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1、第第9 9章章 微生物基因表达的调控微生物基因表达的调控 酶量的调节：酶量的调节：是转录水平及产生多少是转录水平及产生多少mRNAmRNA或翻或翻译水平及译水平及mRNAmRNA是否翻译为蛋白酶的调节。是否翻译为蛋白酶的调节。基因表达：基因表达：基因的转录和翻译过程，也就是遗基因的转录和翻译过程，也就是遗传信息表现为生物性状的过程；基因结构是基因表传信息表现为生物性状的过程；基因结构是基因表达的基础。达的基础。基因表达的调控：基因表达的调控：多级水平上进行的调控过程；多级水平上进行的调控过程；基因活化（基因活化（DNADNA水平）、转录水平、转录后加工、水平）、转录水平、转录后加工、mRNAm
2、RNA水平、翻译水平、蛋白质水平（加工、修饰、水平、翻译水平、蛋白质水平（加工、修饰、降解）。降解）。（1 1）非专一性的：）非专一性的：蛋白质可以结合到核酸的任何蛋白质可以结合到核酸的任何部位。部位。（2 2）专一性的）专一性的 ：蛋白质结合到特定序列的核酸部蛋白质结合到特定序列的核酸部位。位。、转录水平的调控、转录水平的调控1 1、DNADNA结合蛋白结合蛋白蛋白与核酸的相互作用蛋白与核酸的相互作用 蛋白质与核酸的相互作用对于复制、转录、蛋白质与核酸的相互作用对于复制、转录、翻译以及这些过程的调控都是非常重要的。这种翻译以及这些过程的调控都是非常重要的。这种相互作用一般可分为两种类型：相互
3、作用一般可分为两种类型：DNADNA结合蛋白的结构结合蛋白的结构螺旋螺旋转角转角螺旋螺旋（HTHHTH）锌指（锌指（zinc fingerzinc finger）亮氨酸拉扣亮氨酸拉扣（leucine zipperleucine zipper）2 2、操纵子的转录调控、操纵子的转录调控操纵子（操纵子（operonoperon）很多功能上相关的结构基因在染色体很多功能上相关的结构基因在染色体上串连排列，由一个共同的控制区来操纵上串连排列，由一个共同的控制区来操纵这些基因的转录，包括这些结构基因和控这些基因的转录，包括这些结构基因和控制区的整个核苷酸序列称为操纵子。制区的整个核苷酸序列称为操纵子。模
4、型模型DNADNA上一部分和其上特定基因构成，分成四个区域。上一部分和其上特定基因构成，分成四个区域。R R：调节基因；：调节基因；P P：启动子；：启动子；O O：操纵基因；：操纵基因；S S：结：结构基因。构基因。正调控系统与负调控系统正调控系统与负调控系统 原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，这是原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，这是一种最为经济的调控。一种最为经济的调控。负调控系统：负调控系统：调节基因产物是阻遏蛋白，效应物与阻调节基因产物是阻遏蛋白，效应物与阻遏蛋白结合，阻止基因转录遏蛋白结合，阻止基因转录负控阻遏；效应物不与负控阻遏；效应物不与阻遏蛋白结合，阻止基因转录阻
5、遏蛋白结合，阻止基因转录负控诱导。负控诱导。正调控系统：正调控系统：调节基因产物是激活蛋白；效应物使调节基因产物是激活蛋白；效应物使激活蛋白处于激活状态激活蛋白处于激活状态正控诱导；效应物使激活正控诱导；效应物使激活蛋白处于非活性状态蛋白处于非活性状态正控阻遏。正控阻遏。有乳糖时：乳糖作有乳糖时：乳糖作为一种效应物与阻为一种效应物与阻遏物结合遏物结合,使其变使其变构构,不能与不能与O O结合结合,从而转录进行从而转录进行,合合成乳糖酶成乳糖酶,分解乳分解乳糖。糖。负控诱导系统（酶诱导生成机制）负控诱导系统（酶诱导生成机制）无乳糖时：细胞无乳糖时：细胞内产生的阻遏物内产生的阻遏物结合在操纵基因结
6、合在操纵基因上上,转录不能进转录不能进行。行。R P O SmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有活性有活性RNA聚合酶聚合酶不不转录（1 1）体系无诱导剂时）体系无诱导剂时 R P O SmRNARNARNA聚聚合合酶阻遏蛋阻遏蛋白有活白有活性性诱导剂没活性没活性转录转译酶蛋白蛋白（2 2）体系有诱导剂时）体系有诱导剂时负控阻遏系统（终点产物阻遏机制）负控阻遏系统（终点产物阻遏机制）终点点产物物过量量时终点点产物不物不过量量时（1 1）终点产物不过量时）终点产物不过量时 mRNA阻遏阻遏调节蛋蛋白无活性白无活性R P O SRNARNA聚合聚合酶酶蛋白蛋白转录转译（2 2）终点产物过量时）终点产物过量时
7、 R P O SmRNA阻遏阻遏调节蛋蛋白无活性白无活性RNARNA聚合聚合酶终点点产物物有活性有活性不不转录正正控诱导系统控诱导系统 负控诱导与正控诱导两种操纵子转录调控的差异负控诱导与正控诱导两种操纵子转录调控的差异（1 1）调解基因的产物在负控中是阻遏蛋白，在）调解基因的产物在负控中是阻遏蛋白，在 正控中是激活蛋白。正控中是激活蛋白。（2 2）阻遏蛋白的结合位点是操纵区，激活蛋白）阻遏蛋白的结合位点是操纵区，激活蛋白 的结合位点是激活蛋白结合位点。的结合位点是激活蛋白结合位点。分解代谢阻遏调控分解代谢阻遏调控有葡萄糖时：有葡萄糖时：cAMP cAMP的产生受葡萄糖的产生受葡萄糖抑制。葡萄
8、糖降解物抑制腺苷酸环化酶的活抑制。葡萄糖降解物抑制腺苷酸环化酶的活性，性，cAMPcAMP浓度下降，浓度下降，cAMPcAMP不与不与CAPCAP结合，结合，RNARNA多聚酶不能结合，多聚酶不能结合，转录不能进行。转录不能进行。无葡萄糖时：无葡萄糖时：cAMP cAMP浓度上升，浓度上升，cAMPcAMP与与CAP(CAP(降降解物的激活蛋白解物的激活蛋白)结合结合,与启动基因结合，转录进行与启动基因结合，转录进行.、代谢调节理论在发酵工业中的应用、代谢调节理论在发酵工业中的应用人工控制代谢的手段：人工控制代谢的手段：改变微生物遗传特性改变微生物遗传特性(遗传学方法）；遗传学方法）；控制发酵
9、条件（生物化学方法）；控制发酵条件（生物化学方法）；改变细胞膜透性；改变细胞膜透性；工业发酵的目的：工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代大量积累人们所需要的微生物代谢产物。谢产物。代谢的人工控制：代谢的人工控制：人为地打破微生物的代谢控制人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。1 1、酶诱导生成理论在发酵工业中的应用、酶诱导生成理论在发酵工业中的应用常用方法：常用方法：在有低浓度诱导剂的化学恒定器中连续培养。在有低浓度诱导剂的化学恒定器中连续培养。用诱导剂和无诱导剂的培养基交替培养。用诱导剂和无诱导剂的培养基交替培养。选择碳源。
10、选择碳源。加入诱导酶合成抑制剂。加入诱导酶合成抑制剂。微生物产生的酶多数是诱导酶，在酶制剂工业微生物产生的酶多数是诱导酶，在酶制剂工业上，提高酶产量的方法是：上，提高酶产量的方法是：（1 1）加入诱导剂加入诱导剂（2 2）选育组成型突变株和超产突变株）选育组成型突变株和超产突变株2 2、终点产物阻遏理论的应用、终点产物阻遏理论的应用 氨氨基基酸酸、核核苷苷酸酸、维维生生素素等等代代谢谢产产物物的的生生产产中中，打破反馈抑制调节是提高产量的重要手段之一。打破反馈抑制调节是提高产量的重要手段之一。（1 1）降低终点产物的浓度。）降低终点产物的浓度。选育终点产物的营养缺陷型菌株。选育终点产物的营养缺
11、陷型菌株。AaBbCcDdE 改变微生物膜的透性。改变微生物膜的透性。用生理学手段；利用膜缺损突变株用生理学手段；利用膜缺损突变株 （2 2）选育抗终点产物阻遏突变株）选育抗终点产物阻遏突变株 3 3、分解代谢产物阻遏理论的应用、分解代谢产物阻遏理论的应用 4 4、反馈抑制理论的应用、反馈抑制理论的应用 （1 1）选育营养缺陷型菌株选育营养缺陷型菌株 （2 2）选育反馈抑制突变株选育反馈抑制突变株 5 5、巴斯德效应在发酵工业中的应用、巴斯德效应在发酵工业中的应用6 6、膜调节理论的应用、膜调节理论的应用 操纵子操纵子 正调控正调控 负调控负调控 简述负控诱导和正控诱导两种操纵子转录调控的差异简述负控诱导和正控诱导两种操纵子转录调控的差异选育组成型突变株的常用方法选育组成型突变株的常用方法从终点产物阻遏理论入手简述工业上提高氨基酸产量从终点产物阻遏理论入手简述工业上提高氨基酸产量的常见方法的常见方法简述操纵子模型，用操纵子学说解释酶诱导生成机制，简述操纵子模型，用操纵子学说解释酶诱导生成机制，终点产物阻遏机制终点产物阻遏机制思考题思考题