第七章原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控ppt課件

1、第七章 原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控一、乳糖操縱子1.操縱子操縱子 1961年，Jacob和Monod提出了操縱子模型，這是與特殊代謝途徑有關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄的協(xié)同調(diào)控模型。操縱子是基因表達(dá)和調(diào)控的單元，操縱子是基因表達(dá)和調(diào)控的單元，典型的操縱子包括：典型的操縱子包括：結(jié)構(gòu)基因：除調(diào)節(jié)基因以外的所有基因，結(jié)構(gòu)基因：除調(diào)節(jié)基因以外的所有基因，編碼在特定的生物合成途徑中起作用的、編碼在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。其表達(dá)被協(xié)同調(diào)控的酶。調(diào)控元件：如操縱序列，是協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)基調(diào)控元件：如操縱序列，是協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。序列。調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物能夠識(shí)別調(diào)控元件，調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)

2、物能夠識(shí)別調(diào)控元件，例如阻抑物，可以結(jié)合并調(diào)控操縱基因例如阻抑物，可以結(jié)合并調(diào)控操縱基因序列。序列。調(diào)控元件調(diào)控元件結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因2.乳糖操縱子乳糖操縱子 E.coli能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當(dāng)乳糖作為唯一的碳源時(shí)才能被合成。乳糖操縱子由三個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成乳糖操縱子由三個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成 lacZ：編碼-半乳糖苷酶，它可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖； lacY：編碼半乳糖苷透性酶，它能將乳糖運(yùn)送透過細(xì)菌的細(xì)胞壁； lacA：編碼硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶，進(jìn)行乳糖代謝。 lacZ、 lacY、 lacA被同一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元lacZYA編碼，有一個(gè)啟動(dòng)子Plac乳糖操縱子的三個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白

3、是作為一個(gè)多順反子在同一調(diào)控序列下含有不止一個(gè)編碼區(qū)的mRNA一起表達(dá)的。lacI調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因lacZlacYlacADNAm-RNA-半乳糖苷酶半乳糖苷酶透性酶透性酶乙?；D(zhuǎn)移酶乙?；D(zhuǎn)移酶Protein結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因順式作用元件順式作用元件PlacIPlacOlac 操縱基因位點(diǎn)操縱基因位點(diǎn)OlacOlac：位于：位于PlacPlac啟動(dòng)子啟動(dòng)子5 5端的端的-5-5到到+21+21之間之間 OlacOlac可與乳糖阻抑物結(jié)合可與乳糖阻抑物結(jié)合 乳糖阻抑物被一個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)基因乳糖阻抑物被一個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)基因lacIlacI所編碼。所編碼。 lacI lacI位于位于PlacPlac的上

4、游。的上游。3.乳糖阻抑物乳糖阻抑物 lacI基因編碼乳糖阻抑物，只有以同亞基四聚體形式存在時(shí)才具有活性。阻抑物對(duì)于Olac具有很強(qiáng)的親和力，對(duì)于DNA也有較高的親和力。 Olac由具有回文結(jié)構(gòu)的由具有回文結(jié)構(gòu)的28 bp堿基組成。堿基組成。 回文結(jié)構(gòu)：雙鏈中每一條鏈均按回文結(jié)構(gòu)：雙鏈中每一條鏈均按5 3方向閱讀，其序列相同。方向閱讀，其序列相同。5-GAATTC-33-CTTAAG-5 當(dāng)缺少誘導(dǎo)物如乳糖時(shí)，阻抑物占據(jù)了操縱序列的結(jié)合位點(diǎn)。 乳糖阻抑物和RNA聚合酶能夠同時(shí)結(jié)合到乳糖啟動(dòng)子和操縱序列位點(diǎn)。 乳糖阻抑物實(shí)際上使聚合酶結(jié)合到乳糖啟動(dòng)子上的能力增加了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 RNA聚合酶與Pl

5、ac結(jié)合緊密 ,但是由于阻抑物的作用,使得轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行。Plac4.誘導(dǎo)誘導(dǎo) 當(dāng)缺少誘導(dǎo)物時(shí)，乳糖阻抑物阻礙了幾乎全部的lac ZYA的轉(zhuǎn)錄而使之保持很低的轉(zhuǎn)錄水平。 當(dāng)乳糖加入到細(xì)胞中后，細(xì)胞本身所含的低量的透性酶使之能吸收乳糖，-半乳糖苷酶則催化一些乳糖轉(zhuǎn)化為異乳糖。 異乳糖可以作為誘導(dǎo)物結(jié)合到乳糖阻抑物上，從而引起阻抑物四聚體構(gòu)象的變化，從而降低其對(duì)乳糖操縱序列的親和力。 乳糖阻抑物從操縱序列上脫離下來，聚合酶迅速開始lac ZYA基因的轉(zhuǎn)錄。ipozyaNo lac mRNAAbsence of lactoseActiveipozya-GalactosidasePermease Tra

6、nsacetylasePresence of lactoseInactive 乳糖或合成誘導(dǎo)物如異丙基- -D-硫代半乳糖苷IPTG能非常迅速地刺激乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。 IPTG經(jīng)常用于LacZ啟動(dòng)子控制下的克隆基因的表達(dá)。5. cAMP受體蛋白受體蛋白CRP） Plac啟動(dòng)子并非強(qiáng)啟動(dòng)子。 Plac及其相關(guān)的啟動(dòng)子沒有強(qiáng)的-35序列，其中一些甚至只有弱的-10的共有序列。 為了實(shí)現(xiàn)高水平的轉(zhuǎn)錄，它們需要一種特定的激活蛋白即CRP。 葡萄糖會(huì)降低細(xì)胞內(nèi)cAMP的水平。 當(dāng)葡萄糖缺乏時(shí)，大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)cAMP水平上升，CRP結(jié)合到上cAMP 。 CRP cAMP復(fù)合物結(jié)合到乳糖操縱子的啟動(dòng)

7、子Plac上，這增強(qiáng)了RNA與啟動(dòng)子的結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。二、色氨酸操縱子1. 色氨酸操縱子色氨酸操縱子 色氨酸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，它們都在單一啟動(dòng)子Ptrp和操縱基因Otrp位點(diǎn)的調(diào)控之下。 該操縱子編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元，即從色氨酸啟動(dòng)子Ptrp和操縱基因位點(diǎn)Otrp向下游轉(zhuǎn)錄出7 kb的轉(zhuǎn)錄物。2. 色氨酸阻抑物色氨酸阻抑物 色氨酸阻抑物能與色氨酸操縱子的操縱基因位點(diǎn)特異性相互作用。 色氨酸阻抑物能結(jié)合色氨酸并且只有當(dāng)它與色氨酸結(jié)合形成復(fù)合物后才能結(jié)合到操縱基因上。3. 弱化子弱化子 在操縱基因和trpE基因編碼序列之間一段序列的缺失將導(dǎo)致基本轉(zhuǎn)錄水平和活化解阻抑后的轉(zhuǎn)錄水平的上升。該位點(diǎn)稱為弱化子，它是位于tr