微生物第八章-2課件

第二節(jié)原核基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制8.2.1轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控8.2.2轉(zhuǎn)錄后調(diào)控8.2.3

E.coli乳糖操縱子的表達(dá)調(diào)控機(jī)制8.2.1基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控需要始終維持一定水平的持家蛋白編碼基因，表達(dá)不受調(diào)控，稱為組成型表達(dá)（constitutiveexpression）；大多數(shù)原核基因的表達(dá)都受到嚴(yán)格調(diào)控，以適應(yīng)胞內(nèi)外環(huán)境條件的變化，保證生命活動(dòng)的有序進(jìn)行；轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控：是最常見(jiàn)的基因表達(dá)調(diào)控方式，通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)控元件結(jié)合，提高轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成效率（激活、正控），或者降低轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成效率（阻遏、負(fù)控），而實(shí)現(xiàn)調(diào)控；轉(zhuǎn)錄起始水平的正控激活調(diào)節(jié)模式激活：當(dāng)激活物存在時(shí)，與調(diào)節(jié)蛋白形成復(fù)合物，然后與調(diào)控元件結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成；環(huán)境信號(hào)感受蛋白（受體蛋白）響應(yīng)蛋白激活物調(diào)控元件調(diào)節(jié)蛋白激活物調(diào)控蛋白激活物調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控元件激活基因表達(dá)胞外胞內(nèi)基因表達(dá)的負(fù)控誘導(dǎo)調(diào)控模式當(dāng)無(wú)誘導(dǎo)物存在時(shí)，阻遏蛋白與調(diào)控元件（操縱區(qū)）結(jié)合，阻遏RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，阻遏蛋白優(yōu)先與誘導(dǎo)物結(jié)合，而從操縱區(qū)上解離下來(lái)，基因得以表達(dá)；轉(zhuǎn)錄起始水平調(diào)控的負(fù)控阻遏模式阻遏：當(dāng)有輔阻遏物存在時(shí)，與阻遏蛋白形成復(fù)合物后，再與調(diào)節(jié)元件結(jié)合，阻遏基因的表達(dá)；環(huán)境信號(hào)感受蛋白（受體蛋白）響應(yīng)蛋白輔阻遏物調(diào)控元件阻遏基因表達(dá)調(diào)節(jié)蛋白輔阻遏物胞內(nèi)胞外調(diào)節(jié)蛋白輔阻遏物調(diào)節(jié)蛋白調(diào)控元件基因表達(dá)的負(fù)控阻遏調(diào)控模式當(dāng)無(wú)輔阻遏物存在時(shí)，阻遏蛋白不與操縱區(qū)結(jié)合，基因正常表達(dá)；當(dāng)有輔阻遏物存在時(shí)，阻遏蛋白與輔阻遏物結(jié)合后活化，再與操縱區(qū)結(jié)合，阻遏基因的表達(dá)；調(diào)節(jié)蛋白和順式作用元件調(diào)節(jié)蛋白：能夠與基因的調(diào)控元件結(jié)合，影響基因表達(dá)效率的蛋白質(zhì)；因可以作用于不在同一條染色體上的基因，也稱反式作用因子（trans-actingfactor）；順式作用元件（cis-actingelement）：基因調(diào)控元件的早期稱謂；因?yàn)橹粚?duì)其在其中的基因發(fā)生效應(yīng)；調(diào)節(jié)蛋白的兩種類型：阻遏蛋白：與調(diào)控元件結(jié)合后抑制基因表達(dá)；激活蛋白：與調(diào)控元件結(jié)合后提高基因表達(dá)水平；常見(jiàn)的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)構(gòu)類型螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)（HTH）調(diào)節(jié)蛋白的效應(yīng)物效應(yīng)物（effector）：能夠與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，而影響其與調(diào)控元件結(jié)合的小分子有機(jī)物或小分子蛋白；效應(yīng)物的類型：誘導(dǎo)物：與阻遏蛋白結(jié)合后，降低阻遏蛋白與調(diào)控元件的親和力，促進(jìn)基因表達(dá)；輔阻遏物：與阻遏蛋白結(jié)合后，提高阻遏蛋白與調(diào)控元件的親和力，阻遏基因表達(dá)；激活物：與激活蛋白結(jié)合后，提高激活蛋白與調(diào)控元件的親和力，促進(jìn)基因表達(dá)；終止結(jié)構(gòu)與抗終止結(jié)構(gòu)新合成的mRNA5’端非編碼區(qū)，可以在緊隨RNA聚合酶的后面形成類似終止子的二級(jí)結(jié)構(gòu)（莖環(huán)結(jié)構(gòu)），使RNA聚合酶-DNA復(fù)合物解離，轉(zhuǎn)錄終止；反之，則為抗終止結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄可以繼續(xù)延伸；B.subtilis色氨酸操縱子表達(dá)的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控調(diào)節(jié)蛋白為：trpRNA-bindingattenuationprotein（TRAP）抗終止結(jié)構(gòu)終止結(jié)構(gòu)核糖開(kāi)關(guān)調(diào)控核糖開(kāi)關(guān)調(diào)控（Riboswitchgeneregulation）：小分子代謝物直接作用于mRNA5’端非編碼區(qū)內(nèi)的受體（RNA元件），通過(guò)改變其二級(jí)結(jié)構(gòu)，而決定轉(zhuǎn)錄的終止或延伸；E.coli乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子（lacoperon）：大腸桿菌與乳糖代謝相關(guān)的三個(gè)酶的編碼基因構(gòu)成的一個(gè)操縱子；lacZgene：編碼b-半乳糖苷酶（LacZ）；lacYgene：編碼乳糖專一性運(yùn)輸?shù)鞍祝↙acY）；lacAgene：編碼半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；福↙acA）緊鄰lac操縱子上游的是阻遏蛋白編碼基因（lacI）乳糖操縱子的啟動(dòng)子和調(diào)控元件乳糖操縱子阻遏蛋白的調(diào)控元件（lacO）位于+1~+21，是一段反相互補(bǔ)對(duì)稱序列；乳糖操縱子表達(dá)的負(fù)控機(jī)制當(dāng)缺乏乳糖時(shí)，LacI與lacO結(jié)合，使RNA聚合酶-啟動(dòng)子開(kāi)放轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物不能有效形成；被阻遏蛋白負(fù)控的乳糖操縱子表達(dá)效率極低，胞內(nèi)的β-半乳糖苷酶少于3個(gè)分子；乳糖操縱子表達(dá)的激活機(jī)制lac操縱子的表達(dá)同時(shí)還受正控調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)蛋白為分解代謝物激活蛋白（CAP），其效應(yīng)物是環(huán)腺苷酸（cAMP），所以，CAP也稱為cAMP受體蛋白（CRP）；當(dāng)胞內(nèi)cAMP水平升高時(shí)，形成cAMP-CAP復(fù)合物，然后結(jié)合到lac操縱子啟動(dòng)子上游-61bp附近的調(diào)節(jié)元件上，提高RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的識(shí)別效率，促進(jìn)lac操縱子的表達(dá)；胞內(nèi)cAMP水平響應(yīng)環(huán)境葡萄糖濃度的變化有葡萄糖存在時(shí)，葡萄糖分解代謝物水平升高，抑制AMP環(huán)化酶活性、激活cAMP水解酶活性、同時(shí)促進(jìn)cAMP排出細(xì)胞外，則胞內(nèi)cAMP濃度降低；當(dāng)葡萄糖缺乏時(shí)，情況相反，胞內(nèi)cAMP濃度升高；乳糖操縱子表達(dá)調(diào)控的生理效應(yīng)沒(méi)有乳糖時(shí)，lac操縱子受LacI的負(fù)控，僅維持基礎(chǔ)水平的表達(dá)，使細(xì)胞不浪費(fèi)代謝資源；只有乳糖時(shí)，lac操縱子被誘導(dǎo)表達(dá)，同時(shí)