原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控class

Geneexpressioncontrols基因表達(dá):從DNA到蛋白質(zhì)的過(guò)程?；虮磉_(dá)調(diào)控:對(duì)基因表達(dá)過(guò)程的調(diào)節(jié)。基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn):1.轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控－主要在起始，終止處。2.轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控mRNA加工成熟水平上的調(diào)控（真核生物）翻譯水平的調(diào)控－起始，終止?MolecularBiologyCourse目前一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)華僑大學(xué)

1961年,Jacob等發(fā)表Lac操縱子模式,生物界反應(yīng)之強(qiáng)烈可與1953年發(fā)表DNA雙螺旋模型相媲美目前二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)操縱子對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

Lac操縱子Trp操縱子因子對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)RegulationofTranscriptioninProkaryotes目前三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)典型的操縱子包括：1.結(jié)構(gòu)基因：編碼那些在某一特定的生物合成途徑中起作用的，其表達(dá)被協(xié)同調(diào)控的酶。2.調(diào)控元件：如操縱序列，是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子（Operon）：基因表達(dá)和調(diào)控的單元。CanbeencodedbyageneinanotheroperonRegulationofTranscriptioninProkaryotes調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物能夠識(shí)別調(diào)控元件，如阻抑物，可以結(jié)合并調(diào)控操縱序列。目前四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)（調(diào)節(jié)基因）（調(diào)控元件）（如，阻抑物）目前五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.Theoperon2.Thelactoseoperon（乳糖操縱子）3.Thelacrepressor（乳糖抑制蛋白）4.Induction（誘導(dǎo)）5.cAMPreceptorprotein（CRP）L1

乳糖（Lac)操縱子目前六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Lacrepressor（乳糖阻抑物）

ThelacoperonTranscriptionblockedInducer(Lactose)誘導(dǎo)物ActivatethePlac

transcription

Overview乳糖操縱子負(fù)調(diào)控CRP+cAMP(glucoserepressed)正調(diào)控Highleveloftranscription目前七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L1-2

乳糖操縱子大腸桿菌能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當(dāng)乳糖成為唯一的碳源時(shí)才會(huì)被合成。RegulationofTranscriptioninProkaryotes目前八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Lactoseoperon:aregulatorygeneand3stucturalgenes,and2controlelements目前九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)lacZ

codesforβ-galactosidase(β-半乳糖苷酶)forlactosehydrolysis(水解）lacY

encodesagalactosidepermease(半乳糖苷透性酶)totransportLactoseacrossthecellwalllacA

encodesathiogalactosidetransacetylase(硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶)-抑制β-半乳糖苷酶有害產(chǎn)物積累L1:TheLACoperon目前十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)這三個(gè)結(jié)構(gòu)基因被一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元lacZYA所編碼，它有一個(gè)啟動(dòng)子PlaclacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個(gè)操縱基因位點(diǎn)Olacpositionbetweenbases-5and+21BindswiththelacrepressorL1:TheLACoperon目前十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L1-3

乳糖阻抑物由LacI基因編碼同亞基四聚體活性形式Olac具有回文結(jié)構(gòu)（28bp堿基）乳糖缺乏時(shí)，阻抑物占據(jù)OlacL1:TheLACoperon目前十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Thus,RNApolymerasebindsverytightlytoPlac

butnotranscriptionoccurbecauseoftheboundrepressor乳糖阻抑物和RNA聚合酶能同時(shí)結(jié)合到Plac和Olac上，且前者使后者的結(jié)合能力增加了2個(gè)數(shù)量級(jí)。L1:TheLACoperon目前十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L1-4

誘導(dǎo)誘導(dǎo)物乳糖阻抑物阻抑物四聚體構(gòu)象變化降低阻抑物與Olac親和力聚合酶迅速轉(zhuǎn)錄乳糖，異乳糖目前十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)異乳糖RNA聚合酶L1:TheLACoperon目前十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L1-5cAMP受體蛋白

(CRP)CRP是一種激活蛋白(CAP)CRP－cAMP復(fù)合物才能結(jié)合DNAcAMP由葡萄糖控制glucoseCRP-cAMPCRPcAMP目前十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Plac啟動(dòng)子：弱啟動(dòng)子

沒(méi)有強(qiáng)－35序列弱的－10序列Highlevelexpressionfromthispromoterrequirestheactivityofthespecificactivator,CRP.L1:TheLACoperon目前十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)lacZlacYlacAPlacIPlaclacIOlacPlac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressorstartpointmRNAlactoseCRP-cAMP目前十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)cAMP水平上升，CRP－cAMP復(fù)合物結(jié)合在Plac上，DNA鏈發(fā)生90度的彎曲，增強(qiáng)了聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。vWhenglucoseisabsentvWhenglucose(葡萄糖）ispresent乳糖操縱子通常不被激活目前二十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)SummaryA:RNApolymeraseB:lacrepressorC:CRP-cAMP阻抑物調(diào)控：-負(fù)調(diào)控-缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受體蛋白的調(diào)控：-正調(diào)控-缺少葡萄糖；有葡萄糖目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)乳糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源乳糖和葡萄糖同時(shí)存在再下列幾種情況下，大腸桿菌的乳糖操縱子是如何進(jìn)行調(diào)控的？思考題目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2TheTrp

Operon1.Thetrpoperon（操縱子）2.thetrprepressor(阻抑物）3.theattenuator（弱化子）4.LeaderRNAstructure5.Theleaderpeptide（肽）6.Attenuation（弱化作用）7.Importanceofattenuation目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2-1TheTrpOperon（色氨酸操縱子）目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.

trp操縱子

：包括色氨酸合成途徑中相關(guān)的5個(gè)結(jié)構(gòu)基因,一個(gè)啟動(dòng)子，一個(gè)操縱序列一段前導(dǎo)序列，一個(gè)調(diào)節(jié)基因。2.該操縱子編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元，從Otrp向下游轉(zhuǎn)錄7kb的轉(zhuǎn)錄物.3.作用：當(dāng)細(xì)胞缺乏色氨酸時(shí)，trp操縱子

可使色氨酸協(xié)同表達(dá)。4.色氨酸操縱子RNA產(chǎn)物不穩(wěn)定.L2:Thetrpoperon目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2-2TheTrprepressor

（色氨酸阻抑物）RegulationofTranscriptioninProkaryotes目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.色氨酸阻抑物：由獨(dú)立的操縱子trpR編碼，能與Otrp位點(diǎn)特異性結(jié)合。2.

色氨酸阻抑物＋色氨酸——才能結(jié)合到操縱基因Otrp。L2:Thetrpoperon目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)3.阻抑物：二聚體（兩個(gè)亞基）

一個(gè)中心區(qū)域

兩個(gè)靈活的DNA解讀頭部L2:Thetrpoperon目前三十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)4.Therefore,色氨酸操縱子所編碼的酶的終產(chǎn)物(色氨酸），可通過(guò)終產(chǎn)物抑制自身的合成。5.該阻抑物可將轉(zhuǎn)錄的起始減少大約70倍。L2:Thetrpoperon目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Thetrpoperon目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）Repressordoesnotaccountforalltheregulation:DeletionofasequencebetweentheoperatorandtrpEgenecodingregion(attenuator)increaseboththebasalandtheactivatedlevelsoftranscription.L2:Thetrpoperon目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)1.位于trpE起始密碼子前面162nt的轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)序列（C）的末端.2.是一個(gè)ρ-independent

終止子區(qū)域，在一小段富含GC的回文結(jié)構(gòu)后使8個(gè)連續(xù)的U殘基。3.IfRNA轉(zhuǎn)錄物中發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成，actsas一個(gè)高效的轉(zhuǎn)錄終止子，

僅僅有一段短的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物倍合成。L2:ThetrpoperonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）mRNA目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2-4LeaderRNAstructure

（前導(dǎo)RNA的結(jié)構(gòu)）RegulationofTranscriptioninProkaryotesmRNA目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)TheleaderRNA

containsfourregions(sequence1,2,3,4)ofcomplementarysequencethatcanformdifferentstructuresL2:Thetrpoperon目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2-5Theleaderpeptide

（前導(dǎo)肽）1.前導(dǎo)RNA序列含有一個(gè)有效的核糖體結(jié)合位點(diǎn)，并能形成有前導(dǎo)RNA27－68號(hào)堿基所編碼的14個(gè)氨基酸的前導(dǎo)肽。2.這段前導(dǎo)肽的10和11個(gè)密碼子是連續(xù)的色氨酸殘基,在序列1中;終止密碼子在序列1和2之間。3.因此色氨酸決定核糖體的位置，從而控制轉(zhuǎn)錄。RegulationofTranscriptioninProkaryotes目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)TrpTrpTrpTrpTrp（+）Trp（—）

目前四十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2-6Attenuation

（弱化作用）依賴于轉(zhuǎn)錄和翻譯的緊密偶聯(lián)，使翻譯可以在mRNA邊轉(zhuǎn)錄時(shí)邊進(jìn)行.Therefore,前導(dǎo)RNA轉(zhuǎn)錄出后，前導(dǎo)肽立即被翻譯出。RegulationofTranscriptioninProkaryotes目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)5’原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，翻譯相偶聯(lián)真核生物5目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)

在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進(jìn)行的過(guò)程中,

RNAPolymerease在sequence2的末端停滯直到核糖體開(kāi)始翻譯前導(dǎo)肽L2:Thetrpoperon調(diào)控弱化作用抗終止作用目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L2:Thetrpoperon目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)弱化作用：色氨酸存在使trpoperon的轉(zhuǎn)錄被抑制10-fold(細(xì)調(diào)）色氨酸阻抑物：70-fold(粗調(diào)）色氨酸水平對(duì)色氨酸操縱子的表達(dá)施加了700-fold效果.His操縱子：弱化作用是唯一的調(diào)控機(jī)制L2-7Importanceofattenuation

（弱化作用的重要性）L2:Thetrpoperon目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)小結(jié)L1乳糖操縱子

操縱子；乳糖操縱子；乳糖阻遏物的調(diào)控-負(fù)調(diào)控cAMP-CRP的調(diào)控－正調(diào)控L2色氨酸操縱子

色氨酸操縱子；阻抑物；弱化子；前導(dǎo)RNA；前導(dǎo)肽；弱化作用－抗終止作用目前四十八頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L3

Transcriptionalregulation

byalternativeσ

Factors1.Sigmafactor2.Promoterrecognition3.Heatshock5.BacteriophagefactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotes目前四十九頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)L3-1&2:Sigmafactorand

promoterrecognitionRegulationofTranscriptioninProkaryotes目前五十頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)TranscriptionalregulationbyalternativesFactors目前五十一頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)RegulationofTranscriptioninProkaryotes目前五十二頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Manybacteriaproducealternativesetsofσfactors

tomeettheregulationrequirementsoftranscriptionundernormalandextremegrowthconditionE.coli:Heatshockbacteriophageσfactors目前五十三頁(yè)\總數(shù)五十八頁(yè)\編于十八點(diǎn)Confereachofthemanewpromoterspecificity,andallowsthediversionofthecell’sbasictranscriptionmachinerytothespecifictranscription

ofdifferentclassesofgenesDifferentσfactorsbindingtothesamecoreRNAPolσ70factors

isth