編碼S15蛋白的s15基因和編碼多聚核苷酸磷酸化酶（polynucleotide phosphorylase，PNP）的pnp基因。與其他核糖體蛋白一樣，在翻譯以后就會與rRNA組裝成核糖體，但如果S15量多于16SrRNA，則會與自己mRNA5′端結合，抑制自身的翻譯，以協調rRNA的合成（圖4-26）。

圖4-26　核糖體蛋白（S15）的自體調控

2．翻譯終止因子RF-2調節(jié)自身的翻譯 RF-2的mRNA不是一個連續(xù)的開放閱讀框，前面25個氨基酸與后面315個氨基酸之間存在一個終止密碼UGA和一個C（UGAC）。當有RF-2時，mRNA翻譯到第25個氨基酸，即在其后的UGA處將肽鏈釋放（不成熟的多肽）。沒有RF-2時，在UGA處不能釋放25肽，但發(fā)生閱讀框移動，以GAC形成了第26個密碼子，繼續(xù)翻譯，直至出現終止密碼子UAG，在RF-1的作用下釋放完整的RF-2。閱讀框移動的機制還不清楚，可能與前面25肽的結構有關。

（四）小分子RNA的調控作用

近年來發(fā)現，一些內源或外源的小分子RNA可特異性互補結合細胞的RNA（通常是mRNA），使其失去功能，從而調控基因的表達。反義RNA（antisence RNA）是一類天然存在的小分子RNA，是20世紀80年代初發(fā)現的一種自然調控基因，它能與特定目標RNA分子（通常是mRNA）配對結合，調節(jié)目標RNA的功能。它通常是以一個基因編碼鏈的部分序列為模板轉錄而成，并不編碼任何蛋白質。研究表明，反義RNA對基因表達的調控主要在翻譯水平，較少在轉錄水平；反義RNA可能起負調控，也可能起正調控。

1．調整基因表達產物的類型 典型代表是micFRNA，由micF基因編碼，它是大腸埃希菌ompF mRNA的反義RNA，由Mizuno T在1953年發(fā)現。

大腸埃希菌滲透壓調節(jié)基因ompR的產物OmpR蛋白，在不同的滲透壓時具有不同的構象，分別結合滲透壓蛋白ompF和ompC基因的調控區(qū)。OmpF和OmpC蛋白是兩種位于大腸埃希菌外膜上與調節(jié)滲透壓有關的孔蛋白，這兩種孔蛋白在外膜上形成的小孔構成了溶質進入細胞的通道，但OmpF形成的孔道要大于OmpC形成的孔道，以便讓細胞在低滲的環(huán)境中加強吸收。在環(huán)境滲透壓發(fā)生變化時，位于內膜上的EnvZ蛋白能夠監(jiān)測到所發(fā)生的變化，并通過OmpR蛋白調節(jié)ompC和ompF的翻譯，使大腸埃希菌能夠適應環(huán)境中的滲透“沖擊”。在低滲環(huán)境下，OmpR蛋白對ompF基因的表達起正調控作用（圖4-27），對ompC基因無調控作用；在高滲條件下，OmpR蛋白發(fā)生構象改變，對ompC基因的表達起正調控作用，對ompF基因無調控作用。

圖4-27　大腸桿菌滲透壓調節(jié)中micRNA的調節(jié)作用

當環(huán)境滲透壓由低滲轉為高滲時，不僅ompF基因的轉錄停止，已經轉錄出來的mRNA的翻譯也被抑制。此抑制物不是蛋白質，而是一種小分子RNA（約170bp），它的堿基順序恰好與ompF-mRNA的5′末端附近的順序互補，故叫mRNA干擾性互補RNA（mRNA interfering complementary RNA，micRNA）。由于micRNA能與ompF-mRNA特異結合，阻礙其翻譯，從而抑制ompF基因的表達。micRNA的基因也受OmpR蛋白調控，與ompC基因同時被激活轉錄。

2．低水平表達基因的控制 細菌內的轉座子Tn10利用反義機制調節(jié)自身的轉座酶活性，通過一種小分子的RNA阻遏物在翻譯水平上嚴格限制著Tn10轉位酶基因的表達，使轉座酶維持在較低水平。Tn10轉位酶基因由pIN啟動子控制，RNA阻遏物的基因由pOUT啟動子控制。兩個啟動子方向相反，交叉進行轉錄，使得基因轉錄水平很低。兩個轉錄區(qū)有35個堿基重疊（圖4-28）。因此，兩個基因的轉錄物中有35個堿基是互補的，互補區(qū)覆蓋了Tn10轉位酶mRNA的翻譯起始區(qū)，因而可以干擾翻譯，其結果是轉位酶的表達效率非常低，轉位作用也極少發(fā)生。

圖4-28　小分子RNA在翻譯水平上的調控作用