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1、关于原核基因表达调控(5)第1页，讲稿共111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gene expressiongene expression：基因转录及翻译的过程。对这个过程的调节就称为gene regulationgene regulation。rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达第2页，讲稿共111张，创作于星期日 永久型性表达(constitutive expression)适应型表达(adaptive expression）二、基因表达的方式二、基因表达的方式第3页，讲稿共111张，创作于星期日 1 1、
2、永久型表达：、永久型表达：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，某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为通常被称为管家基因管家基因(housekeeping gene)(housekeeping gene)。第4页，讲稿共111张，创作于星期日 2 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应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导诱导(induction)(induction)
3、，这类基因被称为，这类基因被称为可诱导的基因可诱导的基因(inducible gene)(inducible gene)；相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏阻遏(repression)(repression)，相应的基因被称为，相应的基因被称为可阻遏的基因可阻遏的基因(repressible gene)(repressible gene)。第5页，讲稿共111张，创作于星期日三、基因表达的规律 时间性和空间性1 1、时间特异性（、时间特异性（temporal specificitytemporal specificity）按功能
4、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，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性。特异性。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阶段特异性段特异性(stage specificity)(stage specificity)。第6页，讲稿共111张，创作于星期日第7页，讲稿共111张，创作于星期日2 2、空间特异性、空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity)基基因因表表达达伴伴随随空空间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，
5、实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell(cell or or tissue tissue specificity)specificity)。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，称之为基因表达的称之为基因表达的空间特异性空间特异性。第8页，讲稿共111张，创作于星期日四、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（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
6、）（真核）第9页，讲稿共111张，创作于星期日第二节 原核基因调控机制内容提要：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10页，讲稿共111张，创作于星期日一、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（transcriptional regulationtranscriptional regulation）2 2、转录后水平上的调控、转录后水平上的调控（post-transcriptional regulationpost-transcri
7、ptional regulation）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11页，讲稿共111张，创作于星期日第12页，讲稿共111张，创作于星期日二、操纵子学说二、操纵子学说1 1、操纵子模型的提出、操纵子模型的提出19611961年，年，MonodMonod和和JacobJacob提出提出获获19651965年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖Jacob and Monod第13页，讲稿共111张，创作于星期日2、操纵子的定义操纵子操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所
8、控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操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。纵基因受调节基因产物的控制。第14页，讲稿共111张，创作于星期日第15页，讲稿共111张，创作于星期日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）的应答，的应答，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 三、原核基因调控机制的类型与特点第16页，讲稿共111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正转录调控正转录调控如
9、果在没有调节蛋白质存在时基因是如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭关闭的，加入这的，加入这种调节蛋白质后基因活性就被种调节蛋白质后基因活性就被开启开启，这样的调控正转录，这样的调控正转录调控。调控。第17页，讲稿共111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负转录调控在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控。第18页，讲稿共111张，创作于星期日可诱导调节（可诱导调节（P235P235）：指一些基因在特殊的代谢物或：指一些基因在特殊的代谢物
10、或化合物的作用下，由原来化合物的作用下，由原来关闭关闭的状态转变为的状态转变为工作工作状态，状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。即在某些物质的诱导下使基因活化。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，可分为为可诱导调节可诱导调节和和可阻遏调节可阻遏调节两大类：两大类：第19页，讲稿共111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
11、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如果某种物质能够促使细菌产生酶来分解它，这种物质就是诱导物。第20页，讲稿共111张，创作于星期日可阻遏调节（可阻遏调节（P235P235）：）：基因平时是基因平时是开启开启的，处在产生蛋的，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累而将其积累而将其关闭关闭，阻遏了基因的表达。，阻遏了基因的表达。例：例：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第21页，讲稿共111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调节基因调节基因
12、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辅阻遏物如果某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。第22页，讲稿共111张，创作于星期日3 3、在在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（repressorrepressor），起着阻止结构基因转录的作用。），起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负控诱导负控诱导和和负控阻遏负控阻遏：在在负负控控诱诱导导系系统统中中，阻阻遏遏蛋蛋白白与与效效应应物物（诱诱导导物物）结
13、结合合时，结构基因转录；时，结构基因转录；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）结结合合时，结构基因不转录。时，结构基因不转录。第23页，讲稿共111张，创作于星期日负转录调控系统负转录调控系统负控诱导负控诱导负控阻遏负控阻遏第24页，讲稿共111张，创作于星期日4 4、在、在正转录调控正转录调控系统中，调节基因的产物是系统中，调节基因的产物是激活蛋白激活蛋白（activator）。）。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和和正控阻遏正控阻遏在在正控诱导正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激系统中，效应物分
14、子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态；活蛋白处于活性状态；在在正控阻遏正控阻遏系统中，效应物分子（系统中，效应物分子（辅阻遏物）辅阻遏物）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。第25页，讲稿共111张，创作于星期日正转录调控系统正转录调控系统正控诱导正控诱导正控阻遏正控阻遏第26页，讲稿共111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、因子的更换 在E.coli中,当细胞从基本的转录机制转入各种特定基因表达时，需要不同的因子指导RNA聚合酶与各种启动子结合。第27页，讲稿共111张，创作于星期日大肠杆菌中的各种因子比较因子因子编码基
15、因编码基因主要功能主要功能70rpoD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54rpoN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38rpoH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32rpoS热休克基因的表达调控热休克基因的表达调控28rpoF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24rpoE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28页，讲稿共111张，创作于星期日温度较高温度较高,诱导产生各种热休克蛋白诱导产生各种热休克蛋白 由由 3232参与构成的参与构成的RNARNA聚合酶与热休克应答基因启聚
16、合酶与热休克应答基因启动子结合动子结合,诱导产生大量的热休克蛋白诱导产生大量的热休克蛋白,适应环境需适应环境需要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 因子的替换因子的替换,RNA,RNA聚合酶识别不同基因的启动聚合酶识别不同基因的启动子子,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第29页，讲稿共111张，创作于星期日 70与与 54的比较（的比较（P234）与与DNA结合区域不同结合区域不同 70 -35区和区和-10区区 54 -24区和区和-12区区与启动子结合顺序不同与启动子结合顺序不同 70 在核心酶结合到在核心酶结合到DNA链上后才能与启动子结
17、合链上后才能与启动子结合 54 可在无核心酶的情况下独立结合到启动子上，类可在无核心酶的情况下独立结合到启动子上，类似于真核似于真核TATA区结合蛋白。区结合蛋白。第30页，讲稿共111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起信号作用的是：起信号作用的是：有特殊负载的氨酰有特殊负载的氨酰-tRNA-tRNA的浓度的浓度例：大肠杆菌中的色氨酸操纵子、苯丙氨酸操纵子、苏氨酸操例：大肠杆菌中的色氨酸操纵子、苯丙氨酸操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子和缬氨酸操纵子；沙门菌的组氨酸操纵纵子、异亮氨酸操纵子和缬氨酸操纵子；沙门菌的组氨酸操纵子和亮氨酸操纵子、嘧啶合成操纵子
18、等子和亮氨酸操纵子、嘧啶合成操纵子等弱化子：弱化子：当操纵子被阻遏，当操纵子被阻遏，RNARNA合成被终止时，起终止转录合成被终止时，起终止转录信号作用的那一段核苷酸被称为弱化子。信号作用的那一段核苷酸被称为弱化子。属于转录调节中的属于转录调节中的微调整微调整。第31页，讲稿共111张，创作于星期日3、降解物对基因活性的调节降解物抑制作用的调节：提高基因的转录水平，降解物抑制作用的调节：提高基因的转录水平，使它由原来的低水平表达变成高水平表达。使它由原来的低水平表达变成高水平表达。葡萄糖效应葡萄糖效应（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在时，即使加入乳糖、半乳糖或其他
19、的诱导物，与时，即使加入乳糖、半乳糖或其他的诱导物，与其相应的操纵子也不会启动，不会产生出代谢这其相应的操纵子也不会启动，不会产生出代谢这些糖的酶来，这种现象就称些糖的酶来，这种现象就称。Why?P236降解物抑制作用是通过提高转录强度来调节基因表降解物抑制作用是通过提高转录强度来调节基因表达的，是一种积极的调节方式。达的，是一种积极的调节方式。第32页，讲稿共111张，创作于星期日4、细菌的应急反应应急反应的信号是：应急反应的信号是：鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸。产生这两种物质的诱导物是：产生这两种物质的诱导物是：空载空载tRNA当当AA饥饿饥饿时，空载时，空载tRNA大量存
20、在，激活焦磷酸转大量存在，激活焦磷酸转移酶，使鸟苷四磷酸大量合成，而鸟苷四磷酸的移酶，使鸟苷四磷酸大量合成，而鸟苷四磷酸的出现会出现会关闭许多基因关闭许多基因，也会打开一些合成，也会打开一些合成AA的基因，的基因，以应付这种紧急状况。以应付这种紧急状况。鸟苷四磷酸作用原理有待深入研究鸟苷四磷酸作用原理有待深入研究影响一大批操纵子，属于影响一大批操纵子，属于超级调控因子超级调控因子。第33页，讲稿共111张，创作于星期日习题1、基因表达调控主要表现在两个方面、基因表达调控主要表现在两个方面：和和。其中，后。其中，后者又包括者又包括mRNA加工成熟水平上的调控和加工成熟水平上的调控和。2、不同生物
21、使用不同的信号来指挥基因调控。原核生物中，、不同生物使用不同的信号来指挥基因调控。原核生物中，和和对基因表达起主要影响。在高等真核生物中，对基因表达起主要影响。在高等真核生物中，和和是基因表达调控的最主要手段。是基因表达调控的最主要手段。3、原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制、原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为的不同可分为和和两面大类。在第二种调控系统中，两面大类。在第二种调控系统中，调节基因的产物是调节基因的产物是。根据其性质可分为。根据其性质可分为和和系系统。统。第34页，讲稿共111张，创作于星期日4、在葡萄糖存在的情况下，即使在细菌中加入
22、乳糖、半乳、在葡萄糖存在的情况下，即使在细菌中加入乳糖、半乳糖或其他的诱导物，与其相应的操纵子也不会启动，不糖或其他的诱导物，与其相应的操纵子也不会启动，不会产生出代谢这些糖的酶来，这种现象称为会产生出代谢这些糖的酶来，这种现象称为或称为降或称为降解物抑制作用。解物抑制作用。5、细菌实施应急反应的信号是、细菌实施应急反应的信号是和和。产生这两种物产生这两种物质的诱导物是质的诱导物是。6、原核生物调节基因表达的意义是为适应环境，维持（）、原核生物调节基因表达的意义是为适应环境，维持（）A、细胞分裂、细胞分裂 B、细胞分化、细胞分化 C 器官分化器官分化 D 组织分化组织分化7、原核生物的基因调控
23、主要发生在（）。、原核生物的基因调控主要发生在（）。A 转录水平转录水平 B 转译水平转译水平 C 转录后水平转录后水平 D 转译后水平转译后水平第35页，讲稿共111张，创作于星期日Contents1.1.基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念2.2.原核基因调控机制原核基因调控机制3.3.乳糖操纵子乳糖操纵子4.4.色氨酸操纵子色氨酸操纵子5.5.其他操纵子其他操纵子6.6.转录后水平上的调控转录后水平上的调控第36页，讲稿共111张，创作于星期日一、乳糖操纵子的结构一、乳糖操纵子的结构-半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶阻遏蛋白第37页，讲稿共111张，创作于星期日Z Z编码编码-半乳糖
24、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编码编码-半乳糖苷透过酶：半乳糖苷透过酶：使外界的使外界的-半乳糖苷（如乳糖）能透半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。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：乙酰辅酶乙酰辅酶A A上的乙酰基转到上的乙酰基转到-半乳半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。糖苷上，形成乙酰半乳糖。第38页，讲稿共111张，创作于星期日二、酶的诱导lac体系受调控的证据第39页，讲稿共111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被
25、分解，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，如这种物质被称为安慰诱导物，如IPTGIPTG（异丙基异丙基-D-D-硫代半乳糖苷）。硫代半乳糖苷）。第40页，讲稿共111张，创作于星期日第41页，讲稿共111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：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mRNA分子所分子所编码编码 第42页，讲稿共111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O区，而位于区，而位于I与与O之间的启动之间的启动子区（子区（P），不能单独起动合成），不
26、能单独起动合成-半乳糖苷酶和透过酶的生理半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。过程。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26bp），是阻遏物的），是阻遏物的结合位点。结合位点。第43页，讲稿共111张，创作于星期日RNA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第44页，讲稿共111张，创作于星期日 操纵位点的回文序列第45页，讲稿共111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，lac mRNAlac mRNA的转录的转录起始受到抑制。起始受到抑制。第46页，讲稿共111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，
27、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。当有的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，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所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。的合成。第47页，讲稿共111张，创作于星期日第48页，讲稿共111张，创作于星期日永久型突变：lacOc 第49页，讲稿共111张，创作于星期日永久型突变：lacI-第50页，讲稿共111张，创作于星期日不可诱导突变（超阻遏）：第51页，讲稿共111张，创作于星期日四、影响因子1 1、laclac操纵子的本
28、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所不能解释的：有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的：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，后者的合成又需要诱导。物需要透过酶，后者的合成又需要诱导。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52页，讲稿共111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-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，
29、需要有半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有-半乳糖甘酶的预先存在。半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合成：非诱导状态下有少量的lac mRNA合成。合成。第53页，讲稿共111张，创作于星期日2、大肠杆菌对乳糖的反应 培养基：甘油培养基：甘油 按照按照lac操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的-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；培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖少量乳糖少量乳糖透过酶透过酶进入细胞进入细胞-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
30、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54页，讲稿共111张，创作于星期日乳糖第55页，讲稿共111张，创作于星期日诱导物的加入和去除对lac mRNA的影响-半乳糖苷酶活性半乳糖苷酶活性第56页，讲稿共111张，创作于星期日3、阻遏物lac I基因产物及功能 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。当当I I基因由
31、弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可能产生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，整个足够的诱导物来克服阻遏状态，整个laclac操纵子在这些突操纵子在这些突变体中就不可诱导。变体中就不可诱导。第57页，讲稿共111张，创作于星期日4、葡萄糖对lac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，laclac操操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导葡萄糖，乳糖就会诱导laclac操纵子表达分解乳糖所操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。需的三种酶。代谢物阻遏效应
32、代谢物阻遏效应第58页，讲稿共111张，创作于星期日5、cAMP与代谢物激活蛋白代谢物激活蛋白代谢物激活蛋白CRPCRP由由CrpCrp基因编码，它可与基因编码，它可与cAMPcAMP形成复合物（形成复合物（cAMPcAMP -CRP-CRP），此复合物是激活），此复合物是激活laclac的重要组成部分，细菌对它的的重要组成部分，细菌对它的需要是独立的，与需要是独立的，与阻遏体系阻遏体系无关，转录必需有无关，转录必需有cAMPcAMP CRPCRP复合物复合物结合在启动子区域上。结合在启动子区域上。cAMP-cAMP-CRPCRP复合物复合物是一个不同于阻遏物的是一个不同于阻遏物的正调控因子正
33、调控因子。LacLac操纵子的功能是在这两个相互独立的调控体系作用下实现的。操纵子的功能是在这两个相互独立的调控体系作用下实现的。第59页，讲稿共111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cAMPCRP复合物第60页，讲稿共111张，创作于星期日P244图图7-15第61页，讲稿共111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，大肠杆菌中，cAMP的浓度受到的浓度受到葡萄糖代谢葡萄糖代谢的调节
34、：的调节：1.缺乏碳源，缺乏碳源，cAMP浓度高浓度高2.有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低浓度低3.只有甘油或乳糖等不进行糖酵解途径的碳源，只有甘油或乳糖等不进行糖酵解途径的碳源，cAMP浓度高；浓度高；推测糖酵解途径中位于葡糖推测糖酵解途径中位于葡糖-6-磷酸与甘油之间的某些代谢产物是腺苷磷酸与甘油之间的某些代谢产物是腺苷酸环化酶活性的抑制剂。酸环化酶活性的抑制剂。第62页，讲稿共111张，创作于星期日+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时促进转录促进转录有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时不促进转录不促进转录ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCA
35、PCAP的正调控的正调控第63页，讲稿共111张，创作于星期日第64页，讲稿共111张，创作于星期日The Lac Operon:When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveCome on,let me throughNo wayJose!CAPCAP第65页，讲稿共111张，创作于星期日The Lac Operon:When Lactose I
36、s Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!第66页，讲稿共111张，创作于星期日The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glu
37、cose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveRepressorSTOPRight therePolymeraseAlright,Im off to the races.Come on,let me through!第67页，讲稿共111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、A基因及其生理功能半
38、乳糖苷分子-半乳糖苷酶分解产物（体内积累，抑制生长）-半乳糖苷乙酰基转移酶半乳糖苷分子乙酰化乙酰化半乳糖半乳糖苷分子苷分子-半乳糖苷酶第68页，讲稿共111张，创作于星期日2、lac基因产物数量上的比较-半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶=1：0.5：0.2，Why?不同的酶在数量上的差异是由于在翻译水平上受到调节所致。（1）lac mRNA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；（后续的AUG密码子再度起始翻译的概率）（2）在 lac mRNA分子内部，A基因比Z基因更容易受内切酶作用发生降解。第69页，讲稿共111张，创作于星期日3、操纵子的融合与基因工程（基因融合技术）PO
39、ZYAtsxPOpur结构基因缺失lac operonpur operon控制细胞对T6噬菌体敏感性第70页，讲稿共111张，创作于星期日Contents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71页，讲稿共111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 催化催化分枝酸分枝酸转变为转变为色氨酸色氨酸 的酶（的酶（P247P247图图7-777-77）trpRtrpRtrptrpGF第72页，讲稿共111
40、张，创作于星期日第73页，讲稿共111张，创作于星期日特点:(1)trpR和trpABCDE不连锁；(2)操纵基因在启动子内(3)有衰减子(attenuator)/弱化子(4)启动子和结构基因不直接相连，二者被 前导序列(Leader)所隔开 第74页，讲稿共111张，创作于星期日二、trp 操纵子的阻遏系统低低TrpTrp时：时：阻遏物不结合操阻遏物不结合操纵基因纵基因;高高TrpTrp时：时：阻遏物阻遏物+Trp +Trp 结合操纵基因结合操纵基因第75页，讲稿共111张，创作于星期日三、trp 操纵子的弱化机制衰减子（attenuator）/弱化子前导序列（leader sequence
41、）第76页，讲稿共111张，创作于星期日1、弱化子：DNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（123-150区）。123150第77页，讲稿共111张，创作于星期日 研究引起终止的研究引起终止的mRNAmRNA碱基序列碱基序列，发现该区发现该区mRNAmRNA通过自通过自我配对可以形成我配对可以形成茎茎-环环结构，有典型的结构，有典型的终止子终止子特点。特点。第78页，讲稿共111张，创作于星期日2、前导序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段。第79页，讲稿共111张，创作于星期日第80页，讲稿共111张，创作于星期日3、弱化机制、弱化机制第81页
42、，讲稿共111张，创作于星期日第82页，讲稿共111张，创作于星期日前导肽前导肽转录终止结构转录终止结构第83页，讲稿共111张，创作于星期日 细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使用只能使用只能使用只能使转录不起始转录不起始转录不起始转录不起始，对于已经起始的转录，只能通，对于已经起始的转录，只能通，对于已经起始的转录，只能通，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是过弱
43、化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是细胞细胞细胞细胞内色氨酸的多少内色氨酸的多少内色氨酸的多少内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是；弱化作用的信号则是；弱化作用的信号则是；弱化作用的信号则是细胞内载有色氨细胞内载有色氨细胞内载有色氨细胞内载有色氨酸的酸的酸的酸的tRNAtRNA的多少的多少的多少的多少。它通过前导肽的翻译来控制转录的。它通过前导肽的翻译来控制转录的。它通过前导肽的翻译来控制转录的。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成
44、，体现着生进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。物体内周密的调控作用。物体内周密的调控作用。物体内周密的调控作用。第84页，讲稿共111张，创作于星期日Contents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85页，讲稿共111张，创作于星期日第五节 其他操纵子一、半乳糖操纵子(galactose operon)(galactose operon)异构酶异构酶(galE)乳糖乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶磷酸尿嘧啶核苷转移酶(gal
45、T)半乳糖激酶半乳糖激酶(galk)。第86页，讲稿共111张，创作于星期日galgal操纵子的特点：操纵子的特点：操纵子的特点：操纵子的特点：它有两个启动子，其它有两个启动子，其它有两个启动子，其它有两个启动子，其mRNAmRNA可从两个不同的起始点开始转可从两个不同的起始点开始转可从两个不同的起始点开始转可从两个不同的起始点开始转录；录；录；录；它有两个它有两个它有两个它有两个OO区，一个在区，一个在区，一个在区，一个在P P区上游，另一个在结构基因区上游，另一个在结构基因区上游，另一个在结构基因区上游，另一个在结构基因galEgalE内部。内部。内部。内部。第87页，讲稿共111张，创作
46、于星期日二、阿拉伯糖操纵子（二、阿拉伯糖操纵子（arabinose operon)arabinose operon)araB基因、araA基因和araD,形成一个基因簇，简写为araBAD 三个基因的表达受到ara操纵子中araC基因产物AraC蛋白的调控。第88页，讲稿共111张，创作于星期日araara操纵子的调控有两个特点：操纵子的调控有两个特点：第一，第一，araCaraC表达受到表达受到AraCAraC的自身调控。的自身调控。第二，第二，AraCAraC既是既是araara操纵子的正调节蛋白（需操纵子的正调节蛋白（需cAMP-CRPcAMP-CRP的共同参与，起始转录），又是其负调节
47、蛋白。这种双的共同参与，起始转录），又是其负调节蛋白。这种双重功能是通过重功能是通过AraCAraC蛋白的两种异构体来实现的（蛋白的两种异构体来实现的（PiPi和和Pr)Pr)。第89页，讲稿共111张，创作于星期日第90页，讲稿共111张，创作于星期日第91页，讲稿共111张，创作于星期日第92页，讲稿共111张，创作于星期日Contents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93页，讲稿共111张，创作于星期日一、翻译起始的调控 RBS（核糖体结合位
48、点）：mRNA链上起始密码子AUG上游的一段非翻译区。RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始密码子AUG之间的距离。SD-4-10（9）-AUG第六节第六节 转录后水平上的调控转录后水平上的调控第94页，讲稿共111张，创作于星期日二、稀有密码子对翻译的影响dnaG(dnaG(引物酶引物酶)RNA)RNA引物引物dnaGdnaG、rpoDrpoD和和rpsUrpsU属于大肠杆菌基因组上的同一个属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子操纵子5050个拷贝的个拷贝的dnaGdnaG蛋白、蛋白、28002800个拷贝的个拷贝的rpoDrpoD和和4000040000个拷贝的个拷贝的rpsUrpsU
49、第95页，讲稿共111张，创作于星期日几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较蛋白质AUU/%AUC%AUA%结构蛋白37621亚基26740DnaG蛋白363232细胞内对应于稀有密码子的细胞内对应于稀有密码子的tRNAtRNA较少，高频率使用这些密码子的基因翻较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。第96页，讲稿共111张，创作于星期日三、重叠基因对翻译的影响三、重叠基因对翻译的影响第97页，讲稿共111张，创作于星期日TrpB 谷氨酸-异亮氨酸-终止 GAA -AUC -UGA-UGG-AA AUG-GAA 甲硫氨酸
50、 谷氨酸trpAtrpE苏氨酸苯丙氨酸终止 ACU -UUC -UGA -UGG -CU AUG AUG GCU 甲硫氨酸-丙氨酸-trpD 翻译终止时核糖体立即处在起始环境中，这种重叠的密码子保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。第98页，讲稿共111张，创作于星期日1、关于管家基因叙述错误的是、关于管家基因叙述错误的是 (A)在生物个体的几乎各生长阶段持续表达在生物个体的几乎各生长阶段持续表达 (B)在生物个体的几乎所有细胞中持续表达在生物个体的几乎所有细胞中持续表达 (C)在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达 (D)在生物个体的某一生长