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Chapter22
基因的表达调控
;
什么是基因的表达调控?
原核生物的基因表达调控
真核生物的基因表达调控
;
什么是基因的表达调控
So, what is the regulation of gene expression?;
一些相关的概念
Repressor and repression 阻遏蛋白与阻遏
Inducer and induction 诱导物与诱导
Positive regulation正调控
Negative regulation负调控;阻遏与阻遏蛋白;负调控与正调控;1.大肠杆菌乳糖操纵子E. coli lac operon的发现 :
Francois Jacob and Jacques Monod (巴斯德研究所Pasteur Institute, Paris, France)
自1958年起开始研究大肠杆菌乳糖操纵子的组成结构以及调控过程.
于1965年共享 Nobel Prize in Physiology or Medicine .
主要研究乳糖操纵子的两种突变体:
蛋白质编码序列的突变体.
调节控制序列的突变体.;2.Operon 操纵子- what is it?
操纵子:是由在功能上彼此有关的几个结构基因和控制区作组成。
操纵子包含:
Structural gene 结构基因:编码蛋白质或RNA的基因Promoter 启动子:标注转录起始位点的一段核苷酸序列Operator 操纵基因:可结合调节基因编码蛋白的一小段核苷酸序列
Terminator 终止子:标注转录终止的一段核苷酸序列
;Organization of an inducible gene containing an operon;3.大肠杆菌乳糖操纵子负调控工作原理:
大肠杆菌主要利用葡萄糖作为碳和能源
在缺乏葡萄糖的情况下,大肠杆菌也可以利用其他的糖作为碳源和能源,例如乳糖 lactose
Lactose 乳糖 = disaccharide双糖 (glucose葡萄糖 + galactose半乳糖)
乳糖作为一种诱导物 inducer (效应分子effector molecule),刺激大肠杆菌细胞内大量表达三种酶 (相对于无乳糖供应,酶的表达量增加约1000倍);3.大肠杆菌乳糖操纵子负调控工作原理:
乳糖表达的三种酶 :
?-galactosidase ?半乳糖苷酶 (lacZ)
水解乳糖形成葡萄糖和半乳糖
可以转变乳糖形成异乳糖 allolactose(乳糖的异构物)
Lactose permease 乳糖透过酶 (lacY)
可以转运乳糖透过大肠杆菌细胞壁和细胞质膜
Transacetylase 转乙酰酶(lacA)
此酶的功能尚不清楚;Translation of lac operon in wild type and mutant E. coli.;Functional state of the E. coli lac operon in the absence of lactose;Functional state of the E. coli lac operon growing on lactose;乳糖阻遏蛋白四聚体模型
Model of lac repressor tetramer (4 polypetides) protein;乳糖本身并不是真正的效应分子,异乳糖才是乳糖操纵子真正的诱导物。
事实上,研究诱导作用很少使用乳糖,因为培养基中的乳糖会被诱导合成的?-半乳糖苷酶催化降解,从而使其浓度不断发生变化。
实验室经常使用一种乳糖类似物——异丙基硫代半乳糖苷isopropyl-thio-galactoside (IPTG)代替乳糖。;4. 乳糖操纵子的正调控
环腺苷酸cAMP的受体蛋白又称为代谢降解物激活蛋白Catabolite activator protein (CAP)
CAP与启动子结合是激活转录的必要条件
cAMP的结合可以提高CAP对双链DNA的亲和力
当大肠杆菌生长在缺乏葡萄糖的培养基中时,cAMP合成量增加,与CAP结合所形成的的复合物具有激活乳糖启动子的功能;Positive control of the lac operon with CAP;1.大肠杆菌色氨酸操纵子 E. coli trp operon:
色氨酸操纵子负责色氨酸 tryptophane的生物合成,它的激活与否完全根据培养基中有无色氨酸而定
当培养基中又足够的色氨酸时,这个操纵子自动关闭,缺乏色氨酸时操纵子被打开,结构基因表达
色氨酸操纵子的结构基因有5个,分别以 trpE、trpD、trpC、trpB、trpA表示;1.大肠杆菌色氨酸操纵子 E. coli trp operon:
调节基因、启动子
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