原核基因表達調(diào)控上

原核基因表達調(diào)控上第1頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因表達=基因轉(zhuǎn)錄+翻譯基因表達的調(diào)控:

生物體隨時調(diào)整不同基因的表達狀態(tài),以適應(yīng)環(huán)境、維持生長和發(fā)育需要。第2頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四本章內(nèi)容基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第3頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因的表達調(diào)控包括基因水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工的調(diào)控mRNA從細(xì)胞核向胞質(zhì)轉(zhuǎn)運過程的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控以及翻譯后的加工等第4頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四環(huán)境改變，mRNA和蛋白質(zhì)的量也會發(fā)生變化。原核生物-----營養(yǎng)和環(huán)境真核生物-----激素水平和發(fā)育階段第5頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

細(xì)菌的調(diào)控機制，體系在需要時打開，不需要時關(guān)閉，這種開-關(guān)活性是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄來建立的，即mRNA的合成可被調(diào)節(jié)。第6頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)基因表達調(diào)控的基本概念一、基因表達的概念

基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程，從DNA到蛋白質(zhì)或功能RNA的過程稱為基因表達，對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為表達調(diào)控。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達。第7頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

組成性表達(constitutiveexpression)適應(yīng)性表達(adaptiveexpression）二、基因表達的方式第8頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四1、組成性表達：

指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。第9頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、適應(yīng)性表達

指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。

應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因。相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。

第10頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三、基因表達的規(guī)律

——時間性和空間性1、時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生，稱為基因表達的時間特異性。多細(xì)胞生物基因表達的時間特異性，又稱階段特異性。

第11頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四胚胎期胎兒期成人期第12頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、空間特異性

基因表達伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱為基因表達的空間特異性。第13頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

四、基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義

適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核）

維持個體發(fā)育與分化（真核）了解生物生長發(fā)育規(guī)律、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能。第14頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)原核基因調(diào)控機制內(nèi)容提要：原核基因表達調(diào)控環(huán)節(jié)操縱子學(xué)說原核基因調(diào)控機制的類型與特點轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式

第15頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四基因表達的調(diào)控方式

阻遏負(fù)調(diào)控:調(diào)控蛋白+DNA序列基因的表達

(相應(yīng)蛋白質(zhì)降低)

促進正調(diào)控:調(diào)控蛋白+DNA序列基因的表達

(相應(yīng)蛋白質(zhì)增加)第16頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四原核生物基因表達的調(diào)控方式特點調(diào)控機制

--操縱子正調(diào)控負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄翻譯偶聯(lián)快速乳糖操縱子--負(fù)、正調(diào)控

轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控

色氨酸操縱子--負(fù)調(diào)控

轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控第17頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

一個操縱子=編碼序列（2-6）+啟動序列+操縱序列+(其他調(diào)節(jié)序列)

操縱子：原核生物中幾個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列組成的一個基因表達的協(xié)同單位。第18頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四啟動子操縱序列多個結(jié)構(gòu)基因終止子5’3’調(diào)控區(qū)結(jié)合RNA聚合酶和調(diào)節(jié)蛋白編碼功能相關(guān)的蛋白質(zhì)介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA，翻譯后得到多種蛋白質(zhì)操縱子的基本結(jié)構(gòu)第19頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四一、原核基因表達調(diào)控環(huán)節(jié)1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控

2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控

①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控第20頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

1、根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的應(yīng)答，可分為：

正轉(zhuǎn)錄調(diào)控

負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控

二、原核基因調(diào)控機制的類型與特點第22頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控第23頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控

沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是表達的，加入調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達活性便被關(guān)閉，為負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

正轉(zhuǎn)錄調(diào)控沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是關(guān)閉的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開啟，為正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。第24頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四可誘導(dǎo)調(diào)節(jié):指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化。例：大腸桿菌的乳糖操縱子分解代謝蛋白的基因2、根據(jù)操縱子對某些能調(diào)節(jié)它們的小分子的應(yīng)答，可分為可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)和可阻遏調(diào)節(jié)兩大類：第25頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型誘導(dǎo)物某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。第26頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四可阻遏調(diào)節(jié)：基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達。例：色氨酸操縱子合成代謝蛋白的基因第27頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輻阻遏物：某種物質(zhì)能夠阻止細(xì)菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。第28頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四3、負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白，起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。根據(jù)其作用特征又可分為負(fù)控誘導(dǎo)和負(fù)控阻遏：在負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；在負(fù)控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。第29頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第30頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四4.正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白。根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導(dǎo)和正控阻遏正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（輔阻遏物）的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。第31頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式1、σ因子的更換

在E.coli中,當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達時，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動子結(jié)合。第33頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四大腸桿菌中的各種σ因子比較σ因子編碼基因主要功能σ70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調(diào)控σ54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控σ38rpoH分裂間期特異基因的表達調(diào)控σ32rpoS熱休克基因的表達調(diào)控σ28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達調(diào)控σ24rpoE過度熱休克基因的表達調(diào)控第34頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四溫度較高,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白由σ32參與構(gòu)成的RNA聚合酶與熱休克應(yīng)答基因啟動子結(jié)合,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白,適應(yīng)環(huán)境需要?？莶菅挎邨U菌芽孢形成

有序的σ因子的替換,RNA聚合酶識別不同基因的啟動子,使芽孢形成有關(guān)的基因有序地表達。第35頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、弱化子對基因活性的影響3、降解物對基因活性的調(diào)節(jié)又稱葡萄糖阻遏或分解代謝產(chǎn)生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代謝產(chǎn)物阻遏某些誘導(dǎo)酶體系編碼的基因轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。

第36頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上，在葡萄糖沒有被利用完之前，乳糖操縱子就一直被阻遏，乳糖不能被利用；直到葡萄糖被利用完后，乳糖操縱子才進行轉(zhuǎn)錄，形成利用乳糖的酶。第37頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四五、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)信號：鳥苷四磷酸ppGpp,ppGpp，會關(guān)閉很多基因。第38頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)乳糖操縱子

內(nèi)容提要：乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)乳糖操縱子調(diào)控模型影響因子Lac操縱子中的其他問題第39頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四一、操縱子學(xué)說1、操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出，獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。第40頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、操縱子的定義操縱子：是基因表達的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。第42頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四Lac操縱子主要組分分析mRNA多肽蛋白質(zhì)功能第43頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四二、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)第44頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四Z編碼β-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖Y編碼β-半乳糖苷透過酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進入細(xì)胞內(nèi)。A編碼β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙酰基轉(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。第45頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四二、酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)加入乳糖

去掉乳糖第46頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四安慰誘導(dǎo)物：

如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解，這種物質(zhì)被稱為安慰誘導(dǎo)物，如IPTG（異丙基-β-D-硫代半乳糖苷）。第47頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四β-半乳糖苷酶結(jié)合lac阻遏物第48頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三、乳糖操縱子調(diào)控模型主要內(nèi)容：①Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼

Protein第49頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四②這個mRNA分子的啟動子緊接著O區(qū)，而位于I與O之間的啟動子區(qū)（P），不能單獨起動合成β-半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。第50頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四③操縱基因是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點。第51頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四Lac操縱子的起點處的抑制子和RNA聚合酶位點重合RNA聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位第52頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第53頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

④當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時，lacmRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。

第54頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第55頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四⑤誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能與操縱基因結(jié)合，從而激發(fā)lacmRNA的合成。

當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時，操縱基因區(qū)沒有被阻遏物占據(jù)，所以啟動子能夠順利起始mRNA的合成。第56頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第57頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四組成型突變：lacOc

第58頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四組成型突變：lacI-

第59頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）：第60頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四四、影響因子1、lac操縱子的本底水平表達有兩個矛盾是操縱子理論不能解釋的：①誘導(dǎo)物需要穿過細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運誘導(dǎo)物需要透過酶，后者的合成有需要誘導(dǎo)。解釋：一些誘導(dǎo)物可以在透過酶不存在時進入細(xì)胞？一些透過酶可以在沒有誘導(dǎo)物的情況下合成？√第61頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四②真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在β-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有β-半乳糖甘酶的預(yù)先存在。解釋：本底水平的組成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lacmRNA合成。第62頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

2、大腸桿菌對乳糖的反應(yīng)培養(yǎng)基：甘油

按照lac操縱子本底水平的表達，每個細(xì)胞內(nèi)有幾個分子的β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透過酶。培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖透過酶進入細(xì)胞β-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖誘導(dǎo)物誘導(dǎo)lacmRNA的生物合成大量乳糖進入細(xì)胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構(gòu)乳糖第63頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四乳糖第64頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四誘導(dǎo)物的加入和去除對lacmRNA的影響第65頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能

Lac操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動子控制下組成型合成的，每個細(xì)胞中有5-10個阻遏物分子。

當(dāng)I基因由弱啟動子突變成強啟動子，細(xì)胞內(nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。第66頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四4、葡萄糖對lac操縱子的影響

如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導(dǎo)lac操縱子表達分解乳糖所需的三種酶。

代謝物阻遏效應(yīng)第67頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第68頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四5、cAMP與代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白（CAP）/環(huán)腺甘酸受體蛋白（CRP）

cAMP在真核生物的激素調(diào)節(jié)中起作用。第69頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四ATP腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）

大腸桿菌中：無葡萄糖，cAMP濃度高；

有葡萄糖，cAMP濃度低。第70頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四ZYAOPDNA調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶cAMP—CAP復(fù)合物第71頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第72頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四++++

轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時促進轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，cAMP濃度低時不促進轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控第73頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。cAMP—CAP復(fù)合物與啟動子區(qū)的結(jié)合是轉(zhuǎn)錄起始所必需的。協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)第74頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏。單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖。第75頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第76頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四五、Lac操縱子中的其他問題1、A基因及其生理功能半乳糖苷分子（IPTG）β-半乳糖甘酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累）β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶乙?；肴樘擒辗肿樱↖PTG）乙?；?7頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較β-半乳糖苷酶：透過酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2第78頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四翻譯水平上受到調(diào)節(jié)：（1）lacmRNA可能與翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯；第79頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四（2）在lacmRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更容易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解。第80頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四3、操縱子的融合與基因工程POZYAtsxPOpur結(jié)構(gòu)基因缺失乳糖lacoperon負(fù)責(zé)嘌呤合成puroperonLac啟動子是強啟動子，可以用于增加蛋白表達量。第81頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)色氨酸操縱子（trpoperon）內(nèi)容提要：色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)色氨酸操縱子的弱化機制第82頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岬拿?/p>

trpRtrp第83頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第84頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四特點:(1)trpR和trpABCDE不連鎖；

(2)操縱基因在啟動子內(nèi)

(3)有衰減子(attenuator)/弱化子(4)啟動子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)序列(Leader)所隔開

P：起動子；O：操縱子；l：前導(dǎo)序列；a：衰減子第85頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四二、trp

操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時：阻遏物不結(jié)合操縱基因;高Trp時：阻遏物+Trp,結(jié)合操縱基因第86頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三、trp

操縱子的弱化機制衰減子/弱化子前導(dǎo)序列（leadersequence）第87頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四123~1501、弱化子：

DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過早終止的一段核甘酸序列（123-150區(qū)）。第88頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點。

Trp弱化子mRNA終止區(qū)第89頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、前導(dǎo)序列：在trpmRNA5’端trpE基因的起始密碼前

一個長162bp的mRNA片段。第90頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

trp操縱子控制區(qū)由啟動子、操縱基因、前導(dǎo)順序和衰減子構(gòu)成。前導(dǎo)區(qū)編碼14個氨基酸，其中有2個是色氨酸。

第91頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四3、弱化機制第92頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)第93頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四阻遏作用使轉(zhuǎn)錄降低70倍弱化作用使轉(zhuǎn)錄降低600倍第94頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四弱化子存在的意義？阻遏物：無活性→有活性，速度慢

弱化子通過抗終止子的方法增加trp基因的表達，可迅速提高內(nèi)源色氨酸濃度。第95頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

細(xì)菌通過弱化作用彌補阻遏作用的不足，阻遏作用只能使轉(zhuǎn)錄不起始，對于已經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只能通過弱化作用使之中途停下來。弱化子存在的意義第96頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四阻遏作用的信號是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號則是細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少,通過前導(dǎo)肽的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄進行。

在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相輔相成。第97頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)其他操縱子一、半乳糖操縱子

異構(gòu)酶(galE)乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galT)

半乳糖激酶(galk)半乳糖葡萄糖-1-磷酸第98頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四gal操縱子的特點：①有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄；②有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。第99頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四培養(yǎng)基中無葡萄糖，有cAMP-CRP，S1轉(zhuǎn)錄開始；培養(yǎng)基中有葡萄糖，無cAMP-CRP，S2轉(zhuǎn)錄開始；

體現(xiàn)必要性和經(jīng)濟性第100頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四二、阿拉伯糖操縱子araB基因、araA基因和araD,形成一個基因簇，簡寫為araBAD三個基因的表達受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調(diào)控。

第101頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四ara操縱子的調(diào)控有兩個特點：1.araC表達受到AraC的自身調(diào)控。2.AraC既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMP-CRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負(fù)調(diào)節(jié)蛋白，這種雙重功能是通過AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實現(xiàn)的（Pi和Pr)。第102頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第103頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四有葡萄糖，但阿拉伯糖水平低時：Pr阻遏發(fā)生，負(fù)調(diào)控第104頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四有阿拉伯糖，無葡萄糖時：Pi轉(zhuǎn)錄進行，可以利用阿拉伯糖第105頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三、阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答

細(xì)菌DNA受破壞時，SOS應(yīng)答啟動誘導(dǎo)型DNA修復(fù)系統(tǒng)。第106頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四SOS反應(yīng)的機理：由RecA蛋白和LexA阻遏物的相互作用引起的。LexA阻遏物：是SOSDNA修復(fù)系統(tǒng)所有基因的阻遏物RecA蛋白：是SOS反應(yīng)的最初的發(fā)動因子。在單鏈DNA和ATP存在時，RecA蛋白被激活，表現(xiàn)出水解酶活性，分解LexA阻遏物。第107頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)RecA水解LexA阻遏物后，導(dǎo)致SOS體系（包括recA基因）高效表達，DNA得到修復(fù)。第108頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四四、多啟動子調(diào)控的操縱子1.rRNA操縱子P1P2rrnE饑餓狀態(tài)下ppGpp濃度增加，P1被關(guān)閉，P2仍可以啟動。第109頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2.DnaQ蛋白操縱子DnaQ蛋白校正DNA復(fù)制。P1P2dnaQRNA聚合酶活性低時，弱啟動子P2控制DnaQ合成；RNA聚合酶活性高時，強啟動子P1被激活。第110頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四五、固氮基因調(diào)控

生物固氮（將氮氣還原為氨）是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重要的氮源之一，也是地球化學(xué)中氮素循環(huán)的一個重要的環(huán)節(jié)，以豆科植物和根瘤菌的共生固氮為主，可占生物固氮量的1/2。第111頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四大氣中的N2尿素及動植物遺體NO3-土壤中的微生物NH3NO3-氮素化肥氮循環(huán)

第112頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

生物固氮農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重要的氮源之一，也是地球化學(xué)中氮素循環(huán)的一個重要的環(huán)節(jié)；以豆科植物和根瘤菌的共生固氮為主，可占生物固氮量的1/2，每年固定2-5億噸的氮。第113頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四由于多數(shù)農(nóng)作物缺乏共生固氮作用和大多數(shù)土壤缺乏氮素，因而氮肥往往成為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的限制因素。20世紀(jì)40年代以來，氮肥工業(yè)合成的發(fā)展使農(nóng)田單產(chǎn)迅速大幅度提高。第114頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四

1970年代以來，人工合成氮素化肥的能源耗費和環(huán)境污染問題開始顯露出來，各先進國家近年來正力圖減少氮肥的使用，于是生物固氮研究更加受到世界各國的重視，成為一個全球性的戰(zhàn)略課題，它對環(huán)境、糧食、人口等問題有著重要意義。第115頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四生物固氮研究基因酶細(xì)胞生態(tài)系水平第116頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四研究生物固氮的途徑和機理最終目的提高現(xiàn)有固氮生物的固氮能力；提供高效優(yōu)質(zhì)的微生物肥料，為農(nóng)業(yè)開發(fā)肥源；用分子生物學(xué)等方法促使不固氮作物固氮；人工模擬固氮酶在常溫常壓下還原分子氮，使氨的工業(yè)合成有一個歷史性突破。

第117頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四生物固氮的調(diào)控生物固氮只限于原核類微生物(細(xì)菌和放線菌)；所有不同種類的固氮微生物都由共同的固氮基因(nif)控制著固氮特性遺傳，nif基因和固氮酶只存在于固氮菌體中；具有共生固氮特性的高等植物僅提供宿主條件，以便固氮菌的固氮效能得到充分表達。

第118頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四1、克氏肺炎桿菌的固氮基因

克氏肺炎桿菌中存在著17～18個nif基因，這些基因都位于其染色體上:固氮酶結(jié)構(gòu)基因nifKDH;調(diào)節(jié)基因nifAL;固氮酶合成后的加工基因nifB;其它與電子傳遞相關(guān)的基因。第119頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四2、根瘤菌的固氮基因根瘤菌中的nif基因和結(jié)瘤基因都被定位在質(zhì)粒上。在根瘤菌的質(zhì)粒中除了固氮基因之外還存在著結(jié)瘤基因(nod)，使宿主的根毛變形彎曲的基因(hac)、根瘤起始基因(noi)、產(chǎn)生色素的基因(pig)等。

第120頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四3、nif

操縱子的結(jié)構(gòu)和功能QBALFMVSUXNEYKDHJnif第121頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四nifAL基因控制整個固氮系統(tǒng)的表達與活性。nifA和nifL基因產(chǎn)物分別是nif操縱子的正負(fù)調(diào)控因子。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)沒有NifL蛋白時，nifA基因產(chǎn)物足以激活其它nif基因的表達，甚至在有NH3和O2存在時也如此。第122頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四有活性失活

nifA

nifA

nifL

nifL肺炎克氏桿菌氮過量氮源少第123頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)轉(zhuǎn)錄水平上的其他調(diào)控方式一、σ因子的調(diào)節(jié)作用原核生物RNA聚合酶的一個亞基，是轉(zhuǎn)錄起始所必需的因子，主要影響RNA聚合酶對轉(zhuǎn)錄起始位點的正確識別。

第124頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四特殊的σ因子調(diào)控不同的基因σ32調(diào)控?zé)嵝菘嘶颚?4調(diào)控氮代謝基因σF調(diào)控鞭毛基因σ43調(diào)控噬菌體基因第125頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四不同的時期起作用的σ因子不同如Bacillus在營養(yǎng)缺乏時形成孢子，孢子的形成需要4種不同的σ因子，σ因子活性受蛋白水解酶的調(diào)控。第126頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四二、組蛋白類似蛋白的調(diào)節(jié)作用細(xì)菌中非特異性的DNA結(jié)合蛋白，用來維持DNA的高級結(jié)構(gòu)，稱為組蛋白類似蛋白。抑制轉(zhuǎn)錄第127頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用定義：可以基因的啟動子區(qū)結(jié)合，對基因轉(zhuǎn)錄起激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白。激活抑制第128頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四大腸桿菌中300多個轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子第129頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四四、抗終止因子的調(diào)節(jié)作用抗終止因子：能夠在特定位點阻止轉(zhuǎn)錄終止的一類蛋白質(zhì)。第130頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四一、mRNA自身結(jié)構(gòu)元件對翻譯起始的調(diào)控

核糖體結(jié)合位點RBS：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。其它的起始密碼子：UUG、GUG、AUU

第七節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控3%14%第131頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四RBS的結(jié)合強度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離，SD序列改變導(dǎo)致表達效率改變。第132頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四二、mRNA穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)錄水平的影響

細(xì)胞內(nèi)的一系列核酸酶用于清除無用的mRNA。糖原合成被抑制不穩(wěn)定構(gòu)象glgmRNA降解第133頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四三、調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)控作用mRNA結(jié)合蛋白可激活靶基因的翻譯；mRNA特異性抑制蛋白通過與核糖體競爭性結(jié)合mRNA來抑制翻譯起始。第134頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四核糖體蛋白對自身mRNA翻譯的抑制作用第135頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四四、反義RNA對翻譯的影響1983年，Mizuno等發(fā)現(xiàn)反義RNA的調(diào)節(jié)作用，從而揭示了一種新的基因表達調(diào)控機制。反義RNA:指具有互補序列的RNA,可調(diào)節(jié)mRNA的翻譯。第136頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四反義RNA對翻譯的抑制第137頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四反義RNA有三種作用方式：1、與mRNA5’端非翻譯區(qū)包括SD序列相結(jié)合，直接抑制翻譯。2、與mRNA5’端編碼區(qū)起始密碼子AUG結(jié)合，抑制mRNA翻譯起始。3、與mRNA的非編碼區(qū)互補結(jié)合，使mRNA構(gòu)象改變，影響其與核糖體結(jié)合，間接抑制了mRNA的翻譯。第138頁，共149頁，2023年，2月20日，星期四反義RNA對bfr基因翻譯的抑制作用鐵離子濃度低鐵離子濃