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第九章 微生物基因表达的调控 概述 (Introduction) 基因表达的时间性及空间性 (temporal and spatial specificity) 时间特异性(temporal specificity) 某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生 Hb (hemoglobin) α珠蛋白基因簇：ζ（胚胎型） 、 α β珠蛋白基因簇：ε（胚胎型）、 γ（胎儿型）、β、δ ζ2ε2 →α2γ2 →α2β2 空间特异性(spatial specificity) 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现 同形异位现象(homeosis): 果蝇头部长触角部位长出脚来 同形异位盒基因(homeobox) :高度保守的一段核苷酸序列（180bp）,控制胚胎发育的基因 基因表达的方式-1 组成性基因表达(constitutive gene expression)：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。——管家基因与奢侈基因 产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的，这类基因也称为看家基因(house- keeping gene)； 管家基因--在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。 奢侈基因（luxury gene）—只在特定的细胞类型中表达的基因 基因表达的方式-2 适应性表达(adaptive expression)：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 诱导和阻遏表达 诱导（induction）--可诱导基因在特定环境信号刺激下表达增强的过程。 DNA损伤 →修复酶基因激活 乳糖 → 利用乳糖的三种酶表达 阻遏（repression）--可阻遏基因表达产物水平降低的过程 色氨酸 —色氨酸合成酶系 基因表达的方式-3 协调表达 协调表达 在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression) 基因表达的调控方式: 阻遏 负调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质降低) 促进 正调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质增加) 原核生物中，营养状况（nutritional status）和环境因素（environmental factor）对基因表达起着举足轻重的影响。 真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平（hormone level）和发育阶段（developmental stage）是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。 在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。 因为细菌mRNA在形成过程中与核糖体混合在一起，所以，细菌的转录与翻译过程几乎发生在同一时间间隔内，转录与翻译相耦联（coupled transcription and translation）。 操纵子模型的提出 —莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)获1965年诺贝尔生理学和医学奖 操纵子（operon）： 原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位（DNA序列）. 一个操纵子 =编码序列（2-6） +启动序列+操纵序列+(其他调节序列) Discovery of Operon 1940年， Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿。即产生“二次生长曲线”。 文献：细胞中存在两种酶，即组成酶与适应酶（诱导酶）。 1947年，报告：“酶的适应现象及其在细胞分化中的意义”。 1951年，Monod与Jacob合作。 发现两对基因： Z基因：与合成β-半乳糖苷酶有关； I基因：决定细胞对诱导物的反应。 Szilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉该阻遏物。 Jacob：结构基因旁有开关基因（即操纵基因），阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的表达。 乳糖操纵子的发现： 细菌以葡萄糖为能量来源 葡萄糖充分时： 与葡萄糖代谢有关的酶基因---表达 与其他糖代谢有关的酶基因---关闭 葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）： 与乳糖代谢有关的酶基因 ---表达 与葡萄糖代谢有关的酶基因---关闭 CAP- cAMP复合物在乳糖操纵