(ppt)第十六章 原核生物基因表达的调控
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原核基因表达调控ppt课件
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34
------ 操纵子(operon)
启动子 (promoter)
结构基因
调节基因
阻遏蛋白
操纵基因 (operator)
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35
一、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成
第七章
原核基因表达调控
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1
内容提要
一、概 述 二、原核生物基因表达的调控
（一）原核生物基因表达的特点 （二）原核生物基因表达的调控机制
(1) 转录起始的调控 (2) 转录终止的调控 (3) 翻译水平的调控
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2
概述
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3
概述
基因表达(gene expression)
是基因转录及翻译的过程，也是基 因所携带的遗传信息表现为表型的过程， 包括基因转录成互补的RNA序列，对于蛋 白质编码基因，mRNA继而翻译成多肽链， 并装配加工成最终的蛋白质产物。
何被表达成为有功能的蛋白质（或RNA），在什
么组织表达，什么时候表达，表达多少等。
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9
基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
•组成性基因表达 •适应性表达（诱导和阻遏表达）
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10
1、组成性基因表达
某些基因在一个生物个体的几乎所 有细胞中持续表达，通常被称为管家基因 (house-keeping gene)。
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13
常用的管家基因
中文名称
beta－肌动蛋白 甘油醛3-磷酸脱氢酶 TATA Box结合蛋白 18s 核糖体核糖核酸 微管蛋白α
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英文缩写
β-actin GAPDH TBP 18s rRNA α-tubulin
分子生物学--原核生物基因表达调控课件
细菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽后，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”。
乳糖对－半乳糖苷酶的合成有诱导作用。 葡萄糖对－半乳糖苷酶的合成有抑制作用。
1961年，操纵子学说 由Jacob和Monod提出 1965年 诺贝尔生理学和医学奖
2.操纵子定义
调控基因
P Lac I
操纵基因
（lac O）
结构基因
PO Z
Y
A
阻遏 蛋白
mRNA
诱导物
诱导物-阻遏 蛋白复合物
诱导物(如乳糖、IPTG)存在时， 与阻遏蛋白结合，改变阻遏蛋白的 构象，使其不能与LacO结合，基因 开始转录。
安慰诱导物 gratuitous inducer：能高效 诱导酶的合成但不被所诱导的酶分解的 分子。
阻遏
诱导
阻遏
诱导
可诱导的负调控
可诱导的正调控
可诱导的系统
诱导
阻遏
诱导
阻遏
可阻遏的负调控
可阻遏的正调控
可阻遏的系统
（八）操纵子(operon)
1961年 Monod和Jacob提出操
纵子学说 1965年诺贝尔生理学和
医学奖
1.操纵子学说
1940年， Monod发现：E.coli在含葡 萄糖和乳糖的培养基上生长时，
CAP蛋白是二聚体 CAP 结合的共有序列有2个保守的5 碱基序列TGTGA
3.CAP的作用机制
（1）cAMP-CAP通过与RNA聚合酶α亚基CTD相 互作用，促进RNA聚合酶同启动子的结合。
（2） cAMP-CAP结合DNA后，使其弯曲。使 RNA聚合酶结合更紧密，也促进了cAMP-CAP同 RNA聚合酶的结合，有利于形成开放型起始复合物， 促进转录起始。
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”。
乳糖对－半乳糖苷酶的合成有诱导作用。 葡萄糖对－半乳糖苷酶的合成有抑制作用。
1961年，操纵子学说 由Jacob和Monod提出 1965年 诺贝尔生理学和医学奖
2.操纵子定义
调控基因
P Lac I
操纵基因
（lac O）
结构基因
PO Z
Y
A
阻遏 蛋白
mRNA
诱导物
诱导物-阻遏 蛋白复合物
诱导物(如乳糖、IPTG)存在时， 与阻遏蛋白结合，改变阻遏蛋白的 构象，使其不能与LacO结合，基因 开始转录。
安慰诱导物 gratuitous inducer：能高效 诱导酶的合成但不被所诱导的酶分解的 分子。
阻遏
诱导
阻遏
诱导
可诱导的负调控
可诱导的正调控
可诱导的系统
诱导
阻遏
诱导
阻遏
可阻遏的负调控
可阻遏的正调控
可阻遏的系统
（八）操纵子(operon)
1961年 Monod和Jacob提出操
纵子学说 1965年诺贝尔生理学和
医学奖
1.操纵子学说
1940年， Monod发现：E.coli在含葡 萄糖和乳糖的培养基上生长时，
CAP蛋白是二聚体 CAP 结合的共有序列有2个保守的5 碱基序列TGTGA
3.CAP的作用机制
（1）cAMP-CAP通过与RNA聚合酶α亚基CTD相 互作用，促进RNA聚合酶同启动子的结合。
（2） cAMP-CAP结合DNA后，使其弯曲。使 RNA聚合酶结合更紧密，也促进了cAMP-CAP同 RNA聚合酶的结合，有利于形成开放型起始复合物， 促进转录起始。
原核生物基因表达调控的方式
原核生物基因表达调控的方式
1.DNA、染色体水平调控：基因丢失、基因修饰、基因重排、基因扩增、染色体结构变化。
2.转录水平调控（主要调控方式）：转录起始、延伸、终止均有影响。
原核生物借助于操纵子，真核生物通过顺式作用元件和反式作用因子相互作用进行调控。
3.转录后水平调控：主要指真核生物原初转录产物经过加工成为成熟的mRNA，包括加帽、加尾、甲基化修饰等。
4.翻译水平调控：对mRNA稳定性的调控、反义RNA对翻译水平的调控等。
5.翻译后水平调控：蛋白质的剪切、化学修饰（磷酸化、乙酰化、糖基化等）、转运等。
6.mRNA降解的调控。
原核生物基因表达调控PPT课件
• Jacob和Monod认为诱导酶（他们当时称为适应酶）
现象是个基因调控问题，可以用实验方法进行研究，因
此选为突破口，终于通过大量实验及分析，于1961年
建立了该操纵子的控制模型。
.
21
酶的诱导
.
22
• 酶的诱导现象是生物进化过程中出现的一种合理、 经济地利用有限资源的本能。
• 酶诱导已证明是低等生物的普遍现象。
➢顺式作用（cis-acting）:任一不转变为任何其他形式 的DNA序列在原位发挥作用，影响与其相连的其它 DNA序列的活性。
.
4
• 顺式作用元件（cis-acting factor）：指对基因表 达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身 同处在一个DNA分子上的基因。顺式作用元件通常 不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。如： 位于转录单位开始和结束位置上的启动子和终止子， 都是典型的顺式作用元件。
倒位片段
鼠伤寒沙门菌鞭毛素基. 因的调节
H1鞭毛素
10
鼠伤寒沙门氏菌（S.typhimrium）的相转变（phase variation）
.
11
2. σ 因子对原核生物转录起始的调控
σ因子:原核生物RNA聚合酶的一个亚基，是转录起 始所必需的因子，主要影响RNA聚合酶对转录起始 位点的正确识别，这种σ因子称σ70,此外还有分子量 不同,功能不同的其他σ因子 。
结构基因
mRNA
调节蛋白
酶蛋白
.
7
负调控（negative control)
在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入 这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的 调控负转录调控。
调节基因
操纵基因
分子生物学-原核生物基因表达调控课件
λ噬菌体基因表达调控
总结词
λ噬菌体是一种温和型噬菌体，其基因表达 调控涉及到了DNA的甲基化和阻遏蛋白的 作用。
详细描述
λ噬菌体的基因表达调控主要涉及到了早期 基因和晚期基因的表达。早期基因的表达主 要受到阻遏蛋白的调节，而晚期基因的表达 则依赖于DNA的甲基化。在λ噬菌体感染宿 主细胞后，阻遏蛋白会与操纵序列结合，阻 止早期基因的表达。随着DNA的甲基化程 度增加，晚期基因开始表达。当DNA去甲 基化后，阻遏蛋白与操纵序列的结合被解除， 早期基因得以表达。
CRISPR-Cas9技术
通过向导RNA和Cas9蛋白的复合物，实现对DNA的精准切割和编辑，以实现对 基因组的精确调控。
THANKS
感谢观看
通过基因表达调控，生物体可以 精确地控制细胞内蛋白质的合成， 从而对生长发育、代谢过程等进
行精细调节。
基因表达调控对于生物体的生长 发育、疾病发生发展以及药物研
发等方面具有重要意义。
原核生物基因表达调控概述
原核生物是指没有核膜包裹的细 胞核的一类生物，主要包括细菌、
支原体等。
原核生物基因表达调控是指在原 核生物中，通过一系列复杂的机 制对基因的表达进行调节的过程。
激素和生长因子
激素和生长因子是另一类重要的信号分子，它们在原核生物中同样发挥着调控基因表达的作用。这些 激素和生长因子通过与细胞表面的受体结合，引发一系列的信号转导途径，最终影响基因的表达。
例如，胰岛素是一种多肽类激素，它可以与原核生物细胞表面的胰岛素受体结合，激活信号转导途径 ，促进葡萄糖的摄取和利用。此外，还有许多其他的激素和生长因子，如生长激素、胰高血糖素等， 也参与了原核生物的基因表达调控。
从而解除对结构基因的阻遏，使基因得以表达。
原核生物基因的表达及其调控PPT课件
19
诱导调控与非诱导调控
根据辅因子（小分子）结合后调控效果， 可分：
开启调控系统中结构基因的转录活性 — —诱导
关闭调控系统中结构基因的转录活性 — —阻遏
20
6
9.2 Transcription is catalyzed by RNA polymerase Figure 9.6 RNA polymerase moves like an inchworm during elongation, when it compresses from the back end and release from the front end.
RNA和细胞内所转录出的RNA， 其起始点相同，序列相同，若仅 用核心酶进行转录，则模板链和 起始点的选择都有很大的随意性， 而且往往同一段DNA的两条链都 被转录。
• 由此可见：σ亚基对识别DNA链
上的转录信号是不可缺少的，它 是核心酶和启动子之间的桥梁。 σ因子的取代在细胞发育和对环 境应答的反应中起主导作用。如 在枯草杆菌中就有不同相对分子 质量的σ因子
11
回文顺序 (Palindromic sequence)
5‘ GTGAGCTCAC 3’
3’ CACTCGAGTG 5’
书画 临上 汉荷 字花 翰和 林尚 书画
12
所有原核生物的终止子共同的序列特征
在转录终止点之前有一 段回文结构，因而所产 生的mRNA可形成茎环 状的发夹结构，它可使 RNA聚合酶的移动停止 或减缓。
10
• 二、转录的终止 • （一）终止子及其结构： • 1、概念： DNA上提供转录停止信号的一段
序列称为终止子(terminator)，是一个基因的 末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。 • 2、类型：强终止子和弱终止子 • 强终止子：不依赖于Rho蛋白质辅助因子而能 实现终止作用，这类终止子属于强终止子； • 弱终止子：依赖于Rho蛋白质辅助因子才能实 现终止作用，这类终止子属于弱终止子。蛋白 质辅助因子称为释放因子，通常称为ρ因子。
诱导调控与非诱导调控
根据辅因子（小分子）结合后调控效果， 可分：
开启调控系统中结构基因的转录活性 — —诱导
关闭调控系统中结构基因的转录活性 — —阻遏
20
6
9.2 Transcription is catalyzed by RNA polymerase Figure 9.6 RNA polymerase moves like an inchworm during elongation, when it compresses from the back end and release from the front end.
RNA和细胞内所转录出的RNA， 其起始点相同，序列相同，若仅 用核心酶进行转录，则模板链和 起始点的选择都有很大的随意性， 而且往往同一段DNA的两条链都 被转录。
• 由此可见：σ亚基对识别DNA链
上的转录信号是不可缺少的，它 是核心酶和启动子之间的桥梁。 σ因子的取代在细胞发育和对环 境应答的反应中起主导作用。如 在枯草杆菌中就有不同相对分子 质量的σ因子
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回文顺序 (Palindromic sequence)
5‘ GTGAGCTCAC 3’
3’ CACTCGAGTG 5’
书画 临上 汉荷 字花 翰和 林尚 书画
12
所有原核生物的终止子共同的序列特征
在转录终止点之前有一 段回文结构，因而所产 生的mRNA可形成茎环 状的发夹结构，它可使 RNA聚合酶的移动停止 或减缓。
10
• 二、转录的终止 • （一）终止子及其结构： • 1、概念： DNA上提供转录停止信号的一段
序列称为终止子(terminator)，是一个基因的 末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。 • 2、类型：强终止子和弱终止子 • 强终止子：不依赖于Rho蛋白质辅助因子而能 实现终止作用，这类终止子属于强终止子； • 弱终止子：依赖于Rho蛋白质辅助因子才能实 现终止作用，这类终止子属于弱终止子。蛋白 质辅助因子称为释放因子，通常称为ρ因子。
原核生物基因表达的调控共86页
原核生物基因表达的调控
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
原核生物基因表达调控64页PPT
原核生物基因表达调控
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
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synthesis) 组成型(constitutive gene) 即看家基因（Houskeeping gene)
CH2OH
HO
O
H
O
OH H
H
HH
H
OH
H OH
OH H H
O CH2OH
H
＋ H2O
OH
乳糖
CH2OH
HO
O
H
OH H
H
H OH
H HO
OH H H
OH H
H
O OH
O CH2
别乳糖
KT
P1 cAMP-CAP
P2
OE
E PO
galR
(62’ )
galKTE
(17’ )
galU
(27’ )
lacI-d的产物和lacI+的产物组成多聚体时， 阻遏蛋白无活性。 反式显性（trans-dominant） 显性失活（dominant negatives）
阻遏蛋白和操纵基因的结合与解离
操纵基因的结构 阻遏蛋白的结构： N端1～59aa－头部片段：为HTH，与操
纵基因DNA的大沟结合； 核心区：有6个折叠，诱导物就结合在
＋
＋
＋
＋
I +Z –Y + / FI –Z +Y +
－
＋
－
＋
I –Z –Y + / FI +Z +Y +
－
＋
－
＋
I –Z –Y + / FI –Z +Y -
＋
＋
＋
＋
△(I,Z,Y)/ FI –Z +Y +
＋
＋
＋
＋
O +Z +Y +
－
＋
－
＋
O +Z +Y + / FO +Z –Y +
－
＋
－
＋
O cZ +Y +
(a)
(b)
诱导
物的
结合
解离
模型
图 16－ 10 诱 导 物 作 用 模 型 。 (a)平 衡 模 型 ， 诱 导 物 与 游 离 的 阻 遏 物 结 合 ， 打 破 了 其 游 离 与 结 合 之 间 的 平 衡 ； (b)解 离 模 型 ， 诱 导 物 直 接 与 结 合 在 操 纵 位 点 上 的 阻 遏 物 结 合 ， 使 其 释 放 (仿 B .L ew in:《 G E N E S 》 Ⅵ ,1997 , F ig .12 .13 )
＋
＋
＋
＋
O +Z +Y- / FO cZ +Y +
＋
＋
＋
＋
O +Z +Y + / FO cZ –Y +
－
＋
＋
＋
O +Z –Y + / FO cZ +Y -
＋
＋
－
＋
I sO +Z +Y +/FO cZ +Y +
＋
＋
＋
＋
△:表示缺失，“＋”表示酶以最高水平存在，“－”表示酶以最低水平存在
(二) 阻遏蛋白和诱导物的互作
w ild-type repressor does not influence D N A -binding of L acS repressor
图 16- U nind ucible lac S m utations are d om ina nt
等位基因间的互补 （interallelic complementation）。 负的互补（negative complementation）
lacI－ O perator lacI +
LacI + gene sythesizes wild-type repressor
which bind to operator
Inducer displaces wild-type repressor from operator as usual
图 16- Constitutive mutations in the lacI gene are recessive.
（1）它可能直接和RNA Pol相互作用； （2） 作用于DNA，改变其结构，从而帮
助RNA Pol结合。
NH2
P ~ P ~ P－O－CH2
ATP
OH OH
Glucose
DNA
Adenylcyclase
Ihibition ?
RNA pol + cyclic AMP
+ protein factor needed for
图 16-22lac操 纵 子 和 gal操 纵 子 上 cA M P -C A P位 点 的 比 较 (仿 D .F reifeilder:《 Molecular Biology》 1983,Fig.14.15)
转录起点 gal lac ara
启动子
CAP 结合位点
操纵基因
图16-20 CAP蛋白可结合于相对于启动子的不同位点 (仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .12.25)
Operon is transcribed and translated
β-半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶 图 16-7 操纵基因发生组成型突变，操纵子组成型表达
Inactive repressor
lacI－ gene sythesizes defective repressor that does not bind to DNA
a
a
a
a
a
a 图 16-14 在细胞中所有的阻遏蛋白都结合在 DNA 上 (仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .12.18)
阻遏能发生在多个位点上
aroH GCCG AATGTACTAGAGAACTAGTGC ATTAGCTTATTTTTTTGTTATCATGCTAAmRNA trp AATC ATCGAACTAGTTAACTAGTAC GCAmRNA trpR TGCT ATCGTACTCTTTAGCGAGTAC AACCmRNA
lacI－ Operantor
Operon is transcribed and translated
β-半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶
图 16- lac I 发生突变，操纵子组成型表达
Inactive repressor
lacI－ genesythesizes defective repressor that does not bind to DNA
诱导物 的加入 和去除 对lac
mRNA 的影响
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物 四聚体
LacI P O
lacZ
lacY
lacA
图16- 当无诱导物时阻遏物结合在操纵基因上
诱导：基因被打开
β-半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶 图 16-7 诱导物和阻遏物成为调节操纵子的开关
3.操纵子的发现
1961年 Jacob & Monod 构建部分二倍体(lacI-/FlacI+) lacIS 阻遏蛋白不可诱导性突变，阻遏
NH2
transcription to tack place
O－CH2
“ X”
Protein factor
Cyclic AMP (catabolite)
RNA
P O OH
Stimulation
Phosphodiesterase
NH2
P －O－CH2
5’AMP
OH OH 图 16- Control of catabolite-sensitive transcription through cyclic AMP
蛋白失去诱导物结合位点 lacI- 阻遏蛋白不能形成寡聚物 lacI-d 阻遏蛋白不能和DNA结合，且呈
负互补(反式显性) Oc 操纵基因的组成型突变
表 16-1 在单倍体和部分二倍体中β-半乳糖苷酶透过酶的合成
基因型
β-半乳糖苷酶
透过酶
不诱导
诱导
不诱导
诱导
I +Z +Y +
－
＋
－
＋
I –Z +Y +
第二节 操纵子的其它调控形式
一半乳糖操纵子（gal operon） 1.结构 2.特点： (1)双启动子； (2)双操纵基因； (3) 无－35顺序； (4) OE在CAP位点内，OI在 gene E内
Gal 既可为碳源，同时UDP－Gal 又是合成细菌细胞壁的重要前体
gal E OI
诱导（induction）
诱导物（inducers） 异丙基-β-D-硫代半乳糖苷
（isopropylthiogalactoside,IPTG） 安慰诱导物（gratuitous inducer） 多顺反子mRNA 变构调控（allosteric control） 协同调控（coordinate regulation）一系列
C H 2O H
H
O OH
H
OH H
＋
HO
H
H
OH
葡萄糖
CH2OH
HO
O OH
H
OH H
H
H
H OH
半乳糖
图 16- 乳糖分解的不同产物
DNA
转录起始点
解链区
－50 －40 －30 －20 －10 1 10 20 30 RNA 聚合酶结合的起动子区
阻遏物结 合的操纵基因区
CH2OH
HO
O
H
O
OH H
H
HH
H
OH
H OH
OH H H
O CH2OH
H
＋ H2O
OH
乳糖
CH2OH
HO
O
H
OH H
H
H OH
H HO
OH H H
OH H
H
O OH
O CH2
别乳糖
KT
P1 cAMP-CAP
P2
OE
E PO
galR
(62’ )
galKTE
(17’ )
galU
(27’ )
lacI-d的产物和lacI+的产物组成多聚体时， 阻遏蛋白无活性。 反式显性（trans-dominant） 显性失活（dominant negatives）
阻遏蛋白和操纵基因的结合与解离
操纵基因的结构 阻遏蛋白的结构： N端1～59aa－头部片段：为HTH，与操
纵基因DNA的大沟结合； 核心区：有6个折叠，诱导物就结合在
＋
＋
＋
＋
I +Z –Y + / FI –Z +Y +
－
＋
－
＋
I –Z –Y + / FI +Z +Y +
－
＋
－
＋
I –Z –Y + / FI –Z +Y -
＋
＋
＋
＋
△(I,Z,Y)/ FI –Z +Y +
＋
＋
＋
＋
O +Z +Y +
－
＋
－
＋
O +Z +Y + / FO +Z –Y +
－
＋
－
＋
O cZ +Y +
(a)
(b)
诱导
物的
结合
解离
模型
图 16－ 10 诱 导 物 作 用 模 型 。 (a)平 衡 模 型 ， 诱 导 物 与 游 离 的 阻 遏 物 结 合 ， 打 破 了 其 游 离 与 结 合 之 间 的 平 衡 ； (b)解 离 模 型 ， 诱 导 物 直 接 与 结 合 在 操 纵 位 点 上 的 阻 遏 物 结 合 ， 使 其 释 放 (仿 B .L ew in:《 G E N E S 》 Ⅵ ,1997 , F ig .12 .13 )
＋
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O +Z +Y- / FO cZ +Y +
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△:表示缺失，“＋”表示酶以最高水平存在，“－”表示酶以最低水平存在
(二) 阻遏蛋白和诱导物的互作
w ild-type repressor does not influence D N A -binding of L acS repressor
图 16- U nind ucible lac S m utations are d om ina nt
等位基因间的互补 （interallelic complementation）。 负的互补（negative complementation）
lacI－ O perator lacI +
LacI + gene sythesizes wild-type repressor
which bind to operator
Inducer displaces wild-type repressor from operator as usual
图 16- Constitutive mutations in the lacI gene are recessive.
（1）它可能直接和RNA Pol相互作用； （2） 作用于DNA，改变其结构，从而帮
助RNA Pol结合。
NH2
P ~ P ~ P－O－CH2
ATP
OH OH
Glucose
DNA
Adenylcyclase
Ihibition ?
RNA pol + cyclic AMP
+ protein factor needed for
图 16-22lac操 纵 子 和 gal操 纵 子 上 cA M P -C A P位 点 的 比 较 (仿 D .F reifeilder:《 Molecular Biology》 1983,Fig.14.15)
转录起点 gal lac ara
启动子
CAP 结合位点
操纵基因
图16-20 CAP蛋白可结合于相对于启动子的不同位点 (仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .12.25)
Operon is transcribed and translated
β-半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶 图 16-7 操纵基因发生组成型突变，操纵子组成型表达
Inactive repressor
lacI－ gene sythesizes defective repressor that does not bind to DNA
a
a
a
a
a
a 图 16-14 在细胞中所有的阻遏蛋白都结合在 DNA 上 (仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .12.18)
阻遏能发生在多个位点上
aroH GCCG AATGTACTAGAGAACTAGTGC ATTAGCTTATTTTTTTGTTATCATGCTAAmRNA trp AATC ATCGAACTAGTTAACTAGTAC GCAmRNA trpR TGCT ATCGTACTCTTTAGCGAGTAC AACCmRNA
lacI－ Operantor
Operon is transcribed and translated
β-半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶
图 16- lac I 发生突变，操纵子组成型表达
Inactive repressor
lacI－ genesythesizes defective repressor that does not bind to DNA
诱导物 的加入 和去除 对lac
mRNA 的影响
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物 四聚体
LacI P O
lacZ
lacY
lacA
图16- 当无诱导物时阻遏物结合在操纵基因上
诱导：基因被打开
β-半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶 图 16-7 诱导物和阻遏物成为调节操纵子的开关
3.操纵子的发现
1961年 Jacob & Monod 构建部分二倍体(lacI-/FlacI+) lacIS 阻遏蛋白不可诱导性突变，阻遏
NH2
transcription to tack place
O－CH2
“ X”
Protein factor
Cyclic AMP (catabolite)
RNA
P O OH
Stimulation
Phosphodiesterase
NH2
P －O－CH2
5’AMP
OH OH 图 16- Control of catabolite-sensitive transcription through cyclic AMP
蛋白失去诱导物结合位点 lacI- 阻遏蛋白不能形成寡聚物 lacI-d 阻遏蛋白不能和DNA结合，且呈
负互补(反式显性) Oc 操纵基因的组成型突变
表 16-1 在单倍体和部分二倍体中β-半乳糖苷酶透过酶的合成
基因型
β-半乳糖苷酶
透过酶
不诱导
诱导
不诱导
诱导
I +Z +Y +
－
＋
－
＋
I –Z +Y +
第二节 操纵子的其它调控形式
一半乳糖操纵子（gal operon） 1.结构 2.特点： (1)双启动子； (2)双操纵基因； (3) 无－35顺序； (4) OE在CAP位点内，OI在 gene E内
Gal 既可为碳源，同时UDP－Gal 又是合成细菌细胞壁的重要前体
gal E OI
诱导（induction）
诱导物（inducers） 异丙基-β-D-硫代半乳糖苷
（isopropylthiogalactoside,IPTG） 安慰诱导物（gratuitous inducer） 多顺反子mRNA 变构调控（allosteric control） 协同调控（coordinate regulation）一系列
C H 2O H
H
O OH
H
OH H
＋
HO
H
H
OH
葡萄糖
CH2OH
HO
O OH
H
OH H
H
H
H OH
半乳糖
图 16- 乳糖分解的不同产物
DNA
转录起始点
解链区
－50 －40 －30 －20 －10 1 10 20 30 RNA 聚合酶结合的起动子区
阻遏物结 合的操纵基因区