第七章原核生物表達(dá)調(diào)控圖

第一節(jié)概述第七章原核生物基因表達(dá)調(diào)控P194-195負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控（阻遏蛋白）負(fù)控誘導(dǎo)負(fù)控阻遏正轉(zhuǎn)錄調(diào)控（激活蛋白）正控誘導(dǎo)正控阻遏可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：乳糖操縱子可阻遏調(diào)節(jié)：色氨酸操縱子弱化子調(diào)節(jié)：色氨酸操縱子降解物阻遏：葡萄糖效應(yīng)（cAMP）細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)：信號(hào)－鳥苷四磷酸或鳥苷五磷酸誘導(dǎo)物－空載tRNA第二節(jié)操縱子學(xué)說操縱子模型

1.操縱子的發(fā)現(xiàn)

2.操縱子的結(jié)構(gòu)Lac操縱子的調(diào)控機(jī)理

1.可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控

2.可誘導(dǎo)的正調(diào)控FrancisJacob

JacquesMonod

DiscoveryofOperon1961年,F.Jacob&J.Monod提出,此后不斷完善，獲1965年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1940年，Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗盡后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)停頓，即產(chǎn)生“二次生長(zhǎng)曲線”。細(xì)胞中存在兩種酶，即組成酶與誘導(dǎo)酶。誘導(dǎo)酶產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：誘導(dǎo)前后酶的表達(dá)情況有何變化？分解底物的酶只有當(dāng)?shù)孜锎嬖跁r(shí)才出現(xiàn)！培養(yǎng)基（35S-aa,無乳糖）→E.coli繁殖→細(xì)胞有放射性

→培養(yǎng)基（無35S-aa,加入乳糖）→β-gal(無35S)2.誘導(dǎo)酶是由酶前體轉(zhuǎn)化而來，還是新酶合成的？乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷透過酶?-半乳糖苷酶操縱區(qū)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)（P201）調(diào)節(jié)基因1.非代謝誘導(dǎo)物，安慰誘導(dǎo)物gratuitousinducer（P201）

可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生，但不是其底物異丙基半乳糖苷（IPTG）巰甲基半乳糖苷（TMG）O-硝基半乳糖苷（ONPG）在研究誘導(dǎo)作用時(shí)，很少使用乳糖2.本底水平的組成型合成（P203）乳糖→異乳糖原核生物基因表達(dá)調(diào)控?-半乳糖苷酶乳糖代謝生成誘導(dǎo)物葡萄糖半乳糖異乳糖乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制：負(fù)調(diào)控（負(fù)控制）：阻遏蛋白的調(diào)控作用lacIPOlacZlacYlacALac操縱子被關(guān)閉阻遏蛋白單體阻遏蛋白四聚體無誘導(dǎo)物時(shí)lacIPOlacZlacYlacA?-半乳糖苷酶透過酶轉(zhuǎn)乙?；笩o活性阻遏蛋白誘導(dǎo)物L(fēng)ac操縱子被誘導(dǎo)物開啟有誘導(dǎo)物時(shí)無誘導(dǎo)物→阻遏蛋白有活性→lac操縱子關(guān)閉有誘導(dǎo)物→阻遏蛋白無活性→lac操縱子開啟轉(zhuǎn)錄原核生物基因表達(dá)調(diào)控對(duì)稱軸，+11對(duì)稱序列，6bp阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)－－lacO的結(jié)構(gòu)2.正調(diào)控：cAMP-CRP的調(diào)控作用（P204）cAMP-CRP促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，使操縱子開啟I-70~-50II-50~-40cAMP-CRP復(fù)合物與啟動(dòng)子的結(jié)合是lacmRNA合成起始所必需的，有利于形成穩(wěn)定的開放型啟動(dòng)子－RNA聚合酶結(jié)構(gòu)（P206）。CAP,cataboliteactivatorproteinCRP,catabolitereceptorprotein由crp編碼環(huán)腺苷酸cAMPcAMP受葡萄糖代謝的影響：葡萄糖代謝的中間產(chǎn)物抑制cAMP合成或促進(jìn)cAMP分解

葡萄糖對(duì)lac操縱子表達(dá)的抑制是間接的有葡萄糖→無cAMP→CRP不結(jié)合→操縱子關(guān)閉無葡萄糖→有cAMP→cAMP-CRP結(jié)合→操縱子開啟第三節(jié)色氨酸操縱子Trp操縱子的結(jié)構(gòu)可阻遏的負(fù)調(diào)控-----粗調(diào)弱化系統(tǒng)------細(xì)調(diào)一、Trp操縱子的結(jié)構(gòu)（P209）阻遏蛋白基因R啟動(dòng)子P，-40~+18操縱位點(diǎn)O,-21~+1前導(dǎo)序列L,+1~+162結(jié)構(gòu)基因E、D、C、B、ATrp無活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白trp操縱子被關(guān)閉有色氨酸時(shí)：二、可阻遏的負(fù)調(diào)控原核生物基因表達(dá)調(diào)控trp操縱子被開啟無色氨酸時(shí)：無活性的阻遏蛋白trpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA原核生物基因表達(dá)調(diào)控trpO-21~+1，反向重復(fù)序列trpP-40~+18活性阻遏物結(jié)合trpO與RNApol結(jié)合啟動(dòng)子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)Trp操縱子的操縱區(qū)完全位于啟動(dòng)子內(nèi)三、弱化作用

attenuation（P211）1弱化子（衰減子，α）α弱化子，衰減子，α原核生物基因表達(dá)調(diào)控4321POELDNARNAATGTGA2trpcodons14322.前導(dǎo)序列的分區(qū)及二級(jí)結(jié)構(gòu)弱化子抗終止子

前導(dǎo)肽14aa3.前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽的翻譯（Trp濃度）決定弱化子是否形成，進(jìn)而決定轉(zhuǎn)錄是否繼續(xù)。高色氨酸時(shí)RPOleadingseq.EDCBAtrp+為什么需要阻遏體系？當(dāng)大量外源Trp存在時(shí)，阻遏系統(tǒng)起作用，阻遏物與之結(jié)合，阻止前導(dǎo)RNA合成。當(dāng)trp濃度降低時(shí)，RNApol啟動(dòng)，但在L.S.處脫落，轉(zhuǎn)錄中斷RPOleadingseq.EDCBATrp減少+不足以結(jié)合O位點(diǎn)為什么需要弱化系統(tǒng)？

為什么需要弱化系統(tǒng)？彌補(bǔ)阻遏作用的不足，因?yàn)樽瓒糁荒苁罐D(zhuǎn)錄不起始，而弱化能使已經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄中途停止。當(dāng)trp濃度降低時(shí)，阻遏物從有活性變?yōu)闊o活性，速度極慢，不能很快引發(fā)trp合成，因此需要一個(gè)能快速作出反應(yīng)的系統(tǒng)（抗終止子），以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)腡rp水平。細(xì)菌演化出弱化系統(tǒng)的生物學(xué)意義通過tRNA負(fù)載與否進(jìn)行調(diào)控，更為靈敏氨基酸的主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而tRNA負(fù)載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)控更為恰當(dāng)兩個(gè)調(diào)控系統(tǒng)，避免浪費(fèi)提高效率阻遏系統(tǒng)大量trp時(shí)，不轉(zhuǎn)錄無trp時(shí)，轉(zhuǎn)錄全部結(jié)構(gòu)基因弱化系統(tǒng)高水平trp時(shí)，轉(zhuǎn)錄至前導(dǎo)RNA低水平trp時(shí)，轉(zhuǎn)錄全部結(jié)構(gòu)基因原核生物細(xì)致的精細(xì)調(diào)控機(jī)制增強(qiáng)原核生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性第四節(jié)其他操縱子半乳糖操縱子阿拉伯糖操縱子3個(gè)結(jié)構(gòu)基因：

galE，異構(gòu)酶(UDP-galactose-4epimerase,)，