第九章 微生物基因表达的调控.ppt

第九章 微生物基因表达的调控 原核生物在长期进化过程中演化出来的适应性和高度的应变能力，是它们赖以生存繁衍的根本。原核生物的生长与周围环境密切相关，它们必须不断调节各种不同的基因表达以适应营养条件和对付周围不利的物理化学因素。原核生物必须能迅速合成自身需要的蛋白质（酶）、核酸和其他生物大分子，而同时又能迅速地停止合成和降解那些不再需要的成分。原核生物中，营养状况和环境因素对基因表达起着举足轻重的影响。 第一节 基因表达调控的基本概念 二、基因表达的方式 组成型表达：指不受环境变化或代谢状态的影响的一类基因表达。 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达。通常被称为管家基因。 适应型（调节型）表达：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因的表达。 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因；相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。 三、基因表达的规律——时间性和空间性 1、时间特异性：按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。 2、空间特异性：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性。 基因表达伴随空间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性。 四、基因表达调控的生物学意义 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） 维持个体发育与分化（真核） 第二节 原核基因转录水平上的调控 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 3、在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白，起着阻止结构基因转录的作用。 根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏： 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合时，结构基因转录； 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合时，结构基因不转录。 4、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白（activator）。 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态； 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使激活蛋白处于非活性状态。 四、转录水平上调控的其他形式 1、σ因子的更换 在E.coli中,当细胞从基本的转录机制转入各种特定基因表达时，需要不同的?因子指导RNA聚合酶与各种启动子结合。 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聚合酶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。 2、降解物对基因活性的调节 cAMP—CAP复合物与启动子区的结合是转录起始所必需的。 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏。 3、弱化子对基因活性的影响 第三节 乳糖操纵子(lac operon) 一、乳糖操纵子的结构 二、乳糖操纵子调控模型 主要内容： ① Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码 ② 这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I与O之间的启动子区（P），不能单独起动合成β-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。 ③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。 ④当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制。 ⑤诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发lac mRNA的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。 葡萄糖对lac操纵子的影响 如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中， lac操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导lac操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。 代谢物阻遏效应 cAMP与代谢物激活蛋白 代谢物激活蛋白（CAP）/环腺苷酸受体蛋白（CRP） 由crp基因编码，能与cAMP形成复合物。 cAMP—CAP复合物是激活lac的重要组成部分。 协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系