分子生物學(xué)原核生物基因表達(dá)調(diào)控ppt課件

1、ppt課件.1基因的表達(dá)與調(diào)控基因的表達(dá)與調(diào)控 原核基因表達(dá)調(diào)控模式原核基因表達(dá)調(diào)控模式DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制ppt課件.2ppt課件.3Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控ppt課件.4第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念 ：基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。對這個(gè)過程的調(diào)節(jié)就稱為gene regulationgene regulation 。ppt課件.5 組成性表達(dá)(constitutive expr

2、ession) 適應(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ppt課件.6 1 1、組成性表達(dá)：、組成性表達(dá)： 指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達(dá)。某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為通常被稱為管家基因管家基因(housekeeping gene)。ppt課件.7 2、適應(yīng)性表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。 應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)導(dǎo)(inducti

3、on)，這類基因被稱為，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因可誘導(dǎo)的基因(inducible gene)； 相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的可阻遏的基因基因(repressible gene)。 ppt課件.8三、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 specificitytemporal specificity）按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間

4、順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間時(shí)間特異性特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階階段特異性段特異性(stage specificity)。 ppt課件.9ppt課件.102、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)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，布差異，實(shí)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所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性細(xì)胞或組織特異性(cell or tissue specificity)。在個(gè)體

5、生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的稱之為基因表達(dá)的空間特異性空間特異性。ppt課件.11四、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 適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核） 維持個(gè)體發(fā)育與分化（真核）ppt課件.12Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控ppt課件.13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)

6、調(diào)控環(huán)節(jié)原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)操縱子學(xué)說操縱子學(xué)說原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式 ppt課件.14原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 基因組中很少有重復(fù)序列；基因組中很少有重復(fù)序列； 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因?yàn)檫B續(xù)編碼，且多為編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因?yàn)檫B續(xù)編碼，且多為單拷貝基因，但編碼單拷貝基因，但編碼rRNArRNA的基因仍然是多拷的基因仍然是多拷貝基因；貝基因； 結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例（約占結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例（約占50%50%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組；遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組； 許多結(jié)構(gòu)基因在基因組中以操縱子為

7、單位排許多結(jié)構(gòu)基因在基因組中以操縱子為單位排列列原核生物基因組是具有超螺旋結(jié)構(gòu)的閉合環(huán)狀原核生物基因組是具有超螺旋結(jié)構(gòu)的閉合環(huán)狀DNA分子分子 ppt課件.15一、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)錄水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptional regulationtranscriptional regulation）2 2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptional regulationpost-transcriptional regulation） mRNAmRNA加工成熟水平上的調(diào)控加工成熟水平上的調(diào)控 翻譯水平

8、上的調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控ppt課件.16二、操縱子學(xué)說二、操縱子學(xué)說1 1、操縱子模型的提出、操縱子模型的提出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)獎年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎ppt課件.17Jacob and Monodppt課件.18 大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而生長繁殖，當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先使用葡萄糖，當(dāng)生長繁殖，當(dāng)培養(yǎng)基中含有葡萄糖和乳糖時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先使用葡萄糖，當(dāng)葡萄糖耗盡，細(xì)菌停止生長，經(jīng)過短時(shí)間所以適應(yīng)，

9、就能利用乳糖，細(xì)葡萄糖耗盡，細(xì)菌停止生長，經(jīng)過短時(shí)間所以適應(yīng)，就能利用乳糖，細(xì)菌繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長。菌繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長。 ppt課件.192、操縱子的定義、操縱子的定義操縱子操縱子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱是基因表達(dá)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。成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。ppt課件.20 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子特異特異DNA序列序列結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 啟動子啟動子 操縱序列操縱序列阻遏蛋白基因阻遏蛋白基因 (promoter)(operator)ppt課件

10、.21 啟動子是啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位。聚合酶識別和結(jié)合的部位。RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列ppt課件.22操縱序列是阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)操縱序列是阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白阻遏蛋白時(shí)，會阻礙時(shí)，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RN

11、A聚聚合酶不能沿合酶不能沿DNA向前移動向前移動 ，阻礙轉(zhuǎn)錄。，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白ppt課件.23一、轉(zhuǎn)錄調(diào)控是以特定的一、轉(zhuǎn)錄調(diào)控是以特定的DNA序列和蛋序列和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)（一）特定的（一）特定的DNA序列是轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)序列是轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 在基因內(nèi)和基因外都有一些特定的在基因內(nèi)和基因外都有一些特定的DNA序列，與結(jié)序列，與結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識別構(gòu)基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識別和結(jié)合，這些特定的和結(jié)合，這些特定的DNA序列稱為序列稱為順式作用元件（順式

12、作用元件（cis-acting elements），亦稱為順式調(diào)控元件。在原核生物中，亦稱為順式調(diào)控元件。在原核生物中主要是啟動子、阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)、正調(diào)控蛋白結(jié)合位主要是啟動子、阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)、正調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)、增強(qiáng)子等。點(diǎn)、增強(qiáng)子等。ppt課件.24（二）調(diào)控蛋白具有結(jié)合（二）調(diào)控蛋白具有結(jié)合DNA所需的結(jié)構(gòu)特征所需的結(jié)構(gòu)特征 基因特異性轉(zhuǎn)錄因子基因特異性轉(zhuǎn)錄因子（gene specific transcription factors）:能夠與順式作用元件特異性結(jié)合、對基因能夠與順式作用元件特異性結(jié)合、對基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄起始過程有調(diào)控作用的蛋白質(zhì)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄起始過程有調(diào)控作用的蛋白質(zhì) 激活

13、蛋白或正調(diào)控蛋白激活蛋白或正調(diào)控蛋白:對基因表達(dá)有激活作用的對基因表達(dá)有激活作用的 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 阻遏蛋白阻遏蛋白:對基因表達(dá)有抑制作用的蛋白質(zhì)對基因表達(dá)有抑制作用的蛋白質(zhì) ppt課件.25最常見的最常見的DNA結(jié)合域：結(jié)合域： 1. 鋅指鋅指(zinc finger)C CysH His常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒ppt課件.26123stand for zinc ionppt課件.27 2.螺旋螺旋-回折回折-螺旋（螺旋（helix-turn-helix, HTH）usually binds to CAAT boxppt課件.28ppt課件.291 1、根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）、

14、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：的應(yīng)答，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、三、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)ppt課件.30調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)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)控如果在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)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，這樣的調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。ppt課件.31調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)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)控在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)

15、基因是表達(dá)的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。ppt課件.32 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：ppt課件.33調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白阻遏蛋白誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型誘導(dǎo)物如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來

16、分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。ppt課件.34 可阻遏調(diào)節(jié)：可阻遏調(diào)節(jié)：基因平時(shí)是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)基因平時(shí)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(dá)。的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。 例：例：色氨酸操縱子色氨酸操縱子 合成代謝蛋白的基因ppt課件.35酶合成的阻遏操縱子模型酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質(zhì)能夠阻止細(xì)菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶

17、，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。ppt課件.363、在、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋阻遏蛋白白（repressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。），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根據(jù)其作用特征又可分為負(fù)控誘導(dǎo)負(fù)控誘導(dǎo)和和負(fù)控阻遏負(fù)控阻遏： 在在負(fù)控誘導(dǎo)負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄； 在在負(fù)控阻遏負(fù)控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。ppt課件.37ppt

18、課件.384 4、在、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋激活蛋白白（activator）。）。 根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導(dǎo)正控誘導(dǎo)和和正控阻遏正控阻遏 在在正控誘導(dǎo)正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在系統(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)；使激活蛋白處于活性狀態(tài)； 在在正控阻遏正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（輔阻遏物）輔阻遏物）的存的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。ppt課件.39ppt課件.40四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式1、

19、因子的更換 在E.coli中,當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時(shí)，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動子結(jié)合。ppt課件.41大腸桿菌中的各種因子比較因子編碼基因主要功能70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調(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過度熱休克基因的表達(dá)調(diào)控ppt課件.42 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)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 枯草芽孢桿菌芽孢形成 有序的因子

20、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(dá)ppt課件.432、降解物對基因活性的調(diào)節(jié)3、弱化子對基因活性的影響ppt課件.44Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控ppt課件.45第三節(jié)第三節(jié) 乳糖操縱子乳糖操縱子(lac operon)(lac operon)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)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)乳糖操縱子調(diào)控模型乳糖操縱子調(diào)控模型影響因

21、子影響因子LacLac操縱子中的其他問題操縱子中的其他問題ppt課件.46一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)ppt課件.47 Z編碼-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y編碼-半乳糖苷透過酶：使外界的-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(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 A編碼-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。ppt課件.48二、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)ppt課件.49 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- D-硫代半乳糖苷）。ppt課

22、件.50 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)ppt課件.51乳糖ppt課件.52三、乳糖操縱子調(diào)控模型三、乳糖操縱子調(diào)控模型主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼分子所編碼 ppt課件.53ppt課件.54 這個(gè)這個(gè)mRNA分子的啟動子緊接著分子的啟動子緊接著O區(qū)，而位于區(qū)，而位于I與與O之間的啟動子區(qū)（之間的啟動子區(qū)（P），不能單獨(dú)起動合），不能單獨(dú)起動合成成-半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。ppt課件.55p

23、pt課件.56 操縱基因是操縱基因是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)。ppt課件.57RNA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ppt課件.58 操縱位點(diǎn)的回文序列ppt課件.59 當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時(shí)，當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時(shí)，lac mRNAlac mRNA的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。錄起始受到抑制。ppt課件.60 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)無誘導(dǎo)物時(shí)阻遏物結(jié)合在操縱基因上 ppt課件.61誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合，改變它的三維

24、構(gòu)象，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)使之不能與操縱基因結(jié)合，從而激發(fā)lac mRNA的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，操縱基因區(qū)沒有被的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，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阻遏物占據(jù)，所以啟動子能夠順利起始mRNA的的合成。合成。ppt課件.62 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) ppt課件.63組成型突變： lacOc ppt課件.64組成型突變： lacI- ppt課件.65 Repressor has lost lacI S genesythesi

25、zes Iducer-binding site defective repressor that cannot bind inducer; it binds permanently to operator lacI S Operantor lacI + wild-type repressor does not influence DNA-binding of LacS repressor 圖圖 16- Uninducible lac S mutations are dominant 不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）：ppt課件.66四、影響因子四、影響因子1、lac操縱子的本底水平表達(dá)有兩個(gè)矛盾是操縱子

26、理論所不能解釋的：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(yùn)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(shí)進(jìn)入細(xì)胞？ 一些透過酶可以在沒有誘導(dǎo)物的情況下合成？ppt課件.67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- -半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有需要有- -半乳糖甘酶的預(yù)先存在。半乳糖甘酶的預(yù)先存在。解釋：解釋：本底水平的組成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的本底水平的組成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lac mRNA合成。合成。ppt課件.682、大腸桿菌對乳糖的反應(yīng) 培養(yǎng)

27、基：甘油培養(yǎng)基：甘油 按照按照lac操縱子本底水平的表達(dá)，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有幾個(gè)操縱子本底水平的表達(dá)，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有幾個(gè)分子的分子的-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透過酶；半乳糖苷透過酶；培養(yǎng)基：加入乳糖培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖少量乳糖透過酶透過酶進(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ppt課件.69 H OH HO H OH H H CH2OH H O OH HO O H O CH2 CH2OH H

28、 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 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ppt課件.70誘導(dǎo)物的加入和去除對lac mRNA的影響ppt課件.713、阻遏物lac I基因產(chǎn)物及功能 Lac Lac 操縱子阻遏物操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動子控制下組是由弱啟動子控制下組成型合成的，每個(gè)細(xì)胞中有成型合成的，每個(gè)細(xì)胞中有5-10個(gè)阻遏物分子。個(gè)阻遏物分子。 當(dāng)當(dāng)I基

29、因由弱啟動子突變成強(qiáng)啟動子，細(xì)胞內(nèi)就不基因由弱啟動子突變成強(qiáng)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(gè)可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來克服阻遏狀態(tài)，整個(gè)lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。ppt課件.724、葡萄糖對lac操縱子的影響 如果將葡萄糖和乳糖同時(shí)加入培養(yǎng)基中如果將葡萄糖和乳糖同時(shí)加入培養(yǎng)基中， laclac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡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)外源葡萄糖，乳糖就會誘導(dǎo)laclac操縱子表達(dá)分操縱子表達(dá)分解乳糖所需的三種酶。解乳糖所需的三種酶。 代謝物阻遏效應(yīng)代謝物阻遏效應(yīng)ppt

30、課件.735 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)腺甘酸受體蛋白（環(huán)腺甘酸受體蛋白（CRP） ppt課件.74ZYAOPDNA 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)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ppt課件.75ppt課件.76ATPATP腺甘酸環(huán)化酶腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）（環(huán)腺甘酸） 大腸桿菌中：無葡萄糖，大腸桿菌中：無葡萄糖，cAMP濃度高；濃度高； 有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低濃度低ppt課件.77+ +

31、+ + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，無葡萄糖，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ppt課件.78當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用如無如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，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。操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 cAMPCAP復(fù)合物與啟動復(fù)合物與啟動子區(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)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)葡萄糖對葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱操縱子的阻

32、遏作用稱分解代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；若單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。利用葡萄糖。ppt課件.79ppt課件.80The Lac Operon:When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man, Im c

33、onstitutiveCome on, let me throughNo wayJose!CAPCAPppt課件.81The Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBind to mePol

34、ymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!ppt課件.82The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveRepressorSTOPRight therePolymeraseAlright, Im off to the races .

35、. .Come on, let me through!ppt課件.83五、五、LacLac操縱子中的其他問題操縱子中的其他問題1、A基因及其生理功能半乳糖甘分子（IPTG）-半乳糖甘酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累）-半乳糖甘乙酰基轉(zhuǎn)移酶半乳糖甘分子（IPTG）乙?；鵳pt課件.842、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較-半乳糖苷酶：透過酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2翻譯水平上受到調(diào)節(jié)：（1）lac mRNA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；（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。ppt課件.853、操縱子的融合與基因工程P OZYAtsxPOpu

36、r結(jié)構(gòu)基因缺失lac operonpur operonppt課件.86Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控ppt課件.87第四節(jié) 色氨酸操縱子（trp operon）內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu) 色氨酸操縱子的色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng) 色氨酸操縱子的弱化機(jī)制ppt課件.88色氨酸操縱子的兩種調(diào)控方式色氨酸操縱子的兩種調(diào)控方式l 粗調(diào)：粗調(diào)：可阻遏的負(fù)調(diào)控可阻遏的負(fù)調(diào)控，即由輔阻遏物（色氨，即由輔阻遏物（色氨酸）和

37、阻遏蛋白酸）和阻遏蛋白R構(gòu)成的活性阻遏復(fù)合物結(jié)合構(gòu)成的活性阻遏復(fù)合物結(jié)合到操縱基因上，由于操縱基因和啟動子的重疊，到操縱基因上，由于操縱基因和啟動子的重疊，造成造成RNA聚合酶受阻，操縱子不能轉(zhuǎn)錄，控制聚合酶受阻，操縱子不能轉(zhuǎn)錄，控制轉(zhuǎn)錄的起始。轉(zhuǎn)錄的起始。l 細(xì)調(diào)：細(xì)調(diào)：衰減系統(tǒng)衰減系統(tǒng)，通過核糖體對，通過核糖體對mRNA前導(dǎo)序前導(dǎo)序列的結(jié)合，是否形成終止子結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄終止進(jìn)列的結(jié)合，是否形成終止子結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄終止進(jìn)行調(diào)控，控制轉(zhuǎn)錄是否進(jìn)行下去。行調(diào)控，控制轉(zhuǎn)錄是否進(jìn)行下去。ppt課件.89一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu) 調(diào)控基因調(diào)控基因 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岽?/p>

38、化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?的酶的酶trpRtrpppt課件.90 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)ppt課件.91 特點(diǎn): (1) trp

39、R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 ppt課件.92 trpR trpP trpO trpE trpD trpC trpB trpA 蛋白 TrpR(無活性) 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 操縱子的阻遏系統(tǒng)ppt課件.93三、trp 操縱子的弱化機(jī)制衰減子（attenuator）/弱化子前

40、導(dǎo)序列（leader sequence）ppt課件.941、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)）。123150ppt課件.95 研究引起終止的研究引起終止的mRNAmRNA堿基序列堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNAmRNA通過通過自我配對可以形成自我配對可以形成莖莖- -環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的結(jié)構(gòu)，有典型的終止子終止子特點(diǎn)。特點(diǎn)。ppt課件.962、前導(dǎo)序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼前一個(gè)長162bp的mRNA片段。ppt課件.97 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

41、t t 啟動子 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 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)。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(gè)氨

42、基酸，其中有 2 個(gè)是色氨酸。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .12.38) ppt課件.983、弱化機(jī)制、弱化機(jī)制ppt課件.99ppt課件.100前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)ppt課件.101 細(xì)菌通過弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的不足，因?yàn)樽瓒艏?xì)菌通過弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的不足，因?yàn)樽瓒糇饔弥荒苁棺饔弥荒苁罐D(zhuǎn)錄不起始轉(zhuǎn)錄不起始，對于已經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只，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。阻遏作用的信號能通過弱化作用使之中途停下來。阻遏作用的信號是是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號則是；弱化作用的信號則是細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的內(nèi)載有

43、色氨酸的tRNA的多少的多少。它通過前導(dǎo)肽的翻。它通過前導(dǎo)肽的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相譯來控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內(nèi)周密的調(diào)控作用。輔相成，體現(xiàn)著生物體內(nèi)周密的調(diào)控作用。ppt課件.102 3.2.1 Trp操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)（一）操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)（一）（1）培養(yǎng)基中）培養(yǎng)基中Trp 濃度較低濃度較低（2 2）調(diào)控蛋白）調(diào)控蛋白R不能被活化不能被活化（3）未活化的）未活化的調(diào)控蛋白調(diào)控蛋白R不能與操縱元件結(jié)合不能與操縱元件結(jié)合（4）基因）基因E、D、C、B、A高表達(dá)高表達(dá)ppt課件.103Trp操縱子與操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)負(fù)控阻遏

44、系統(tǒng)Trp High Trpppt課件.1043.2.2 Trp操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)（二）操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)（二）（1）培養(yǎng)基中）培養(yǎng)基中Trp 濃度較高濃度較高（2 2）調(diào)控蛋白）調(diào)控蛋白R與與Trp結(jié)合結(jié)合（3）Trp-R復(fù)合物與操縱子結(jié)合復(fù)合物與操縱子結(jié)合（4）基因）基因E、D、C、B、A低表達(dá)低表達(dá)ppt課件.1053.3色氨酸操縱子總結(jié)色氨酸操縱子總結(jié)1、通常是開放轉(zhuǎn)錄的，有效應(yīng)物（色氨酸）作用、通常是開放轉(zhuǎn)錄的，有效應(yīng)物（色氨酸）作用時(shí)則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。時(shí)則阻遏關(guān)閉轉(zhuǎn)錄。2、負(fù)控阻遏型操縱子。、負(fù)控阻遏型操縱子。3、色氨酸可以作為共阻遏物起作用，并通過終產(chǎn)、色氨酸可以作為共阻遏物起

45、作用，并通過終產(chǎn)物抑制自身的合成（負(fù)反饋調(diào)節(jié)）。物抑制自身的合成（負(fù)反饋調(diào)節(jié)）。4、細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類、細(xì)菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型，其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖最經(jīng)濟(jì)最節(jié)型，其調(diào)控可使細(xì)菌處在生存繁殖最經(jīng)濟(jì)最節(jié)省的狀態(tài)。省的狀態(tài)。ppt課件.106 實(shí)驗(yàn)觀察表明：實(shí)驗(yàn)觀察表明：當(dāng)色氨酸達(dá)到一定濃度、但還沒有高到能當(dāng)色氨酸達(dá)到一定濃度、但還沒有高到能夠活化夠活化R使其起阻遏作用的程度時(shí)，產(chǎn)生色氨酸使其起阻遏作用的程度時(shí)，產(chǎn)生色氨酸合成酶類的量已經(jīng)明顯降低，而且產(chǎn)生的酶量合成酶類的量已經(jīng)明顯降低，而且產(chǎn)生的酶量與色氨酸濃度呈負(fù)相關(guān)。與色氨酸濃度呈負(fù)相關(guān)。 這種調(diào)

46、控現(xiàn)象與色氨酸操縱子特殊的結(jié)構(gòu)這種調(diào)控現(xiàn)象與色氨酸操縱子特殊的結(jié)構(gòu)-衰衰減子減子有關(guān)。有關(guān)。ppt課件.107l細(xì)菌其他氨基酸合成系統(tǒng)的許多操縱子細(xì)菌其他氨基酸合成系統(tǒng)的許多操縱子（如組氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨（如組氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等操縱子）中也有類似的酸、苯丙氨酸等操縱子）中也有類似的衰減子存在。衰減子存在。l阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控作用只能使轉(zhuǎn)錄不起阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控作用只能使轉(zhuǎn)錄不起始，對于已經(jīng)開始了的轉(zhuǎn)錄，則只能通始，對于已經(jīng)開始了的轉(zhuǎn)錄，則只能通過衰減作用使基因的表達(dá)停頓下來。過衰減作用使基因的表達(dá)停頓下來。 衰減作用在原核生物中普遍存在衰減作用在原核生物中普遍存在

47、 ppt課件.108 衰減機(jī)制在控制基因產(chǎn)物的量和產(chǎn)物種類的配衰減機(jī)制在控制基因產(chǎn)物的量和產(chǎn)物種類的配比上起著快速靈敏的調(diào)節(jié)作用，使操縱基因表達(dá)更比上起著快速靈敏的調(diào)節(jié)作用，使操縱基因表達(dá)更為精密、高效。為精密、高效。 衰減作用的生物學(xué)意義衰減作用的生物學(xué)意義ppt課件.1093.4 轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控衰減子（衰減子（Attenuator） 位于轉(zhuǎn)錄起始部位的終止子，即可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過早終位于轉(zhuǎn)錄起始部位的終止子，即可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過早終止的一段核苷酸序列。止的一段核苷酸序列。G-C區(qū)區(qū)poly (U)E D C B APromoter Operator Leader Attenuator R

48、NA* * * * * * * * * Trp Trp * * *ppt課件.110（一）衰減子（一）衰減子（attenuator）1、位置：在、位置：在trpE起始密碼子上游，前導(dǎo)序列的末端。起始密碼子上游，前導(dǎo)序列的末端。2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：（1）是一個(gè)不依賴）是一個(gè)不依賴因子的終止子區(qū)域因子的終止子區(qū)域（2）在富含）在富含GC的回文結(jié)構(gòu)之后是的回文結(jié)構(gòu)之后是8個(gè)連續(xù)的個(gè)連續(xù)的U殘基殘基（3）在）在RNA轉(zhuǎn)錄物中可能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄物中可能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)3、作用：衰減作用（阻礙結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄）、作用：衰減作用（阻礙結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄）ppt課件.1111、在、在trp mRNA5端端trpE基因的起始

49、密碼前一個(gè)長基因的起始密碼前一個(gè)長162bp的的mRNA片段，序列分析發(fā)現(xiàn)，其中片段，序列分析發(fā)現(xiàn)，其中4個(gè)片段進(jìn)行配對，形成不同的二個(gè)片段進(jìn)行配對，形成不同的二級結(jié)構(gòu)。級結(jié)構(gòu)。 3與與4-衰減子（終止子）衰減子（終止子）發(fā)夾結(jié)構(gòu)發(fā)夾結(jié)構(gòu)（二）前導(dǎo)序列（二）前導(dǎo)序列（leading sequence） G-C區(qū)區(qū)poly (U)4ABppt課件.112（二）前導(dǎo)序列（二）前導(dǎo)序列（leading sequence） ppt課件.1132、前導(dǎo)、前導(dǎo)RNA序列編碼序列編碼14個(gè)氨基酸的前導(dǎo)肽，第個(gè)氨基酸的前導(dǎo)肽，第10和第和第11個(gè)密碼子編碼連續(xù)的色氨酸殘基個(gè)密碼子編碼連續(xù)的色氨酸殘基* * *

50、 * * * * * * Trp Trp * * *RNAppt課件.114S312POE4321LDNARNAAUGUGA2 trp codons1432前導(dǎo)肽14aappt課件.115（三）（三）Attenuation (衰減作用）衰減作用） 使正在進(jìn)行的操縱子轉(zhuǎn)錄在到達(dá)結(jié)構(gòu)基因以前使正在進(jìn)行的操縱子轉(zhuǎn)錄在到達(dá)結(jié)構(gòu)基因以前就中途停止的基因調(diào)控作用。就中途停止的基因調(diào)控作用。 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 培養(yǎng)基中培養(yǎng)基中Trp含量較低時(shí)含量較低時(shí)- 轉(zhuǎn)錄不在衰減子上終止，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。轉(zhuǎn)錄不在衰減子上終止，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。 Trp含量較高時(shí)含量較高時(shí)- 轉(zhuǎn)錄在衰減子上終止，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)。轉(zhuǎn)錄在衰減子上終止

51、，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)。 衰減子怎樣對色氨酸含量做出應(yīng)答反應(yīng)呢？衰減子怎樣對色氨酸含量做出應(yīng)答反應(yīng)呢？ppt課件.116（四）衰減作用機(jī)制（四）衰減作用機(jī)制轉(zhuǎn)錄到達(dá)衰減子時(shí)，終止子轉(zhuǎn)錄到達(dá)衰減子時(shí)，終止子（衰減子）（衰減子）發(fā)夾結(jié)構(gòu)能發(fā)夾結(jié)構(gòu)能否形成（轉(zhuǎn)錄終止否形成（轉(zhuǎn)錄終止 / 通讀）是衰減作用的關(guān)鍵。通讀）是衰減作用的關(guān)鍵。4AB前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列mRNA能形成兩種能形成兩種形式的發(fā)夾結(jié)構(gòu)形式的發(fā)夾結(jié)構(gòu)A 、終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu)可終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu)可 形成（形成（3與與4）B、終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu)不、終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu)不 能形成能形成ppt課件.117 前導(dǎo)肽合成時(shí)核糖體在轉(zhuǎn)錄物上所在位置控制前導(dǎo)肽合成時(shí)核糖體在轉(zhuǎn)錄

52、物上所在位置控制著兩種發(fā)夾結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換著兩種發(fā)夾結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換Trp TrpTrpTrp2334Trp含量較高時(shí)含量較高時(shí)Trp含量較低時(shí)含量較低時(shí)ppt課件.118（五）色氨酸操縱子衰減作用機(jī)制（五）色氨酸操縱子衰減作用機(jī)制ppt課件.119色氨酸濃度高時(shí)色氨酸濃度高時(shí)1 1、tRNAtrp-色氨酸供給充足，核糖體迅速通過色色氨酸供給充足，核糖體迅速通過色氨酸密碼子到達(dá)氨酸密碼子到達(dá)2 2區(qū)區(qū)2、3區(qū)和區(qū)和4區(qū)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（終止信號）區(qū)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（終止信號）3、衰減作用發(fā)生，轉(zhuǎn)錄終止，、衰減作用發(fā)生，轉(zhuǎn)錄終止，RNA聚合酶釋放，聚合酶釋放，不能完成結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄不能完成結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄pp

53、t課件.120ppt課件.121色氨酸濃度低時(shí)色氨酸濃度低時(shí)1 1、tRNAtrp-色氨酸供給不足，核糖體遇到色氨酸密色氨酸供給不足，核糖體遇到色氨酸密碼子時(shí)就停頓碼子時(shí)就停頓2、在、在4區(qū)轉(zhuǎn)錄未完成時(shí)，區(qū)轉(zhuǎn)錄未完成時(shí)，2區(qū)和區(qū)和3區(qū)就形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)區(qū)就形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)3、3區(qū)和區(qū)和4區(qū)不能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（終止信號），導(dǎo)區(qū)不能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（終止信號），導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄通讀；致轉(zhuǎn)錄通讀；RNA聚合酶繼續(xù)沿聚合酶繼續(xù)沿DNA移動，完移動，完成結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄成結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄ppt課件.122Trp Trp 高時(shí)高時(shí) Trp 低時(shí)低時(shí) mRNA OPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 RNA RNA聚合酶聚合酶

54、RNA RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操縱子色氨酸操縱子ppt課件.123UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA 15 trp 密碼子密碼子 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)前導(dǎo)DNA RNA RNA聚合酶聚合酶 1. 1.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)當(dāng)色氨酸濃度低時(shí) Trp合成酶系相關(guān)合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰減子結(jié)構(gòu)形成衰減子結(jié)構(gòu) ppt課件.124UUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 trpROP前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu) 第第1010、1111密碼子為密

55、碼子為trptrp密碼子密碼子 終止密碼子終止密碼子 14aa14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)前導(dǎo)肽編碼區(qū): 包含序列包含序列1 1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱： 序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密碼子密碼子 UUUUppt課件.125UUUU34UUUU 334核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA2. 2.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)當(dāng)色氨酸濃度高時(shí) 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子就是終止子可使轉(zhuǎn)錄可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)前導(dǎo)DNA UUUU 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 終止終止ppt課件.126（六）衰

56、減作用和負(fù)控阻遏的關(guān)系（六）衰減作用和負(fù)控阻遏的關(guān)系1、負(fù)控阻遏系統(tǒng)和衰減作用同樣對色氨酸水平應(yīng)答、負(fù)控阻遏系統(tǒng)和衰減作用同樣對色氨酸水平應(yīng)答2、衰減作用使色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄被抑制了、衰減作用使色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄被抑制了10倍（細(xì)調(diào)）；倍（細(xì)調(diào)）；3、色氨酸阻遏蛋白的阻遏作用使轉(zhuǎn)錄被抑制了、色氨酸阻遏蛋白的阻遏作用使轉(zhuǎn)錄被抑制了70倍（粗倍（粗調(diào)）；調(diào)）；4、色氨酸水平對色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)施加了、色氨酸水平對色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)施加了700倍的調(diào)節(jié)效果。倍的調(diào)節(jié)效果。原核生物細(xì)致的精細(xì)調(diào)控機(jī)制原核生物細(xì)致的精細(xì)調(diào)控機(jī)制增強(qiáng)原核生物對環(huán)境的適應(yīng)性增強(qiáng)原核生物對環(huán)境的

57、適應(yīng)性ppt課件.127（七）衰減作用的重要性（衰減子的生物學(xué)意義）（七）衰減作用的重要性（衰減子的生物學(xué)意義）1. 活性阻遏蛋白和非活性阻遏蛋白的轉(zhuǎn)變可能較慢，活性阻遏蛋白和非活性阻遏蛋白的轉(zhuǎn)變可能較慢，而而tRNA負(fù)載與否可能更為靈敏；負(fù)載與否可能更為靈敏；2. aa主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而以主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而以tRNA負(fù)載情況負(fù)載情況為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行控制可能更為恰當(dāng)；為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行控制可能更為恰當(dāng)；3. 大多數(shù)這樣的操縱子又同時(shí)需要阻遏蛋白。大多數(shù)這樣的操縱子又同時(shí)需要阻遏蛋白。ppt課件.128 再論弱化子（再論弱化子（attenuator)attenuator)與弱化作用與弱化作

58、用(attenuation)(attenuation) 弱化子是指弱化子是指TrpTrp等操縱子前導(dǎo)序列的末端部分，具有等操縱子前導(dǎo)序列的末端部分，具有減弱轉(zhuǎn)錄的功能。當(dāng)減弱轉(zhuǎn)錄的功能。當(dāng)TrpTrp過剩時(shí)過剩時(shí), , 前導(dǎo)肽的翻譯合成到達(dá)前導(dǎo)肽的翻譯合成到達(dá)前導(dǎo)前導(dǎo)mRNAmRNA的終止密碼子處的終止密碼子處, ,這時(shí)這時(shí), ,弱化子形成終止子發(fā)夾以弱化子形成終止子發(fā)夾以阻遏下游相應(yīng)氨基酸操縱子的轉(zhuǎn)錄，即阻遏下游相應(yīng)氨基酸操縱子的轉(zhuǎn)錄，即, ,使正在進(jìn)行的操使正在進(jìn)行的操縱子轉(zhuǎn)錄在到達(dá)結(jié)構(gòu)基因以前就中途停止縱子轉(zhuǎn)錄在到達(dá)結(jié)構(gòu)基因以前就中途停止弱化作用弱化作用。 ppt課件.129 什么是操縱

59、子（operon)?試說明色氨酸操縱子（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ppt課件.130Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控ppt課件.131第五節(jié) 其他操縱子一、半乳糖操縱子(galactose operon)(galactose operon)異構(gòu)酶異構(gòu)酶(galE)乳糖乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galT)半乳糖激酶半乳糖激酶(galk)。ppt課

60、件.132gal操縱子的特點(diǎn)：操縱子的特點(diǎn)： 它有兩個(gè)啟動子，其它有兩個(gè)啟動子，其mRNA可從兩個(gè)不同的起始點(diǎn)開可從兩個(gè)不同的起始點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄；始轉(zhuǎn)錄； 它有兩個(gè)它有兩個(gè)O區(qū)，一個(gè)在區(qū)，一個(gè)在P區(qū)上游，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因區(qū)上游，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。內(nèi)部。ppt課件.133二、阿拉伯糖操縱子（二、阿拉伯糖操縱子（arabinose operon)arabinose operon) araB基因、araA基因和araD, 形成一個(gè)基因簇，簡寫為araBAD 三個(gè)基因的表達(dá)受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調(diào)控。ppt課件.134ara操縱子的調(diào)控有兩個(gè)特點(diǎn)： 第一，araC表達(dá)