基因的表達(dá)調(diào)控(上)--原核基因表達(dá)調(diào)控模式ppt課件

1、第七章第七章 基因的表達(dá)與調(diào)控基因的表達(dá)與調(diào)控( (上上) ) 原核基因表達(dá)調(diào)控方式原核基因表達(dá)調(diào)控方式DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制Contents基因表達(dá)調(diào)控的根本概念基因表達(dá)調(diào)控的根本概念原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖支配子乳糖支配子色氨酸支配子色氨酸支配子其他支配子其他支配子轉(zhuǎn)錄后程度上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后程度上的調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的根本概念基因表達(dá)調(diào)控的根本概念 組成性表達(dá)(constitutive expression) 順應(yīng)性表達(dá)(adaptive expression二、基因表達(dá)的方式二、基因表達(dá)的方式 1、組成性表達(dá)： 指不大受環(huán)境變動(dòng)而變化的一類基

2、因表達(dá)。 某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎一切細(xì)胞中繼續(xù)表某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎一切細(xì)胞中繼續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。如，。如，編碼核糖體蛋白、線粒體蛋白、糖酵解酶等的基編碼核糖體蛋白、線粒體蛋白、糖酵解酶等的基因。因。 2、順應(yīng)性表達(dá)、順應(yīng)性表達(dá) 順應(yīng)性表達(dá)順應(yīng)性表達(dá):指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)程度變動(dòng)的指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)程度變動(dòng)的 一類基因表達(dá)。一類基因表達(dá)。 誘導(dǎo)誘導(dǎo)(induction):順應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)程度增高的景象。順應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)程度增高的景象。 這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(in

3、ducible gene)。 阻遏阻遏(repression)：隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)程度降低的景象。：隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)程度降低的景象。 相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressible gene)。 三、基因表達(dá)的規(guī)律三、基因表達(dá)的規(guī)律 時(shí)間性和空間性時(shí)間性和空間性1、時(shí)間特異性、時(shí)間特異性temporal specificity按功能需求，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)厲按按功能需求，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)厲按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性。特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階多細(xì)胞生物基因表達(dá)的

4、時(shí)間特異性又稱階段特異性段特異性(stage specificity)(stage specificity)。 2、空間特異性、空間特異性(spatial specificity)基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差別，實(shí)踐上是由細(xì)胞在器官的分布決議的，布差別，實(shí)踐上是由細(xì)胞在器官的分布決議的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cell or (cell or tissue specificity)tissue specificity)。在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織

5、空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性?？臻g特異性。四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義 順應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖原核、真核 維持個(gè)體發(fā)育與分化真核第二節(jié)第二節(jié) 原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制內(nèi)容提要：原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)支配子學(xué)說(shuō)原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄程度上調(diào)控的其他方式 一、原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)一、原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)1 1、轉(zhuǎn)錄程度上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄程度上的調(diào)控transcriptional regulationtranscriptional regulation2 2、轉(zhuǎn)錄后程度上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后程度上的調(diào)控post-

6、transcriptional regulationpost-transcriptional regulation mRNAmRNA加工成熟程度上的調(diào)控加工成熟程度上的調(diào)控 翻譯程度上的調(diào)控翻譯程度上的調(diào)控二、支配子學(xué)說(shuō)二、支配子學(xué)說(shuō)1 1、支配子模型的提出、支配子模型的提出19611961年，年，MonodMonod和和JacobJacob提出提出獲獲19651965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)Jacob and Monod2、支配子的定義、支配子的定義支配子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動(dòng)子、支配支配子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動(dòng)子、支配基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的構(gòu)造

7、基因所組基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的構(gòu)造基因所組成。支配基因受調(diào)理基因產(chǎn)物的控制。成。支配基因受調(diào)理基因產(chǎn)物的控制。1 1、根據(jù)支配子對(duì)調(diào)理蛋白激活蛋白或阻遏蛋白、根據(jù)支配子對(duì)調(diào)理蛋白激活蛋白或阻遏蛋白 的應(yīng)對(duì)，可分為：的應(yīng)對(duì)，可分為： 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控 三、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)三、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)調(diào)理基因調(diào)理基因支配基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控假設(shè)在沒(méi)有調(diào)理蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是封鎖的，參與這種調(diào)理蛋白質(zhì)后基因活性就被開啟，這樣的調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。調(diào)理基因調(diào)理基因支配

8、基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控在沒(méi)有調(diào)理蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是表達(dá)的，參與這種調(diào)理蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性便被封鎖，這樣的調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控?？烧T導(dǎo)調(diào)理P235：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來(lái)封鎖的形狀轉(zhuǎn)變?yōu)槿蝿?wù)形狀，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化。 例：大腸桿菌的乳糖支配子 分解代謝蛋白的基因 2、根據(jù)支配子對(duì)某些能調(diào)理它們的小分子的應(yīng)對(duì)，可分為可誘導(dǎo)調(diào)理和可阻遏調(diào)理兩大類：調(diào)理基因調(diào)理基因支配基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因阻遏蛋白阻遏蛋白調(diào)理基因調(diào)理基因支配基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因阻遏蛋白阻遏蛋白誘導(dǎo)物

9、誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)支配子模型酶合成的誘導(dǎo)支配子模型誘導(dǎo)物假設(shè)某種物質(zhì)可以促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來(lái)分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。 可阻遏調(diào)理可阻遏調(diào)理P235：基因平常是開啟的，處在產(chǎn)：基因平常是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的任務(wù)過(guò)程中，由于一些特殊代謝物生蛋白質(zhì)或酶的任務(wù)過(guò)程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其封鎖，阻遏了基因的表達(dá)?；蚧衔锏姆e累而將其封鎖，阻遏了基因的表達(dá)。 例：色氨酸支配子例：色氨酸支配子 合成代謝蛋白的基因合成代謝蛋白的基因酶合成的阻遏支配子模型酶合成的阻遏支配子模型調(diào)理基因調(diào)理基因支配基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白調(diào)理基因調(diào)理基

10、因支配基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因輔阻遏物輔阻遏物輔阻遏物假設(shè)某種物質(zhì)可以阻止細(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。3、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)理基因的產(chǎn)物是阻遏蛋、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)理基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白白repressor，起著阻止構(gòu)造基因轉(zhuǎn)錄的作用。，起著阻止構(gòu)造基因轉(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：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)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(shí)，構(gòu)造基因轉(zhuǎn)錄；合時(shí)，構(gòu)造基因轉(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(shí)，

11、構(gòu)造基因不轉(zhuǎn)錄。結(jié)合時(shí)，構(gòu)造基因不轉(zhuǎn)錄。4 4、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)理基因的產(chǎn)物是激活蛋、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)理基因的產(chǎn)物是激活蛋白白activatoractivator。 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)和正控阻遏在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子誘導(dǎo)物的存在使在正控誘導(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形狀；激活蛋白處于活性形狀；在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子輔阻遏物的存在在正控阻遏系統(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形狀。使激活蛋白處于非活性形狀。四、轉(zhuǎn)錄程度上調(diào)控的其他方式四、轉(zhuǎn)錄程度上調(diào)控的其他方式1、因子的改換

12、 在E.coli中,當(dāng)細(xì)胞從根本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時(shí)，需求不同的因子指點(diǎn)RNA聚合酶與各種啟動(dòng)子結(jié)合。大腸桿菌中的各種因子比較因子編碼基因主要功能70rpoD參與對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和大多數(shù)碳代謝過(guò)程基因的調(diào)控54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控38rpoH分裂間期特異基因的表達(dá)調(diào)控32rpoS熱休克基因的表達(dá)調(diào)控28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控24rpoE過(guò)度熱休克基因的表達(dá)調(diào)控 溫度較高,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白 由32參與構(gòu)成的RNA聚合酶與熱休克應(yīng)對(duì)基因啟動(dòng)子結(jié)合,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白,順應(yīng)環(huán)境需求 枯草芽孢桿菌芽孢構(gòu)成 有序的因子的交換,RNA聚合酶識(shí)別不同基因的啟動(dòng)子,

13、使芽孢構(gòu)成有關(guān)的基因有序地表達(dá)2、降解物對(duì)基因活性的調(diào)理3、弱化子對(duì)基因活性的影響第三節(jié)第三節(jié) 乳糖支配子乳糖支配子(lac operon)(lac operon)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：乳糖支配子的構(gòu)造乳糖支配子的構(gòu)造酶的誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)laclac體系受調(diào)控的證據(jù)體系受調(diào)控的證據(jù)乳糖支配子調(diào)控模型乳糖支配子調(diào)控模型影響因子影響因子LacLac支配子中的其他問(wèn)題支配子中的其他問(wèn)題一、乳糖支配子的構(gòu)造一、乳糖支配子的構(gòu)造 Z編碼-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y編碼-半乳糖苷透過(guò)酶：使外界的-半乳糖苷如乳糖能透過(guò)大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 A編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上

14、的乙?；D(zhuǎn)到-半乳糖苷上，構(gòu)成乙酰半乳糖。二、酶的誘導(dǎo)二、酶的誘導(dǎo)laclac體系受調(diào)控的證據(jù)體系受調(diào)控的證據(jù) 撫慰誘導(dǎo)物： 假設(shè)某種物質(zhì)可以促使細(xì)菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解，這種物質(zhì)被稱為撫慰誘導(dǎo)物，如IPTG異丙基- D-硫代半乳糖苷。 CH2OH CH3 HO O SCCH3 H CH3 OH HH H H OH圖 16-6 異丙基-硫代半乳糖苷的分子結(jié)構(gòu)三、乳糖支配子調(diào)控模型三、乳糖支配子調(diào)控模型主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順?lè)醋拥幕虻漠a(chǎn)物由同一條多順?lè)醋拥膍RNA分子所編碼分子所編碼 這個(gè)這個(gè)mRNA分子的啟動(dòng)子緊接著分子的啟動(dòng)子緊接著O區(qū)，而位于區(qū)，而位于I

15、與與O之間的啟動(dòng)子區(qū)之間的啟動(dòng)子區(qū)P，不能單獨(dú)起動(dòng)合，不能單獨(dú)起動(dòng)合成成-半乳糖苷酶和透過(guò)酶的生理過(guò)程。半乳糖苷酶和透過(guò)酶的生理過(guò)程。 支配基因是支配基因是DNA上的一小段序列僅為上的一小段序列僅為26bp，是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)。是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)。RNA聚合酶結(jié)合部位聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位 支配位點(diǎn)的回文序列 當(dāng)阻遏物與支配基因結(jié)合時(shí)，當(dāng)阻遏物與支配基因結(jié)合時(shí)，lac mRNAlac mRNA的轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄起始遭到抑制。遭到抑制。 未誘導(dǎo)：結(jié)構(gòu)基因被阻遏 阻遏物 四聚體 LacI P O lacZ lacY lacA 圖 16- 當(dāng)無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)阻遏物結(jié)合在操縱基因上 誘導(dǎo)物

16、經(jīng)過(guò)與阻遏物結(jié)合，改動(dòng)它的三維構(gòu)象，誘導(dǎo)物經(jīng)過(guò)與阻遏物結(jié)合，改動(dòng)它的三維構(gòu)象，使之不能與支配基因結(jié)合，從而激發(fā)使之不能與支配基因結(jié)合，從而激發(fā)lac mRNA的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，支配基因區(qū)沒(méi)有被的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，支配基因區(qū)沒(méi)有被阻遏物占據(jù)，所以啟動(dòng)子可以順利起始阻遏物占據(jù)，所以啟動(dòng)子可以順利起始mRNA的的合成。合成。 誘導(dǎo)：基因被打開 -半乳糖苷酶 透性酶 乙酰轉(zhuǎn)移酶 圖 16-7 誘導(dǎo)物和阻遏物成為調(diào)節(jié)操縱子的開關(guān) 四、影響因子四、影響因子1、lac支配子的本底程度表達(dá)有兩個(gè)矛盾是支配子實(shí)際所不能解釋的：誘導(dǎo)物需求穿過(guò)細(xì)胞膜才干與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運(yùn)誘導(dǎo)物需求透過(guò)酶，后者的合成

17、又需求誘導(dǎo)。解釋：一些誘導(dǎo)物可以在透過(guò)酶不存在時(shí)進(jìn)入細(xì)胞？ 一些透過(guò)酶可以在沒(méi)有誘導(dǎo)物的情況下合成？真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在-半乳糖半乳糖苷酶的催化下由乳糖構(gòu)成的，因此，需求有苷酶的催化下由乳糖構(gòu)成的，因此，需求有-半乳糖半乳糖苷酶的預(yù)先存在。苷酶的預(yù)先存在。解釋：解釋：本底程度的組成型合成：非誘導(dǎo)形狀下有少量的本底程度的組成型合成：非誘導(dǎo)形狀下有少量的lac mRNAlac mRNA合成。合成。2、大腸桿菌對(duì)乳糖的反響 培育基：甘油培育基：甘油 按照按照l(shuí)ac支配子本底程度的表達(dá)，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有幾個(gè)支配子本底程度的表達(dá)，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有幾個(gè)分

18、子的分子的-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透過(guò)酶；半乳糖苷透過(guò)酶；培育基：參與乳糖培育基：參與乳糖少量乳糖少量乳糖透過(guò)酶透過(guò)酶進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞-半乳糖苷酶半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖異構(gòu)乳糖誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物誘導(dǎo)誘導(dǎo)lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖進(jìn)入細(xì)胞大量乳糖進(jìn)入細(xì)胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖碳源和能源多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖碳源和能源異構(gòu)乳糖異構(gòu)乳糖 H OH HO H OH H H CH2OH H O OH HO O H O CH2 CH2OH H OH OH H HO O H 別乳糖 H O OH H H H OH OH H H H2O H H H O OH CH2OH CH2OH

19、 H OH CH2OH H O OH HO O OH H H OH H OH H HO H H H H OH H OH 葡萄糖 半乳糖 圖 16- 乳糖分解的不同產(chǎn)物乳糖誘導(dǎo)物的參與和去除對(duì)lac mRNA的影響3、阻遏物lac I基因產(chǎn)物及功能 Lac Lac 支配子阻遏物支配子阻遏物mRNAmRNA是由弱啟動(dòng)子控制下組成是由弱啟動(dòng)子控制下組成型合成的，每個(gè)細(xì)胞中有型合成的，每個(gè)細(xì)胞中有5-105-10個(gè)阻遏物分子。個(gè)阻遏物分子。 當(dāng)當(dāng)I I基來(lái)由弱啟動(dòng)子突變成強(qiáng)啟動(dòng)子，細(xì)胞內(nèi)就基來(lái)由弱啟動(dòng)子突變成強(qiáng)啟動(dòng)子，細(xì)胞內(nèi)就不能夠產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來(lái)抑制阻遏形狀，整個(gè)不能夠產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來(lái)抑制阻遏形

20、狀，整個(gè)laclac支配子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。支配子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。4、葡萄糖對(duì)lac支配子的影響 假設(shè)將葡萄糖和乳糖同時(shí)參與培育基中，假設(shè)將葡萄糖和乳糖同時(shí)參與培育基中， lac支配子處于阻遏形狀，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡支配子處于阻遏形狀，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會(huì)誘導(dǎo)外源葡萄糖，乳糖就會(huì)誘導(dǎo)lac支配子表達(dá)分解支配子表達(dá)分解乳糖所需的三種酶。乳糖所需的三種酶。 代謝物阻遏效應(yīng)代謝物阻遏效應(yīng)5 5、cAMPcAMP與代謝物激活蛋白與代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白CAP/環(huán)腺苷酸受體蛋白環(huán)腺苷酸受體蛋白CRP ZYAOPDNA 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)

21、結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列支配序列支配序列 構(gòu)造基因構(gòu)造基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙?；D(zhuǎn)移酶cAMPCAP復(fù)合物ATPATP腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶cAMP環(huán)腺苷酸環(huán)腺苷酸 大腸桿菌中：無(wú)葡萄糖，大腸桿菌中：無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高；濃度高； 有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低濃度低+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄促進(jìn)轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控的正調(diào)控當(dāng)阻遏蛋白封鎖轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系

22、統(tǒng)不能發(fā)揚(yáng)作用如無(wú)如無(wú)CAP存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與支配序列結(jié)合，存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與支配序列結(jié)合，支配子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。支配子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。 cAMPCAP復(fù)合物與啟動(dòng)復(fù)合物與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合是轉(zhuǎn)錄起始所必需的。子區(qū)的結(jié)合是轉(zhuǎn)錄起始所必需的。協(xié)調(diào)調(diào)理協(xié)調(diào)調(diào)理葡萄糖對(duì)葡萄糖對(duì) lac 支配子的阻遏作用稱分解代支配子的阻遏作用稱分解代謝阻遏謝阻遏(catabolic repression)。 單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；假單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；假設(shè)有葡萄糖或葡萄糖設(shè)有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。先利用葡萄糖。The Lac Op

23、eron:When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveCome on, let me throughNo wayJose!CAPCAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepre

24、ssorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBind to mePo

25、lymeraseRNAPol.RepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveRepressorSTOPRight therePolymeraseAlright, Im off to the races . . .Come on, let me through!五、五、LacLac支配子中的其他問(wèn)題支配子中的其他問(wèn)題1、A基因及其生理功能半乳糖苷分子IPTG-半乳糖苷酶分解產(chǎn)物體內(nèi)積累-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷分子IPTG乙酰基2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較-半乳糖苷酶：透過(guò)酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2翻譯程度上遭到調(diào)理：1lac mR

26、NA能夠與翻譯過(guò)程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯；2在 lac mRNA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。第四節(jié) 色氨酸支配子trp operon內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：色氨酸支配子的構(gòu)造色氨酸支配子的構(gòu)造色氨酸支配子的阻遏系統(tǒng)色氨酸支配子的阻遏系統(tǒng)色氨酸支配子的弱化機(jī)制色氨酸支配子的弱化機(jī)制一、色氨酸支配子的構(gòu)造一、色氨酸支配子的構(gòu)造 調(diào)控基因調(diào)控基因 構(gòu)造基因構(gòu)造基因 催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岽呋种λ徂D(zhuǎn)變?yōu)樯彼?的酶的酶trpRtrp 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼酸

27、合成酶 鏈 鏈 60，000 60，000 4 5，000 50，000 29，000 P O l a trpE trpD P trpC trpB trpA t t 1560 1620 1353 1191 804 36P：起動(dòng)子；O：操縱子； l：前導(dǎo)序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖 16-15 E.coli trpO 的結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應(yīng) 特點(diǎn): (1) trpR和trpABCDE不連鎖； (2) 支配基因在啟動(dòng)子內(nèi) (3) 有衰減子(attenuator)/弱化子 (4) 啟動(dòng)子和構(gòu)造基因不直接相連，二者被 前導(dǎo)序列(Leader)所隔開 trpR trpP tr

28、pO trpE trpD trpC trpB trpA 蛋白 TrpR(無(wú)活性) 活化的 阻遏蛋白 阻遏物 (Trp) 圖 16-27 TrpR 被 Trp 激活后可阻遏trp 操縱子的轉(zhuǎn)錄 (仿 B.Lewin:GENES，1990, Fig .13.16) 二、trp 支配子的阻遏系統(tǒng)三、trp 支配子的弱化機(jī)制衰減子attenuator/弱化子前導(dǎo)序列l(wèi)eader sequence1、弱化子： DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止的一段核苷酸序列123-150區(qū)。123150 研討引起終止的研討引起終止的mRNAmRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNAmRNA經(jīng)過(guò)自我配對(duì)經(jīng)過(guò)自我配對(duì)可

29、以構(gòu)成莖可以構(gòu)成莖- -環(huán)構(gòu)造，有典型的終止子特點(diǎn)。環(huán)構(gòu)造，有典型的終止子特點(diǎn)。2、前導(dǎo)序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼前一個(gè)長(zhǎng)162bp的mRNA片段。 鄰氨基苯 吲哚甘油 色氨酸合成酶 甲酸合成酶 硼酸合成酶 TrpE terpD trpC trpB trpA t t 啟動(dòng)子 操縱基因 前導(dǎo)順序 衰減子 pppN26AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAN43A UUUUUUUU 富含 G-C 的發(fā) G C Leader peptide 夾結(jié)構(gòu) / 富含 C G U 的單鏈末端 C G Aaaaaa C G Met Lys

30、 Aly Ile Phe Val Leu Lys Gly Trp Trp Arg Thr Ser A G C C G A C G U U A A 圖 16-28 trp 操縱子含有 5 個(gè)結(jié)構(gòu)基因和 1 個(gè)控制區(qū)?？刂茀^(qū)由啟動(dòng)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(gè)氨基酸，其中有 2 個(gè)是色氨酸。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .12.38) 3、弱化機(jī)制、弱化機(jī)制前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止構(gòu)造轉(zhuǎn)錄終止構(gòu)造 細(xì)菌經(jīng)過(guò)弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的缺乏，由于阻遏細(xì)菌經(jīng)過(guò)弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的缺乏，由于阻遏作用只能使轉(zhuǎn)錄不起始，對(duì)于曾經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只作用只能使轉(zhuǎn)錄不起始，對(duì)

31、于曾經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只能經(jīng)過(guò)弱化作用使之中途停下來(lái)。阻遏作用的信號(hào)能經(jīng)過(guò)弱化作用使之中途停下來(lái)。阻遏作用的信號(hào)是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號(hào)那么是細(xì)是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號(hào)那么是細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少。它經(jīng)過(guò)前導(dǎo)肽的的多少。它經(jīng)過(guò)前導(dǎo)肽的翻譯來(lái)控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)展，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用翻譯來(lái)控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)展，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相輔相成，表達(dá)著生物體內(nèi)縝密的調(diào)控作用。相輔相成，表達(dá)著生物體內(nèi)縝密的調(diào)控作用。 什么是支配子operon)?試闡明色氨酸支配子Trp operon)在原核基因表達(dá)調(diào)控中的調(diào)控機(jī)制和重要作用。 2003年武漢大學(xué)分子生物學(xué)試題一、翻

32、譯起始的調(diào)控 RBS核糖體結(jié)合位點(diǎn)：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。 RBS的結(jié)合強(qiáng)度取決于SD序列的構(gòu)造及其與起始密碼子AUG之間的間隔。 SD- 4-109-AUG第五節(jié)第五節(jié) 轉(zhuǎn)錄后程度上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后程度上的調(diào)控二、反義RNA的調(diào)理作用 原核生物基因轉(zhuǎn)錄后，會(huì)產(chǎn)生一些非編碼的小RNA分子，能與mRNA中的特定序列配對(duì)并改動(dòng)所配對(duì)mRNA分子的構(gòu)象，從而導(dǎo)致翻譯過(guò)程被開啟或封鎖，也能夠?qū)е履康膍RNA分子的快速降解1、關(guān)于管家基因表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是、關(guān)于管家基因表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 (A) 在生物個(gè)體的幾乎各生長(zhǎng)階段繼續(xù)表達(dá)在生物個(gè)體的幾乎各生長(zhǎng)階段繼續(xù)表達(dá) (B) 在生物個(gè)體的

33、幾乎一切細(xì)胞中繼續(xù)表達(dá)在生物個(gè)體的幾乎一切細(xì)胞中繼續(xù)表達(dá) (C) 在生物個(gè)體全生命過(guò)程的幾乎一切細(xì)胞中在生物個(gè)體全生命過(guò)程的幾乎一切細(xì)胞中表達(dá)表達(dá) (D) 在生物個(gè)體的某終身長(zhǎng)階段繼續(xù)表達(dá)在生物個(gè)體的某終身長(zhǎng)階段繼續(xù)表達(dá) (E) 在一個(gè)物種的幾乎一切個(gè)體中繼續(xù)表達(dá)在一個(gè)物種的幾乎一切個(gè)體中繼續(xù)表達(dá) D2、一個(gè)支配子元通常含有、一個(gè)支配子元通常含有 (A) 數(shù)個(gè)啟動(dòng)序列和一個(gè)編碼基因數(shù)個(gè)啟動(dòng)序列和一個(gè)編碼基因 (B) 一個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因一個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因 (C) 一個(gè)啟動(dòng)序列和一個(gè)編碼基因一個(gè)啟動(dòng)序列和一個(gè)編碼基因 (D) 兩個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因兩個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因 (

34、E) 數(shù)個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因數(shù)個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因 B3、以下情況不屬于基因表達(dá)階段特異性的是，、以下情況不屬于基因表達(dá)階段特異性的是，一個(gè)基因在一個(gè)基因在 (A) 分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)，在未分化的心肌分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)，在未分化的心肌細(xì)胞不表達(dá)細(xì)胞不表達(dá) (B) 胚胎發(fā)育過(guò)程不表達(dá)，出生后表達(dá)胚胎發(fā)育過(guò)程不表達(dá)，出生后表達(dá) (C) 胚胎發(fā)育過(guò)程表達(dá)，在出生后不表達(dá)胚胎發(fā)育過(guò)程表達(dá)，在出生后不表達(dá) (D) 分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)，在未分化的骨骼分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)，在未分化的骨骼肌細(xì)胞不表達(dá)肌細(xì)胞不表達(dá) (E) 分化的骨骼肌細(xì)胞不表達(dá)，在未分化的骨分化的骨骼肌細(xì)胞不表達(dá)，在未分化的骨骼肌細(xì)胞表達(dá)骼肌細(xì)胞表達(dá) A4 4、乳糖支配子元的直接誘導(dǎo)劑是、乳糖支配子元的直接誘導(dǎo)劑是 (A) (A) 葡萄糖葡萄糖 (B) (B) 乳糖乳糖 (C) (C) 一半乳糖苷酶一半乳糖苷酶 (D) (D) 透酶透酶(E)(E)異構(gòu)乳糖異構(gòu)乳糖 E5 5、LacLac