第五章基因的表达与调控..ppt

第六章 基因的表达与调控(上) ——原核基因表达调控模式 5．1 原核基因表达调控总论 基因表达调控在两个水平上体现 5.1.1 原核基因调控机制的类型与特点 原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为： 负转录调控系统 在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻遏蛋白(repressor)－－阻止结构基因转录。其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转录受阻。 正转录调控系统 在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因 酶合成的阻遏操纵子模型 弱化子对基因活性的影响 在这种调节方式中，起信号作用的是有特殊负载的氨酰-tRNA的浓度。 细菌的应急反应 细菌有时会碰到紧急状况，比如氨基酸饥饿－－氨基酸的全面匮乏。为了紧缩开支，渡过难关，细菌会产生一个应急反应－－停止包括生产各种RNA、糖、脂肪和蛋白质的几乎全部生物化学反应过程。 实施这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸(pppGpp)。产生这两种物质的诱导物是空载tRNA。 5．2 乳糖操纵子－－负控诱导系统 2、操纵子的定义 3 乳糖操纵子结构 一、乳糖操纵子的结构 Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。 操纵子是一种完整的具有特定功能的细菌基因表达和调节的单位，包括调节基因，操纵位点，结构基因，组成一个控制单元 结构基因：产生mRNA,合成蛋白质 操纵位点 promotor,operator：启动子结合位点 调节基因：产生调节蛋白（与操纵位点结合） →结构基因不转录 诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合 →结构基因转录 5.2.2 酶的诱导现象 二、酶的诱导——lac体系受调控的证据 分解底物的酶只有在底物存在时才出现！ 无乳糖时，几个β-gal/cell 加入乳糖时，5000个 再去掉乳糖，lac mRNA下降 乳糖能激发lac mRNA的合成 乳糖的诱导作用是由酶前体转化而来，还是诱导新酶合成？ 培养基（35S-aa, 无乳糖）→ E.coli繁殖→ 培养基（无35S -aa, 加入乳糖） → β-gal(无35S) 安慰诱导物： 如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如IPTG（异丙基- β –D-硫代半乳糖苷）。 gratuitous inducer  安慰诱导物 义务诱导物 可诱导半乳糖苷酶产生，但不是其底物 IPTG，异丙基巯基半乳糖苷 TMG ，巯甲基半乳糖苷 ONPG, O-硝基半乳糖苷 5.2.3 调控机理 1 调控区结构 lacI, 1045bp，独立Pi P, 82bp，－82～＋1 O, 35bp，－7～＋28 lacZYA 体外结合竞争实验: 阻遏物＋RNA pol, off RNA pol＋阻遏物， on 2. 阻遏状态 3 诱导状态 4 诱导物不是乳糖 5.2.4 阻遏蛋白的作用机制 1 阻遏蛋白结构 38KD，4 聚体， 一个亚基结合一个IPTG分子 lacI 组成型转录 Pi 弱启动子， 5－10个／cell 具有二重性 阻止转录（与lacO结合） 开始转录（与诱导物结合） 阻遏蛋白单体的结构 阻遏蛋白的结构域 头段，-