基因调控第六章基因的表达与调控上－原核基因表达调控模式.ppt

第六章 基因的表达与调控(上) －－原核基因表达调控模式 原核基因表达调控总论 乳糖操纵子与负控诱导系统 色氨酸操纵子与负控阻遏系统 其他操纵子 转录后调控 基因表达调控在两个水平上体现: (1)转录水平上的调控 (2)转录后水平上的调控,包括: ①mRNA加工成熟水平上的调控 ②翻译水平上的调控 原核基因调控机制的类型与特点 原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控 负调控中，反式作用的阻抑物结合到顺式作用的操纵基因上以关闭其转录； 负调控基因只有在没有阻抑物的情况下是一直表达 正调控中，反式作用因子必须与顺式作用元件结合，才能使RNA聚合酶在启动子处起始转录； 正调控基因只有存在活性调控因子时，它才会表达。 负转录调控系统 在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻遏蛋白(repressor)－－阻止结构基因转录。其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转录受阻。 负控诱导系统－－阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录。 负控阻遏系统－－阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。 正转录调控系统 在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。 在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行。 在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。 可诱导调节 基因在特殊物质的作用下，由原来关闭的状态转变为活化状态称为诱导调节。大肠杆菌在只含乳糖的培养基中开始时生长不好；等合成了利用乳糖的一系列酶，具备了利用乳糖作为碳源的能力时又开始生长。 基因平时是开启的，处在产生蛋白质的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 比如大肠杆菌生活中必须有色氨酸，一般情况下，该操纵子开启，生产色氨酸合成酶基因表达正常。如果在细菌培养基中加入色氨酸，细菌可利用它来维持生活而不需要再合成，细菌就在2-3min内关闭该操纵子。 重要原则 代谢底物 (如 麦芽糖 和 乳糖) 诱导代谢它们的基因表达开放 这些糖平时含量很少，细菌并不分解利用它们，而是利用一般的能源物质――葡萄糖的水解来提供能源，因此，这些操纵子常常是关闭的。一旦生存条件发生变化，如葡萄糖缺乏而必须利用乳糖作为能源时，就要打开这些基因。 生物合成分子 (如 氨基酸和嘌呤)阻遏所需生物合成的基因的表达 由于这类物质在生命过程中的重要地位，这些基因总是打开着的。只有当细菌生活环境中有充分供应时，才关闭这些基因，停止其合成。 衰减子对基因活性的影响 在这种调节方式中，起信号作用的是有特殊负载的氨酰-tRNA的浓度，在色氨酸操纵子中就是色氨酰-tRNA的浓度。当操纵子被阻遏，RNA合成被终止时，起终止转录信号作用的那一段DNA序列被称为衰减子。 细菌的应急反应 细菌有时会碰到紧急状况，比如氨基酸饥饿－－氨基酸的全面匮乏。为了紧缩开支，渡过难关，细菌会产生一个应急反应－－停止包括生产各种RNA、糖、脂肪和蛋白质的几乎全部生物化学反应过程。 实施这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸(pppGpp)。产生这两种物质的诱导物是空载tRNA。 乳糖操纵子－－负控诱导系统 操纵子学说：原核生物基因结构及其表达调控的学说（1961，Jancob和Monod） 操纵子模型是与特殊代谢途径有关的基因转录的协同调控模型。 操纵子 :原核生物在分子水平上基因表达调控的单位。通过调节基因编码的调节蛋白或与诱导物、阻遏物协同作用，开启或关闭操纵基因，对操纵子结构基因的表达进行正、负控制。 乳糖操纵子的发现： 细菌以葡萄糖为能量来源 葡萄糖充分时： 与葡萄糖代谢有关的酶基因---表达 与其他糖代谢有关的酶基因---关闭 葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）： 与乳糖代谢有关的酶基因 ---表达 （一）乳糖操纵子（lactose opron） 结构 lacZ编码β-半乳糖苷酶，它是一种?-半乳糖苷健的专一酶，除能水解乳糖成葡萄糖和半乳糖外还能水解其他?-半乳糖苷，（如苯基半乳糖苷） lacY编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌的细胞壁。 lacA编码半乳糖苷乙酰转移酶。把乙酰辅酶A中的乙酰基转移到?-半乳糖苷上形成乙酰半乳糖 （二）Lac阻遏物的作用---负调控 生理性诱导剂 实验常用诱导剂 当缺少诱导物时，乳糖阻抑物阻碍了几乎全部的lacZYA的转录而使之保持很低的转录水平。将乳糖加入细胞中后，细