第l七章 原核生物基因表达调控模式PPT幻灯片

DNA
I
mRNA
pPo O Z Y A
l
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
DNA
I
mRNA
阻遏蛋白
pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
有乳糖存在时
（2）正控诱导系统
DNA
+ + + + 转录
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
2.当色氨酸浓度低时
三、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。
前导序列
前导mRNA
1
2
结构基因
衰减子区域
3
4
UUUU……
trp 密码子 终止密码子
第141a0a、前1导1密肽码编子码UU为区Ut:Ur包…p密含…U码序U子U列U1……衰减子结构 UUUU……
形成发夹结构能力强弱： 序列1/2>序列2/3>序列3/4
前导DNA
转录衰减机制
前导mRNA
1 5’
核糖体
inhibitor
activator
gene
gene
正调控
调控蛋白
负调控
结构基因表达
▪ 负调控：抑制基因表达的调控方式 ▪ 正调控：促进基因表达的调控方式
2、特殊代谢物的调控
诱导(induction)
阻遏(repression)
inducer
gene
repressor
gene
特殊代谢物
诱导 阻遏
结构基因表达
▪ 特殊代谢物调控的分子机理
特殊代谢物是调控蛋白的变构剂，与调控蛋白结合可 使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因 转录的影响
• 调控蛋白和代谢物的共同作用
调控蛋白
正调控 负调控
结构基因表达
诱导 阻遏
特殊代谢物
3、原核生物基因转录调控的4种类型 （1）负控诱导系统
阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
SOS反应
LLexexAA阻阻遏遏蛋蛋白白
DNA
操纵序列
Rec A 激活
紫外线
SOS基因
基因 表达 与DNA 损伤修复有 关的酶和蛋白质
第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统
操纵子(operon)
概念： 在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其 表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式 称为操纵子。
四、细菌的应急反应
• 细菌有时会碰到紧急状况，比如氨基酸饥饿——氨基 酸的全面匮乏。细菌会产生一个应急反应——停止包 括生产各种RNA、糖、和蛋白质的几乎全部生物化学 反应过程。
• 实施这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟 苷五磷酸(pppGpp)。产生这两种物质的诱导物是空载 tRNA。
第一节 原核基因表达调控总论
一、原核生物的基因表达调控类型 （一） 转录水平的调控
起始阶段----主要 延伸阶段----通常不受调控 终止阶段----可能受到调控 （二）翻译水平的调控 主要发生在起始和终止阶段
（一）转录水平调控的类型
1、正调控和负调控
负调控（negative regulation） 正调控（positive regulation）
• 属于这种调节方式的有：大肠杆菌中的色氨酸操纵子、苯丙氨酸 操纵子、苏氨酸操纵子、异亮氨酸操纵子和缬氨酸操纵子以及沙 门氏菌的组氨酸操纵子和亮氨酸操纵子、嘧啶合成操纵子等等。
调节区
trpR RNA聚P合酶O
RNA聚合酶
Trp 低时
结构基因
mRNA
Trp 高时
Trp
Baidu Nhomakorabea色氨酸操纵子
调节区
trpR
PO
有葡萄糖，cAMP浓度低时
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
O
葡萄糖高 cAMP浓度低
O
高半乳糖时
RNA-pol
O
mRNA
O
（3）负控阻遏系统
（4）正控阻遏系统
二、弱化子对基因活性的影响
• 在这种调节方式中，起信号作用的是有特殊负载的氨酰-tRNA的 浓度，在色氨酸操纵子中就是色氨酰-tRNA的浓度。当操纵子被 阻遏，RNA合成被终止时，起终止转录信号作用的那一段DNA 序列被称为弱化子。
RNA聚合酶
UUUU 3’
衰减子结构
就是终止子
4 可使转录 终止
3
2
34
UUUU 3U’UUU……
前导肽
trp 密码子
1.当色氨酸浓度高时
前导DNA 前导mRNA
Trp合成酶系相关 结构基因被转录
RNA聚合酶 结构基因
5’
前导肽
23
核1 糖体
2 43
4
UUUU…U…UUU……
trp 密码子 序列3、4不能形成衰减子结构
发现：
1961年大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作 为碳源的酶只有当乳糖成为惟一的碳源时才会被合成。 Jacob and Monod ---乳糖操纵子模型
一、乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区
结构基因
DNA
P OZ Y A
操纵序列 启动序列 CAP结合位点
– 当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量的不带氨基酸 的tRNA，这种空载的tRNA会激活焦磷酸转移酶， 使ppGpp大量合成。
– ppGpp的出现会关闭许多基因，以应付这种紧急状 况。 ppGpp 影响RNA聚合酶与这些基因转录起始 位点的结合，使基因被关闭。
– ppGpp与pppGpp的作用范围十分广泛，它们影响一 大批操纵子而被称为超级调控因子。
第六章 基因的表达与调控(上) ——原核基因表达调控模式
一、基因表达（gene expression）
DNA
RNA
蛋白质
基因表达的调控：生物有机体对其基因表达的时 空程序、表达速率等所进行的调节和控制。
二、基因表达的调控（gene regulation） 1、转录水平上的调控：转录水平上的对基因的 调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、 蛋白质因子及其他小分子物质的相互作用。 2、转录后水平上的调控：mRNA加工成熟水平 上的调控；翻译水平上的调控。
诱导物、可诱导基因、诱导酶 阻遏物、可阻遏基因、可阻遏酶
诱导: 在某些代谢物或化合物的作用下，基因由 原来的关闭状态转变为工作状态
诱导物：能引起诱导发生的分子 可诱导基因：诱导调节中被活化的基因 诱导酶：可诱导基因表达的酶
阻遏：在某些代谢物或化合物的作用下，基因由 原来的关闭状态转变为工作状态
阻遏物：能导致阻遏发生的分子 可阻遏基因：阻遏调节中被关闭的基因 可阻遏酶：可阻遏基因表达的酶