《典型乳糖操纵子的诱导原理》.ppt

？？？ 操纵子在非诱导状态，基因没有表达，也就不存在透性酶，那诱导物是如何进入细胞的？ 本底表达 在细胞中透性酶等总是以最低量存在着，足以供给底物开始进入时的需要。也就是说，操纵子有一个本底水平（basal level）的表达，即使没有诱导物的存在，也保持此表达水平（诱导水平的0.1%）；有的诱导物是通过其他吸收系统进入细胞的。 典型乳糖操纵子的诱导原理 中心法则(the central dogma) 基因表达(gene expression)--基因转录及翻译的过程。产生各种RNA(tRNA、mRNA、rRNA)和各种蛋白质多肽链。 RNA(tRNA、mRNA和rRNA 基因的表达方式 根据生物对内外环境刺激的反应，将基因表达的方式分为： 组成型表达 诱导和阻遏表达 组成型表达 （constitutive?gene?expression） 在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达，无论表达的水平高或低，它受环境因素的影响较少、或变化很小。 且基因表达产物通常是对生命过程必需的、必不可少的，这类基因通常被称为持家基因（housekeeping?gene）。 诱导和阻遏表达 诱导（induction）：在特定的环境信号刺激下，相应基因被激活，从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导 (induction)。 乳糖 → 利用乳糖的三种酶表达 阻遏（repression）：在特定环境信号刺激下，相应基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。 可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏 (repression）。 协调表达(coordinate expression) 在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，使各表达产物的分子比例适当，从而正常发挥功能。这种现象称为协调表达 (coordinate expression)，这种调节称为协调调节 (coordinate regulation)。 乳糖操纵子的结构和功能 操纵子模型的提出 1960-1961年，莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)首次提出“操纵子”学说。 获1965年诺贝尔生理学和医学奖 1940年， Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，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”。 操纵子（operon)：很多功能相关的结构基因串联排列在染色体上，由一个共同的控制区来操纵这些基因的表达，包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序列就称为操纵子。 操纵子的组成： ----结构基因(structural gene, SG) ：操纵元中被调控的编码蛋白质的基因 ----启动子(promoter，P)：是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。 ----操纵基因(operator，O)：是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列。 阻遏物基因(inhibitor,I),产生阻遏物(repressor)。 乳糖操纵子的结构和功能 三个特异性序列： 操纵序列 O (operator): 阻遏蛋白结合位点。 启动子 P (promoter): 位于结构基因的上游。 CAP结合位点：环cAMP受体蛋白(分解代谢物激活蛋白)结合位点。 一个调节基因 lac I：编码阻遏蛋白，能结合于操纵序列位点。 乳糖操纵子的结构和功能 结构基因 Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。 Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。 乳糖操纵子的结构和功能 当一个mRNA含有编码一个以上蛋白质的编码信息，而且这些蛋白质都是以独立的多肽被翻译时，这样的mRNA称之多顺反子mRNA。 多顺反子mRNA在细菌中是很普遍的。 多顺反子lac mRNA中的lacZ，lacY，lacA经翻译生成的产物分别生成代谢分解乳糖的三种酶 始终存在着一定的比例关系( Z : Y : A = 5 : 2 : 1 ) 乳糖操纵子的结构和功能 乳糖操纵子的结构和功能 lacZ、Y、A基因的转录是由lacI基因指令合成的阻遏蛋白R所控制。lacI一般和结构基因相毗连，但它本身具有自己的启动子