分子遗传课件-071110第七章 原核基因表达调控共96页文档
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原核基因表达调控ppt课件
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------ 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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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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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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概述
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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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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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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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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
第七章原核基因表达的调控详解演示文稿
1961年，法国人Jacob &
Monod提出乳糖操纵子 学说。
获1965年诺贝尔生理学和 医学奖。
第二十六页，共100页。
Francis Jacob Jacques Monod
外周胞质
内膜 细胞内面
透(性)酶
乳糖
透(性)酶
β－半乳糖苷酶
乳糖
第二十七页，共100页。
半乳糖 葡萄糖
P laci P O
➢ 调控P基ro因m（otererguGlaetnoer g1ene）Ge：ne参2与其G他en基e 因3 表T达er调m控ina的tor RNA或蛋白质的编码基因。
➢ 其编码产物与DNA上的特定位点结合调控基因表达。
Promoter
Gene
第十二页，共100页。
调控基因
调控蛋白
影响结构基因的表达
作用元件（通常在DNA上）相互识别、相互作用而实现。
调控基因
启动子
RNA polymarase
转录因子 反式作用因子
第二十三页，共100页。
顺式作用元件
第一节 概述 第二节 操纵子 第三节 转录后加工的调控 第四节 翻译水平的调控
第二十四页，共100页。
第二节 操纵子
1 乳糖操纵子(lac operon)的结构 2 乳糖操纵子的调控机制
1.2 基因表达的方式
组成性表达(constitutive expression) 适应性表达(adaptive expression）
第四页，共100页。
1.2.1 组成性表达：
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 • 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通
常被称为管家基因(housekeeping gene)。
分子遗传学7 原核基因表达调控
诱导(induction)：应环境条件变化基因表达水平增高的现 象。可诱导基因(inducible gene)；
阻遏(repression)：随环境条件变化而基因表达水平降低 的现象。可阻遏基因(repressible gene)。
7
管家基因(housekeeping gene)
某些基因在一个个体的几乎所有细
15
三、原核基因表达调控
基因表达调控主要表现在以下两方面：
1.转录水平上的调控（transcriptional regulation）；
RNA转录的开/关 数量 选择性加工
2.转录后水平上的调控（post-transcriptional regulation）
蛋白质翻译速率 数量 加工、降解和分泌…
DNA 5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand) 3’----TACTCAT----5’ template (antisense strand)
RNA 5’----AUGAGUA----3’
3
● 某一基因只以一条单链DNA 为模板进行转录（不对称转录）
胞中持续表达。
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bcl-2
β-actin
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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
英文缩写 β-actin GAPDH TBP 18s rRNA α-Tubulin
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9
五、基因表达的调控因子： • 蛋白质 ( 特异性 ) • 小分子RNA ( 普遍性)
5
基因表达的时空性
基因组(genome): 是指含有一个生物体生存、发育、 活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。
阻遏(repression)：随环境条件变化而基因表达水平降低 的现象。可阻遏基因(repressible gene)。
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管家基因(housekeeping gene)
某些基因在一个个体的几乎所有细
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三、原核基因表达调控
基因表达调控主要表现在以下两方面：
1.转录水平上的调控（transcriptional regulation）；
RNA转录的开/关 数量 选择性加工
2.转录后水平上的调控（post-transcriptional regulation）
蛋白质翻译速率 数量 加工、降解和分泌…
DNA 5’---ATGAGTA----3’ Non-template (sense strand) 3’----TACTCAT----5’ template (antisense strand)
RNA 5’----AUGAGUA----3’
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● 某一基因只以一条单链DNA 为模板进行转录（不对称转录）
胞中持续表达。
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bcl-2
β-actin
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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
英文缩写 β-actin GAPDH TBP 18s rRNA α-Tubulin
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五、基因表达的调控因子： • 蛋白质 ( 特异性 ) • 小分子RNA ( 普遍性)
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基因表达的时空性
基因组(genome): 是指含有一个生物体生存、发育、 活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。
基因工程PPT课件 第七章 基因的表达与调控-原核基因表达调控模式
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第二节 乳糖操纵子
2. 操纵子模型及其影响因子
Jacob和Monod通过大量实验及分析，建立了现在已经被人 们广泛接受的乳糖操纵子的控制模型。内容如下：
Z、Y、A基因产物由同一条多顺反子mRNA分子所编码 该mRNA分子的启动区（P）位于阻遏基因（I）与操纵区
（O）之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高 效表达。
2019/10/19
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第二节 乳糖操纵子
2.3. 阻遏物lacI基因产物及功能
lac操纵子阻遏物mRNA是由弱启动子控制下永久型合成的， 该阻遏蛋白有4个相同的亚基，每个亚基均含有347个氨基酸 残基，并能与1分子IPTG 结合,每个细胞中有5～10 个阻遏物分子。
lacI基因由弱启动子变为 强启动子，细胞内将不可 能产生足够的诱导物来克 服阻遏状态，整个lac操纵 子在这些突变体中将不可 诱导。
2019/10/19
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第七章 基因的表达与调控（上）
细菌中所利用的大多数基本调控机制一般执行如下 规律：一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这 种“开-关”（on-off）活性是通过调节转录来建立的 ，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。实际上，当 我们说一个系统处于“off ”状态时，也可能有本底水 平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成1或2个 mRNA分子和极少量的蛋白质分子。为了方便，我们常 常使用“off ”这一术语，但必须明白所谓“关”实际 的意思是基因表达量特别低，很难甚至无法检测。
在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白 (repressor)。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和 负控阻遏系统二大类。
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 (activator)。也可根据激活蛋白的作用性质分为正控诱 导系统和正控阻遏系统。
第7章原核基因表达调控模式PPT课件
高进勇
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华锐学院分子生物学课件
➢ 反式作用因子：通过扩散自身表达产物（酶、 调节蛋白）控制其他基因的表达,反式作用因 子通常为的蛋白质或RNA。如调控蛋白、转 录因子等。
➢ 基因表达的调控主要通过反式作用因子和顺 式作用元件相互识别、相互作用而实现。
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高进勇
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高进勇
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• 每个大肠杆菌细胞有约15 000个核糖体，50 种核糖体蛋白、糖酵解体系的酶、DNA聚 合酶、RNA聚合酶等都是代谢过程中必需 的，其合成速率不受环境变化或代谢状态 的影响，这一类蛋白质被称为永久型 （constitutive）合成/8/1
高进勇
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高进勇
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• 原核生物和真核生物都能够根据周围环境(如温度、 营养成分等)的变化，改变自己的代谢方式。而代 谢方式的变化通常可以通过对基因表达过程的调 控得以实现。
• 机体可以在基因表达过程的任何阶段进行调控， 一般以转录水平上的调控为主。
高进勇
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7. 1 原核基因表达调控总论 • 7.1.1基因表达调控的基本概念 ➢顺式作用元件：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，多位于基因旁或内含子中。 如启动子、终止子、操纵基因等。
2020/8/1
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高进勇
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基因调控的指挥系统也是多样的，不同的生物使用 不同的信号来指挥基因调控。原核生物中，营养状 况(nutritional status)和环境因素(environment factor)对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生 物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶段是 基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影 响力大为下降。
第七章基因的讲义表达与调控——原核基因表达调控模式
β-半乳糖苷透过酶的作用是使外界的β-半乳糖苷透过大 肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。
β-半乳糖苷乙酰基转移酶的作用是把乙酰辅酶A上的乙 酰基转移到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
2021/2/15
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第二节 乳糖操纵子
1. 酶的诱导——lac体系受调控的证据
❖ 一般情况下，lac+基因型大肠杆菌细胞内β-半乳糖苷酶和 透过酶的浓度很低，每个细胞只有1～2个酶分子。但是， 在乳糖培养基上酶的浓度很快达到细胞总蛋白量的6%或 7%，超过105个酶分子lac mRNA/细胞。
在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶 段是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影 响力大为下降。
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第一节 原核基因表达调控总论
❖ 在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构 、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基 的相互作用。
❖ 转录与翻译的特点：
细菌的转录与翻译过程几乎发生在同一时间间隔 内，转录与翻译相耦联。
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第一节 原核基因表达调控总论
4. 降解物对基因活性的调节
❖ 有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、 半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵 子也不会启动，不会产生出代谢这些糖的酶来，这种现象 称为葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。
❖ 降解物抑制作用是通过提高转录强度来调节基因表达的， 是一种积极的调节方式。
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第二节 乳糖操纵子
❖ P为启动子，O为操纵区，lacI编码阻遏子
❖ 3个结构基因各决定一种酶：Z编码β-半乳糖苷酶；Y编码 β-半乳糖苷透过酶；A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶。
β-半乳糖苷乙酰基转移酶的作用是把乙酰辅酶A上的乙 酰基转移到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
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第二节 乳糖操纵子
1. 酶的诱导——lac体系受调控的证据
❖ 一般情况下，lac+基因型大肠杆菌细胞内β-半乳糖苷酶和 透过酶的浓度很低，每个细胞只有1～2个酶分子。但是， 在乳糖培养基上酶的浓度很快达到细胞总蛋白量的6%或 7%，超过105个酶分子lac mRNA/细胞。
在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶 段是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影 响力大为下降。
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第一节 原核基因表达调控总论
❖ 在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构 、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基 的相互作用。
❖ 转录与翻译的特点：
细菌的转录与翻译过程几乎发生在同一时间间隔 内，转录与翻译相耦联。
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第一节 原核基因表达调控总论
4. 降解物对基因活性的调节
❖ 有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、 半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵 子也不会启动，不会产生出代谢这些糖的酶来，这种现象 称为葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。
❖ 降解物抑制作用是通过提高转录强度来调节基因表达的， 是一种积极的调节方式。
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第二节 乳糖操纵子
❖ P为启动子，O为操纵区，lacI编码阻遏子
❖ 3个结构基因各决定一种酶：Z编码β-半乳糖苷酶；Y编码 β-半乳糖苷透过酶；A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶。
第七章 原核基因表达调控 PPT课件
第七章 原核基因表达调控
原核基因表达调控总论 操纵子调控 转录水平上的其他调控 转录后的调控
第一节 原核基因表达调控总论
• 遗传信息有序地传递到蛋白质或功能RNA 分子的过程称为基因表达。对该过程的调 节就称为基因表达调控。
• 基因表达调控主要表现在转录水平上和转 录后水平上的调控。原核生物中，营养状 况和环境因素对基因的表达有重要影响。 如某些代谢物（降解物）的出现、应急条 件下细菌鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸的产生 等均会导致基因表达受到调节。
3. 顺式作用元件和反式作用因子
Cis-acting element：是指具有调节功能的特定
DNA序列或影响自身基因表达活性的DNA序列，在
基因的同一条DNA分子上；如启动子。
Trans-acting factor （转录因子TF）：由调节基因
编码，调节基因是一种特殊的结构基因，其编码产物
（RNA或蛋白质）可以扩散，控制其他基因的表达。
DNA上.
b、转录激活结构域（功能域） （1）、酸性激活域 （2）、谷酰胺丰富域 （3）、脯氨酸丰富域
阻遏域（repressor domain）：专一性的直接阻遏的结构域
三种DNA结合结构域模式：
Zinc-finger蛋白结构特征
Zinc-finger蛋白结构特征
HLH的结构特征
HLH结构特征
三、 其他操纵子调节
一、乳糖操纵子
(The lactose Operon， Lac)
E. coli 能够利用乳糖作为碳源.
乳糖作为碳源起作用所需要的酶只有 在乳糖作为唯一碳源时才能合成。
一个乳糖操纵子由三个结构基因组成
编码 β-半乳
编码半乳糖
编码硫代半
lacZ
原核基因表达调控总论 操纵子调控 转录水平上的其他调控 转录后的调控
第一节 原核基因表达调控总论
• 遗传信息有序地传递到蛋白质或功能RNA 分子的过程称为基因表达。对该过程的调 节就称为基因表达调控。
• 基因表达调控主要表现在转录水平上和转 录后水平上的调控。原核生物中，营养状 况和环境因素对基因的表达有重要影响。 如某些代谢物（降解物）的出现、应急条 件下细菌鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸的产生 等均会导致基因表达受到调节。
3. 顺式作用元件和反式作用因子
Cis-acting element：是指具有调节功能的特定
DNA序列或影响自身基因表达活性的DNA序列，在
基因的同一条DNA分子上；如启动子。
Trans-acting factor （转录因子TF）：由调节基因
编码，调节基因是一种特殊的结构基因，其编码产物
（RNA或蛋白质）可以扩散，控制其他基因的表达。
DNA上.
b、转录激活结构域（功能域） （1）、酸性激活域 （2）、谷酰胺丰富域 （3）、脯氨酸丰富域
阻遏域（repressor domain）：专一性的直接阻遏的结构域
三种DNA结合结构域模式：
Zinc-finger蛋白结构特征
Zinc-finger蛋白结构特征
HLH的结构特征
HLH结构特征
三、 其他操纵子调节
一、乳糖操纵子
(The lactose Operon， Lac)
E. coli 能够利用乳糖作为碳源.
乳糖作为碳源起作用所需要的酶只有 在乳糖作为唯一碳源时才能合成。
一个乳糖操纵子由三个结构基因组成
编码 β-半乳
编码半乳糖
编码硫代半
lacZ
第七章 原核基因的表达调控 PPT课件
负控诱导系统： 正调控系统： 正负调控系统的协调 乳糖操纵子仅在有乳糖而没有葡萄糖的时候表达，此时，阻
遏蛋白从操纵区释放，cAMP含量高，cAMP-CRP激活蛋 白结合。
7.3 Trp operon
生物细胞中的氨基酸合成， 也受操纵子的调节。细胞 需要某种氨基酸时，其基因即表达，不需要时基因关闭，达 到经济的原则。
葡萄糖抑制lac mRNA的转录： 可阻止诱导物引起的阻遏物失活效应
仅去掉阻遏物并不能启动lac基因表达,有其它 因素参与
cAMP的浓度受葡萄糖代 谢的影响
Glu ↘ ，cAMP ↗ ； Glu↗,cAMP↘
糖酵解途径中位于葡萄糖6-磷酸与甘油之间的某些代 谢产物是腺苷酸环化酶活性 的抑制剂。
CAP, catabolite activator protein 由crp编码，代谢物激活蛋白
Szilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在 时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉 该阻遏物。
Jacob：结构基因旁有开关基因（操纵基因）， 阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的 表达。
乳糖操纵子结构
调节基因
操作位点
ß -半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 乙酰基转移酶
Control element Structural genes
弱化子对转录调控的关键
summary
空间结构，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA)
时间，核糖体停顿在2个Trp 密码子上时， 4区未 转录出来
Trp浓度高时，4区转录之前核糖体到达2区。
RPO
leading seq. E D C B A
+
trp
遏蛋白从操纵区释放，cAMP含量高，cAMP-CRP激活蛋 白结合。
7.3 Trp operon
生物细胞中的氨基酸合成， 也受操纵子的调节。细胞 需要某种氨基酸时，其基因即表达，不需要时基因关闭，达 到经济的原则。
葡萄糖抑制lac mRNA的转录： 可阻止诱导物引起的阻遏物失活效应
仅去掉阻遏物并不能启动lac基因表达,有其它 因素参与
cAMP的浓度受葡萄糖代 谢的影响
Glu ↘ ，cAMP ↗ ； Glu↗,cAMP↘
糖酵解途径中位于葡萄糖6-磷酸与甘油之间的某些代 谢产物是腺苷酸环化酶活性 的抑制剂。
CAP, catabolite activator protein 由crp编码，代谢物激活蛋白
Szilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在 时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉 该阻遏物。
Jacob：结构基因旁有开关基因（操纵基因）， 阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的 表达。
乳糖操纵子结构
调节基因
操作位点
ß -半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 乙酰基转移酶
Control element Structural genes
弱化子对转录调控的关键
summary
空间结构，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA)
时间，核糖体停顿在2个Trp 密码子上时， 4区未 转录出来
Trp浓度高时，4区转录之前核糖体到达2区。
RPO
leading seq. E D C B A
+
trp
第七原核基因表达调控演示文稿
第六页，共107页。
三、基因表达的规律 ——时间性和空间性
1、时间特异性（temporal specificity）
按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异 性。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段 特异性(stage specificity)。
第七页，共107页。
第三页，共107页。
二、基因表达的方式
永久型性表达(constitutive expression) 适应型表达(adaptive expression）
第四页，共107页。
1、永久型表达：
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被
称为管家基因(housekeeping gene)。
Contents
1. 基因表达调控的基本概念 2. 原核基因调控机制 3. 乳糖操纵子 4. 色氨酸操纵子 5. 其他操纵子 6. 转录后水平上的调控
第三十七页，共107页。
一、乳糖操纵子的结构
阻遏蛋白
第三十八页，共107页。
β-半乳糖苷酶
透过酶 乙酰基转移酶
• 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
会关闭许多基因，也会打开一些合成AA的基因，以 应付这种紧急状况。 • 鸟苷四磷酸作用原理有待深入研究 • 影响一大批操纵子，属于超级调控因子。
第三十四页，共107页。
习题
1、基因表达调控主要表现在两个方面：——和——。其中，后者 又包括mRNA加工成熟水平上的调控和——。
2、不同生物使用不同的信号来指挥基因调控。原核生物中，—— 和——对基因表达起主要影响。在高等真核生物中，—— 和——是基因表达调控的最主要手段。
三、基因表达的规律 ——时间性和空间性
1、时间特异性（temporal specificity）
按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异 性。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段 特异性(stage specificity)。
第七页，共107页。
第三页，共107页。
二、基因表达的方式
永久型性表达(constitutive expression) 适应型表达(adaptive expression）
第四页，共107页。
1、永久型表达：
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被
称为管家基因(housekeeping gene)。
Contents
1. 基因表达调控的基本概念 2. 原核基因调控机制 3. 乳糖操纵子 4. 色氨酸操纵子 5. 其他操纵子 6. 转录后水平上的调控
第三十七页，共107页。
一、乳糖操纵子的结构
阻遏蛋白
第三十八页，共107页。
β-半乳糖苷酶
透过酶 乙酰基转移酶
• 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
会关闭许多基因，也会打开一些合成AA的基因，以 应付这种紧急状况。 • 鸟苷四磷酸作用原理有待深入研究 • 影响一大批操纵子，属于超级调控因子。
第三十四页，共107页。
习题
1、基因表达调控主要表现在两个方面：——和——。其中，后者 又包括mRNA加工成熟水平上的调控和——。
2、不同生物使用不同的信号来指挥基因调控。原核生物中，—— 和——对基因表达起主要影响。在高等真核生物中，—— 和——是基因表达调控的最主要手段。
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4.操纵基因O1、O2和O3对阻抑蛋白阻抑能力的影响
•形成完整阻抑需要阻抑蛋白形成四聚体的原因
•三个在操四纵聚基体因阻O抑1、蛋O白2中、，O3每的个结二构聚和体位都置有两个头段，两个 头•O段1在、基一O本2起操、能纵O结3基的合因功一O能1个正操好纵位基于因la序cZ列基，因这的使开整始个区阻，抑它蛋与白阻能抑 同外O蛋位位基率3时两三白于于因降结个个亲基开与(低O合操操和本始额22两纵～)纵力操点或外个基4基最纵上上操倍操因因强基游游纵。纵位。。因8操基然3基点两的b纵因而p因。个两处基的，位因弱侧。因结如点此的，当(合果O。，操OL3可同a)2在乳纵中c位影时阻乳糖基的于响删抑糖操因任开阻除蛋操纵(意始O抑有白纵子2一点效时和与子中个下率称OO起存，3游1。为，结始在都4去假阻1合区O会0除操1抑b时中、使p下纵效处，还O阻游基2率，会有抑、操因降O同另效纵)3低
•诱导物inducer 如果某种小分子物质能够促使细菌产生酶
将其自身分解，这种小分子物质就叫做诱导物。
•辅阻抑物corepressor 如果某种小分子物质能够阻止细菌
产生合成其自身的酶，这种小分子物质就叫做辅阻抑物。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
•义务诱导物gratutious inducer IPTG能诱导乳糖操纵子，
•等位基因间互补 不同等位基因的亚基相互缔合形成杂合
聚集体，称为等位基因间的互补。一些突变的阻抑蛋白撞 发生负互补作用。因为突变lacI-d导致阻抑蛋白不能与操纵 基因结合,所以与正常lacI产物形成杂合体后，杂合体不能与 操纵基因结合，这种突变也称为反式显性。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构 二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响 三、操纵子突变 四、阻抑蛋白作用机制
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性
•操纵基因突变Oc 操纵基因突变Oc ，相邻的结构基因呈
组成型表达。其机制是突变使操纵基因改变，不再与阻抑 蛋白结合，因此阻抑蛋白不能阻止RNA聚合酶起始转录， 操纵基因持续不断地表达。
•顺式显性(cis-dominance)突变 顺式作用位点突变，使所
序列TGTGTG和AATTGT。
•组成型突变的碱基序列 8个碱基的任一个碱基突变引起
组成型突变。
•DNA序列的对称性表明蛋白质序列也应具有对称性
阻抑蛋白结构确实具有对称性，由同样亚基组成四聚体， 每个亚基都有同样的DNA结合位点。
•操纵基因并不完全对称，左侧较右侧结合阻抑蛋白的 能力更强
四、阻抑蛋白作用机制
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合 2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响 3.阻抑蛋白结构与功能的关系
•诱导物对阻抑蛋白结构的影响 阻抑蛋白与诱导物结合，
使头段与核心段的相对定位改变，结果二聚体的两个头段 不再同时与DNA结合。
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合 2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响 3.阻抑蛋白结构与功能的关系
第一节 概述
1.顺式作用元件和反式作用因子
•基因活性的调控主要通过反式作用因子(通常是蛋白 质)与顺式作用元件(通常在DNA上)相互作用而实现
•游离基因产物扩散至其目标场所的过程称为反式作 用 trans-acting 基因是编码可扩散产物的DNA序列。最
重要的特征是基因产物将从合成的场所扩散到发挥作用 的场所。
•反式作用因子 trans-acting factor的编码基因与其识 别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上 •发挥顺式作用 cis-acting的DNA序列，只在原位发挥 作用，它仅影响与其在物理上相连的DNA 顺式调节
序列最终发挥作用的分子主要DNA，也可以是RNA。
•顺式作用元件 cis-acting element 是指对基因表达有
•头段结构 (1)N端螺旋-转角-螺旋DNA结合基序；两个α-螺
旋正好插到DNA的宽沟中，与特异DNA碱基接触。(2) HTH 经绞链区与蛋白质主体相连。HTH和绞链区构成头段。
•核心段结构 核心段由结构相似的两个区组成，每一区都有
两个α-螺旋还将有着一个六链平行的β片层。诱导物结合在两 区间的裂隙中。单亚基的C端有一α-螺旋，其中有含二个亮氨 酸七聚体重复单位。此螺旋参与亚基聚合。
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；同时，这种DNA序列通常编码蛋 白质，多位于基因旁侧或内含子中。
第一节 概述
1.顺式作用元件和反式作用因子
2.结构基因和调节基因
•结构基因 structure gene 是编码蛋白质或RNA的任何基
因。结构基因编码着大量功能各异的蛋白质，所编码的蛋 白质有组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、有催化活性 的酶和调节蛋白等。
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合
•操纵基因有细菌调节蛋白许多识别位点的共有特点就 是具有对称性 以+11为对称轴，每边为两段各6bp的对称
序列TGTGTG和AATTGT。
•组成型突变的碱基序列 8个碱基的任一个碱基突变引起
组成型突变。
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合
但不能被β-半乳糖苷酶分解，能持续发挥诱导作用。这种能 诱导酶合成，但不能被酶分解的分子称为义务诱导物。
•乳糖操纵子的调控机制 阻抑蛋白通过与操纵基因结合，
使乳糖操纵子通常处于非激活状态，加入诱导物，释放出 阻抑蛋白，乳糖操纵子处于激活状态，RNA聚合酶可以起 始转录。
第二节 操纵子
一、乳糖ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ纵子的结构
•调节基因 regulator gene 是参与其他基因表达调控的
RNA和蛋白质的编码基因。
•调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合 控制转录是调控的关健 调节物与DNA特定位点相互作
用能以正调控的方式(启动或增强基因表达活性)调节靶基因， 也能以负调控的方式(关闭或降低基因表达活性)调节)靶基 因。DNA位点通常位于受调节基因的上游。
1.阻抑蛋白与特异DNA结合 2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合
2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响
3.阻抑蛋白结构与功能的关系
•阻抑蛋白按结构域分为头段(headpiece)和核心段(core)
头段是DNA结合结构域，由1～59位氨基残基形成。用胰蛋白 酶从阻抑蛋白的亚基中切下头段后剩下的部分是核心端。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构 二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响 三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 •操纵基因突变Oc
图7-补1操纵 基因突变Oc 相邻的结构 基因呈组成 型表达。
其机制是突变使操纵基因改变，不再与阻抑蛋白结合，因此 阻抑蛋白不能阻止RNA聚合酶起始转录，操纵基因持续不断 地表达。
第一节 概述
1.顺式作用元件和反式作用因子
2.结构基因和调节基因
3.启动子和终止子
•启动子 promoter 位于基因转录起始点的上游，负责
基因转录的起始。
•终止子 terminator 能终止基因的转录。 •启动子和终止子是典型的顺式作用元件，能受同一 类反式作用因子——RNA聚合酶的识别
第一节 概述
子不能转录而丧失功能。
•阻抑蛋白失去结合诱导物能力丧失的突变lacIs
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 2.操纵子不可诱导型突变 3.阻抑蛋白基因lacI-突变
•阻抑蛋白基因的 lacI-突变 突变使阻抑蛋白失去结合操
纵基因的能力，转录能持续地在启动子处起始，呈现组成 型转录。
调控的基因持续不断地表达。顺式显性的关键是，控制部 位在位置上不能同基因分开，控制位点与所控制的基因在 同一条DNA(RNA)上。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构 二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响 三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 2.操纵子不可诱导型突变
•启动子突变 突变使得RNA聚合酶不能与 Plac结合,使操纵
第七章 原核生物基因表达调控
第一节 概述
•机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控 调控
可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。但主 要是发生在表达的开始阶段，转录阶段。这样可避免浪 费能量合成不必要的表达产物。
•转录和翻译水平的调控也主要是在各自过程的起始 阶段，终止阶段也可进行调控，但一般不在延伸阶 段进行调控。
•有阻抑蛋白时 阻抑蛋白与操纵基因结合，阻止RNA聚合
酶启动转录，关闭结构基因的表达。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
•诱导induction 应答某种特定物质出现而合成特定酶的过
程称为诱导。
•细菌采用诱导方式快速应答环境中营养物质的变化 •β-半乳糖苷诱导乳糖操纵子表达β-半乳糖苷酶 环境中
•向lacI-突变的细胞内加入野生型的 lacI+，能恢复操纵 子的正常功能 表明 lacI基因的产物阻抑蛋白是反式作用
因子。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 2.操纵子不可诱导型突变 3.阻抑蛋白基因lacI-突变 4.各种突变的阻抑蛋白亚基的相互作用
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
•形成完整阻抑需要阻抑蛋白形成四聚体的原因
•三个在操四纵聚基体因阻O抑1、蛋O白2中、，O3每的个结二构聚和体位都置有两个头段，两个 头•O段1在、基一O本2起操、能纵O结3基的合因功一O能1个正操好纵位基于因la序cZ列基，因这的使开整始个区阻，抑它蛋与白阻能抑 同外O蛋位位基率3时两三白于于因降结个个亲基开与(低O合操操和本始额22两纵～)纵力操点或外个基4基最纵上上操倍操因因强基游游纵。纵位。。因8操基然3基点两的b纵因而p因。个两处基的，位因弱侧。因结如点此的，当(合果O。，操OL3可同a)2在乳纵中c位影时阻乳糖基的于响删抑糖操因任开阻除蛋操纵(意始O抑有白纵子2一点效时和与子中个下率称OO起存，3游1。为，结始在都4去假阻1合区O会0除操1抑b时中、使p下纵效处，还O阻游基2率，会有抑、操因降O同另效纵)3低
•诱导物inducer 如果某种小分子物质能够促使细菌产生酶
将其自身分解，这种小分子物质就叫做诱导物。
•辅阻抑物corepressor 如果某种小分子物质能够阻止细菌
产生合成其自身的酶，这种小分子物质就叫做辅阻抑物。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
•义务诱导物gratutious inducer IPTG能诱导乳糖操纵子，
•等位基因间互补 不同等位基因的亚基相互缔合形成杂合
聚集体，称为等位基因间的互补。一些突变的阻抑蛋白撞 发生负互补作用。因为突变lacI-d导致阻抑蛋白不能与操纵 基因结合,所以与正常lacI产物形成杂合体后，杂合体不能与 操纵基因结合，这种突变也称为反式显性。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构 二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响 三、操纵子突变 四、阻抑蛋白作用机制
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性
•操纵基因突变Oc 操纵基因突变Oc ，相邻的结构基因呈
组成型表达。其机制是突变使操纵基因改变，不再与阻抑 蛋白结合，因此阻抑蛋白不能阻止RNA聚合酶起始转录， 操纵基因持续不断地表达。
•顺式显性(cis-dominance)突变 顺式作用位点突变，使所
序列TGTGTG和AATTGT。
•组成型突变的碱基序列 8个碱基的任一个碱基突变引起
组成型突变。
•DNA序列的对称性表明蛋白质序列也应具有对称性
阻抑蛋白结构确实具有对称性，由同样亚基组成四聚体， 每个亚基都有同样的DNA结合位点。
•操纵基因并不完全对称，左侧较右侧结合阻抑蛋白的 能力更强
四、阻抑蛋白作用机制
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合 2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响 3.阻抑蛋白结构与功能的关系
•诱导物对阻抑蛋白结构的影响 阻抑蛋白与诱导物结合，
使头段与核心段的相对定位改变，结果二聚体的两个头段 不再同时与DNA结合。
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合 2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响 3.阻抑蛋白结构与功能的关系
第一节 概述
1.顺式作用元件和反式作用因子
•基因活性的调控主要通过反式作用因子(通常是蛋白 质)与顺式作用元件(通常在DNA上)相互作用而实现
•游离基因产物扩散至其目标场所的过程称为反式作 用 trans-acting 基因是编码可扩散产物的DNA序列。最
重要的特征是基因产物将从合成的场所扩散到发挥作用 的场所。
•反式作用因子 trans-acting factor的编码基因与其识 别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上 •发挥顺式作用 cis-acting的DNA序列，只在原位发挥 作用，它仅影响与其在物理上相连的DNA 顺式调节
序列最终发挥作用的分子主要DNA，也可以是RNA。
•顺式作用元件 cis-acting element 是指对基因表达有
•头段结构 (1)N端螺旋-转角-螺旋DNA结合基序；两个α-螺
旋正好插到DNA的宽沟中，与特异DNA碱基接触。(2) HTH 经绞链区与蛋白质主体相连。HTH和绞链区构成头段。
•核心段结构 核心段由结构相似的两个区组成，每一区都有
两个α-螺旋还将有着一个六链平行的β片层。诱导物结合在两 区间的裂隙中。单亚基的C端有一α-螺旋，其中有含二个亮氨 酸七聚体重复单位。此螺旋参与亚基聚合。
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；同时，这种DNA序列通常编码蛋 白质，多位于基因旁侧或内含子中。
第一节 概述
1.顺式作用元件和反式作用因子
2.结构基因和调节基因
•结构基因 structure gene 是编码蛋白质或RNA的任何基
因。结构基因编码着大量功能各异的蛋白质，所编码的蛋 白质有组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、有催化活性 的酶和调节蛋白等。
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合
•操纵基因有细菌调节蛋白许多识别位点的共有特点就 是具有对称性 以+11为对称轴，每边为两段各6bp的对称
序列TGTGTG和AATTGT。
•组成型突变的碱基序列 8个碱基的任一个碱基突变引起
组成型突变。
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合
但不能被β-半乳糖苷酶分解，能持续发挥诱导作用。这种能 诱导酶合成，但不能被酶分解的分子称为义务诱导物。
•乳糖操纵子的调控机制 阻抑蛋白通过与操纵基因结合，
使乳糖操纵子通常处于非激活状态，加入诱导物，释放出 阻抑蛋白，乳糖操纵子处于激活状态，RNA聚合酶可以起 始转录。
第二节 操纵子
一、乳糖ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ纵子的结构
•调节基因 regulator gene 是参与其他基因表达调控的
RNA和蛋白质的编码基因。
•调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合 控制转录是调控的关健 调节物与DNA特定位点相互作
用能以正调控的方式(启动或增强基因表达活性)调节靶基因， 也能以负调控的方式(关闭或降低基因表达活性)调节)靶基 因。DNA位点通常位于受调节基因的上游。
1.阻抑蛋白与特异DNA结合 2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响
四、阻抑蛋白作用机制
1.阻抑蛋白与特异DNA结合
2.诱导物与阻抑蛋白结合操纵基因的影响
3.阻抑蛋白结构与功能的关系
•阻抑蛋白按结构域分为头段(headpiece)和核心段(core)
头段是DNA结合结构域，由1～59位氨基残基形成。用胰蛋白 酶从阻抑蛋白的亚基中切下头段后剩下的部分是核心端。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构 二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响 三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 •操纵基因突变Oc
图7-补1操纵 基因突变Oc 相邻的结构 基因呈组成 型表达。
其机制是突变使操纵基因改变，不再与阻抑蛋白结合，因此 阻抑蛋白不能阻止RNA聚合酶起始转录，操纵基因持续不断 地表达。
第一节 概述
1.顺式作用元件和反式作用因子
2.结构基因和调节基因
3.启动子和终止子
•启动子 promoter 位于基因转录起始点的上游，负责
基因转录的起始。
•终止子 terminator 能终止基因的转录。 •启动子和终止子是典型的顺式作用元件，能受同一 类反式作用因子——RNA聚合酶的识别
第一节 概述
子不能转录而丧失功能。
•阻抑蛋白失去结合诱导物能力丧失的突变lacIs
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 2.操纵子不可诱导型突变 3.阻抑蛋白基因lacI-突变
•阻抑蛋白基因的 lacI-突变 突变使阻抑蛋白失去结合操
纵基因的能力，转录能持续地在启动子处起始，呈现组成 型转录。
调控的基因持续不断地表达。顺式显性的关键是，控制部 位在位置上不能同基因分开，控制位点与所控制的基因在 同一条DNA(RNA)上。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构 二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响 三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 2.操纵子不可诱导型突变
•启动子突变 突变使得RNA聚合酶不能与 Plac结合,使操纵
第七章 原核生物基因表达调控
第一节 概述
•机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控 调控
可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。但主 要是发生在表达的开始阶段，转录阶段。这样可避免浪 费能量合成不必要的表达产物。
•转录和翻译水平的调控也主要是在各自过程的起始 阶段，终止阶段也可进行调控，但一般不在延伸阶 段进行调控。
•有阻抑蛋白时 阻抑蛋白与操纵基因结合，阻止RNA聚合
酶启动转录，关闭结构基因的表达。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
•诱导induction 应答某种特定物质出现而合成特定酶的过
程称为诱导。
•细菌采用诱导方式快速应答环境中营养物质的变化 •β-半乳糖苷诱导乳糖操纵子表达β-半乳糖苷酶 环境中
•向lacI-突变的细胞内加入野生型的 lacI+，能恢复操纵 子的正常功能 表明 lacI基因的产物阻抑蛋白是反式作用
因子。
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变
1.操纵基因突变与顺式显性 2.操纵子不可诱导型突变 3.阻抑蛋白基因lacI-突变 4.各种突变的阻抑蛋白亚基的相互作用
第二节 操纵子
一、乳糖操纵子的结构
二、小分子诱导物对阻抑蛋白活性的影响
三、操纵子突变