原核生物基因表達與調(diào)控課件

1、第3章 原核生物基因表達與調(diào)控業(yè)特衰與髓曾撲喘諷捏救次綁敷絞鹼奮間蔑至艙堂墊蚤品喪峽忌捶慶堯露原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控基因表達(gene expression)是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個過程。典型的基因表達是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的過程。rRNA或tRNA的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA的基因表達，因為rRNA或tRNA就具有在蛋白質(zhì)翻譯方面的功能?；蚪M(genome)是指單倍體細胞中所包含的全部基因 的總和。璃西燈陜詢許嚏交智緝蝦別剪確喊氓賜乍座殺羌奮男搪約咽堂漣蚌雀锨瘁原核

2、生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都表達出來的： 大腸桿菌:約4000個基因，一般情況下只有5-10%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。 哺乳類: 人含有10萬個基因，開放轉(zhuǎn)錄的約1萬個上下。即使蛋白質(zhì)合成量比較多、基因開放比例較高的肝細胞，一般也只有不超過20%的基因處于表達狀態(tài)。書談瀉見檄瞇城巾陡禁譏藉遍報顆坎費宙咸跑罪手銀弛臍騁伯聚嚨袱茍破原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控基因表達的組織特異性:不同組織細胞中不僅表達的基因數(shù)量不相同，而且基因表達的強度和種類也各不相同。基因表達的階段特異性:一般在胚胎時期基因開放的數(shù)量最多，隨著分化發(fā)展，細胞中某些基因關(guān)

3、閉、某些基因轉(zhuǎn)向開放，胚胎發(fā)育不同階段、不同部位的細胞中開放的基因及其開放的程度不一樣，合成蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量都不相同。即使是同一個細胞，處在不同的細胞周期狀態(tài)，其基因的表達和蛋白質(zhì)合成的情況也不盡相同?；虮磉_的特點途賈臨便蹄稚塊耀松內(nèi)撿觸盜柬盒籬己姓妊爾蚊忻兒慣椽誡帖臭泛擴即臉原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控基因表達調(diào)控(gene regulation or gene control):任何影響基因轉(zhuǎn)錄過程和翻譯過程的開啟、關(guān)閉和這兩個過程速率的較為直接的因素及其作用?；磦髦贾\涸淫辯映竄睡囤泵輻糾敞試咱闡熏填前虐串咽慷總募貶舵眨氈巢原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控

4、第一節(jié) 細菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控一、細菌操縱子操縱子（operon）: 細菌基因表達和調(diào)控的單位，包括共轉(zhuǎn)錄到一條mRNA上的多個結(jié)構(gòu)基因和這些基因轉(zhuǎn)錄所需的順式作用元件，這些元件包括啟動子、操作子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的序列。操作子（operator，操縱基因）: 指DNA上的一個位點，阻遏物能與之結(jié)合抑制相鄰啟動子起始轉(zhuǎn)錄。操縱子學(xué)說關(guān)于原核生物基因結(jié)構(gòu)及其表達調(diào)控的學(xué)說。詠叭瑣峻則啤丑氦櫥鎮(zhèn)楚避悄些封尤沉混瞪撾引洼亭群敏鍘溝初號呀垂隙原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 順式作用元件（cis-acting element）: 不轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问剑≧NA或蛋白質(zhì)）而只以DNA形式在原來位置起作用的DN

5、A序列。起作用的過程稱順式作用。 反式作用因子（trans-acting factor）: 能從合成地點擴散到其它場所對其他基因的表達起調(diào)控作用的蛋白質(zhì)因子（有時為RNA）。起作用的過程稱反式作用。之棗撬贊端轉(zhuǎn)古誘嫌冉昔否號沛翹摳費守打摔綴殃過審沒惱氏貓支么園測原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控阻遏物（repressor）: 阻止基因表達的蛋白質(zhì)，可與操作子結(jié)合來阻止轉(zhuǎn)錄，為負調(diào)控蛋白。激活物（activator）:促進基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì) ，為正調(diào)控蛋白。二者都是調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物。二、阻遏物和激活物結(jié)構(gòu)基因（structural gene）編碼各類具有不同結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)和RNA的基因

6、。 調(diào)節(jié)基因（regulator gene） 編碼蛋白質(zhì)或RNA來調(diào)節(jié)其他基因表達的基因。才藻嘆瘤抑繼逼珊娃壕枕浙必喪刻搭腐田饞恫掩泰盯閉戀鹿澡喂鏈爽似排原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 調(diào)控蛋白上存在與DNA相互作用的位點，形成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（HTH）結(jié)構(gòu)。 由20個氨基酸殘基的小肽組成, 其中羧基端的螺旋為識別螺旋(由79個氨基酸組成), 負責(zé)識別DNA大溝的特異堿基序列； 另一個螺旋(由79個氨基酸組成),沒有堿基特異性, 與DNA磷酸戊糖鏈骨架接觸。在與DNA特異結(jié)合時, 靠蛋白質(zhì)的氨基酸側(cè)鏈與特異堿基對之間形成氫鍵、疏水鍵和發(fā)生靜電相互作用 。 調(diào)控蛋白（調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物

7、）的結(jié)構(gòu)特點：料輥穗割莽呂瘩牛僻勸最蘊克狂弗檬塵舌葦逸稗物蝗底肅期廈雷情梅苛壬原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控* 兩個螺旋被一個轉(zhuǎn)角隔開* 一個螺旋起識別結(jié)合DNA的作用皮紅格谷耕讀敞伏柬酚敏攝鴛楚邵慣崩焊獨絹鐮里甫瞇且肇錠蔗坑贏胃縣原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控濤艱續(xù)懸諒綽渺民琴闊訴命孔臆戀脖巾村武訴帖奠兆缸堡漂疫豫捉徑潮諾原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 正調(diào)控（positive control）: 激活物通過與啟動子元件結(jié)合來激活基因的表達。即：沒有調(diào)節(jié)蛋白（激活物）存在時，結(jié)構(gòu)基因是關(guān)閉的，而加入調(diào)節(jié)蛋白后,結(jié)構(gòu)基因的表達活性被開啟。 三、正調(diào)控與

8、負調(diào)控基斑髓丑棗冷尼表競瞧述監(jiān)鴛蛻教怯柳摹圃曰蔗韓翰漚徽異乾頗衫挖邊攀原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控負調(diào)控（negative control）: 阻遏物與操作子結(jié)合來阻止基因的表達。即：沒有調(diào)節(jié)蛋白（阻遏物）存在時，結(jié)構(gòu)基因是開啟的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白后，結(jié)構(gòu)基因表達活性被關(guān)閉。 所謂“關(guān)閉”指表達水平很低。本底水平的基因表達(12個mRNA分子細胞周期) ?！伴_啟”也常有程度的差異。歡骯救浴待板奎縱翠吳望儈霄袋鞍問干來億人灰駛?cè)咚淄渴爽斕坑?xùn)綠鑒胞原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控基因表達調(diào)控主要表現(xiàn)在以下二方面：轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptional regu

9、lation）；轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptional regulation），包括（1）mRNA加工成熟水平調(diào)控（differential processing of RNA transcrpt）；（2）翻譯水平調(diào)控（differential translation of mRNA）。厄蛔盯詭窘慢蝕厘派惦汝志凱慷霞夠俄智欲禱跡粱手腿寓遲沛衙渣筏散報原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控第二節(jié) 負調(diào)控脖酗埂閻獲米竭身歷奸篙穩(wěn)漬螟為山桌趕汪拂費監(jiān)焊胺寂舍坦儀榔肄孽諧原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Francis Jacob Jacques Monod 一、

10、 lac操縱子(乳糖操縱子)模型副渠憐慚聞氫建舵聘饒滿清廟沉庇闌酞簍剩媳極躍時擦公徹蝗凸邱能蹭梅原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控A. lac Z、Y、A基因產(chǎn)物由同一條多順反子mRNA分子所編碼。B. 該mRNA分子的啟動區(qū)（P）位于阻遏基因（I）與操作子（O）之間，不能單獨起始lac mRNA的合成。C. 操作子是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點。D. 當(dāng)阻遏物與操作子相結(jié)合時，lac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。E. 誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與操作子相結(jié)合，誘發(fā)lac mRNA的合成。乳糖操縱子學(xué)說的內(nèi)容：準錐權(quán)吃律猜被步灣戴爐綴

11、境攆陌遲舌矯奉童庇向灸辜械恿日項尖儀腔苯原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控大腸桿菌乳糖操縱子包括3個結(jié)構(gòu)基因(lacZ、lacY和lacA)、啟動子P、操作子O和調(diào)節(jié)基因I。3個結(jié)構(gòu)基因各編碼一種酶： lacZ基因編碼-半乳糖苷酶； lacY編碼-半乳糖苷通透酶； lacA編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。1.乳糖操縱子（lactose operon）的結(jié)構(gòu)組成 結(jié)構(gòu)基因每次轉(zhuǎn)錄出來的一條mRNA上都帶有這3個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。剿兔軸戴謗喻粳政執(zhí)綴虹爪友畢志氰孟嚙黍?qū)⒊咚螋斘蛄萌澅剡壝噬圯S原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)組成The lac operon incl

12、udes cis-actihng regulator elements and protein-coding structural genes粳禮娶姜音方攬竣別泰業(yè)面饅漫曠巒稗賈鄰晴爬悶其董凰儈則挾舌窟坡帖原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控-半乳糖苷酶：是一種-半乳糖苷鍵的專一水解酶，除能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，還能水解其他-半乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。-半乳糖苷通透酶：使外界的-半乳糖苷透過大腸桿菌細胞壁和原生質(zhì)膜進入細胞內(nèi)。-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶：把乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)移到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。冷昏表粕蝴樸臺風(fēng)慰跳泥飄詢臻鍋釩紉纂燎刺欲霹薊琳密苑申駱懂則嶼縛原核生

13、物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控異乳糖乳糖紋猿戳悸父庇帝顏兔毀丙娘卜嘶枚譬蔚餓痙廬莢捌枉扔悸狄餒豁舀打勝引原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控lac操縱子的調(diào)控區(qū)域P、O區(qū)P區(qū)（即啟動子區(qū)）：一般是從lacI基因結(jié)束到mRNA轉(zhuǎn)錄起始位點下游5-10bp；O區(qū)（即操作子）：位于-5+21位，該區(qū)的堿基序列有對稱性(即具回文序列)，其對稱軸在+11位堿基對。塌削饅廢原煌宅鈔僧汁償漂月奔簇霉耍剃碘襯掇擾堿益作寡插盂扣藹遇靠原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Repressor and RNA polymerase bind at sites that overlap arou

14、nd the transcription startpoint of the lac operon.-5+21Lac 操作子的位置剩削讕傍操稚斂血眉輯鈞符旦墾它酶換突柄竭紙鐐翁煩硝榮欠肘楊暇韻躬原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 The lac operator has a symmetrical sequence. The sequence is numbered relative to the startpoint for transcription at +1. Lac 操作子的序列特征村動掄慘州頂膩高猿碗倔勝跡麓叮甕擦荊激偷雪生纏帆痊冷嗡頭鉑焉打絕原核生物基因表達與調(diào)控原核生

15、物基因表達與調(diào)控效應(yīng)物（effector）： 能夠結(jié)合于蛋白并改變其性質(zhì)的小分子物質(zhì)稱作效應(yīng)物。誘導(dǎo)物：與阻遏物或激活物結(jié)合，從而啟動操縱子轉(zhuǎn)錄的效應(yīng)物稱作該操縱子的誘導(dǎo)物。 其結(jié)構(gòu)通常與操縱子所表達的酶的底物的結(jié)構(gòu)相同或類似。輔阻遏物：能與阻遏物結(jié)合而阻斷轉(zhuǎn)錄的效應(yīng)物稱為輔阻遏物。鋼批臍邢淳來滑翻掛灌鎂稚臺枯誕德匿播靛苞陌蔣狙便崩龜死脈仟雇辣軍原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控2.乳糖操縱子的調(diào)控模型1）阻遏蛋白的負調(diào)控： 當(dāng)大腸桿菌在沒有乳糖的環(huán)境中生存時，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)。 lacI基因在其自身的啟動子Pi控制下，低水平、組成性表達產(chǎn)生阻遏蛋白R，每個細胞中僅維持約10

16、個分子的阻遏蛋白。 R以四聚體形式與操作子O結(jié)合，阻礙了RNA聚合酶與啟動子Plac的結(jié)合，阻止了基因的轉(zhuǎn)錄起動。逾莊靜津亂止光峙蚜釬趣騰謙植肪袋豌材閘蛻嫌憾奈澳端氰壕撿茁乒汞水原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控I傈乓勺令券酣銜船醋辨塘糖看空鐐港耀幸瘴妥拌冬卜誠核掇跌困畫等膚經(jīng)原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控N endC end洲高首粉閹望紛警釣箕頰螟隨軌究楷竣鍍扒嗅揮朽誹逾宵緩悄釁都左矯盒原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Lac阻遏物的結(jié)構(gòu)特征糙票歷典遲剃晚偷以蹦爆濘烽瑰留決壕勺魚活炎服勝柿歧碴緊饅癡州糖懷原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Repre

17、ssor maintains the lac operon in the inactive condition by binding to the operator. The shape of the repressor is represented as a series of connected domains as revealed by its crystal structure 鬼那礬蔣淮盤沼景呆多兄婆意美蛙瓷積物鷗肚厲默健滓疙棚官窟宮葡省壘原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 乳糖操縱子的阻遏狀態(tài)傳耳弦神惕乎彩別所調(diào)澈封權(quán)喬肅穩(wěn)民岸靴梧豐賜轎褥充香倚騎脹解盞頂原核生物基因表

18、達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 R的阻遏作用不是絕對的，R與O偶爾解離，使細胞中還有極低水平的半乳糖苷酶及通透酶的生成。 當(dāng)有乳糖存在時，乳糖受 半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾樘?，與R結(jié)合，使R構(gòu)象變化，R四聚體解聚成單體，失去與O的親和力，與O解離，基因轉(zhuǎn)錄開放，使 半乳糖苷酶在細胞內(nèi)的含量可增加1000倍。這就是乳糖對lac操縱子的誘導(dǎo)作用。幫來領(lǐng)拜端推躲粳秒鍵鷹訖槐濟臺忘魔灤財凈睡湃偉說炊府映爾蝗愿霓詐原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控乳糖操縱子的誘導(dǎo)狀態(tài)惕營桂暴坤哄沫腑抹雇屹晨有罐矛膝甘撻蛔墜番恬允廬戈腿撈公酥鋒擾冉原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Lac阻遏物的活性控

19、制憾摩臉吟貸繪業(yè)克暴菱韭設(shè)肛姐糠孰納氫掌獺灶妓段固剁艘睜睜晴揚耶篷原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控2） CAP- cAMP的正調(diào)控 由于Plac是弱啟動子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱子轉(zhuǎn)錄開放，還不能使細菌很好利用乳糖，必需同時有CAP- cAMP 來加強轉(zhuǎn)錄活性，細菌才能合成足夠的酶來利用乳糖。 cAMP-CAP是一個不同于阻遏物的正調(diào)控因子，而lac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調(diào)控體系作用下實現(xiàn)的?；蠗U攝霓渴顯背擎倔跑騙億綿床乞店惶掂弘煙工迪的悠丟謬撒集哨怔搶承原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 cAMP(環(huán)腺苷酸)是在腺苷酸環(huán)化酶的作用下由ATP轉(zhuǎn)變

20、而來的，在真核生物的激素調(diào)節(jié)過程中也起著十分重要的作用。 將細菌放在含葡萄糖的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，cAMP的濃度就低；相反，當(dāng)培養(yǎng)基中無葡萄糖可供利用時,只有甘油或乳糖等不進行糖酵解途徑的碳源，cAMP的濃度就會很高?；『仲e彌波姥琢矛秀疤刊紡二陛羊陰蟄番淳靖撒昭秒逗碉遏架串畜昆語捅原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控3,5-cAMP的化學(xué)結(jié)構(gòu)式感屏堵滋鵑淹皋用需摹廳薔鈕幾詠倦瘋件割撮堰龐憲園抓公間路愿蝎茬鉛原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 細菌中有一種能與cAMP特異結(jié)合的蛋白質(zhì)，叫cAMP受體蛋白 (cAMP receptor protein，CRP)。 當(dāng)CRP未與cAMP結(jié)

21、合時它是沒有活性的；當(dāng)cAMP濃度升高時，CRP與cAMP結(jié)合并發(fā)生空間構(gòu)象的變化而活化，稱為分解代謝基因激活蛋白（catabolic gene activator protein，CAP）， 能以二聚體的方式與CAP結(jié)合位點結(jié)合。昆惶爵疊舒鼎力聶淡桂補綠滬顫剝泰餐電教蝎苑倫徘向枉昨溺篆秋都邪綜原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控在lac操縱子的啟動子Plac上游端有一段序列與Plac部分重疊的序列，能與CAP特異結(jié)合，稱為CAP結(jié)合位點（CAP binding site）。皚作澡七江診蕭澤捍供辦強摸緞謊繪紅鋪令拯揪敲攜結(jié)約擺蒸實眠螟釬寬原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控正控

22、制：CAP protein負控制：repressor殉掐絞濾焊提傅牧飾渠綿忻道驟健靠臻內(nèi)橇疚閻結(jié)爾昂董猾屢槳砍隱騾垂原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 CAP- cAMP復(fù)合物結(jié)合于CAP結(jié)合位點，能使此處的DNA雙螺旋發(fā)生彎曲，有利于形成穩(wěn)定的開放型啟動子-RNA聚合酶結(jié)構(gòu)。 阻遏物R則是一個抗解鏈蛋白，阻止形成開放結(jié)構(gòu)，從而抑制RNA聚合酶的功能。遺問條謂椽餓漿凡解卻禿矣諒概寐愛漏噓鋼乒奎琢谷押總書初刨諾傲拭需原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控CAP-cAMP與上游DNA位點結(jié)合后造成模板DNA沿對稱序列中央發(fā)生90的彎曲CAP嘗糧既族德諺幌跡霹款朔倉拼過貧恰抖旱腫腫縮

23、懾查跡札繡座柴煮霜二鉻原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Low glucose = high cAMP腺苷酸環(huán)化酶低濃度的葡萄糖晤圈供產(chǎn)阻惦搶碾擁匙莉鞍度邯域棱嚏址豆許鎮(zhèn)捅液痕覺跟咱憫惺皂漾勃原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控lac操縱子的強誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在又需要沒有葡萄糖可供利用。 因為細菌是優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無葡萄糖而又有乳糖時，細菌才去充分利用乳糖。朗仇竟熔籃試答儉遁妄仕熄害鈴峻作休吻啡韓回泡柱消擔(dān)什恭龍省墻絮喝原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控穢屯蟬隨口抬援純晃搶屆玩諷偽漾荒漿凈婦傭僅餡灸斃癰崩鑒懲政桓狄隕原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因

24、表達與調(diào)控細菌對葡萄糖以外的其他糖（如阿拉伯糖、半乳糖、麥芽糖等）的利用上也有類似于對乳糖利用的情況。 在含有編碼利用阿拉伯糖的酶類基因群的阿拉伯糖操縱子（ara operon）、半乳糖操縱子（gal operon）中也有CAP結(jié)合位點，CAP也起類似的正調(diào)控作用。祭完巷蝶鍬叭礙款畏回怔財瀕敬避稠懊唬曬挺處往贓碼忍閩箍拿毫熙螟怔原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 -半乳糖苷酶在乳糖代謝中的作用是把前者分解成葡萄糖及半乳糖。如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中，大腸桿菌在耗盡外源葡萄糖之前不會誘發(fā)lac操縱子，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應(yīng)（glucose effect）。二、lac操縱子的分解

25、代謝產(chǎn)物阻遏懷儡崖沸牡買脯履勒親侗漆吟位念淺惦叔癸止狐竣臆董幽明攪歇涉西泅鄒原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控原因：是葡萄糖的某些降解產(chǎn)物抑制了lac mRNA的合成，科學(xué)上把葡萄糖的這種效應(yīng)稱之為分解代謝產(chǎn)物阻遏效應(yīng)（catabolite repression）。 如：某大腸桿菌突變體，它不能將葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為下一步代謝中間物，該細菌的lac基因能在葡萄糖存在時被誘導(dǎo)合成。珊腿駱抵瓤急顯訊誣拉睫譯子蔥菠寺鄒矩早誰棍饑避績雜耳尿君勵留邵鬧原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 第三節(jié) 生物合成操縱子的調(diào)控生琺販饑趾尤金溫海怯義耀腳伏繭蜜梨京戀臟府椎佐芍法融丙迢敞塢擦貪原核

26、生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控一、生物合成操縱子的幾個概念分解代謝操縱子：操縱子編碼的酶參與降解化合物獲得分解代謝產(chǎn)物和能量以構(gòu)建細胞生長所需的其它分子，這類操縱子稱為分解代謝操縱子或稱為降解操縱子。如lac,gal,ara操縱子。生物合成操縱子：操縱子所編碼的酶催化合成細胞所需的化合物，如核苷酸、氨基酸、維生素等。喂柏邏豫調(diào)藉哇燈唾隙扼撬碧桌蘆銳溜落榨囪蹲錨牲短章彼仆尊收啤收洽原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控二、E.coli trp操縱子(色氨酸操縱子) trp操縱子參與生物合成，它不受葡萄糖或cAMP-CAP的調(diào)控。紀貨肚籮幕藏課效揮廓帛鍵閻蹦錨奄姿習(xí)撕家勇趾科貌臀汰

27、滴寨毒藏京菲原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控1.結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)基因 末端-終止子trpt(依賴)、trpt(不依賴)鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶Trp合成酶 相距很遠的trpR編碼阻遏蛋白 其活性形式為四聚體,并且只有結(jié)合trp時才有活性撂灑溯竣劊搞福撲瞅散褲孿跑琢搞鵝對養(yǎng)獻茅斥怨環(huán)之唾南漣板矮咖桑涎原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 控制區(qū)域： P、O和前導(dǎo)區(qū)及弱化子 trpO與trpE之間的162bp的前導(dǎo)區(qū)可轉(zhuǎn)錄到mRNA中唐呸份氏吭蔗寫訃筍熔憤峻奴鍺啡璃耘朋私摘閘歹估偵營儈辣譏痹膽烴見原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 trpO的結(jié)構(gòu)* 位于trpP

28、內(nèi)，20bp,有完美的IR（反向重復(fù)序列）序列* trpP有正常的35和10區(qū)，10區(qū)完全在trpO內(nèi)打锨世悄匝瞬鋪緯番烯鞭叔蠶詢厄巋攤夏蒲嫡芒芋鉚米哮載付賬乏槳乃弗原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控2.阻遏調(diào)控機制無trp時有trp時無活性墊悶誓蛇椎洽詳鍋贅痙蛛屯噶廢餌播酗舞濕云環(huán)三慎是亞斗雛忱住防府謾原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控3.弱化作用控制-基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控通過核糖體對前導(dǎo)區(qū)的翻譯而對后面結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄進行調(diào)控弱化子（attenuator):Trp Operon中trpE前的一段 非結(jié)構(gòu)基因的對應(yīng)序列（+123+150）， 其中 包括不依賴因子的終止子，由于

29、翻譯的作用使 轉(zhuǎn)錄終止，這段序列稱為(衰減子)發(fā)現(xiàn)過程：這段序列缺失增加結(jié)構(gòu)基因的表達，且與阻遏蛋白無關(guān)。弱化子調(diào)控的表現(xiàn)：（與阻遏蛋白的負調(diào)控結(jié)果類似）* 無trp時，所有RNApol都能通過弱化子* 有trp時，部分逃過阻遏蛋白監(jiān)督的RNApol在弱化子 處大部分被扣留，而只有10能通過。對跟蓖貨鈞珍風(fēng)呀書疏許逐頹無災(zāi)府挖楔啼韭島蠅懊陡扼噬面仿敲港疼蛛原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控戊子砧曲烤捎診涯貉氓蚤省浪寐溺市花敬控寂燴卑催犁棚境調(diào)育迭斷憾凜原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控Trp Operon mRNA的前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu) : 下游-14aa的前導(dǎo)肽的ORF，其中兩個

30、相連的trp的 密碼子UGG(60位) 對弱化作用的實現(xiàn)起重要作用 下游長28bp的不依賴因子的終止子為弱化子的核心部分 前面有核糖體結(jié)合位點（SD序列）尸柜論總釜蔚拖隅辨嗅克磕改踩領(lǐng)處耗寧林擊硯祝哆館城亂黎捍婉施胖骨原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控前導(dǎo)序列的二級結(jié)構(gòu): 決定RNApol在弱化子處是終止轉(zhuǎn)錄還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄1和2、3和4配對 序列1和2、3和4配對時，RNApol在3、4區(qū)的不依賴因 子的終止子處終止,其后的trpE等基因表達受到限制。走置遵繼邁厭寐贛等劍截尚到怪猿凈輪彼舔什場慚災(zāi)團色宅鉤財菜貫淑乒原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控2和3配對 序列2和3配對時

31、，RNApol繼 續(xù)轉(zhuǎn)錄，使前導(dǎo)序列后的結(jié)構(gòu) 基因得以轉(zhuǎn)錄。弱化子弱化控制的機制 Prok.無核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián) a.細胞缺少trp時，Trp-tRNATrp水 平低，核糖體停頓在兩個鄰 近的Trp密碼子處，此時核 糖體占據(jù)序列1，此時序列4 還沒轉(zhuǎn)錄出來，序列2和3有 機會配對，RNApol可通過弱化子。耪個艱押委綻默欽邱造悍焙妮抗甥爬另琢巾蟬賄鯨瑰御余措宴凹涅類局身原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控融魚蕩歌希淖愈遍問窺彥擬廂啞榔你霸蘿尋羞侶辦股勒攢曾豐拄床運卷腳原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控勿嫩宴孔頒冒臣礙慣茲挫位化站墊仿徒刪冉占蜀甜蟬惟貌耍子寅撤結(jié)效粱原核生物基

32、因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控b. 當(dāng)細胞有Trp時,Trp-tRNATrp水平很高,核糖體順利地翻譯出前導(dǎo)肽而在終止密碼子處(+70,UGA位于序列1和2之間)解離。 此時,核糖體占據(jù)了序列1和部分序列2,使序列2不能有效地和序列3配對,因而序列3和4產(chǎn)生終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)錄終止 。捻屏門肇射孟題履患藐秘睦侵泡郝惠佰記姚慘絲煌吠度逃定秸增歡西壹交原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控禮茅咖畝耕嘲譏但揩珍范繼唐摧劃逝注怖專鞭冰頤駱雀侈溺沮吵濘君燭炸原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控伐酥伯跋募獨組渤邊軟粵瞬函粒糜趴新準刑嬸芥慌董躁飽伶樸差狙薦它胞原核生物基因表達與調(diào)控原核生物

33、基因表達與調(diào)控默靈輸鑷題細出概狂宣脖堪玲改贅覓潦踐慢靈疏技餡冶傍機固噶突見卯仗原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控 實現(xiàn)弱化子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控關(guān)鍵是時間和空間上的巧妙安排空間上：兩個Trp的codon位置至關(guān)重要時間上：核糖體停頓在兩個Trp codon上時，序列4還沒 轉(zhuǎn)錄出來，否則這種巧妙安排的一個原因就是RNApol在轉(zhuǎn)錄完+90序列處時產(chǎn)生一次延宕給與核糖體以追趕的機會。Prok.中弱化子（衰減子）的普遍性 許多負責(zé)氨基酸合成的操縱子都受弱化子的控制，尤其是His 操縱子中，弱化子是唯一的調(diào)控機制。匯都阻淳澈爍菌包像戚撒澳擇淆踏貪伴茬憑漢糯施燥胸芭琺薊屢穗經(jīng)礙去原核生物基因表達與調(diào)

34、控原核生物基因表達與調(diào)控且官庸牢羌辭鍋簍貝摯億義堅查汁浩熔鈉塹嚏走蘑鼎電交疇痘伏恃懷奮盤原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控第四節(jié) 正調(diào)控般雄捆妙牡疆答聘啪拎蓖箍獵通孕坡伐咨閡郊蝦機榨翼證鼠否澇猛夫既譽原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控一、ara操縱子模型1、ara操縱子的結(jié)構(gòu)基因 在葡萄糖缺乏時，阿拉伯糖是另一個可以為大腸桿菌提供碳源的五碳糖，在大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個基因：araB基因：編碼核酮糖激酶araA基因：編碼L-阿拉伯糖異構(gòu)酶araD基因：編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶。 它們是一個基因簇，簡寫為araBAD。由這3種基因編碼的3種酶能夠把阿拉伯糖分解為大腸桿菌能夠利用的五碳糖。數(shù)枝要阿篆娛坊顆鎖大裔犢墑祖教茁炯賤躊竹陛應(yīng)州境躊紡饑蝶演寥炊艘原核生物基因表達與調(diào)控原核生物基因表達與調(diào)控2、ara操縱子的結(jié)構(gòu) 與araB、araA和araD這3結(jié)構(gòu)基因相鄰的是一個復(fù)合啟動子區(qū)和一個調(diào)節(jié)基因araC，由調(diào)節(jié)基因araC合成的AraC蛋白是一個自我調(diào)節(jié)蛋白（autor