當(dāng)細(xì)菌在缺乏合成蛋白質(zhì)所必須的氨基酸時(shí)，停止合成核糖體RNA的反應(yīng)。當(dāng)細(xì)菌發(fā)現(xiàn)它們自己生長(zhǎng)在饑餓的條件下，缺乏維持蛋白質(zhì)合成的氨基酸時(shí)，它們將大部分活性區(qū)域都關(guān)閉掉。此就稱為嚴(yán)緊反應(yīng)（stringent response），這是它們抵御不良條件，保存自己的一種機(jī)制。細(xì)菌通過(guò)僅僅維持zui低量的活性來(lái)節(jié)約其資源，直到條件改善時(shí)，它們又恢復(fù)活動(dòng)，所有代謝區(qū)域也都活躍起來(lái)。導(dǎo)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(dǎo)致mRNA總合成量減少約3倍。而蛋白質(zhì)除解的速度增加,很多代謝進(jìn)行調(diào)整，顯然核苷酸，碳水化合物，肽類等的合成都隨之減少。導(dǎo)致兩種特殊核苷酸積聚：（1）ppGpp—四磷酸鳥(niǎo)苷（在G的5'和3'位點(diǎn)各附著兩個(gè)磷酸）;（2） pppGpp—五磷酸鳥(niǎo)苷（鳥(niǎo)苷5'一三磷酸-3'二磷酸）。人們zui初發(fā)現(xiàn)細(xì)菌在氨基酸饑餓時(shí)，出現(xiàn)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”，后來(lái)發(fā)現(xiàn)魔斑Ⅰ便是ppGpp，魔斑Ⅱ是pppGpp。這些鳥(niǎo)苷是典型的小分子效應(yīng)物，預(yù)期它們的功能是和靶蛋白結(jié)合改變它們的活性，有時(shí)它們被稱為（p）ppGpp。（p）ppGpp的功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞活性大分子的協(xié)調(diào)性。它們的產(chǎn)物是由兩種途徑來(lái)控制的。在嚴(yán)峻的條件下可以觸發(fā)（p）ppGpp的增加。一些未知因素的調(diào)節(jié)也會(huì)出現(xiàn)（p）ppGpp水平與細(xì)菌生長(zhǎng)速度之間的反向協(xié)調(diào)。任何一種氨基酸的缺乏或使任何氨基酰-tRNA合成酶的失活突變都足以起始，此表明的觸發(fā)器是位于核糖體A位點(diǎn)中的空載tRNA。當(dāng)然在正常條件下僅有氨基酸-tRNA在EE-Tu的作用下位于A位點(diǎn)。但當(dāng)氨基酸-tRNA對(duì)一個(gè)特殊的密碼子不能作出有效反應(yīng)時(shí)，空載tRNA便能得以進(jìn)入，當(dāng)然這就阻斷了核糖體的進(jìn)程，而觸發(fā)了一個(gè)空轉(zhuǎn)反應(yīng)（idiling reaction）。通過(guò)空轉(zhuǎn)反應(yīng)產(chǎn)生（p）ppGpp的有關(guān)成分已通過(guò)松弛型突變（relaxed（rel）mutants）被鑒別出來(lái)。rel突變能去除。這樣氨基酸的饑餓便不會(huì)導(dǎo)致合成任何穩(wěn)定的RNA或者通常見(jiàn)到的各種其它的反應(yīng)。松弛突變大部分基因位點(diǎn)位于relA基因中，此基因編碼一種蛋白，稱為嚴(yán)緊因子（stringent factor）。此因子和核糖體結(jié)合，雖然它的總量較低－每200核糖體低于1分子的嚴(yán)緊因子。因此似乎只有在核糖體少量存在時(shí)才能產(chǎn)生。從中分離的核糖體在體外能合成ppGpp和pppGpp。A位點(diǎn)是通過(guò)一個(gè)空載tRNA對(duì)密碼子的特異反應(yīng)所提供的。從松弛突變體中提取的核糖體不能執(zhí)行，但若有嚴(yán)緊因子存在它們是能合成（p）ppGpp的。（p）ppGpp的合成途徑，嚴(yán)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(gè)GTP或GDP的3'位點(diǎn)。當(dāng)條件恢復(fù)到正常時(shí)，ppGpp怎樣被去除的呢？有一個(gè)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(dǎo)致ppGpp迅速降解其半衰期為20秒左右，因此（p）ppGpp合成結(jié)束時(shí)，很快就消除。spoT突變會(huì)提高ppGpp的水平，并會(huì)慢慢增加。RelA酶用GTP作為底物的頻率是較高的，所以pppGpp的產(chǎn)生是占優(yōu)勢(shì)的。但pppGpp可以通過(guò)各種酶轉(zhuǎn)化為ppGpp，其中翻譯因子EF-Tu和EF-G是可以去磷酸化的。通過(guò)pppGpp產(chǎn)生ppGpp是zui通用的路線，而ppGpp通常就是的效應(yīng)物。核糖體對(duì)空載tRNA進(jìn)入的反應(yīng)與正常蛋白質(zhì)合成的比較。當(dāng)ET-Tu將氨基酸t(yī)RNA放在A位點(diǎn)時(shí)肽鏈隨著核糖的移動(dòng)而合成；但是當(dāng)空載tRNA在A位點(diǎn)與密碼子配對(duì)時(shí)，核糖體仍保持不動(dòng)，并進(jìn)行了空轉(zhuǎn)反應(yīng)。提純的RelA酶它本身實(shí)際是沒(méi)有活性的。而在核糖體存在時(shí)它才有活性。它的活性是由核糖體在合成蛋白中的狀態(tài)所控制的。此控制的特點(diǎn)是通過(guò)另一個(gè)位點(diǎn)的松弛突變而顯示，此突變?cè)瓉?lái)稱為relC，現(xiàn)在弄清楚它就是編碼50S亞基L11蛋白的rp1K基因。此蛋白位于A位點(diǎn)和P位點(diǎn)的附近，它在此位置對(duì)合適的配對(duì)作出反應(yīng)，空載tRNA是在A位。L11蛋白或某些其它成分構(gòu)象的改變可能激活RelA酶，這樣空轉(zhuǎn)反應(yīng)就代替了肽酰-tRNA的轉(zhuǎn)位。（p）ppGpp合成的每條途徑都觸發(fā)空載tRNA從A位點(diǎn)釋放出來(lái)，因此（p）ppGpp的合成是一種對(duì)空載tRNA水平的持續(xù)反應(yīng)。在饑餓條件下，當(dāng)氨基酰-tRNA不能對(duì)A位點(diǎn)的密碼子作出有效反應(yīng)時(shí)，核糖體便停滯不前。空載tRNA的進(jìn)入，觸發(fā)了（p）ppGpp分子的合成。并將空載tRNA排出，使A位重新空出來(lái)。核糖體是恢復(fù)多肽的合成，還是進(jìn)行另一輪的空轉(zhuǎn)反應(yīng),關(guān)鍵是取決于氨基酰-tRNA是否有效。ppGpp有什么作用呢？它是一系列反應(yīng)的效應(yīng)物，包括抑制轉(zhuǎn)錄。許多反應(yīng)已被報(bào)導(dǎo)，其中2個(gè)較為突出：（1）rRNA操縱子的啟動(dòng)子其轉(zhuǎn)錄起始被特異抑制了。嚴(yán)緊調(diào)節(jié)的啟動(dòng)子發(fā)生突變能消除嚴(yán)緊控制，表明此效應(yīng)需要和特異啟動(dòng)子順序相互作用；（2）很多或大部分模板的轉(zhuǎn)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(yīng)反應(yīng)了在細(xì)胞內(nèi)加入ppGpp時(shí)轉(zhuǎn)錄效率普遍下降。現(xiàn)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(tǒng)中都能發(fā)揮作用是很有趣的現(xiàn)象。這兩種途徑的抑制對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)是特異的。在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)烏苷觸發(fā)了。而在缺乏葡萄糖時(shí)，cAMP觸發(fā)碳源利用的轉(zhuǎn)換。