高中生物奥赛讲--基因表达的调控.ppt

基因表达调控 * * 宁夏石嘴山市第三中学 陈维强 基因表达：基因通过转录和翻译，产生蛋白质产物和直接转录RNA参与生物功能的过程。 基因调控：涉及基因的启动关闭，活性的增加或减弱。发生在转录阶段，转录后加工阶段和翻译阶段。 负调控：阻遏蛋白结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达的形式。 正调控：基因表达的活化物结合在受控基因上时，激活基因表达，不结合时就不表达的形式。 有关名词解释： 一 、原核生物基因表达的调控 大肠杆菌一般是将葡萄糖作为碳源，当其生活的环境中有乳糖而没有葡萄糖时，大肠杆菌产生的适应性变化是迅速合成大量的分解乳糖的酶----半乳糖苷酶，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。 当大肠杆菌生活的环境中没有乳糖后，半乳糖苷酶的合成就停止。说明半乳糖苷酶的合成与周围环境中有无乳糖有密切关系。乳糖似乎对半乳糖苷酶基因的表达起到诱导作用。半乳糖苷酶的合成受半乳糖苷酶基因控制。 (一) 大肠杆菌的乳糖操纵子模型 1）结构基因：编码蛋白质或RNA的基因 直接编码乳糖分解代谢所需酶类的基因。 lacZ基因：编码β-半乳糖苷酶。 lacY基因、lacA基因：分别编码β-半乳糖苷透性酶和β-半乳糖苷乙酰基转移酶。 一 、原核生物基因表达的调控 P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 1.与乳糖代谢有关的核苷酸序列及其作用 P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 2）操纵基因(O)：是DNA上仅为26bp的一小段序列，不编码蛋白质，它是调节基因所编码的阻遏蛋白的结合部位。操纵基因决定了RNA聚合酶是否能够与DNA序列上的启动子接触从而沿着DNA分子移动，启动RNA的转录。对结构基因起着“开关”的作用，直接控制结构基因的转录。 一 、原核生物基因表达的调控 1.与乳糖代谢有关的核苷酸序列及其作用 P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 3）启动子(P)：有与RNA聚合酶结合的位点，可识别转录起始点。RNA聚合酶在这一位点与DNA接触，并开始进行转录。 RNA 聚合酶 一 、原核生物基因表达的调控 1.与乳糖代谢有关的核苷酸序列及其作用 P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 4）调节基因(R)： 能产生阻抑物(阻遏蛋白)，通过阻抑物与操纵基因的结合与否来控制操纵基因的关闭和开启。 一 、原核生物基因表达的调控 1.与乳糖代谢有关的核苷酸序列及其作用 当环境中没有乳糖时： 信使RNA 转录 P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 阻遏物(阻遏蛋白) 翻译 阻遏蛋白与操纵基因结合，同时阻挡了RNA聚合酶与启动子的结合，从而使结构基因转录和翻译受阻，不能合成有关的酶。 一 、原核生物基因表达的调控 当环境中有乳糖时： P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R + 阻遏物 (阻遏蛋白) 乳糖 RNA 聚合酶 转录翻译 乳糖与阻遏蛋白结合，引起其构象变化，使阻抑物失去与操纵基因结合的能力，RNA聚合酶便可与启动子结合，从而使结构基因转录和翻译正常进行。 一 、原核生物基因表达的调控 当环境中有乳糖时： P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 半乳糖苷酶 酶 酶 转录 翻译 + 阻遏物 (阻遏蛋白) 乳糖 RNA 聚合酶 转录翻译 分解乳糖 一 、原核生物基因表达的调控 一个操纵基因控制下的一组相邻的结构基因以及启动子和调节基因，统称为操纵子。 P 启动子 结构基因 调节基因 O lacZ lacY lacA 操纵基因 R 操纵子 操纵子是原核生物的基因在转录水平上进行调控的一个功能单位。 一 、原核生物基因表达的调控 从大肠杆菌乳糖调控过程可以看出 大肠杆菌细胞只有在环境中有乳糖存在时，才能产生相关的酶。所以，其乳糖代谢调控过程是一个自我调控过程。 在这一过程的作用下，生物体才不会浪费细胞中的物质和能量，并能不断适应变化的外界环境。 一 、原核生物基因表达的调控 (二) 色氨酸操纵子1.阻遏物对色氨酸操纵子的负调控 调控基因 结构基因 催化分支酸转变为色氨酸 的酶 trpR trp 一 、原核生物基因表达的调控 二、真核生物基因表达的调控 真核生物是由多细胞组成的，多细胞生物的细胞分化，