原核基因表达调控

ic
p oZΒιβλιοθήκη YAiC gene产物 产物repressor 产物 丧失与O位点结合的能力 丧失与 位点结合的能力
ic ic
tetramer
Non binding repressor
等位基因间的显隐关系
tetramer tetramer
Lactose
I+/IC I+ > iC
I+
tetramer 变构
Lac I，测定其分子量为150 000U，有 I，测定其分子量为150 000U， 四个亚基，每个亚基37 000U， 四个亚基，每个亚基37 000U，只有四 聚体才有功能，每个亚基由347个氨基 聚体才有功能，每个亚基由347个氨基 酸组成，每个亚基都有与诱导物和O 酸组成，每个亚基都有与诱导物和O区 的结合位点。 的结合位点。
三、调节基因
如何证明I基因的调节作用呢? 如何证明I基因的调节作用呢?我们可以设法 组成一个部分二倍体细胞，考查I+、 组成一个部分二倍体细胞，考查I+、I—的 行为， 行为，就可以知道调节基因在细胞中的作 用
由上述实验及结果分析， 由上述实验及结果分析，可以建立 下述模型： 下述模型：
①I+合成一种特异性的阻遏物，在没有诱 I+合成一种特异性的阻遏物 合成一种特异性的阻遏物， 导物时，它阻止Z基因的表达。 导物时，它阻止Z基因的表达。 ②诱导物作为阻遏物的拮抗物起作用， 因 诱导物作为阻遏物的拮抗物起作用， 而加入诱导物以后阻遏物失活， 而加入诱导物以后阻遏物失活，Z基因得以 表达。 表达。 不产生阻遏物，因而无需诱导物Z ③I—不产生阻遏物，因而无需诱导物Z基 因即可表达，阻遏物起负调控作用。 因即可表达，阻遏物起负调控作用。
Methylation enhanced by repressor
Symmetrical seq. of 21 bp & G/C as axis T can be crosslinked to repressor(binding site)
O gene (operator) cis-action factor
regulator gene codes for a protein that acts at a target site on DNA.
In negative control, a transacting repressor binds to the cisacting operator to turn off transcription. In prokaryotes, multiple genes are controlled coordinately.
mRNA startpoint
unwinding
Obstruction? Competition?
RNA polymerase binding Repressor binding
O gene (operator) cis-action factor
Protected by repressor against methylation
第一节 乳糖系统和操纵子模型
大肠杆菌的乳糖转录子(Lac scription)， 大肠杆菌的乳糖转录子(Lac scription)，一 般也称为乳糖操纵子(Lac operon)包括三个 般也称为乳糖操纵子(Lac operon)包括三个 结构基因： 结构基因：Z、Y、a。 三个结构基因各决定一种酶：Z决定β-半乳 三个结构基因各决定一种酶： 决定β 糖苷酶； 决定β 半乳糖苷透性酶； 决定β 糖苷酶；Y决定β-半乳糖苷透性酶；a决定β半乳糖苷转乙酰酶
第一节 乳糖系统和操纵子模型 第二节 半乳糖操纵子 第三节 色氨酸操纵子 第四节 入噬菌体基因表达的调节 DNA重排对基因表达的调节 第五节 DNA重排对基因表达的调节 sigma因子对基因表达的调控 第六节 sigma因子对基因表达的调控 第七节 转录后的调控
本章重难点
乳糖系统和操纵子模型原理 调节基因和操纵区启动区 正控系统和负控系统的区别 半乳糖操纵子模型 弱化子和前导区的调节作用 入噬菌体基因表达的调节的过程
E．coli β-半乳糖苷酶的两个不可代谢的即 β不消耗的诱导物，异丙硫基半乳糖苷(IPTG) 不消耗的诱导物，异丙硫基半乳糖苷(IPTG) 的结构， 的结构，以及酶分析中所用的产颜色的酶 底物O 硝基苯半乳糖苷(ONPG)、 底物O-硝基苯半乳糖苷(ONPG)、
二、结构基因和调节基因的突变
一种是Lac Z—Y+A+， 一种是Lac Z—Y+A+，是β-半乳糖苷酶基 因突变； 因突变； 另一种是Lac Z+Y—A+， 另一种是Lac Z+Y—A+，是透性酶基因突 +Y—突变型称为隐秘突变型， 变(Lac Z +Y—突变型称为隐秘突变型，因 为它的水解乳糖的能力在完整细胞内不显 示出来，只有在细胞提取物中才表现出来) 示出来，只有在细胞提取物中才表现出来)
iS
p o
iS gene 产物 产物repessor 不能与 inducer 结合
mut repressor
lactose
IS/I+
tetramer
iS > I+ iS > iC
等位基因间的显隐关系
I+
I+
OC
Z
Y
A OC失去与 失去与repressor 特异结合的能力
mRNA
lactose
OC ＞ O+
Operator is the site on DNA at which a repressor protein binds to prevent transcription from initiating at the adjacent promoter. Repressor protein binds to operator on DNA or RNA to prevent transcription or translation, respectively. Structural gene codes for any RNA or protein product other than a regulator.
Structural gene clusters are coordinately controlled
Operon is a unit of bacterial gene expression and regulation, including structural genes and control elements in DNA recognized by regulator gene product(s).
Structural gene clusters are coordinately controlled
The lac operon occupies ~6000 bp of DNA. At the left the lacI gene has its own promoter and terminator. The end of the lacI region is adjacent to the promoter, P. The operator, O, occupies the first 26 bp of the long lacZ gene, followed by the lacY and lacA genes and a terminator.
四、Jacob-Monod的负控制模型及实 Jacob-Monod的负控制模型及实 验依据
Jacob和Monod在1961年发现了负控制系统 Jacob和Monod在1961年发现了负控制系统， 年发现了负控制系统， 在生物学发展史上有划时代的意义
①I基因产生一种抑制物，这种抑制物是一 基因产生一种抑制物， 种可以变构的蛋白质，它有两个结合位点， 种可以变构的蛋白质，它有两个结合位点， 当没有诱导物时，可与DNA上 区结合， 当没有诱导物时，可与DNA上O区结合， 因而关闭Z 基因的转录。 因而关闭Z、Y、a基因的转录。 ②当有诱导物时，诱导物与抑制物结合， 当有诱导物时，诱导物与抑制物结合， 改变了抑制物的构型．使它不能与O区结合， 改变了抑制物的构型．使它不能与O区结合， 因而打开Z 因而打开Z、Y、a基因的转录
In positive control, trans-acting factors must bind to cis-acting sites in order for RNA polymerase to initiate transcription at the promoter. In a eukaryotic system, a structural gene is controlled individually.
第九15原核基因表达调控 第九15原核基因表达调控
要使细胞的酶体系既协调又经济地发挥作 每个基因产物的量最适宜，既不过多， 用，每个基因产物的量最适宜，既不过多， 也不过少， 也不过少，那么基因表达的调控就是必需 的。 细菌中所利用的大多数基本调控机制执 行下列规则：一个体系在需要时被打开， 行下列规则：一个体系在需要时被打开， 不需要时被关闭。 不需要时被关闭。
repression
O gene (operator) cis-action factor
Methylated of left site of axis Repressor can not be binded More constituutive mut.
O+ — mut. → OC occur frequently at left site of axis (?) Repressor 对重叠位点的竞争力下降 有利于RNA polymerase 的结合 有利于