分子生物學(xué)原核基因表達調(diào)控

第七章基因的表達與調(diào)控(上)

——原核基因表達調(diào)控模式當前第1頁\共有116頁\編于星期五\3點Contents基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當前第2頁\共有116頁\編于星期五\3點第一節(jié)基因表達調(diào)控的基本概念一、基因表達的概念geneexpression

：基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。對這個過程的調(diào)節(jié)就稱為generegulation

。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達當前第3頁\共有116頁\編于星期五\3點

永久型性表達(constitutiveexpression)適應(yīng)型表達(adaptiveexpression）二、基因表達的方式當前第4頁\共有116頁\編于星期五\3點

1、永久型表達：

指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。當前第5頁\共有116頁\編于星期五\3點2、適應(yīng)性表達指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)；相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。

當前第6頁\共有116頁\編于星期五\3點三、基因表達的規(guī)律

——時間性和空間性1、時間特異性（temporalspecificity）按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達的時間特異性。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。

當前第7頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第8頁\共有116頁\編于星期五\3點2、空間特異性(spatialspecificity)基因表達伴隨空間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達的空間特異性。當前第9頁\共有116頁\編于星期五\3點四、基因表達調(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）

維持個體發(fā)育與分化（真核）當前第10頁\共有116頁\編于星期五\3點第二節(jié)原核基因調(diào)控機制內(nèi)容提要：原核基因表達調(diào)控環(huán)節(jié)操縱子學(xué)說原核基因調(diào)控機制的類型與特點轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式

當前第11頁\共有116頁\編于星期五\3點一、基因表達調(diào)控環(huán)節(jié)1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation）2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptionalregulation）①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控當前第12頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第13頁\共有116頁\編于星期五\3點二、操縱子學(xué)說1、操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎當前第14頁\共有116頁\編于星期五\3點JacobandMonod當前第15頁\共有116頁\編于星期五\3點2、操縱子的定義操縱子：是基因表達的協(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)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。當前第16頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第17頁\共有116頁\編于星期五\3點

1、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：正轉(zhuǎn)錄調(diào)控

負轉(zhuǎn)錄調(diào)控

三、原核基因調(diào)控機制的類型與特點當前第18頁\共有116頁\編于星期五\3點調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負轉(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。當前第19頁\共有116頁\編于星期五\3點調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負轉(zhuǎn)錄調(diào)控負轉(zhuǎn)錄調(diào)控在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是表達的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控負轉(zhuǎn)錄調(diào)控。當前第20頁\共有116頁\編于星期五\3點可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)（P235）：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：當前第21頁\共有116頁\編于星期五\3點調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型誘導(dǎo)物如果某種物質(zhì)能夠促使細菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。當前第22頁\共有116頁\編于星期五\3點可阻遏調(diào)節(jié)（P235）：基因平時是開啟的，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的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達。例：色氨酸操縱子合成代謝蛋白的基因當前第23頁\共有116頁\編于星期五\3點酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質(zhì)能夠阻止細菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。當前第24頁\共有116頁\編于星期五\3點3、在負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（repressor），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負控誘導(dǎo)和負控阻遏：在負控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；在負控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。當前第25頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第26頁\共有116頁\編于星期五\3點4、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator）。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）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；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狀態(tài)。當前第27頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第28頁\共有116頁\編于星期五\3點四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式1、σ因子的更換

在E.coli中,當細胞從基本的轉(zhuǎn)錄機制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達時，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動子結(jié)合。當前第29頁\共有116頁\編于星期五\3點大腸桿菌中的各種σ因子比較σ因子編碼基因主要功能σ70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調(diào)控σ54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控σ38rpoH分裂間期特異基因的表達調(diào)控σ32rpoS熱休克基因的表達調(diào)控σ28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達調(diào)控σ24rpoE過度熱休克基因的表達調(diào)控當前第30頁\共有116頁\編于星期五\3點溫度較高,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白由σ32參與構(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σ因子的替換,RNA聚合酶識別不同基因的啟動子,使芽孢形成有關(guān)的基因有序地表達當前第31頁\共有116頁\編于星期五\3點σ

70與σ

54的比較（P234）與DNA結(jié)合區(qū)域不同σ

70-35區(qū)和-10區(qū)σ

54-24區(qū)和-12區(qū)與啟動子結(jié)合順序不同σ

70

在核心酶結(jié)合到DNA鏈上后才能與啟動子結(jié)合σ

54

可在無核心酶的情況下獨立結(jié)合到啟動子上，類似于真核TATA區(qū)結(jié)合蛋白。當前第32頁\共有116頁\編于星期五\3點2、弱化子對基因活性的影響起信號作用的是：有特殊負載的氨酰-tRNA的濃度例：大腸桿菌中的色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子和纈氨酸操縱子；沙門菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱子等弱化子：當操縱子被阻遏，RNA合成被終止時，起終止轉(zhuǎn)錄信號作用的那一段核苷酸被稱為弱化子。屬于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的微調(diào)整。當前第33頁\共有116頁\編于星期五\3點3、降解物對基因活性的調(diào)節(jié)降解物抑制作用的調(diào)節(jié)：提高基因的轉(zhuǎn)錄水平，使它由原來的低水平表達變成高水平表達。葡萄糖效應(yīng)（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在時，即使加入乳糖、半乳糖或其他的誘導(dǎo)物，與其相應(yīng)的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象就稱~。Why?P236降解物抑制作用是通過提高轉(zhuǎn)錄強度來調(diào)節(jié)基因表達的，是一種積極的調(diào)節(jié)方式。當前第34頁\共有116頁\編于星期五\3點4、細菌的應(yīng)急反應(yīng)應(yīng)急反應(yīng)的信號是：鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是：空載tRNA當AA饑餓時，空載tRNA大量存在，激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使鳥苷四磷酸大量合成，而鳥苷四磷酸的出現(xiàn)會關(guān)閉許多基因，也會打開一些合成AA的基因，以應(yīng)付這種緊急狀況。鳥苷四磷酸作用原理有待深入研究影響一大批操縱了，屬于超級調(diào)控因子。當前第35頁\共有116頁\編于星期五\3點Contents基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當前第36頁\共有116頁\編于星期五\3點一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)當前第37頁\共有116頁\編于星期五\3點Z編碼β-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。Y

編碼β-半乳糖苷透過酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質(zhì)膜進入細胞內(nèi)。A

編碼β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。當前第38頁\共有116頁\編于星期五\3點二、酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)當前第39頁\共有116頁\編于星期五\3點科學(xué)家把大腸桿菌細胞放在加有放射性35S標記的氨基酸但沒有任何半乳糖誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中繁殖幾代。再將這些帶有放射活性的細菌轉(zhuǎn)移到不含35S、無放射性的培養(yǎng)基中，隨著培養(yǎng)基中誘導(dǎo)物的加入，β-半乳糖苷酶便開始合成。分離β-半乳糖苷酶，發(fā)現(xiàn)這種酶無35S標記。說明酶的合成不是由前體轉(zhuǎn)化而來的，而是加入誘導(dǎo)物后新合成的。

當前第40頁\共有116頁\編于星期五\3點安慰誘導(dǎo)物：

如果某種物質(zhì)能夠促使細菌產(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-β–D-硫代半乳糖苷）。當前第41頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第42頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第43頁\共有116頁\編于星期五\3點三、乳糖操縱子調(diào)控模型主要內(nèi)容：①Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼

當前第44頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第45頁\共有116頁\編于星期五\3點②這個mRNA分子的啟動子緊接著O區(qū)，而位于I與O之間的啟動子區(qū)（P），不能單獨起動合成β-半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。lacP：從I基因結(jié)束到mRNA轉(zhuǎn)錄起始位點止，共長82bp（-82～+1）當前第46頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第47頁\共有116頁\編于星期五\3點③操縱基因O是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點。位于P區(qū)后半部分和轉(zhuǎn)錄起始區(qū)。實驗表明，阻遏物與O區(qū)的結(jié)合影響了RNA聚合酶與啟動子結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的效率。當前第48頁\共有116頁\編于星期五\3點RNA聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位當前第49頁\共有116頁\編于星期五\3點

④當阻遏物與操縱基因結(jié)合時，lacmRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。

當前第50頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第51頁\共有116頁\編于星期五\3點⑤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)lacmRNA的合成。當有誘導(dǎo)物存在時，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mRNA的合成。當前第52頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第53頁\共有116頁\編于星期五\3點永久型突變：lacOc——改變“鎖頭”當前第54頁\共有116頁\編于星期五\3點永久型突變：

lacI-——丟失“鑰匙”

當前第55頁\共有116頁\編于星期五\3點不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）——改善鑰匙當前第56頁\共有116頁\編于星期五\3點四、影響因子1、lac操縱子的本底水平表達有兩個矛盾是操縱子理論所不能解釋的：①誘導(dǎo)物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運誘導(dǎo)物需要透過酶，后者的合成又需要誘導(dǎo)。解釋：一些誘導(dǎo)物可以在透過酶不存在時進入細胞？一些透過酶可以在沒有誘導(dǎo)物的情況下合成？√當前第57頁\共有116頁\編于星期五\3點②真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在β-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有β-半乳糖甘酶的預(yù)先存在。解釋：本底水平的組成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lacmRNA合成。當前第58頁\共有116頁\編于星期五\3點2、大腸桿菌對乳糖的反應(yīng)培養(yǎng)基：甘油

按照lac操縱子本底水平的表達，每個細胞內(nèi)有幾個分子的β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透過酶；培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖透過酶進入細胞β-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖誘導(dǎo)物誘導(dǎo)lacmRNA的生物合成大量乳糖進入細胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構(gòu)乳糖（誘導(dǎo)物）當前第59頁\共有116頁\編于星期五\3點乳糖當前第60頁\共有116頁\編于星期五\3點誘導(dǎo)物的加入和去除對lacmRNA的影響當前第61頁\共有116頁\編于星期五\3點3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能Lac操縱子阻遏物mRNA是由弱啟動子控制下組成型合成的，每個細胞中有5-10個阻遏物分子。當I基因由弱啟動子突變成強啟動子，細胞內(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lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。當前第62頁\共有116頁\編于星期五\3點4、葡萄糖對lac操縱子的影響如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中，lac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)lac操縱子表達分解乳糖所需的三種酶。代謝物阻遏效應(yīng)當前第63頁\共有116頁\編于星期五\3點5、cAMP與代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白CRP由Crp基因編碼，它可與cAMP形成復(fù)合物（cAMP

-CRP），此復(fù)合物是激活lac的重要組成部分，細菌對它的需要是獨立的，與阻遏體系無關(guān)，轉(zhuǎn)錄必需有cAMP

–CRP復(fù)合物結(jié)合在啟動子區(qū)域上。cAMP-CRP復(fù)合物是一個不同于阻遏物的正調(diào)控因子。Lac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調(diào)控體系作用下實現(xiàn)的。當前第64頁\共有116頁\編于星期五\3點ZYAOPDNA調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶cAMP—CRP復(fù)合物當前第65頁\共有116頁\編于星期五\3點P244圖7-15cAMP-CAP不但能與DNA相結(jié)合，造成雙螺旋彎曲，易于形成三元轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，它還能直接影響RNA聚合酶的活性。當前第66頁\共有116頁\編于星期五\3點ATP腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）

大腸桿菌中，cAMP的濃度受到葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)：缺乏碳源，cAMP濃度高有葡萄糖，cAMP濃度低只有甘油或乳糖等不進行糖酵解途徑的碳源，cAMP濃度高；——推測糖酵解途徑中位于葡糖-6-磷酸與甘油之間的某些代謝產(chǎn)物是腺苷酸環(huán)化酶活性的抑制劑。

當前第67頁\共有116頁\編于星期五\3點++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時促進轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，cAMP濃度低時不促進轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控當前第68頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第69頁\共有116頁\編于星期五\3點TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAP當前第70頁\共有116頁\編于星期五\3點TheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!當前第71頁\共有116頁\編于星期五\3點TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlright,I’mofftotheraces...Comeon,letmethrough!當前第72頁\共有116頁\編于星期五\3點五、Lac操縱子中的其他問題1、A基因及其生理功能半乳糖苷分子β-半乳糖苷酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累，抑制生長）β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷分子乙?；肴樘擒辗肿应?半乳糖苷酶×當前第73頁\共有116頁\編于星期五\3點2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較β-半乳糖苷酶：透過酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2，Why?不同的酶在數(shù)量上的差異是由于在翻譯水平上受到調(diào)節(jié)所致。（1）lacmRNA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；（后續(xù)的AUG密碼子再度起始翻譯的概率）（2）在lacmRNA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。當前第74頁\共有116頁\編于星期五\3點3、操縱子的融合與基因工程（基因融合技術(shù)）POZYAtsxPOpur結(jié)構(gòu)基因缺失lacoperonpuroperon控制細胞對T6噬菌體敏感性當前第75頁\共有116頁\編于星期五\3點Contents基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當前第76頁\共有116頁\編于星期五\3點一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?/p>

的酶（P247圖7-77）

trpRtrpGF當前第77頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第78頁\共有116頁\編于星期五\3點特點:(1)trpR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)所隔開當前第79頁\共有116頁\編于星期五\3點二、trp操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時：阻遏物不結(jié)合操縱基因;高Trp時：阻遏物+Trp結(jié)合操縱基因當前第80頁\共有116頁\編于星期五\3點三、trp操縱子的弱化機制衰減子（attenuator）/弱化子前導(dǎo)序列（leadersequence）當前第81頁\共有116頁\編于星期五\3點1、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)）。123~150當前第82頁\共有116頁\編于星期五\3點

研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過自我配對可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點。當前第83頁\共有116頁\編于星期五\3點2、前導(dǎo)序列：在trpmRNA5'端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段。當前第84頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第85頁\共有116頁\編于星期五\3點3、弱化機制當前第86頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第87頁\共有116頁\編于星期五\3點

前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)當前第88頁\共有116頁\編于星期五\3點細菌通過弱化作用彌補阻遏作用的不足，因為阻遏作用只能使轉(zhuǎn)錄不起始，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。阻遏作用的信號是細胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號則是細胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少。它通過前導(dǎo)肽的翻譯來控制轉(zhuǎn)錄的進行，在細菌細胞內(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。

——翻譯怎么調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄終止？——轉(zhuǎn)錄終止有哪些機制？當前第89頁\共有116頁\編于星期五\3點Contents基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當前第90頁\共有116頁\編于星期五\3點第五節(jié)其他操縱子一、半乳糖操縱子(galactoseoperon)異構(gòu)酶(galE)乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galT)

半乳糖激酶(galk)。當前第91頁\共有116頁\編于星期五\3點gal操縱子的特點：①它有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄；②它有兩個O區(qū)，一個在P區(qū)上游，另一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。當前第92頁\共有116頁\編于星期五\3點二、阿拉伯糖操縱子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一個基因簇，簡寫為araBAD三個基因的表達受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調(diào)控。

當前第93頁\共有116頁\編于星期五\3點ara操縱子的調(diào)控有兩個特點：第一，araC表達受到AraC的自身調(diào)控。第二，AraC既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMP-CRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負調(diào)節(jié)蛋白。這種雙重功能是通過AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實現(xiàn)的（Pi和Pr)。當前第94頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第95頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第96頁\共有116頁\編于星期五\3點當前第97頁\共有116頁\編于星期五\3點Contents基因表達調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當前第98頁\共有116頁\編于星期五\3點一、翻譯起始的調(diào)控

RBS（核糖體結(jié)合位點）：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。RBS的結(jié)合強度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離。

SD-4-10（9）-AUG第六節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當前第99頁\共有116頁\編于星期五\3點二、稀有密碼子對翻譯的影響dnaG(引物酶)RNA引物dnaG、rpoD和rpsU屬于大腸桿菌基因組上的同一個操縱子50個拷貝的dnaG蛋白、2800個拷貝的rpoD和40000個拷貝的rpsU當前第100頁\共有116頁\編于星期五\3點幾種蛋白質(zhì)中異亮氨酸密碼子使用頻率比較蛋白質(zhì)AUU/%AUC%AUA%結(jié)構(gòu)蛋白37621σ亞基26740DnaG蛋白363232細胞內(nèi)對應(yīng)于稀有密碼子的tRNA較少，高頻率使用這些密碼子的基因翻譯過程容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。當前第101頁\共有116頁\編于星期五\3點三、重疊基因?qū)Ψg的影響當前第102頁\共有116頁\編于星期五\3點TrpB–谷氨酸-異亮氨酸-終止GAA--AUC--UGA

--UGG--AA

AUG--GAA

甲硫氨酸–谷氨酸–trpAtrpE—蘇氨酸—苯丙氨酸—終止

ACU--UUC--UGA--UGG--CUAUG

AUG–GCU

甲硫氨酸--丙氨酸--trpD翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼子保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行翻譯的機制。當前第103頁\共有116頁\編于星期五\3點1、關(guān)于管家基因敘述錯誤的是

(A)在生物個體的幾乎各生長階段持續(xù)表達

(B)在生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達

(C)在生物個體全生命過程的幾乎所有細胞中表達

(D)在生物個體的某一生長階段持續(xù)表達

(E)在一個物種的幾乎所有個體中持續(xù)表達D當前第104頁\共有116頁\編于星期五\3點2、一個操縱子（元）通常含有

(A)數(shù)個啟動序列和一個編碼基因

(B)一個啟動序列和數(shù)個編碼基因

(C)一個啟動序列和一個編碼基因

(D)兩個啟動序列和數(shù)個編碼基因

(E)數(shù)個啟動序列和數(shù)個編碼基因B當前第105頁\共有116頁\編于星期五\3點3、下列情況不屬于基因表達階段特異性的是，一個基因在

(A)分化的骨骼肌細胞表達，在未分化的心肌細胞不表達

(B)胚胎發(fā)育過程不表達，出生后表達

(C)胚胎發(fā)育過程表達，在出生后不表達

(D)分化的骨骼肌細胞表達，在未分化的骨骼肌細胞不表達

(E)分化的骨骼肌細胞不表達，在未分化的骨骼肌細胞表達A當前第106頁\共有116頁\編于星期五\3點4、乳糖操縱子（元）的直接誘導(dǎo)劑是

(A)葡萄糖

(B)乳糖

(C)β一半乳糖苷酶

(D)透酶

(E)異構(gòu)乳糖E當前第107頁\共有116頁\編于星期五\3點5、Lac阻