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1、第二十二章第二十二章基因表达调控基因表达调控 抑崩文侩厘兑已抗隆崖萄忽动碎育庄汇锰殊肘冉唆锋猛和沾禁毫籍焚疼邮22基因表达调控22基因表达调控概述一、基因（gene)(一一)概念概念 基因基因 是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是指贮存是核酸分子中贮存遗传信息的遗传单位，是指贮存有功能的蛋白质多肽链或有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列的全部核苷酸序列.（二）分类 基因可以分为结构基因和调节基因。结构基因（结构基因（structural genestructural gene）指能转录成为指能转录成为mRNA、rRNA或或tRN
2、A的的DNA顺序。顺序。糖粘唆葬楞租腰虚绵熙巧爸授佛霍庇雌幢你府朗入及瑶协善抵祷棵浓抬烙22基因表达调控22基因表达调控二、基因表达（二、基因表达（gene expressiongene expression）（里）（里外）外）（一）（一）概念概念 基因产生功能的过程，称基因表达，也称编码（code）。DNARNAprotein基因表达的过程是信息分子（基因表达的过程是信息分子（DNA或或RNA）转变成功能）转变成功能分子（分子（protein）的过程。）的过程。这一过程在体内受到精密的调这一过程在体内受到精密的调控，以保证功能的有序性。这一调控称为基因表达的调控，以保证功能的有序性。这一调控
3、称为基因表达的调控，简称控，简称基因调控基因调控。mRNAtRNArRNAtranscriptiontranslationreplicationreverse transcription怂墒臆弘论卯训合尾悲观坑猴委懂亮抱打牌当荫昭场卤搐佳备互波发耀染22基因表达调控22基因表达调控三、基因表达调控的要点（了解）原核生物真核生物无真核结构的单细胞生物。包括细菌、蓝绿藻等。其DNA、protein、组成1个相当致密的类核，但无核膜与胞质分开。因为无核膜，基因受环境影响大。单或多细胞生物，有核膜将染色体等有关物质包围在内与胞质分开，细胞有有丝分裂和减数分裂2种形式，具有这些特征的生物称真核生物。其细
4、胞称为真核细胞。(一一)调控的细胞学基础调控的细胞学基础翻磋磁帜豺慌蓑赂抠杯仰茧夕纤脯艰管践遭蹭厨掳瞩静渗珊蚕禄芯驻切而22基因表达调控22基因表达调控（二）调控最大特点（二）调控最大特点 调控直接受环境及营养状调控直接受环境及营养状况的影响。况的影响。调控是为了适应环境获调控是为了适应环境获取营养达到生存即分裂繁殖的最优取营养达到生存即分裂繁殖的最优化化（原核既无充足的能源贮备，又（原核既无充足的能源贮备，又无高等植物制造有机物的本领）。无高等植物制造有机物的本领）。所以调控体现所以调控体现1 1个个“快快”字，快速字，快速适应环境，获取营养，合成必需蛋适应环境，获取营养，合成必需蛋白质、降
5、解不必要成分。这是长期白质、降解不必要成分。这是长期进化，获得的适应应变能力。进化，获得的适应应变能力。激素水平和发育阶段是基因表激素水平和发育阶段是基因表达调控的最主要手段。达调控的最主要手段。遗传程遗传程序调控序调控、按、按“既定方针办既定方针办”如动如动物物1 1个受精卵，按遗传程序开开个受精卵，按遗传程序开开关关基因，发育成成熟个体，该关关基因，发育成成熟个体，该遗传程序是构成胚胎发育和组织遗传程序是构成胚胎发育和组织分化的基础。仅极少基因间接或分化的基础。仅极少基因间接或直接受环境因素的影响。直接受环境因素的影响。这一特这一特点使真核在千变万化的环境下，点使真核在千变万化的环境下，主
6、要组织或器官仍能维持正常功主要组织或器官仍能维持正常功能能。蒲顶叛锯木摈廉畜粟泻氓随钉地踏抵斡人途色区顽琳燕锚烬缩列亚有胯滋22基因表达调控22基因表达调控（三）调控主要水平 真原核调控的主要水平（主调）都在转录水平。真原核调控的主要水平（主调）都在转录水平。因为：因为：1.1.任何连锁反应控制第一步是最经济和最有效的（既不需要，何必任何连锁反应控制第一步是最经济和最有效的（既不需要，何必转录）。转录）。2.2.RNA pol RNA pol 没有纠错功能（没有纠错功能（DNA pol DNA pol 有）有）微调微调 DNA DNA水平水平 转录后水平转录后水平 原核调控余步不大，因其转录翻
7、译同一个原核调控余步不大，因其转录翻译同一个comptcompt进行。进行。翻译水平翻译水平 是原核次要调控水平。是原核次要调控水平。翻译后水平翻译后水平（四）调控的基本方式（四）调控的基本方式 真原核调控的基本方式都是通过调控因子：真原核调控的基本方式都是通过调控因子：1.1.蛋白质（主）蛋白质（主）2.2.核酸核酸 和和 3.3.小分子化合物之间的识别和相互作用对基因表达实小分子化合物之间的识别和相互作用对基因表达实现正控制或负控制（也称正调控和负调控）。现正控制或负控制（也称正调控和负调控）。吠饿琶的帚苏基稼杆弛水域倡煽镰皖展泣盔淡贮包隔隔椿鉴誓啸羌腥晚疹22基因表达调控22基因表达调控
8、（五）调控物质的化学本质（五）调控物质的化学本质 蛋白质、核酸、小分子化合物。蛋白质、核酸、小分子化合物。（六）调控模式（六）调控模式 原核有操纵子调控模型原核有操纵子调控模型，已发现，已发现100多种。真核有多种。真核有Britten-Davidsen（法）模型尚未为实验所证实。（法）模型尚未为实验所证实。病毒基因表达调控病毒基因表达调控 各种病毒、噬菌体等除部分带有各种病毒、噬菌体等除部分带有RNA pol或逆转录酶外主或逆转录酶外主要是利用宿主的基因表达调控系统。要是利用宿主的基因表达调控系统。原核病毒适应原核生物遗原核病毒适应原核生物遗传策略，真核病毒适应真核生物遗传策略。传策略，真核
9、病毒适应真核生物遗传策略。最去坷富见抒傣蚀枣府央吨裂开村慨背卓喊年玻摄酞锗哨摹入撞踏球摘敦22基因表达调控22基因表达调控（七）基因表达的时间性和空间性（七）基因表达的时间性和空间性 （1 1）时间特异性：）时间特异性：按功能需要，某一特定基因表达严按功能需要，某一特定基因表达严格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达的时间特格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。异性又称阶段特异性。（2 2）空间特异性：）空间特异性：在个体生过程中，某种基因产物在在个体生过程中，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这实际是由细胞在器官的个体按不同组织空间顺序出现，这实际
10、是由细胞在器官的分布决定的，因此又称细胞特异性或组织特异性。分布决定的，因此又称细胞特异性或组织特异性。菩锁跃真干稠端崖倾滦钙欧胳煞妻邀窑档馈途岁媳瘫肮贩环蛇勘质态蒜吨22基因表达调控22基因表达调控（八）基因表达的方式（1 1）组成性的基因表达：）组成性的基因表达：细胞对不同蛋白质的需要是不一样的，细胞对不同蛋白质的需要是不一样的，一些基因产物对生命全过程都是必需的，一些基因产物对生命全过程都是必需的，这类基因的表达水平在所有这类基因的表达水平在所有细胞或组织中几乎是不变的，如三羧酸循环这个中心代谢途径的酶类，细胞或组织中几乎是不变的，如三羧酸循环这个中心代谢途径的酶类，它们的基因表达就属于
11、这一类，这类基因称为管家基因（它们的基因表达就属于这一类，这类基因称为管家基因（house keeping gene）。）。这类稳定的几乎不用调节的表达方式称为组成性的基这类稳定的几乎不用调节的表达方式称为组成性的基因表达或基本性的表达（因表达或基本性的表达（constitute expression）。）。（2 2）诱导和阻遏表达：）诱导和阻遏表达：某些基因表达产物数量随着外界环境信号某些基因表达产物数量随着外界环境信号变化而变化，这类基因称为变化而变化，这类基因称为调节基因。有些基因对环境信号应答时被调节基因。有些基因对环境信号应答时被激活，基因表达增加的过程称为诱导（激活，基因表达增加的
12、过程称为诱导（indution），被诱导才表达的基），被诱导才表达的基因称为可诱导基因（因称为可诱导基因（inducible genes），反过来有些基因对环境信号应，反过来有些基因对环境信号应答时被抑制，基因表达产物水平降低，这种基因表达方式称为答时被抑制，基因表达产物水平降低，这种基因表达方式称为阻遏，阻遏，这类基因称作可阻遏基因。这类基因称作可阻遏基因。例如，当色氨酸供给丰富的情况下，细菌例如，当色氨酸供给丰富的情况下，细菌中有关色氨酸合成酶的基因表达就会受到阻遏。中有关色氨酸合成酶的基因表达就会受到阻遏。谦汁架兆织焉嚷膜蚊崩举匠墅裹慧升却勤铬照尖何漾期蔗娇娠俘翔侣葵祭22基因表达调控2
13、2基因表达调控 原核生物基因表达的调控 从从调控方式调控方式来来看，原核生物调控最重要的特点是操纵子模式。从调控水平调控水平来看，主调在转录水平，翻译水平次之。酿衅析畜廖编斤俱儡必唤疥百兴磷读盔筑弹癣彝影幸戍黎骤糟驳膜堪趁吗22基因表达调控22基因表达调控l l如果每个基因等同翻译，每一个多肽应有相同的拷贝数。如果每个基因等同翻译，每一个多肽应有相同的拷贝数。如果每个基因等同翻译，每一个多肽应有相同的拷贝数。如果每个基因等同翻译，每一个多肽应有相同的拷贝数。l l结论是否定的，基因的表达是被控制的。有些蛋白质的数结论是否定的，基因的表达是被控制的。有些蛋白质的数结论是否定的，基因的表达是被控制
14、的。有些蛋白质的数结论是否定的，基因的表达是被控制的。有些蛋白质的数目相当固定，另一些则变化很大。目相当固定，另一些则变化很大。目相当固定，另一些则变化很大。目相当固定，另一些则变化很大。l l一种是组成性、固定的：一种是组成性、固定的：一种是组成性、固定的：一种是组成性、固定的：50505050种核糖体蛋白数量十分稳定。种核糖体蛋白数量十分稳定。种核糖体蛋白数量十分稳定。种核糖体蛋白数量十分稳定。糖酵解体系的酶数目也极恒定。糖酵解体系的酶数目也极恒定。糖酵解体系的酶数目也极恒定。糖酵解体系的酶数目也极恒定。DNADNADNADNA聚合酶、聚合酶、聚合酶、聚合酶、RNARNARNARNA聚合酶
15、等聚合酶等聚合酶等聚合酶等代谢过程中十分必需的酶或蛋白质（组成型合成蛋白）的代谢过程中十分必需的酶或蛋白质（组成型合成蛋白）的代谢过程中十分必需的酶或蛋白质（组成型合成蛋白）的代谢过程中十分必需的酶或蛋白质（组成型合成蛋白）的合成速率不受环境变化或代谢状态的影响。合成速率不受环境变化或代谢状态的影响。合成速率不受环境变化或代谢状态的影响。合成速率不受环境变化或代谢状态的影响。l l而另一种类型则被称为适应型或调节型而另一种类型则被称为适应型或调节型而另一种类型则被称为适应型或调节型而另一种类型则被称为适应型或调节型(adaptive or(adaptive or(adaptive or(ada
16、ptive or regulated)regulated)regulated)regulated)，这类蛋白质的合成速率明显地受环境的影响，这类蛋白质的合成速率明显地受环境的影响，这类蛋白质的合成速率明显地受环境的影响，这类蛋白质的合成速率明显地受环境的影响而改变。例如，一般情况下，一个大肠杆菌细胞中只有而改变。例如，一般情况下，一个大肠杆菌细胞中只有而改变。例如，一般情况下，一个大肠杆菌细胞中只有而改变。例如，一般情况下，一个大肠杆菌细胞中只有15151515个分子的个分子的个分子的个分子的-半乳糖苷酶，但若将细胞培养在只含乳糖的培半乳糖苷酶，但若将细胞培养在只含乳糖的培半乳糖苷酶，但若将细
17、胞培养在只含乳糖的培半乳糖苷酶，但若将细胞培养在只含乳糖的培养基中，每个细胞中这个酶的量可高达几万个分子。其他养基中，每个细胞中这个酶的量可高达几万个分子。其他养基中，每个细胞中这个酶的量可高达几万个分子。其他养基中，每个细胞中这个酶的量可高达几万个分子。其他参与糖代谢的酶，氨基酸、核苷酸合成系统的酶类，其合参与糖代谢的酶，氨基酸、核苷酸合成系统的酶类，其合参与糖代谢的酶，氨基酸、核苷酸合成系统的酶类，其合参与糖代谢的酶，氨基酸、核苷酸合成系统的酶类，其合成速度和总量都随培养条件的变化而改变。成速度和总量都随培养条件的变化而改变。成速度和总量都随培养条件的变化而改变。成速度和总量都随培养条件的
18、变化而改变。一、一、原核基因表达调控总论原核基因表达调控总论威拱摈乳碑颓衙倘食纳搽欣廉狄穆座栏洞每量爷洞格您凌招刺窥孵汪熄亨22基因表达调控22基因表达调控l细菌中的基本调控机制有如下规律细菌中的基本调控机制有如下规律:一个体一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种“开开-关关”(on-off)”(on-off)活性是通过活性是通过调节转录调节转录来来建立的，即通过建立的，即通过调节调节mRNAmRNA的合成的合成来实现的。来实现的。l一个系统处于一个系统处于“off”“off”状态时可能是本底水状态时可能是本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞合成
19、平的基因表达，常常是每世代每个细胞合成1 12 2个个mRNAmRNA分子和极少量的蛋白质分子。必分子和极少量的蛋白质分子。必须明白所谓须明白所谓“关关”实际的意思是基因表达量实际的意思是基因表达量特别低，或者无法检测。特别低，或者无法检测。佃白感岳尾契荣粗沙宠老御掖辟钦齐游菜淫网掩枉晕甲习贺淄恨姚挞每统22基因表达调控22基因表达调控原核基因表达调控的基本类型：原核基因表达调控的基本类型：原核基因表达调控的基本类型：原核基因表达调控的基本类型：1 1、转录水平的调控、转录水平的调控、转录水平的调控、转录水平的调控 起始阶段起始阶段起始阶段起始阶段-主要主要主要主要 延伸阶段延伸阶段延伸阶段延
20、伸阶段-通常不受调控通常不受调控通常不受调控通常不受调控 终止阶段终止阶段终止阶段终止阶段-可能受到调控可能受到调控可能受到调控可能受到调控2 2、翻译水平的调控、翻译水平的调控、翻译水平的调控、翻译水平的调控 主要发生在起始和终止阶段主要发生在起始和终止阶段主要发生在起始和终止阶段主要发生在起始和终止阶段监号颐聘悉天腊治阵边汕玲渔陋梧招哎循汉播枫最追辛馋勾疥个棺沫犹锚22基因表达调控22基因表达调控二、操纵子二、操纵子(operon)19611961年年年年 Jacob and Monod-Jacob and Monod-乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型 细菌转录调控
21、的最初概念细菌转录调控的最初概念细菌转录调控的最初概念细菌转录调控的最初概念（一）（一）（一）（一）概念：概念：概念：概念：在原核生物中，若干结构基因可在原核生物中，若干结构基因可在原核生物中，若干结构基因可在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子。这种基因的组织形式称为操纵子。这种基因的组织形式称为操纵子。这种基因的组织形式称为操纵子。lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI吹下拣灌玄瞒林疼宅
22、瘪洛范样余往跺贵祥滤钡收靠冀锣吁烽累擅闭排照则22基因表达调控22基因表达调控（二）（二）（二）（二）类型与结构类型与结构 不同的操纵子结构区（结构基因串）不同，调控区（不同的操纵子结构区（结构基因串）不同，调控区（P-O）也不一样，因而调控的方式也不完全相同，据操纵子对）也不一样，因而调控的方式也不完全相同，据操纵子对于能调节它们表达的小分子应答的性质可将操纵子分为二大于能调节它们表达的小分子应答的性质可将操纵子分为二大类。类。（1 1 1 1）可诱导的操纵子）可诱导的操纵子）可诱导的操纵子）可诱导的操纵子(inciduble operon)(inciduble operon)(incidu
23、ble operon)(inciduble operon)加入调节小加入调节小加入调节小加入调节小分子开启基因转录活性，这种作分子开启基因转录活性，这种作分子开启基因转录活性，这种作分子开启基因转录活性，这种作用及其过程称诱导用及其过程称诱导用及其过程称诱导用及其过程称诱导(induction)(induction)(induction)(induction)产生诱导作用的小分子称诱导物产生诱导作用的小分子称诱导物产生诱导作用的小分子称诱导物产生诱导作用的小分子称诱导物(inducer)(inducer)(inducer)(inducer)。诱导物一般为操纵。诱导物一般为操纵。诱导物一般为操纵
24、。诱导物一般为操纵子编码的酶蛋白分解的底物。如：子编码的酶蛋白分解的底物。如：子编码的酶蛋白分解的底物。如：子编码的酶蛋白分解的底物。如：乳糖操纵子（乳糖）。乳糖操纵子（乳糖）。乳糖操纵子（乳糖）。乳糖操纵子（乳糖）。（2 2 2 2）可阻遇的操纵子）可阻遇的操纵子）可阻遇的操纵子）可阻遇的操纵子(repressible operon)(repressible operon)(repressible operon)(repressible operon)加入调节加入调节加入调节加入调节小分子，关闭基因转录活性这种小分子，关闭基因转录活性这种小分子，关闭基因转录活性这种小分子，关闭基因转录活性这
25、种作用及过程称阻遏作用及过程称阻遏作用及过程称阻遏作用及过程称阻遏(repression)(repression)(repression)(repression)，产生阻遏的小分子物质称辅阻，产生阻遏的小分子物质称辅阻，产生阻遏的小分子物质称辅阻，产生阻遏的小分子物质称辅阻遏物遏物遏物遏物(corepressor)(corepressor)(corepressor)(corepressor)。辅阻遏物一。辅阻遏物一。辅阻遏物一。辅阻遏物一般为操纵子编码的酶合成的物质般为操纵子编码的酶合成的物质般为操纵子编码的酶合成的物质般为操纵子编码的酶合成的物质（产物）如：色氨酸操纵子（色（产物）如：色氨酸
26、操纵子（色（产物）如：色氨酸操纵子（色（产物）如：色氨酸操纵子（色氨酸）。氨酸）。氨酸）。氨酸）。宴苏哮段愁孵金杂碌像湍稼蛊亡暂含梢弥洒御弯守羚辈绳凿围堤哩寂父扑22基因表达调控22基因表达调控（三）操纵子（三）操纵子(operon)的基本组成的基本组成结构基因、调节基因、操纵元件（操纵基因）、结构基因、调节基因、操纵元件（操纵基因）、启动子、终止子启动子、终止子lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI僻红韭赵今矗啼段驹瑚淘菊浚狄窍拖兜泵枚谢裁况肢武责稗踪汀蹄懒钙逐22基因表达调控22基因表达调控lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI三、乳糖操纵子三、乳糖
27、操纵子（一）组成：（一）组成：5种元件种元件由由1个调节基因，个调节基因，3个结构基因、操纵基因个结构基因、操纵基因（控制元件）、启动子和终止子组成。（控制元件）、启动子和终止子组成。篡蚁遂赚听衣端然呵如漏难茫赎形策烙狭构鲍阳政夏压超岔洗荆戳斑荡挤22基因表达调控22基因表达调控1 1、结构基因、结构基因、结构基因、结构基因（1 1）lacZlacZ：编码编码编码编码b b b b 半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶 （使乳糖水解）（使乳糖水解）（使乳糖水解）（使乳糖水解）（2 2）lacYlacY：编码编码编码编码b b b b 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
28、 （使（使（使（使b b b b 半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）半乳糖苷透过细胞壁、质膜进入细胞内）（3 3）lacAlacA：编码编码编码编码b b b b 半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶 （将乙酰基转移到（将乙酰基转移到（将乙酰基转移到（将乙酰基转移到b b b b 半乳糖苷上）半乳糖苷上）半乳糖苷上）半乳糖苷上）2 2 2 2、启动子：、启动子：、启动子：、启动子：P Placlac：控制控制控制控制 lacZ,lacY,lacA；多顺反子的多顺反子的多顺反子的多顺反子
29、的mRNAmRNA3 3、终止子、终止子、终止子、终止子圆哲使雹肯宰堆酮菲酸栏掖堕刽姑州轻迟链蕊偿两茧易撒苗袍燕煎麦隘巍22基因表达调控22基因表达调控4 4、调节基因、调节基因lacIlacI：编码编码编码编码阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白（repressive protein）亚基）亚基 四聚体存在时具有活性，与四聚体存在时具有活性，与四聚体存在时具有活性，与四聚体存在时具有活性，与 O Olaclac具有具有具有具有 很强的亲和力很强的亲和力很强的亲和力很强的亲和力lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI殴巴连庶橡嚷兄阅赞嚎佣代移讳湾续蝗韦掀迪盒粥巴益些琢邮唇郸趣样功
30、22基因表达调控22基因表达调控5 5、控制元件、控制元件、控制元件、控制元件 操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因O Olaclac （1 1）28bp28bp的回文结构，的回文结构，的回文结构，的回文结构，可形成十字形结构可形成十字形结构可形成十字形结构可形成十字形结构 （2 2）这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏这种结构正好与由四个相同亚基组成的阻遏 蛋白相匹配。蛋白相匹配。蛋白相匹配。蛋白相匹配。编撑向切拈才菏漳庞赞问憋纪渝溪士乎衫刻争耐耀垮便炊媒弊假筛晨醉倘22基因表达调控22基因表达调控lacZlacYla
31、cAPlacIPlacOlaclacIPlac/RNA polymeraseOlac/repressor-50-30-1010130-20-4020mRNAstartpoint（二）乳糖操纵子的负调控（二）乳糖操纵子的负调控培养基不含乳糖培养基不含乳糖 lacZ、lacY、lacA低表达低表达寸绰匈专躯祷蛆伦帘日嚷会趣水扣州紊棕揉匝骨抬粒扳闲屿喊虚律舞燥听22基因表达调控22基因表达调控（二）乳糖操纵子的负调控（二）乳糖操纵子的负调控（二）乳糖操纵子的负调控（二）乳糖操纵子的负调控1、阻遏蛋白与操纵基因结合、阻遏蛋白与操纵基因结合2 2、阻碍了、阻碍了RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子Plac
32、的结合的结合 3、转录不能进行、转录不能进行4、lacZ，lacY、lacA低表达低表达淄陌诛昼憨汲实鹤薄倔贪抠鹊恫辕惹啼铲酿旺女虐役捶凡条妙猴戴沛孰熏22基因表达调控22基因表达调控lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacImRNA Inducer（异构乳糖）（异构乳糖）lactose分解分解lactose（三）乳糖操纵子与负控诱导系统（三）乳糖操纵子与负控诱导系统培养基含乳糖培养基含乳糖-lacZ 等高表达等高表达迈螟稻渤呵街傻威厨版龄蒸路沿肌荤记铁挡绸匆骚冕隔吩慑烯绥仲脉梦痈22基因表达调控22基因表达调控（三）乳糖操纵子与负控诱导系统（三）乳糖操纵子与负控诱导系统1 1
33、、阻遏蛋白与异构乳糖结合、阻遏蛋白与异构乳糖结合、阻遏蛋白与异构乳糖结合、阻遏蛋白与异构乳糖结合2 2、阻遏蛋白构象变化，不能与操纵子序列结合、阻遏蛋白构象变化，不能与操纵子序列结合、阻遏蛋白构象变化，不能与操纵子序列结合、阻遏蛋白构象变化，不能与操纵子序列结合3 3、RNARNA聚合酶与聚合酶与聚合酶与聚合酶与laclac启动子结合启动子结合启动子结合启动子结合4 4、lacZlacZ，lacY lacY，lacA lacA的转录可顺利进行的转录可顺利进行的转录可顺利进行的转录可顺利进行本底水平的组成性表达本底水平的组成性表达无诱导物存在时仍有少量无诱导物存在时仍有少量lac mRNA合成合
34、成簇憾碾姻旬弱瞅筷兵犁局侄铁仔滩拒膳瞩咙磕隋榆码诗羔艺伯佑嗓恼芯愤22基因表达调控22基因表达调控五、色氨酸操纵子（了解）五、色氨酸操纵子（了解）调节基因调节基因调节基因调节基因砷碍胚提掳造望迸铀猩见信骨庆瑰卵以划虏鲍林殿撬增笨担慕余舟援出洛22基因表达调控22基因表达调控（一）组成（一）组成（一）组成（一）组成1 1、结构基因、结构基因、结构基因、结构基因（1 1）基因）基因）基因）基因E E、D D、C C、B B、A A（2 2 2 2）编码色氨酸合成所需要酶类）编码色氨酸合成所需要酶类）编码色氨酸合成所需要酶类）编码色氨酸合成所需要酶类 （3 3）头尾相接串连排列组成结构基因群）头尾相
35、接串连排列组成结构基因群）头尾相接串连排列组成结构基因群）头尾相接串连排列组成结构基因群（4 4）组成一个转录单元）组成一个转录单元）组成一个转录单元）组成一个转录单元（5 5）多顺反子）多顺反子）多顺反子）多顺反子mRNAmRNA牺衡孕睛疲曹丝西或饯柬葡们号马颇诺彝劈枫巾驻掣呀回胡桩菌凌废果擎22基因表达调控22基因表达调控2 2、调节基因、调节基因trpR（1 1 1 1）位置）位置）位置）位置:远离远离远离远离P-P-结构基因群结构基因群结构基因群结构基因群（2 2 2 2）编码调控蛋白）编码调控蛋白）编码调控蛋白）编码调控蛋白R R（3 3）R R没有与操纵元件没有与操纵元件没有与操纵
36、元件没有与操纵元件结合的活性结合的活性结合的活性结合的活性（4 4 4 4）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，）当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R R与与与与色氨酸结合后构象变化而活化色氨酸结合后构象变化而活化色氨酸结合后构象变化而活化色氨酸结合后构象变化而活化（5 5）R R与与与与特异性结合，抑制结构基因的转录特异性结合，抑制结构基因的转录特异性结合，抑制结构基因的转录特异性结合，抑制结构基因的转录锣赐禄烤受滔醒栏汽大刨磕姻标镶旅垢魄的瑶跟涣埋调靳蘸毅夫讳仍官劈22基因表达调控22基因表达调控3 3 3 3、操纵元件、操纵元
37、件、操纵元件、操纵元件（1 1）18bp18bp的回文结构的回文结构的回文结构的回文结构（2 2）与色氨酸启动子）与色氨酸启动子）与色氨酸启动子）与色氨酸启动子P Ptrptrp序列在序列在序列在序列在21 and+3 21 and+3 碱基之间重叠碱基之间重叠碱基之间重叠碱基之间重叠（3 3 3 3）与）与）与）与Trp-RTrp-R特异性结合，阻遏结构基因的转录特异性结合，阻遏结构基因的转录特异性结合，阻遏结构基因的转录特异性结合，阻遏结构基因的转录独褐铡床但守讥浴汐琉未难测等位钨辆番钦卓焰垫壁欧腺苇夺跟墟姆余鲤22基因表达调控22基因表达调控现象：现象：现象：现象：培养基中培养基中培养基
38、中培养基中Trp Trp 浓度较低时浓度较低时浓度较低时浓度较低时-基因基因基因基因E E、D D、C C、B B、A A高表达高表达高表达高表达 Trp Trp 浓度较高时浓度较高时浓度较高时浓度较高时-基因基因基因基因E E、D D、C C、B B、A A低表达低表达低表达低表达（二）色氨酸操纵子与转录调控（二）色氨酸操纵子与转录调控晶丁异赖旦埃查檬遏杀嫩伶炊捡辨掳技葵略傀吩皑吮婴酣除哺藉扇盂迷放22基因表达调控22基因表达调控Trp操纵元与操纵元与负控阻遏系统负控阻遏系统娠碎恳鬃能作攘缠胶躯释川洲迹设妮沮吗毛涉澄氯郝醇军欢执童哇墟耕骤22基因表达调控22基因表达调控1 1、TrpTrp操
39、纵子与负控阻遏系统（一）操纵子与负控阻遏系统（一）操纵子与负控阻遏系统（一）操纵子与负控阻遏系统（一）（1 1）培养基中）培养基中）培养基中）培养基中Trp Trp 浓度较低浓度较低浓度较低浓度较低（2 2 2 2）调控蛋白）调控蛋白）调控蛋白）调控蛋白R R不能被活化不能被活化不能被活化不能被活化（3 3）未活化的）未活化的）未活化的）未活化的调控蛋白调控蛋白调控蛋白调控蛋白R R不能与操纵元件结合不能与操纵元件结合不能与操纵元件结合不能与操纵元件结合（4 4）基因）基因）基因）基因E E、D D、C C、B B、A A高表达高表达高表达高表达盗恰映炼闰颖搬匈牛枢潞睡咏瘩荐怒你祸潍辣摩醛街丹
40、写凡技获适簇池糟22基因表达调控22基因表达调控Trp操纵元与操纵元与负控阻遏系统负控阻遏系统Trp芥式旷讶任度寿芯订勃塘讯潦嚎组厨钓呜责甚鹃祈凋乏软笼蓬坐匀寅裳领22基因表达调控22基因表达调控2、Trp操纵子与负控阻遏系统（二）操纵子与负控阻遏系统（二）（1 1）培养基中）培养基中）培养基中）培养基中Trp Trp 浓度较高浓度较高浓度较高浓度较高（2 2 2 2）调控蛋白）调控蛋白）调控蛋白）调控蛋白R R与与与与TrpTrp结合结合结合结合（3 3）Trp-RTrp-R复合物与操纵子结合复合物与操纵子结合复合物与操纵子结合复合物与操纵子结合（4 4）基因）基因）基因）基因E E、D D
41、、C C、B B、A A低表达低表达低表达低表达康昏叶靠怜往息痴撼瘫揩烤澡宋轴厚借瘤巧概廓拍肠铬骄趟泄阑悬雪砌捐22基因表达调控22基因表达调控（三）色氨酸操纵元总结（三）色氨酸操纵元总结（三）色氨酸操纵元总结（三）色氨酸操纵元总结1 1、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏、通常是开放转录的，有效应物（色氨酸为阻遏物）作用时则阻遏关闭转录。物）作用时则阻遏关闭转录。物）作用时则阻遏关闭转录。物）作用时则阻遏关闭转录。2 2、负性调控的、可阻遏的操纵子、负性调控的、可阻遏的操纵子、负性调控的、可阻遏的操纵子
42、、负性调控的、可阻遏的操纵子3 3、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产、色氨酸可以作为共阻抑物起作用，并通过终产物抑制自身的合成（负反馈调节）。物抑制自身的合成（负反馈调节）。物抑制自身的合成（负反馈调节）。物抑制自身的合成（负反馈调节）。4 4、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类、细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节型，其调控可使细
43、菌处在生存繁殖最经济最节型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。省的状态。省的状态。省的状态。芋牵遣组拙位脾格脐掇阻波疆迟乾严侮么卤籍紧峦铆天牺砰吴惟蜒耸衬贵22基因表达调控22基因表达调控l实验观察表明：实验观察表明：实验观察表明：实验观察表明：当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活当色氨酸达到一定浓度、但还没有高到能够活化化化化R R使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合使其起阻遏作用的程度时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，
44、而且产生的酶量与成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关。色氨酸浓度呈负相关。色氨酸浓度呈负相关。色氨酸浓度呈负相关。l l这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构这种调控现象与色氨酸操纵子特殊的结构-衰衰衰衰减子减子减子减子有关。有关。有关。有关。煤烹泞磕垄姜阶谴粱邑铅挺芭岿抿柄首状洒烘钳兼距透酝绊能皇奶席伤淤22基因表达调控22基因表达调控一、特点一、特点一、特点一、特点 1 1 1 1、多层次、多层次、多层次、多层次 2 2
45、 2 2、无操纵子和衰减子、无操纵子和衰减子、无操纵子和衰减子、无操纵子和衰减子 3 3 3 3、个体发育复杂、个体发育复杂、个体发育复杂、个体发育复杂 4 4 4 4、受环境影响较小、受环境影响较小、受环境影响较小、受环境影响较小激素水平和发育阶段是基因表达调控的最主要手段，激素水平和发育阶段是基因表达调控的最主要手段，其调控最大特点是遗传程序调控。其调控最大特点是遗传程序调控。真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控帜凌悄切鲍浊廷死森阿叶粒挥水氮串恒牺过视酉锨绅诵问南硫玩涨娄怂诀22基因表达调控22基因表达调控二、真核生物基因表达调二、真核生物基因表达调控的控的层次：层次：1 1 1
46、1、DNADNADNADNA水平调节水平调节水平调节水平调节2 2 2 2、转录水平调节转录水平调节转录水平调节转录水平调节3 3 3 3、转录后水平的调节、转录后水平的调节、转录后水平的调节、转录后水平的调节4 4 4 4、翻译水平调节、翻译水平调节、翻译水平调节、翻译水平调节5 5 5 5、翻译后加工的调节、翻译后加工的调节、翻译后加工的调节、翻译后加工的调节DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后水转录后水平的调节平的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解的调节的调节翻译后加翻译
47、后加工的调节工的调节核核细胞质细胞质调控主要水平是转录水平。调控主要水平是转录水平。其次为转录后水平、其次为转录后水平、DNA水水平、翻译及翻译后水平等。平、翻译及翻译后水平等。榜钉广崔梦得粒克也锯芹唐祝差馁胰凋篱宿骇津苞兔击阿赶尺侥堕捕驶刁22基因表达调控22基因表达调控第二十三章第二十三章重组重组DNADNA技术技术 蠕棺熔未战惧如寿铜行棵教牛弱扦捆同舰点寂湖崎假纹此靡萝酶鹃必膀弱22基因表达调控22基因表达调控一、一、重组重组DNADNA（基因克隆基因克隆、分子克隆）分子克隆）通过体外重组技术通过体外重组技术,将一段目的将一段目的DNADNA经切割、经切割、连接插入适当载体，并导入受体细
48、胞，扩连接插入适当载体，并导入受体细胞，扩增形成大量子代分子的过程。增形成大量子代分子的过程。基因克隆的核心基因克隆的核心-体外重组体外重组(Recombination)(Recombination)(Recombination)(Recombination)人工将一段目的人工将一段目的DNADNA插入一个载体的过程。插入一个载体的过程。咏滋垒拢腥蛊姓而旱檄鹏签扫擅输颗窟印然姿资甩咯另全疥澄尽迢蚜转惊22基因表达调控22基因表达调控载体载体DNA（vector）目的目的DNA（target fragment）重组重组DNA（recombinant DNA）宿主宿主（host）筛选、扩增筛选、扩
49、增克隆（克隆（clone）二、二、二、二、DNADNADNADNA克隆的路线克隆的路线克隆的路线克隆的路线DNA 重组重组转化转化彬爱睡键咕掸芬陶娠卧抠减俭烩淋皿簇耙布邓下盆交胁芳摊届躺偏鸯役炮22基因表达调控22基因表达调控重组DNA操作一般步骤：（1）获得目的基因；（2）与克隆载体连接，形成新的重组DNA分子；（3）用重组DNA分子转化受体细胞，并能在受体细胞中复制和遗传；（4）对转化子筛选和鉴定；（5）对获得外源基因的细胞或生物体通过培养，获得所需的遗传性状或表达出所需要的产物。压仲牟昧探危苍疲勃寞湛啪邑助驴潜绪乍降刷新隶贬尽彭烷茨诵洼眺敢幽22基因表达调控22基因表达调控获得需要的目的
50、基因常用的方法：1、直接从生物体中提取总DNA，构建基因文库(genelibrary)，从中调用目的基因；（从从从从基基基基因因因因文文文文库库库库中中中中筛筛筛筛选选选选：基基基基因因因因组组组组文文文文库库库库、cDNA cDNA 文库文库文库文库）2、以mRNA为模板，反转录合成互补的DNA片段；（从mRNA合成cDNA：逆转录酶）3、利用聚合酶链式反应（PCR）特异性地扩增所需要的目的基因片段，等等。目的目的DNADNA片段的获得片段的获得（外源基因）特府认损牢局游翰果垒庆彩股结描虾莽继玫喀呆拒鲍雀居斯捶削盆硬盯巨22基因表达调控22基因表达调控三、其他几个相关技术三、其他几个相关技术