分子生物学第八讲原核生基因表达调控.ppt

第八讲 原核生物基因表达调控 绪论 8.1乳糖操纵元 lactose operon 8.2色氨酸操纵元 8.3其他操作子调控机制 8.4基因转录的时序调控 8.5原核生物的转录后调控 绪论 原核生物和单细胞真核生物直接暴露在变幻莫测的环境中，食物供应毫无保障，只有根据环境条件的改变合成各种不同的蛋白质，使代谢过程适应环境的变化，才能维持自身的生存和繁衍。自然选择倾向于保留高效率的生命过程。在一个每30min增殖一倍的109细菌群体中，若有一个细菌变成了29.5min增殖一倍，大约经过80天的连续生长后，这个群体中的99.9%都将具有29.5min增殖一倍的生长速度。 一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种“开-关”（on-off）活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。当我们说一个系统处于“off”状态时，也有本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成1或2个mRNA分子。所谓“关”实际的意思是基因表达量特别低，很难甚至无法检测。 科学家把这个从DNA到蛋白质的过程称为基因表达(gene expression)，对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation或gene control)。要了解动、植物生长发育的规律、形态结构特征和生物学功能，就必须弄清楚基因表达调控的时间和空间概念，掌握了基因表达调控的秘密，我们手中就有了一把揭示生物学奥妙的金钥匙。 基因表达调控主要表现在以下几个方面：① 转录水平上的调控(transcriptional regulation)；② mRNA加工成熟水平上的调控(differential processing of RNA transcript)；③ 翻译水平上的调控(differential translation of mRNA). 原核生物中，营养状况(nutritionalstatus)和环境因素(environmental factor)对基因表达起着举足轻重的影响。在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。 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（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。 1961年, F. Jacob J.Monod提出, 此后不断完善。获1965年诺贝尔生理学和医学奖 乳糖操纵元结构 操纵元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 8.1.2 酶的诱导现象 分解底物的酶只有在底物存在时才出现！ 无乳糖时，几个B-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) 8.1.3 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 gratuitous inducer  安慰诱导物 义务诱导物 可诱导半乳糖苷酶产生，但不