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1、关于原核基因表达调控上第1页，讲稿共152张，创作于星期日基因表达基因表达=基因转录基因转录+翻译翻译基因表达的调控基因表达的调控:生物体随时调整不同基因的表达状态生物体随时调整不同基因的表达状态,以适应以适应环境、维持生长和发育需要。环境、维持生长和发育需要。第2页，讲稿共152张，创作于星期日 本章内容本章内容基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念原核基因调控机制原核基因调控机制乳糖操纵子乳糖操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子其他操纵子其他操纵子转录后水平上的调控转录后水平上的调控第3页，讲稿共152张，创作于星期日基因的表达调控包括基因的表达调控包括基因水平的调控基因水平的调控转录水平
2、的调控转录水平的调控转录产物加工的调控转录产物加工的调控mRNA从细胞核向胞质转运过程的调控从细胞核向胞质转运过程的调控翻译水平的调控以及翻译后的加工等翻译水平的调控以及翻译后的加工等第4页，讲稿共152张，创作于星期日环境改变，环境改变，mRNA和蛋白质的量也会发生变化。和蛋白质的量也会发生变化。原核生物原核生物-营养和环境营养和环境真核生物真核生物-激素水平和发育阶段激素水平和发育阶段第5页，讲稿共152张，创作于星期日 细菌的调控机制，体系在需要时打开，细菌的调控机制，体系在需要时打开，不需要时关闭，这种不需要时关闭，这种开开-关活性是通过调节关活性是通过调节转录来建立的，即转录来建立的
3、，即mRNA的合成可被调节。的合成可被调节。第6页，讲稿共152张，创作于星期日第一节第一节 基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念一、基因表达的概念 基因转录及翻译的过程，从基因转录及翻译的过程，从DNADNA到蛋白质或到蛋白质或功能功能RNARNA的过程称为基因表达，对这个过程的调的过程称为基因表达，对这个过程的调节就称为表达调控。节就称为表达调控。rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。第7页，讲稿共152张，创作于星期日 组成性表达组成性表达(constitutive expression)(constitutive expression)适应性表达适应性表
4、达(adaptive expression(adaptive expression）二、基因表达的方式二、基因表达的方式第8页，讲稿共152张，创作于星期日 1 1、组成性表达组成性表达：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因常被称为管家基因常被称为管家基因常被称为管家基因(house
5、keeping gene)。第9页，讲稿共152张，创作于星期日 2、适应性表达适应性表达 指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导(induction)，这类基因被称为可诱导的基因。，这类基因被称为可诱导的基因。，这类基因被称为可诱导的基因。，这类基因被称为可诱导的基因。相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为
6、阻遏为阻遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因，相应的基因被称为可阻遏的基因(repressible gene)(repressible gene)。第10页，讲稿共152张，创作于星期日 三、基因表达的规律三、基因表达的规律 时间性和空间性时间性和空间性1 1、时间特异性、时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称为基因表达的特定的时间顺序发生，称为基因表达的时间特时间特异性异性。多细胞生物基因表达的时间特异性，又称多细胞生物基因表达的时间特异性，又称阶段特异性。阶段特异性。第11页，讲稿共152张，创作于星期日
7、胚胎期胚胎期胚胎期胚胎期 胎儿期胎儿期胎儿期胎儿期 成人期成人期成人期成人期第12页，讲稿共152张，创作于星期日2 2、空间特异性、空间特异性、空间特异性、空间特异性 基基基基因因因因表表表表达达达达伴伴伴伴随随随随时时时时间间间间顺顺顺顺序序序序所所所所表表表表现现现现出出出出的的的的这这这这种种种种分分分分布布布布差差差差异异异异，实实实实际际际际上上上上是是是是由由由由细细细细胞胞胞胞在在在在器器器器官官官官的的的的分分分分布布布布决决决决定定定定的的的的，所所所所以以以以空空空空间间间间特异性又称特异性又称特异性又称特异性又称细胞或组织特异性。细胞或组织特异性。细胞或组织特异性。细胞
8、或组织特异性。在在个个体体生生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同组织空间顺序出现，同组织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性称为基因表达的空间特异性称为基因表达的空间特异性称为基因表达的空间特异性。第13页，讲稿共152张，创作于星期日 四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义 适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖（原核、真核）（原核、真核）维持个体发育与分化维持个体发育与分化（真核）（真核）（真核）（真核）了解生物生长发育规律、形态结构特征和生物学功能。了解生物生长发育规律、形态结构特
9、征和生物学功能。了解生物生长发育规律、形态结构特征和生物学功能。了解生物生长发育规律、形态结构特征和生物学功能。第14页，讲稿共152张，创作于星期日第二节第二节 原核基因调控机制原核基因调控机制内容提要：内容提要：内容提要：内容提要：原核基因表达调控环节原核基因表达调控环节原核基因表达调控环节原核基因表达调控环节 操纵子学说操纵子学说操纵子学说操纵子学说 原核基因调控机制的类型与特点原核基因调控机制的类型与特点 转录水平上调控的其他形式转录水平上调控的其他形式 第15页，讲稿共152张，创作于星期日基因表达的调控方式基因表达的调控方式 阻遏阻遏负调控负调控:调控蛋白调控蛋白+DNA序列序列
10、基因的表达基因的表达 (相应蛋白质相应蛋白质降低降低)促进促进正调控正调控:调控蛋白调控蛋白+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 (相应蛋白质相应蛋白质增加增加)第16页，讲稿共152张，创作于星期日 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 方式方式 特点特点调控机制调控机制 -操纵子操纵子操纵子操纵子 正调控正调控正调控正调控负调控负调控转录翻译偶联转录翻译偶联快速快速 乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子 -负、正调控负、正调控 转录转录转录转录起始起始的调控的调控的调控的调控 色氨酸操纵子色氨酸操纵子-负调控负调控负调控负调控 转录转录转录转录终止终止的调控的调控的调控的调控
11、第17页，讲稿共152张，创作于星期日 一个操纵子一个操纵子=编码序列（编码序列（2-62-6）+启动序列启动序列+操纵操纵序列序列+(+(其他调节序列其他调节序列)操纵子：操纵子：原核生物中几个功能相关的结构基因成簇原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位。串联排列组成的一个基因表达的协同单位。第18页，讲稿共152张，创作于星期日启动子启动子启动子启动子操纵序列操纵序列操纵序列操纵序列多个结构基因多个结构基因终止子终止子终止子终止子5 53 3 调控区调控区 结合结合RNARNA聚合聚合酶和调节蛋白酶和调节蛋白编码功能相编码功能相关的蛋白质关的蛋白质介导转录
12、介导转录终止终止转录出多顺反子转录出多顺反子mRNAmRNA，翻译后得到多种蛋白质翻译后得到多种蛋白质操纵子的基本结构操纵子的基本结构第19页，讲稿共152张，创作于星期日一、原核基因表达调控环节一、原核基因表达调控环节1 1、转录水平上的调控、转录水平上的调控 2 2、转录后水平上的调控、转录后水平上的调控 mRNA mRNA加工成熟水平上的调控加工成熟水平上的调控 翻译水平上的调控翻译水平上的调控第20页，讲稿共152张，创作于星期日第21页，讲稿共152张，创作于星期日1 1 1 1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）、根据操纵子对调节
13、蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的应答，的应答，的应答，的应答，可分为：可分为：可分为：可分为：正转录调控正转录调控 负转录调控负转录调控负转录调控负转录调控 二、原核基因调控机制的类型与特点二、原核基因调控机制的类型与特点第22页，讲稿共152张，创作于星期日调节基因调节基因调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正转录调控正转录调控负转录调控负转录调控第23页，讲稿共152张，创作于星期日负转录调控负转录调控负转录调控负转录调控 没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入调节蛋没有调节蛋白质存在时基因
14、是表达的，加入调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，为负转录调控。白质后基因表达活性便被关闭，为负转录调控。正转录调控正转录调控正转录调控正转录调控 没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，为正转录调控。调节蛋白质后基因活性就被开启，为正转录调控。第24页，讲稿共152张，创作于星期日 可诱导调节可诱导调节可诱导调节可诱导调节:指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些用下，由原
15、来关闭的状态转变为工作状态，即在某些用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。物质的诱导下使基因活化。物质的诱导下使基因活化。物质的诱导下使基因活化。例：例：例：例：大肠杆菌的乳糖操纵子大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因分解代谢蛋白的基因2 2、根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：为可诱导调节和可阻遏调节两大类：为可诱导调节和可阻遏调节两
16、大类：为可诱导调节和可阻遏调节两大类：第25页，讲稿共152张，创作于星期日调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物诱导物mRNA酶蛋白酶蛋白 酶合成的诱导操纵子模型酶合成的诱导操纵子模型诱导物诱导物诱导物诱导物 某种物质能够促使细菌某种物质能够促使细菌产生酶来分解它，这种物质产生酶来分解它，这种物质就是诱导物。就是诱导物。第26页，讲稿共152张，创作于星期日可阻遏调节：可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积酶的
17、工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。累而将其关闭，阻遏了基因的表达。例：例：色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因合成代谢蛋白的基因合成代谢蛋白的基因合成代谢蛋白的基因第27页，讲稿共152张，创作于星期日酶合成的阻遏操纵子模型酶合成的阻遏操纵子模型酶合成的阻遏操纵子模型酶合成的阻遏操纵子模型调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物辐阻遏物：辐阻遏物：辐阻遏物：辐阻遏物：某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质的某种物质能够阻止细菌
18、产生合成这种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。酶，这种物质就是辅阻遏物。第28页，讲稿共152张，创作于星期日3、负负转转录录调调控控系系统统中中，调调节节基基因因的的产产物物是是阻阻遏遏蛋蛋白白，起起着阻止结构基因转录的作用。着阻止结构基因转录的作用。根据其作用特征又可分为根据其作用特征又可分为根据其作用特征又可分为根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏负控诱导和负控阻遏：在在在在负负控控诱诱导导系系系系统统统统中中中中，阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与效效效效应应应应物物物物（诱诱诱诱导导导导物物物物）结结结结合合合合时时时时，结构基因转录；结构基因转录；结构基因转录；结构基因转录
19、；在在在在负负控控阻阻遏遏系系统统中中，阻阻遏遏蛋蛋白白与与效效应应物物（辅辅阻阻遏遏物物）结合时，结构基因不转录。结合时，结构基因不转录。第29页，讲稿共152张，创作于星期日第30页，讲稿共152张，创作于星期日4.4.正转录调控系统中正转录调控系统中正转录调控系统中正转录调控系统中，调节基因的产物是，调节基因的产物是激活蛋白激活蛋白激活蛋白激活蛋白。根据激活蛋白的作用性质分为根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导正控诱导正控诱导正控诱导和和和和正控阻遏正控阻遏正控诱导正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋系统中，效应物分子（诱导物）的存在
20、使激活蛋系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态；白处于活性状态；白处于活性状态；白处于活性状态；正控阻遏正控阻遏正控阻遏正控阻遏系统中，效应物分子（系统中，效应物分子（系统中，效应物分子（系统中，效应物分子（辅阻遏物）辅阻遏物）辅阻遏物）辅阻遏物）的存在使激的存在使激的存在使激的存在使激活蛋白处于非活性状态活蛋白处于非活性状态活蛋白处于非活性状态活蛋白处于非活性状态。第31页，讲稿共152张，创作于星期日第32页，讲稿共152张，创作于星期日四、转录水平上调控的其他形式四、转录水平上调控的其他形式1 1、因子的更换因子的更换 在在E.coliE.coliE.coliE.col
21、i中中,当细胞从基本的转录机制转入各种特定当细胞从基本的转录机制转入各种特定当细胞从基本的转录机制转入各种特定当细胞从基本的转录机制转入各种特定基因表达时，需要不同的基因表达时，需要不同的基因表达时，需要不同的基因表达时，需要不同的 因子指导因子指导因子指导因子指导RNARNA聚合酶与各种启聚合酶与各种启动子结合。动子结合。第33页，讲稿共152张，创作于星期日大肠杆菌中的各种大肠杆菌中的各种因子比较因子比较因子因子因子因子编码基因编码基因编码基因编码基因主要功能主要功能主要功能主要功能70707070rporporporpoD D D D参与对数生长期和大多数碳代谢过程参与对数生长期和大多数
22、碳代谢过程参与对数生长期和大多数碳代谢过程参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的调控基因的调控基因的调控基因的调控54545454rpoNrpoNrpoNrpoN参与多数氮源利用基因的调控参与多数氮源利用基因的调控参与多数氮源利用基因的调控参与多数氮源利用基因的调控38383838rpoHrpoHrpoHrpoH分裂间期特异基因的表达调控分裂间期特异基因的表达调控分裂间期特异基因的表达调控分裂间期特异基因的表达调控32323232rpoSrpoSrpoSrpoS热休克基因的表达调控热休克基因的表达调控热休克基因的表达调控热休克基因的表达调控28282828rpoFrpoFrpoFrpoF鞭毛趋
23、化相关基因的表达调控鞭毛趋化相关基因的表达调控鞭毛趋化相关基因的表达调控鞭毛趋化相关基因的表达调控24242424rpoErpoErpoErpoE过度热休克基因的表达调控过度热休克基因的表达调控过度热休克基因的表达调控过度热休克基因的表达调控第34页，讲稿共152张，创作于星期日 温度较高温度较高温度较高温度较高,诱导产生各种热休克蛋白诱导产生各种热休克蛋白诱导产生各种热休克蛋白诱导产生各种热休克蛋白 由由3232参与构成的参与构成的参与构成的参与构成的RNARNA聚合酶与热休克应答基因聚合酶与热休克应答基因聚合酶与热休克应答基因聚合酶与热休克应答基因启动子结合启动子结合启动子结合启动子结合,
24、诱导产生大量的热休克蛋白诱导产生大量的热休克蛋白,适应环适应环境需要。境需要。枯草芽孢杆菌芽孢形成枯草芽孢杆菌芽孢形成 有序的有序的有序的有序的因子的替换因子的替换,RNA,RNA聚合酶识别不同基因聚合酶识别不同基因的启动子的启动子,使芽孢形成有关的基因有序地表达。使芽孢形成有关的基因有序地表达。使芽孢形成有关的基因有序地表达。使芽孢形成有关的基因有序地表达。第35页，讲稿共152张，创作于星期日2 2、弱化子对基因活性的影响、弱化子对基因活性的影响3 3 3 3、降解物对基因活性的调节、降解物对基因活性的调节 又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。
25、葡萄糖又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。酶体系编码的基因转录的现象。酶体系编码的基因转录的现象。酶体系编码的基因转录的现象。第36页，讲稿共152张，创作于星期日 在含葡萄糖和乳糖的培养基上，在葡萄糖没有在含葡萄糖和乳糖的培养基上，在葡萄糖没有被利用完之前，乳糖操纵子就一直被阻遏，乳糖被利用完之前，乳糖操纵子就一直被阻遏，乳
26、糖不能被利用；不能被利用；直到葡萄糖被利用完后，乳糖操纵子才进行转录，直到葡萄糖被利用完后，乳糖操纵子才进行转录，直到葡萄糖被利用完后，乳糖操纵子才进行转录，直到葡萄糖被利用完后，乳糖操纵子才进行转录，形成利用乳糖的酶。形成利用乳糖的酶。形成利用乳糖的酶。形成利用乳糖的酶。第37页，讲稿共152张，创作于星期日五、细菌的应急反应五、细菌的应急反应五、细菌的应急反应五、细菌的应急反应 信号：鸟苷四磷酸信号：鸟苷四磷酸ppGpp,ppGppppGpp,ppGpp，会关，会关，会关，会关闭很多基因。闭很多基因。闭很多基因。闭很多基因。第38页，讲稿共152张，创作于星期日第三节第三节 乳糖操纵子乳糖
27、操纵子 内容提要：内容提要：内容提要：内容提要：乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构酶的诱导酶的诱导laclac体系受调控的证据体系受调控的证据体系受调控的证据体系受调控的证据乳糖操纵子调控模型乳糖操纵子调控模型影响因子影响因子Lac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题第39页，讲稿共152张，创作于星期日一、操纵子学说一、操纵子学说1 1、操纵子模型的提出、操纵子模型的提出 1961 1961年，年，MonodMonod和和JacobJacob提出，获提出，获19651965年诺贝尔生理年诺贝尔生理学和医学奖。学和医学奖。第40页，讲稿共152张，创作于星期日第4
28、1页，讲稿共152张，创作于星期日2、操纵子的定义、操纵子的定义操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。操纵基因受调节基因产物的控制。第42页，讲稿共152张，创作于星期日LacLac操纵子主要组分分析操纵子主要组分分析操纵子主要组分分析操纵子主要组分分析mRNA mRNA 多肽多肽多肽多肽 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 功能功能功能功能第43页，讲稿共152张，创作于星期日二、乳糖操纵子的结构二、乳糖操纵子的结构第44页，讲
29、稿共152张，创作于星期日Z Z编码编码编码编码-半乳糖苷酶：半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y Y Y Y编码编码编码编码-半乳糖苷透过酶：半乳糖苷透过酶：半乳糖苷透过酶：半乳糖苷透过酶：使外界的使外界的使外界的使外界的-半乳糖苷（如半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。A A编码编码-半乳糖苷乙酰基转移酶：半乳糖苷乙酰基转移酶：半乳糖苷乙酰基转移酶：半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A上的乙酰上的乙酰基转到基转到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。半乳糖苷上，形成乙酰半
30、乳糖。半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。第45页，讲稿共152张，创作于星期日二、酶的诱导二、酶的诱导laclac体系受调控的证据体系受调控的证据加入乳糖加入乳糖加入乳糖加入乳糖 去掉乳糖去掉乳糖去掉乳糖去掉乳糖第46页，讲稿共152张，创作于星期日安慰诱导物：安慰诱导物：如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如IPTGIPTGIPTGIPTG（异异异异丙基丙基丙基丙基-D-D-硫代半乳糖苷）。硫代半乳糖苷）。第47页，讲稿共152张，创作于星期日-半乳糖苷酶半
31、乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶结合结合结合结合lac阻遏物阻遏物第48页，讲稿共152张，创作于星期日三、乳糖操纵子调控模型三、乳糖操纵子调控模型主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：Z Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分分子所编码子所编码 Protein第49页，讲稿共152张，创作于星期日 这个这个mRNA分子的启动子紧接着分子的启动子紧接着分子的启动子紧接着分子的启动子紧接着O区，而位于区，而位于区，而位于区，而位于I与与O之间的启动子区（之间的启动子区（之间的启动子区（之间的启动子区（P）
32、，不能单独起动合成），不能单独起动合成），不能单独起动合成），不能单独起动合成-半乳半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。糖苷酶和透过酶的生理过程。第50页，讲稿共152张，创作于星期日 操纵基因是操纵基因是操纵基因是操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为上的一小段序列（仅为上的一小段序列（仅为上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏），是阻遏物的结合位点。物的结合位点。第51页，讲稿共152张，创作于星期日LacLac操纵子的起点处的抑制子和操纵子的起点处的抑制子和操纵子的起点处的抑制子和操纵子的起点处的抑制子和RNARNA聚合酶位点重合聚合酶位点重合聚合酶位点重合聚合酶位点重合RNARNA聚合酶结合部
33、位聚合酶结合部位聚合酶结合部位聚合酶结合部位阻遏物结合部位阻遏物结合部位阻遏物结合部位阻遏物结合部位第52页，讲稿共152张，创作于星期日第53页，讲稿共152张，创作于星期日 当阻遏物与操纵基因结合时，当阻遏物与操纵基因结合时，当阻遏物与操纵基因结合时，当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNAlac mRNA的转录的转录的转录的转录 起始受到抑制。起始受到抑制。第54页，讲稿共152张，创作于星期日第55页，讲稿共152张，创作于星期日诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不诱导物通过与
34、阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发能与操纵基因结合，从而激发能与操纵基因结合，从而激发能与操纵基因结合，从而激发lac mRNA的合成。的合成。的合成。的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。的合成。的合成。的合成。第56页，讲稿共152张，创作于星期日第57页，讲稿共152张，创作于星期日组成型突变：组成型突变：lacOc 第58页，讲稿共152张，创作于星期日 组成型突变：组成型突变：lacIlacI-第59页，讲稿共152张，创作于星期日不可
35、诱导突变（超阻遏）：第60页，讲稿共152张，创作于星期日 四、影响因子四、影响因子1 1 1 1、laclac操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达有两个矛盾是操纵子理论不能解释的：有两个矛盾是操纵子理论不能解释的：有两个矛盾是操纵子理论不能解释的：有两个矛盾是操纵子理论不能解释的：诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，后者的合成有需要诱导。物需要透过酶，后者的合成有需要诱导。解释：解释：一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？一些诱导物可
36、以在透过酶不存在时进入细胞？一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？第61页，讲稿共152张，创作于星期日真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在-半半半半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有-半半乳糖甘酶的预先存在。乳糖甘酶的预先存在。解释：解释：本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的本底水平的组成型
37、合成：非诱导状态下有少量的本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的lac mRNA合成。合成。合成。合成。第62页，讲稿共152张，创作于星期日 2 2、大肠杆菌对乳糖的反应、大肠杆菌对乳糖的反应培养基：甘油培养基：甘油培养基：甘油培养基：甘油 按照按照按照按照lac操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的分子的-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透过酶。半乳糖苷透过酶。半乳糖苷透过酶。半乳糖苷透过酶。培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖少量乳糖少量乳糖少量乳糖少量乳糖透过酶透过酶
38、进入细胞进入细胞-半乳糖苷酶半乳糖苷酶异构乳糖异构乳糖诱导物诱导物诱导诱导lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）异构乳糖异构乳糖第63页，讲稿共152张，创作于星期日乳糖乳糖乳糖乳糖第64页，讲稿共152张，创作于星期日诱导物的加入和去除诱导物的加入和去除对对laclaclaclac mRNA mRNA的影响的影响的影响的影响第65页，讲稿共152张，创作于星期日3 3、阻遏
39、物、阻遏物、阻遏物、阻遏物lac Ilac I基因产物及功能基因产物及功能 Lac Lac Lac Lac 操纵子阻遏物操纵子阻遏物mRNAmRNA是由弱启动子控制下组成型合是由弱启动子控制下组成型合是由弱启动子控制下组成型合是由弱启动子控制下组成型合成的，每个细胞中有成的，每个细胞中有成的，每个细胞中有成的，每个细胞中有5-105-10个阻遏物分子。个阻遏物分子。个阻遏物分子。个阻遏物分子。当当I基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个laclac操纵子操纵子操纵子操纵子在
40、这些突变体中就不可诱导。在这些突变体中就不可诱导。在这些突变体中就不可诱导。在这些突变体中就不可诱导。第66页，讲稿共152张，创作于星期日4 4 4 4、葡萄糖对、葡萄糖对laclaclaclac操纵子的影响操纵子的影响 如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，laclac操纵子操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡萄糖，处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导乳糖就会诱导lac操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。操纵子表达分解乳糖所需
41、的三种酶。操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。代谢物阻遏效应代谢物阻遏效应代谢物阻遏效应代谢物阻遏效应第67页，讲稿共152张，创作于星期日第68页，讲稿共152张，创作于星期日5 5、cAMPcAMP与代谢物激活蛋白与代谢物激活蛋白代谢物激活蛋白（代谢物激活蛋白（CAP）/环腺甘酸受体蛋白（环腺甘酸受体蛋白（CRP）cAMPcAMP在真核生物的激素调节中起作用。在真核生物的激素调节中起作用。在真核生物的激素调节中起作用。在真核生物的激素调节中起作用。第69页，讲稿共152张，创作于星期日ATPATP腺甘酸环化酶腺甘酸环化酶cAMP（环腺甘酸）（环腺甘酸）大肠杆菌中：无葡萄糖，大肠杆菌中：无葡萄糖
42、，cAMP浓度高；浓度高；浓度高；浓度高；有葡萄糖，有葡萄糖，有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低。浓度低。第70页，讲稿共152张，创作于星期日ZYAOPDNA 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶cAMPcAMPcAMPcAMPCAPCAP复合物复合物第71页，讲稿共152张，创作于星期日第72页，讲稿共152张，创作于星期日+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度浓度高时促进转录高时促进转录有葡萄糖，有葡萄糖，有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度浓度浓度浓度低时不促进转录低时不
43、促进转录低时不促进转录低时不促进转录ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正调控的正调控第73页，讲稿共152张，创作于星期日当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAPCAPCAP对该系统不能发挥作用。对该系统不能发挥作用。如无如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。子仍无转录活性。cAMPCAP复合物与启动子区的结合复合物与启动子区的结合是转录起始所必需的。是转录起始所必需的。协调调节协调调节第74页，讲稿共152张，创作于星期日葡萄糖对
44、葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏。操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏。l l单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；l l若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。首先利用葡萄糖。首先利用葡萄糖。首先利用葡萄糖。第75页，讲稿共152张，创作于星期日第76页，讲稿共152张，创作于星期日五、五、LacLac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题1 1 1 1、A A基因及其生理功能基因及其生理功
45、能半乳糖半乳糖苷苷分子分子（IPTGIPTGIPTGIPTG）-半乳糖甘酶半乳糖甘酶半乳糖甘酶半乳糖甘酶分解产物（体内积累）分解产物（体内积累）-半乳糖苷乙酰半乳糖苷乙酰基转移酶基转移酶乙酰化乙酰化半乳糖半乳糖苷苷分子分子（IPTGIPTG）乙酰基乙酰基乙酰基乙酰基第77页，讲稿共152张，创作于星期日2 2、laclac基因产物数量上的比较基因产物数量上的比较-半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶=1=1=1=1：0.50.5：0.20.2第78页，讲稿共152张，创作于星期日翻译水平上受到调节：翻译水平上受到调节：（1 1 1 1）lac mRNAlac mRN
46、Alac mRNAlac mRNA可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终止蛋白质链的翻译；止蛋白质链的翻译；止蛋白质链的翻译；止蛋白质链的翻译；第79页，讲稿共152张，创作于星期日（2 2）在）在lac mRNA分子内部，分子内部，A A基因比基因比Z Z基因更基因更 容易受内切酶作用发生降解。容易受内切酶作用发生降解。第80页，讲稿共152张，创作于星期日3 3、操纵子的融合与基因工程、操纵子的融合与基因工程POZYAtsxtsxPOpur结构基因缺失缺失乳糖乳糖 lac op
47、eronlac operon负责嘌呤合成负责嘌呤合成pur operonpur operonLac启动子是强启动子，可以用于增加蛋白表达量。启动子是强启动子，可以用于增加蛋白表达量。第81页，讲稿共152张，创作于星期日第四节第四节 色氨酸操纵子色氨酸操纵子（trp operontrp operon）内容提要：内容提要：色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的色氨酸操纵子的阻遏系统阻遏系统色氨酸操纵子的弱化机制色氨酸操纵子的弱化机制第82页，讲稿共152张，创作于星期日一、色氨酸操纵子的结构一、色氨酸操纵子的结构 调控基因调控基因 结构基因结构基因 催化分枝酸转变为色氨酸的酶催化分枝
48、酸转变为色氨酸的酶 trpRtrp第83页，讲稿共152张，创作于星期日第84页，讲稿共152张，创作于星期日特点特点特点特点:(1)(1)trpR trpR 和和trpABCDE trpABCDE trpABCDE trpABCDE 不连锁；不连锁；不连锁；不连锁；(2)(2)(2)(2)操纵基因在启动子内操纵基因在启动子内 (3)(3)(3)(3)有衰减子有衰减子(attenuator)/(attenuator)/(attenuator)/(attenuator)/弱化子弱化子(4)(4)(4)(4)启动子和结构基因不直接相连，二者被启动子和结构基因不直接相连，二者被 前导序列前导序列(L
49、eader)(Leader)所所所所隔开隔开隔开隔开 P：起动子；：起动子；O：操纵子；：操纵子；l：前导序列；：前导序列；a：衰减子：衰减子 第85页，讲稿共152张，创作于星期日二、二、trp 操纵子的阻遏系统操纵子的阻遏系统低低TrpTrpTrpTrp时：时：时：时：阻遏物不结合阻遏物不结合阻遏物不结合阻遏物不结合操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因;高高TrpTrp时：时：阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物+Trp,+Trp,+Trp,+Trp,结合操纵基因结合操纵基因第86页，讲稿共152张，创作于星期日 三、三、trp 操纵子的弱化机制操纵子的弱化机制 衰减子衰减子/弱化子弱化子 前导序列（前导
50、序列（leader sequence）第87页，讲稿共152张，创作于星期日1231501 1、弱化子：、弱化子：DNADNADNADNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（123-150123-150123-150123-150区）。区）。第88页，讲稿共152张，创作于星期日 研究引起终止的研究引起终止的mRNAmRNA碱基序列，发现该区碱基序列，发现该区mRNAmRNA通过自我通过自我配对可以形成配对可以形成茎茎茎茎-环环结构，有典型的结构，有典型的终止子终止子特点。特点。Trp