微生物第八章-2課件

第二節(jié)原核基因的表達調(diào)控機制8.2.1轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控8.2.2轉(zhuǎn)錄后調(diào)控8.2.3

E.coli乳糖操縱子的表達調(diào)控機制8.2.1基因表達的轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控需要始終維持一定水平的持家蛋白編碼基因，表達不受調(diào)控，稱為組成型表達（constitutiveexpression）；大多數(shù)原核基因的表達都受到嚴格調(diào)控，以適應(yīng)胞內(nèi)外環(huán)境條件的變化，保證生命活動的有序進行；轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控：是最常見的基因表達調(diào)控方式，通過調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)控元件結(jié)合，提高轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成效率（激活、正控），或者降低轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成效率（阻遏、負控），而實現(xiàn)調(diào)控；轉(zhuǎn)錄起始水平的正控激活調(diào)節(jié)模式激活：當激活物存在時，與調(diào)節(jié)蛋白形成復合物，然后與調(diào)控元件結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成；環(huán)境信號感受蛋白（受體蛋白）響應(yīng)蛋白激活物調(diào)控元件調(diào)節(jié)蛋白激活物調(diào)控蛋白激活物調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控元件激活基因表達胞外胞內(nèi)基因表達的負控誘導調(diào)控模式當無誘導物存在時，阻遏蛋白與調(diào)控元件（操縱區(qū)）結(jié)合，阻遏RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄；當有誘導物存在時，阻遏蛋白優(yōu)先與誘導物結(jié)合，而從操縱區(qū)上解離下來，基因得以表達；轉(zhuǎn)錄起始水平調(diào)控的負控阻遏模式阻遏：當有輔阻遏物存在時，與阻遏蛋白形成復合物后，再與調(diào)節(jié)元件結(jié)合，阻遏基因的表達；環(huán)境信號感受蛋白（受體蛋白）響應(yīng)蛋白輔阻遏物調(diào)控元件阻遏基因表達調(diào)節(jié)蛋白輔阻遏物胞內(nèi)胞外調(diào)節(jié)蛋白輔阻遏物調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控元件基因表達的負控阻遏調(diào)控模式當無輔阻遏物存在時，阻遏蛋白不與操縱區(qū)結(jié)合，基因正常表達；當有輔阻遏物存在時，阻遏蛋白與輔阻遏物結(jié)合后活化，再與操縱區(qū)結(jié)合，阻遏基因的表達；調(diào)節(jié)蛋白和順式作用元件調(diào)節(jié)蛋白：能夠與基因的調(diào)控元件結(jié)合，影響基因表達效率的蛋白質(zhì)；因可以作用于不在同一條染色體上的基因，也稱反式作用因子（trans-actingfactor）；順式作用元件（cis-actingelement）：基因調(diào)控元件的早期稱謂；因為只對其在其中的基因發(fā)生效應(yīng)；調(diào)節(jié)蛋白的兩種類型：阻遏蛋白：與調(diào)控元件結(jié)合后抑制基因表達；激活蛋白：與調(diào)控元件結(jié)合后提高基因表達水平；常見的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)構(gòu)類型螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)（HTH）調(diào)節(jié)蛋白的效應(yīng)物效應(yīng)物（effector）：能夠與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，而影響其與調(diào)控元件結(jié)合的小分子有機物或小分子蛋白；效應(yīng)物的類型：誘導物：與阻遏蛋白結(jié)合后，降低阻遏蛋白與調(diào)控元件的親和力，促進基因表達；輔阻遏物：與阻遏蛋白結(jié)合后，提高阻遏蛋白與調(diào)控元件的親和力，阻遏基因表達；激活物：與激活蛋白結(jié)合后，提高激活蛋白與調(diào)控元件的親和力，促進基因表達；終止結(jié)構(gòu)與抗終止結(jié)構(gòu)新合成的mRNA5’端非編碼區(qū)，可以在緊隨RNA聚合酶的后面形成類似終止子的二級結(jié)構(gòu)（莖環(huán)結(jié)構(gòu)），使RNA聚合酶-DNA復合物解離，轉(zhuǎn)錄終止；反之，則為抗終止結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄可以繼續(xù)延伸；B.subtilis色氨酸操縱子表達的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白為：trpRNA-bindingattenuationprotein（TRAP）抗終止結(jié)構(gòu)終止結(jié)構(gòu)核糖開關(guān)調(diào)控核糖開關(guān)調(diào)控（Riboswitchgeneregulation）：小分子代謝物直接作用于mRNA5’端非編碼區(qū)內(nèi)的受體（RNA元件），通過改變其二級結(jié)構(gòu)，而決定轉(zhuǎn)錄的終止或延伸；E.coli乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子（lacoperon）：大腸桿菌與乳糖代謝相關(guān)的三個酶的編碼基因構(gòu)成的一個操縱子；lacZgene：編碼b-半乳糖苷酶（LacZ）；lacYgene：編碼乳糖專一性運輸?shù)鞍祝↙acY）；lacAgene：編碼半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；福↙acA）緊鄰lac操縱子上游的是阻遏蛋白編碼基因（lacI）乳糖操縱子的啟動子和調(diào)控元件乳糖操縱子阻遏蛋白的調(diào)控元件（lacO）位于+1~+21，是一段反相互補對稱序列；乳糖操縱子表達的負控機制當缺乏乳糖時，LacI與lacO結(jié)合，使RNA聚合酶-啟動子開放轉(zhuǎn)錄起始復合物不能有效形成；被阻遏蛋白負控的乳糖操縱子表達效率極低，胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶少于3個分子；乳糖操縱子表達的激活機制lac操縱子的表達同時還受正控調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)蛋白為分解代謝物激活蛋白（CAP），其效應(yīng)物是環(huán)腺苷酸（cAMP），所以，CAP也稱為cAMP受體蛋白（CRP）；當胞內(nèi)cAMP水平升高時，形成cAMP-CAP復合物，然后結(jié)合到lac操縱子啟動子上游-61bp附近的調(diào)節(jié)元件上，提高RNA聚合酶對啟動子的識別效率，促進lac操縱子的表達；胞內(nèi)cAMP水平響應(yīng)環(huán)境葡萄糖濃度的變化有葡萄糖存在時，葡萄糖分解代謝物水平升高，抑制AMP環(huán)化酶活性、激活cAMP水解酶活性、同時促進cAMP排出細胞外，則胞內(nèi)cAMP濃度降低；當葡萄糖缺乏時，情況相反，胞內(nèi)cAMP濃度升高；乳糖操縱子表達調(diào)控的生理效應(yīng)沒有乳糖時，lac操縱子受LacI的負控，僅維持基礎(chǔ)水平的表達，使細胞不浪費代謝資源；只有乳糖時，lac操縱子被誘導表達，同時