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分子生物学原核生物基因表达调控

汇报人：AA

2024-01-28

目录

contents

原核生物基因表达概述

转录水平调控

翻译水平调控

蛋白质水平调控

环境因素对原核生物基因表达影响

实验方法与技术应用

01

原核生物基因表达概述

基因表达定义

基因表达是指将储存在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，合成具有特定生物学活性的蛋白质分子的过程。

转录过程

在原核生物中，转录是以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶的催化下，以四种核糖核苷酸为原料，合成RNA的过程。

翻译过程

翻译是以mRNA为模板，在核糖体的参与下，以tRNA为氨基酸的转运工具，将mRNA上的遗传密码转换为氨基酸的序列，合成蛋白质的过程。

原核生物基因一般由编码区和非编码区组成，编码区连续，无内含子和外显子之分。

结构简单

转录与翻译偶联

多顺反子mRNA

原核生物转录和翻译过程在时间和空间上紧密偶联，往往转录还未结束，翻译已经开始。

原核生物mRNA分子中常含有多个结构基因，可指导合成多种蛋白质。

03

02

01

转录水平调控

原核生物基因表达调控主要发生在转录水平，包括正调控和负调控两种方式，通过调控因子的结合与解离来影响RNA聚合酶的活性和转录效率。

在原核生物中，翻译水平的调控相对较少，主要通过改变mRNA的稳定性、核糖体的结合能力以及翻译起始因子的活性等方式来实现。

原核生物基因表达的调控机制涉及多种因素，包括调控蛋白、小分子配体、环境因素等，它们通过影响DNA的结构、RNA聚合酶的活性、mRNA的稳定性等方式来调控基因表达。

翻译水平调控

调控机制

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转录水平调控

03

转录因子作用

转录因子与RNA聚合酶相互作用，影响转录起始的速率和效率。

01

转录起始复合物形成

RNA聚合酶与DNA模板链结合，形成转录起始复合物。

02

启动子序列识别

RNA聚合酶识别并结合到DNA的启动子序列上，启动转录过程。

RNA聚合酶沿着DNA模板链向前移动，合成RNA链。

转录延伸

在特定序列或结构下，RNA聚合酶可能暂停转录，需要特定因子或信号才能恢复。

转录暂停与恢复

RNA聚合酶在终止子序列处停止转录，释放RNA链和DNA模板链。

转录终止

操纵子结构

操纵子由结构基因、调控基因和操纵序列组成，是原核生物基因表达调控的重要机制。

阻遏蛋白与诱导物

阻遏蛋白结合到操纵序列上，阻止RNA聚合酶与启动子结合；诱导物与阻遏蛋白结合，改变其构象，使其从操纵序列上解离下来。

操纵子调控模型

根据诱导物和阻遏蛋白的作用，操纵子可以处于开或关的状态，从而调控结构基因的转录和表达。

应用实例

乳糖操纵子、色氨酸操纵子等是操纵子模型在原核生物基因表达调控中的典型应用。

03

翻译水平调控

真核生物和原核生物中的翻译起始因子有所不同，但都起到促进翻译起始复合物形成的作用。其中，原核生物的翻译起始因子主要包括IF1、IF2和IF3，而真核生物则有更多的起始因子参与。

翻译起始因子的种类和功能

翻译起始的调控主要发生在起始因子的活性和起始复合物的形成过程中。例如，原核生物中的IF2因子在GTP的参与下，与fMet-tRNAfMet结合，促进其与30S小亚基的结合，进而形成70S起始复合物。

翻译起始的调控机制

mRNA稳定性的影响因素

mRNA的稳定性受到多种因素的影响，包括5’端帽子结构、3’端poly(A)尾巴、内部序列和结合蛋白等。这些结构能够保护mRNA免受核酸酶的降解，从而提高其稳定性。

mRNA稳定性与翻译效率的关系

稳定的mRNA能够更长时间地存在于细胞中，从而提供更多的模板供翻译使用，提高翻译效率。此外，一些特定的mRNA结合蛋白也能够通过稳定mRNA来提高其翻译效率。

小分子RNA是一类长度较短的非编码RNA，包括microRNA、siRNA和piRNA等。它们在细胞中起到多种调控作用，包括基因表达调控、mRNA稳定性和翻译调控等。

小分子RNA的种类和功能

小分子RNA可以通过与mRNA结合来抑制其翻译过程。例如，microRNA可以与mRNA的3’UTR区域结合，阻止翻译起始复合物的形成，从而抑制蛋白质的合成。此外，siRNA也可以通过类似的机制来调控基因表达。

小分子RNA在翻译中的调控机制

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蛋白质水平调控

温度

pH值

离子强度

氧化还原环境

高温会导致蛋白质变性，降低其稳定性；低温则可能使蛋白质凝固，影响其功能。

高离子强度会破坏蛋白质的电荷平衡，导致其聚集或沉淀。

蛋白质的等电点是其最稳定的pH值，偏离等电点会使蛋白质带电荷，增加其不稳定性。

氧化还原环境的变化会影响蛋白质中半胱氨酸的氧化状态，从而影响其稳定性。

通过磷酸化修饰，蛋白质可以激活或失活，从而调节细胞信号传导、代谢等过程。

磷酸化

糖基化修饰可以增加蛋白质的稳定性和溶