第七章原核基因表達(dá)調(diào)控

第七章原核基因表達(dá)調(diào)控第1頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概述基因表達(dá)調(diào)控DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制基因表達(dá)——基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達(dá)RNA第2頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)基因表達(dá)過程的調(diào)節(jié)稱為基因表達(dá)調(diào)控（gene

regulation或genecontrol）?；虮磉_(dá)的方式

組成性表達(dá)(constitutiveexpression)

適應(yīng)性表達(dá)(adaptiveexpression）第3頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組成性表達(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)，通常被稱為看家基因(housekeepinggene)。組成性基因表達(dá)不是一成不變的，其表達(dá)強(qiáng)弱也受一定機(jī)制調(diào)控。指不大受環(huán)境變動(dòng)而變化的一類基因表達(dá)。第4頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月適應(yīng)性表達(dá)指環(huán)境變化容易使表達(dá)水平變動(dòng)的一類基因表達(dá)。適應(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)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)；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，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。

第5頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因表達(dá)的規(guī)律——時(shí)間性及空間性時(shí)間特異性(temporalspecificity)某些基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。

第6頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月骨髓卵黃囊脾肝臟骨髓第7頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空間特異性(spatialspecificity)在個(gè)體生長(zhǎng)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)空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。第8頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因表達(dá)的一般規(guī)律：在需要時(shí)表達(dá)——開(turnon)，不需要時(shí)不表達(dá)——關(guān)(turnoff)?！瓣P(guān)”：基因的表達(dá)量特別低生物的基因表達(dá)受著嚴(yán)密和精確的調(diào)控，基因表達(dá)調(diào)控是生命本質(zhì)所在，是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必然結(jié)果。第9頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖維持個(gè)體發(fā)育與分化基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)：基因活化、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯、翻譯后加工第10頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真核與原核生物轉(zhuǎn)錄及翻譯調(diào)控的總體特征比較第11頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、原核基因表達(dá)調(diào)控總論(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控;(2)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控;①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控第12頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原核生物中，營(yíng)養(yǎng)狀況（nutritionalstatus）和環(huán)境因素（environmentalfactor）對(duì)基因表達(dá)起著舉足輕重的影響。在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控決定于DNA的結(jié)構(gòu)、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。第13頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1961年，Monod和Jacob提出轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控機(jī)制：操縱子學(xué)說獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第14頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多個(gè)結(jié)構(gòu)基因操縱區(qū)操縱子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動(dòng)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。第15頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷透性酶?-半乳糖苷酶操縱位點(diǎn)乳糖操縱子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)基因第16頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）根據(jù)操縱子對(duì)調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的應(yīng)答機(jī)制不同，可分為：正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控

1、原核基因調(diào)控分類第17頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)蛋白是激活蛋白在沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)結(jié)構(gòu)基因是關(guān)閉的，加入調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因轉(zhuǎn)錄被開啟，稱為正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。第18頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控：調(diào)節(jié)蛋白是阻遏蛋白在沒有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)結(jié)構(gòu)基因是表達(dá)的，加入調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)被關(guān)閉，稱為負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。第19頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：結(jié)構(gòu)基因在特殊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)。例如：大腸桿菌乳糖操縱子

（2）根據(jù)操縱子對(duì)效應(yīng)物應(yīng)答機(jī)制的不同，分為可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)和可阻遏調(diào)節(jié)兩大類：p250結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)還受某些小分子物質(zhì)（效應(yīng)物）的調(diào)控。第20頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(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酶蛋白可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。第21頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可阻遏調(diào)節(jié)：基因平時(shí)是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)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)。例：色氨酸操縱子第22頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白輔阻遏物mRNA酶蛋白可阻遏調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因無活性阻遏蛋白第23頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（3）在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是阻遏蛋白，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(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)合時(shí)，結(jié)構(gòu)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）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。第24頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(4)σ因子參與大腸桿菌基因表達(dá)調(diào)控

存在6種σ因子，其中σ70是調(diào)控最基本的生理功能如碳代謝、生物合成等基因的轉(zhuǎn)錄所必須的。

除參與氮代謝的σ54外，其它5種σ因子在結(jié)構(gòu)上具有同源性，所以統(tǒng)稱σ70家族。第26頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌中的各種σ因子比較σ因子編碼基因主要功能σ70rpoD參與對(duì)數(shù)生長(zhǎng)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(dá)調(diào)控σ32rpoS熱休克基因的表達(dá)調(diào)控σ28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控σ24rpoE過度熱休克基因的表達(dá)調(diào)控第27頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所有σ因子都含有4個(gè)保守區(qū)，其中第2個(gè)和第4個(gè)保守區(qū)參與結(jié)合啟動(dòng)區(qū)DNA，第2個(gè)保守區(qū)的另一部分還參與雙鏈DNA解開成單鏈的過程。不同σ因子結(jié)合DNA的序列及結(jié)合順序不完全相同。第28頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、原核基因調(diào)控的主要特點(diǎn)通過特殊代謝物調(diào)節(jié)基因的活性主要有可誘導(dǎo)和可阻遏兩大類（1）可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：（2）可阻遏調(diào)節(jié)：規(guī)律：可誘導(dǎo)基因總是一些編碼糖和氨基酸分解代謝蛋白的基因。而可阻遏基因是一些合成各種細(xì)胞代謝過程中所必須的小分子物質(zhì)（如氨基酸、嘌呤和嘧啶等）的基因。第29頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、弱化子對(duì)基因活性的影響

屬于這種調(diào)節(jié)方式的有大腸桿菌色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子等。起信號(hào)作用的是有特殊負(fù)載的氨基酰-tRNA的濃度，在色氨酸操縱子中就是色氨酰-tRNA的濃度。當(dāng)操縱子被阻遏，RNA合成被終止時(shí)，起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用的一段核苷酸被稱為弱化子。第30頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

有葡萄糖存在的情況下，即使在細(xì)菌培養(yǎng)基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麥芽糖等誘導(dǎo)物，與其相對(duì)應(yīng)的操縱子也不會(huì)啟動(dòng)，產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應(yīng)或稱為降解物抑制作用。4、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)第31頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第32頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)

細(xì)菌在緊急狀況，如氨基酸全面匱乏時(shí)。會(huì)產(chǎn)生應(yīng)急反應(yīng)，包括生產(chǎn)各種RNA、糖、脂肪和蛋白質(zhì)在內(nèi)的幾乎全部生物化學(xué)反應(yīng)過程均被停止。實(shí)施這一應(yīng)急反應(yīng)的信號(hào)是鳥苷四磷酸（ppGpp）和鳥苷五磷酸（pppGpp）。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是空載tRNA。第33頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月氨基酸饑餓時(shí)，細(xì)胞中存在大量不帶氨基酸的tRNA，這種空載tRNA會(huì)激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成。ppGpp會(huì)關(guān)閉許多基因，同時(shí)也會(huì)打開一些合成氨基酸的基因，以應(yīng)付緊急狀況。ppGpp與pppGpp的作用范圍十分廣泛，不只影響一個(gè)或幾個(gè)操縱子，影響一大批操縱子，是超級(jí)調(diào)控因子。第34頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、乳糖操縱子(lacoperon)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)乳糖操縱子調(diào)控模型影響因子Lac操縱子中的其他問題第35頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乳糖操縱子模型的建立(JacobandMonod,1961)FrancoisJacobJacqucesMonod獲1965年諾貝爾獎(jiǎng)第36頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)與組成

調(diào)控區(qū)阻遏基因啟動(dòng)子控制基因

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透過酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNAI第37頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。A編碼β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶：將乙酰輔酶A上的乙酰基轉(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。第38頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）酶的誘導(dǎo)-lac體系受調(diào)控的證據(jù)在不含乳糖及β-半乳糖苷的培養(yǎng)基中，lac+基因型每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)大約只有1～2個(gè)酶分子。如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，酶的濃度很快達(dá)到細(xì)胞總蛋白量的6%或7%，每個(gè)細(xì)胞中可有超過105個(gè)酶分子。實(shí)驗(yàn)證據(jù)第39頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月安慰誘導(dǎo)物乳糖IPTG(異丙基巰基半乳糖苷)TMG(巰甲基半乳糖苷)ONPG(O-硝基半乳糖苷)如果某種物質(zhì)能夠誘導(dǎo)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)物第40頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月pUC18AprlacZ'oriAp+X-gal重組子（Apr+lacZ-）

基因工程的藍(lán)白斑篩選第41頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月藍(lán)白顯色篩選法第42頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）lac操縱子模型及其影響因子Lac操縱子模型控制區(qū)信息區(qū)第43頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乳糖操縱子模型1、Z、Y、A基因的產(chǎn)物為一條多順反子mRNAlacZ：編碼β-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。第44頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、P區(qū)位于I與O之間，O為阻遏物結(jié)合位點(diǎn)

啟動(dòng)子

RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)調(diào)節(jié)基因CAP結(jié)合位點(diǎn)操縱基因Z基因阻遏蛋白結(jié)合位點(diǎn)

第45頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.Lac操縱子P、O區(qū)的重疊第46頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、CAP的正性調(diào)節(jié)第47頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第48頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第49頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；如無CAP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。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/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。第50頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月mRNA低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO第51頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乳糖操縱子的影響因子1、lac操縱子的本底水平表達(dá)乳糖第52頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有兩個(gè)矛盾是操縱元理論所不能解釋的：①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，后者的合成又需要誘導(dǎo)物誘導(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？√lac操縱子的本底水平表達(dá)第53頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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。lac操縱子的本底水平表達(dá)第54頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)碳源為甘油的培養(yǎng)基乳糖第55頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月培養(yǎng)基：甘油

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)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(jìn)入細(xì)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(jìn)入細(xì)胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構(gòu)乳糖第56頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月誘導(dǎo)物的加入和去除對(duì)

lacmRNA的影響誘導(dǎo)物的加入和去除對(duì)

半乳糖苷酶的影響乳糖對(duì)lac操縱子的影響第57頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol阻遏基因弱啟動(dòng)子控制的組成型合成第58頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第59頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響代謝物阻遏效應(yīng)研究認(rèn)為葡萄糖的某些降解產(chǎn)物抑制lacmRNA的合成，這種效應(yīng)稱之為代謝物阻遏效應(yīng).第60頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）lac操縱子中的其他問題（一）A基因及其生理功能β-半乳糖苷酶透過酶乙酰基轉(zhuǎn)移酶乙?；陌肴樘擒战档蛯?duì)細(xì)胞的危害第61頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較Z、Y、A三個(gè)基因產(chǎn)物的拷貝數(shù)比例為1：0.5：0.2第62頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、LacmRNA可能在翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯。原因：在翻譯水平上的調(diào)節(jié)第63頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、LacmRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解，故Z基因的完整拷貝數(shù)要比A基因多。原因：在翻譯水平上的調(diào)節(jié)降解第64頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第65頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乳糖操縱子的調(diào)控模型乳糖操縱子的組成：大腸桿菌乳糖操縱子含Z、Y、A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，分別編碼半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶，此外還有一個(gè)操縱序列O，一個(gè)啟動(dòng)子P和一個(gè)調(diào)節(jié)基因I。阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)：沒有乳糖存在時(shí)，I基因編碼的阻遏蛋白結(jié)合于操縱序列O處，乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能合成分解乳糖的三種酶；有乳糖存在時(shí)，乳糖作為誘導(dǎo)物誘導(dǎo)阻遏蛋白變構(gòu)，不能結(jié)合于操縱序列，乳糖操縱子被誘導(dǎo)開放合成分解乳糖的三種酶。所以，乳糖操縱子的這種調(diào)控機(jī)制為可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控。第66頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月乳糖操縱子的調(diào)控模型

CAP的正性調(diào)節(jié)：在啟動(dòng)子上游有CAP結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)大腸桿菌從以葡萄糖為碳源的環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀樘菫樘荚吹沫h(huán)境時(shí)，cAMP濃度升高，與CAP結(jié)合，使CAP發(fā)生變構(gòu)，CAP結(jié)合于乳糖操縱子啟動(dòng)序列附近的CAP結(jié)合位點(diǎn)，激活RNA聚合酶活性，促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合于操縱子后促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，對(duì)乳糖操縱子實(shí)行正調(diào)控，加速合成分解乳糖的三種酶。協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)：乳糖操縱子中的I基因編碼的阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控與CAP的正調(diào)控兩種機(jī)制，互相協(xié)調(diào)、互相制約。第67頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)第68頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)分解代謝的操縱子，同時(shí)受cAMP-CAP的活性調(diào)節(jié)可阻遏調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)合成代謝的操縱子特殊代謝物調(diào)節(jié)基因活性的類型第69頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第70頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、trp操縱子的阻遏系統(tǒng)（一）trp操縱子的研究背景酶合成阻遏的現(xiàn)象—JacobandMonod的工作

第71頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）trp操縱子的結(jié)構(gòu)阻遏型操縱子trpAtrpBtrpCtrpEtrpDPtrpOtrp前導(dǎo)序列aTrp阻抑物色氨酸激活RNAtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA色氨酸合成所需的酶trpR第72頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月酶阻遏的操縱子模型輔阻遏蛋白無活性，不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達(dá).調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白.........輔阻遏蛋白第73頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）trp操縱子的阻遏調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱子主要參與調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉(zhuǎn)錄合成。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)缺乏色氨酸時(shí)，此操縱子開放，而當(dāng)細(xì)胞內(nèi)合成的色氨酸過多時(shí)，此操縱子被關(guān)閉。色氨酸操縱子的調(diào)控機(jī)制與乳糖操縱子類似，但通常情況下，操縱子處于開放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。而當(dāng)色氨酸合成過多時(shí)，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。

第74頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TrpTrp濃度高時(shí)Trp濃度低時(shí)mRNAOPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶RNA聚合酶色氨酸操縱子－阻遏調(diào)節(jié)?第75頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、弱化子與前導(dǎo)肽（一）弱化子在操縱區(qū)與結(jié)構(gòu)基因之間的一段可以終止轉(zhuǎn)錄作用的核苷酸序列，當(dāng)操縱子被阻遏時(shí)，RNA合成被終止，這段核苷酸起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用.調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因trpROP前導(dǎo)序列衰減子區(qū)域UUUU……前導(dǎo)mRNA1234第76頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UUUU……RNA聚合酶起調(diào)節(jié)作用的是某種氨酰-tRNA的濃度第77頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第78頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UUUU……34UUUU3’34核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA1.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制125’trp密碼子衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)DNAUUUU3’RNA聚合酶終止第79頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）前導(dǎo)肽UUUU……342423UUUU……核糖體前導(dǎo)肽前導(dǎo)mRNA15’trp密碼子

結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)DNARNA聚合酶當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)第80頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5’trpmRNAtrpL1234寡聚U區(qū)trpE(a)正常(b)高[Trp]12轉(zhuǎn)錄終止34(C)低[Trp]1234轉(zhuǎn)錄延伸第81頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月弱化作用當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸的濃度很低時(shí)，負(fù)載有色氨酸的tRNATrp也就少，這樣翻譯通過兩個(gè)相鄰色氨酸密碼子的速度就會(huì)很慢，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時(shí)，核糖體才進(jìn)行到1區(qū)（或停留在兩個(gè)相鄰的trp密碼子處），這時(shí)的前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是2-3配對(duì)，不形成3-4配對(duì)的終止結(jié)構(gòu)，所以轉(zhuǎn)錄可繼續(xù)進(jìn)行，直到將trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄。當(dāng)培養(yǎng)基中色氨酸濃度較高時(shí)，核糖體可順利通過兩個(gè)相鄰的色氨酸密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前就到達(dá)2區(qū)，使2-3區(qū)不能配對(duì)，3-4區(qū)自由配對(duì)形成基一環(huán)終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄被終止，trp操縱子被關(guān)閉。p265第82頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）弱化子的生物學(xué)意義活性阻遏物和非活性阻遏物的轉(zhuǎn)變可能較慢，而tRNA荷載與否可能更為靈敏；氨基酸的主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而以tRNA荷載情況為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行控制可能更為恰當(dāng).當(dāng)細(xì)胞內(nèi)氨基酸高于某一水平時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)完全的阻遏；而只有低于這一水平時(shí)，才需用弱化子這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，阻遏蛋白和弱化子調(diào)節(jié)機(jī)制都是為了避免浪費(fèi)，提高效率。第83頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)其他操縱子（自學(xué)）第五節(jié)固氮基因調(diào)控（自學(xué)）第84頁(yè)，課件共95頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控第85頁(yè)，課件共