分子生学原核生物基因表达调控 .ppt

原核生物基因表达的调控 主要内容 概述 乳糖操纵子 色氨酸操纵子 原核生物基因表达的时序 原核生物翻译水平上的调控 一、概述 结构基因(structural genes):编码有功能产物（RNA或蛋白质）的基因。 调控基因(regulatory genes):编码那些控制其他基因表达的RNA或蛋白质的基因。 正调控(positive regulation):与缺乏调控因子比较，调控因子使靶基因的表达水平上升。 负调控(negative regulation):调控因子使靶基因的表达水平下降，甚至关闭。 诱导(induction):在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因是可诱导的. 阻遏(repression):如果基因对环境信号应答时被抑制，基因表达产物水平降低. 1961年 Monod和Jacob提出操纵子学说 1965年诺贝尔生理学和医学奖 1940年， Monod发现：E.coli在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时， 细菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽后，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”。 1961年，操纵子学说 由Jacob和Monod提出 1965年 诺贝尔生理学和医学奖 原核生物基因表达、调控的基本形式； 由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。 操纵基因受调控基因产物的控制。 二、乳糖操纵子(lac operon) 安慰诱导物 gratuitous inducer：能高效诱导酶的合成但不被所诱导的酶分解的分子。 如：IPTG（异丙基硫代半乳糖苷） N端有结合DNA的能力 两核心区之间有结合诱导物的位点 C端有亚基聚合位点 LacZ突变： β半乳糖苷酶基因的突变，因而不能分解利用乳糖 lacY 突变： β半乳糖透性酶基因的突变，不能从培养基中吸收乳糖 使阻遏蛋白对诱导物不起反应。 因为阻遏蛋白失去了结合诱导物的位点，或它不能将其作用传递给DNA 结合位点。 cAMP-CAP结合结合于启动子上游的激活区域，帮助RNA聚合酶形成开放型起始复合物，促进转录起始。 分解代谢物激活蛋白(Catabolite activator protein，CAP)：转录的活化因子，直接作用于操纵子，激活基因转录。 CAP需要cAMP存在时才有活性。 （1）cAMP-CAP通过与RNA聚合酶α亚基CTD相互作用，促进RNA聚合酶同启动子的结合。 （2） cAMP-CAP结合DNA后，使其弯曲。使RNA聚合酶结合更紧密，也促进了cAMP-CAP同RNA聚合酶的结合，有利于形成开放型起始复合物，促进转录起始。 三、色氨酸操纵子(trp operon) 前导序列特点 由1区和2区还可构成第二个发夹结构 2区也可与3区互补, 就会阻止3区和4区形成发夹结构,即不形成终止信号 衰减作用机制 Gly饥俄时，核糖体停在GGU上，1区和2区部分配对，3区和4区能形成终止子，trp操纵子不能表达； Thr饥俄时，核糖体停在AUC上， 3区和4区仍能形成终止子，trp操纵子不能表达； Arg饥俄时，影响1区和2区配对，但不影响2区和3区形成茎环结构，结果不能形成终止信号，RNA聚合酶继续转录。 四、原核生物基因表达的时序 时序调控方式 σ因子的更换 合成新的RNA聚合酶 合成新的调控因子, 影响转录终止 大肠杆菌中的各种σ因子比较 温度较高, 诱导产生各种热休克蛋白 由σ32参与构成的RNA pol与热休克应答基因启动子结合,诱导产生大量的热休克蛋白,适应环境需要. 枯草芽孢杆菌的芽孢形成 有序的σ因子的替换,RNA pol识别不同基因的启动子,使芽孢形成有关的基因有序地表达 四、原核生物基因在翻译水平的调控 翻译的调控主要发生在起始阶段 Ile密码子使用频率比较 转录产生反义RNA的基因称为反义基因 通过互补RNA序列与特定靶mRNA结合而起负调控作用。 反义RNA结合位点通常是mRNA的SD序列、起始密码子和N端的部分密码子 把这类干扰mRNA作用的互补RNA称为micRNA (mRNA-interfering complementary RNA ),即反义RNA. 概念（※） ：管家基因(housekeeping genes) 、操纵子(operon)、衰减子 (attenuator)、反义RNA（Antisense RNA) 几组名词：管家基因与奢侈基因、结构基因与调控基因、正调控与负调控、诱导与阻遏、诱导物与辅阻遏物 原核生物基因表达的控制模式 乳糖操纵子（lac operon) 的调控机制和重要作用（※） 试说明色氨酸操纵子（Trp operon) 的调控机制和重要作用（※） 。 原核生物基因表达