原核生物基因表达调控(新)PPT.ppt

第七章 原核生物基因表达调控;;管家基因：是指维持细胞的基本代谢过程所必需的、在不同的细胞类型和细胞生长时期组成型表达的基因。 奢侈基因：是指为细胞分化、生物的发育以及生物适应环境所需要的基因，其表达表现出明显的时空调控特性。;基因表达的组织特异性：不同组织和器官的细胞，由于其所行使的功能不同，所表达的基因数量和种类也不相同，表现为基因表达的组织特异性。 基因表达的阶段性：组织细胞中分化发育的不同时期，基因表达数量和种类也不相同，表现为基因表达的阶段性。;基因表达的时空有序性：在生物体发育的不同阶段、不同部位的细胞，开放表达的基因数量、种类和表达强度不一样，合成蛋白质的数量和种类也不相同，显示出基因表达的时空有序性，从而逐步形成形态与功能各不相同、协调有序的组织和器官。;一、转录水平的调控 二、翻译水平的调控;一、转录水平的调控;操纵子中被调控的编码蛋白质的基因可称为结构基因(structural gene)。一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达十几个。每个结构基因是一个连续的开放阅读框(open reading frame)，5’端有起始密码ATG，3’端有终止密码TAA、TGA或TAG。各结构基因头尾衔接、串连排列，组成结构基因群。;;启动子（promoter）;;操纵基因（operator gene）;调控基因（regulatory gene）;根据操纵子对调控蛋白的反应：;;效应物（effector）：操纵子的开启和关闭均受到环境因子的诱导，这种因子能与调控蛋白结合，改变调控蛋白的空间构象，从而改变其对基因转录的影响，因此这种因子称为效应物。;根据操纵子对效应物的反应：;终止子是给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。在一个操纵子中至少在结构基因群最后一个基因的后面有一个终止子。 ;乳糖操纵子;大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖，当培养基中含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。;在正常情况下，E.coli是以葡萄糖作为碳源的，在没有葡萄糖，只有乳糖存在的条件下，E.coli也能以乳糖为碳源而生存。葡???糖是单糖，E.coli利用它最为方便和经济。乳糖是双糖，是葡萄糖和半乳糖的复合物。以乳糖为碳源必须先将乳糖分解为葡萄糖和半乳糖，再将半乳糖转化为葡萄糖，这就需要额外的酶。 ;大肠杆菌二阶段生长现象;大肠杆菌利用乳糖至少需要两个酶：;在环境中没有乳糖或其他β-半乳糖苷时，大肠杆菌合成β-半乳糖苷酶量极少，加入乳糖2－3分钟后，细菌大量合成β-半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上。 这种典型的诱导现象，是研究基因表达调控极好的模型。针对大肠杆菌利用乳糖的适应现象，法国的Jocob和Monod等人于1961年提出乳糖操纵子（lac operon）学说。;β-半乳糖苷酶（lacZ），将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖 。 半乳糖渗透酶（lacY），一种在细胞膜的运送蛋白质，负责将乳糖逼入细胞中，帮助细菌从培养基中摄取乳糖。 半乳糖苷转乙酰酶（lacA），将乙酰基从乙酰辅酶A转移至β-半乳糖苷。 ;乳糖操纵子的负调控;;乳糖操纵子的正调控;当cAMP-CAP复合物与位于乳糖操纵元启动子区域的CAP结合序列相结合时，使启动子区域的DNA序列弯曲成新的构型，这种新构型有利于提高RNA聚合酶的工作效率。;当细胞中既有别乳糖与阻遏蛋白结合，又有cAMP-CAP复合物与启动子DNA序列结合时，乳糖操纵元的转录效率最高。;但是，当细胞内有葡萄糖存在时，葡萄糖抑制腺苷酸环化酶的活性，不能形成cAMP，使得细胞中cAMP的水平下降，CAP不能与cAMP形成复合物，就不能与CAP结合序列结合，这样就降低转录效率。 ;由于Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使lac操纵子转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，必需同时有CAP来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。lac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有葡萄糖可供利用。通过这机制，细菌是优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖。;细菌对葡萄糖以外的其他糖（如阿拉伯糖、半乳糖、麦芽糖等）的利用上也有类似对乳糖利用的情况，在含有编码利用阿拉伯糖的酶类基因群的阿拉伯糖操纵子（ara operon）、半乳糖操纵子（gal operon）中也有CAP结合位点，CAP也起类似的正调控作用。;;乳糖操纵子调控的渗漏现象;乳糖类似物;异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）：是经常被用来作为乳糖操纵子的诱导物。IPTG与阻遏基因结合并使之不活跃，但却非β-半乳糖苷酶的底物。IPTG在体内研究的一个优点是它不能被大肠杆菌所代谢，它的浓度在实