第七章原核生物基因的表达调控.pptx
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（2）在正控阻遏系统中，效应物分子的存在 使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。
2、在负转录调控系统中，调节基因的物质是 阻遏蛋白(repressor)－－阻止结构基因转录。 其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转 录受阻。
（1）负控诱导系统－－阻遏蛋白不与诱导物 结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基 因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏 蛋白与操纵区分离，结构基因转录。
结构基因
Ｒ
Ｐ
Ｏ lacZ
lacY
lacA
转录
信使RNA 翻译
RNA聚合酶
阻抑物
阻抑物与 操纵基因 结合，结 构基因转 录受阻．
原核生物基因表达的调控
乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时)
调节基因 启动子 操纵基因
结构基因
Ｒ
转录
Ｐ
Ｏ
RNA聚合酶
lacZ
lacY
lacA
转录
信使RNA 翻译
阻抑物
乳糖 半乳糖苷酶 酶
（1） cAMP-CAP复合物与DNA结合，改变 DNA结构，促进了RNA聚合酶结合区的解 链，从而促进RNA聚合酶和启动子结合， 使转录能力增强。
（2） cAMP-CAP复合物的形成取决于AMP 的浓度，当以葡萄糖为能源时，由于其抑 制腺苷酸环化酶的活性，ATP不能转化为 cAMP， cAMP浓度下降，不能形成cAMPCAP复合物，乳糖结构基因不能被转录。 因为细胞中有葡萄糖作为能源，就没有必 要需要对乳糖利用的几种酶了。
例如：当大肠杆菌生长的培养基中既有葡萄 糖又有乳糖的条件，只利用葡萄糖，而不 利用乳糖。
换句话说，只要在培养基中有葡萄糖存 在，便可抑制了利用其他各种酶的产生， 称为分解物阻遏。
▪ 2、CAP-cAMP调控
另外一种起调节作用的诱导物为cAMP（环化 腺苷酸）
分析一组实验几种情况：
（1）当培养基中含用大量葡萄糖时，cAMP水 平明显下降。
▪ 在转录水平上对基因表达调控取决于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。
第一节 大肠杆菌乳糖操纵子的正负调 控
一、操纵子与操纵子模型
原核生物基因表达调控主要发生在转录 水平，转录调控的基本单元是操纵子。
1、操纵子的概念：根据操纵子学说，很多功 能上相关的结构基因在染色体上串连排列， 由一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。 包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序 列就称为操纵子（operon）。
乳糖操纵子的结构和功能
项目 功
能
结构 基因 操纵 基因 启动
子 调节 基因
3个不同结构基因能够产生3种不同的酶.
是结构基因的开关.通过对RNA聚合酶阻 抑与否来控制结构基因的转录或停止. 是RNA聚合酶与DNA结合的部位,可识别 转录起始Baidu Nhomakorabea. 能产生阻抑物.通过阻抑物与操纵基因的 结合与否来控制操纵基因的关闭和开启
▪ 2、操纵子结构
由启动子（P）、操纵基因（O）、调节基因、 结构基因所组成。
二、正调控与负调控
▪ 1、在正转录调控系统中，调节基因的产物是 激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA 的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。
（1）在正控诱导系统中，诱导物的存在使激 活蛋白处于活性状态，转录进行。
（2）负控阻遏系统－－阻遏蛋白与效应物结 合时，结构基因不转录。
调控模式 1、可诱导负调控 2、可诱导正调控 3、可阻遏负调控 4、可阻遏正调控
三、大肠杆菌乳糖操纵子的负调 控
（一）大肠杆菌的乳糖利用系统
大肠杆菌的乳糖代谢需要有β-半乳糖苷酶 （β-galactosidase）的催化 。这种酶能把乳 糖水解为半乳糖和葡萄糖 .另外有半乳糖苷透 性酶 和巯基半乳糖苷转乙酰酶。三种酶协同 作用，使得乳糖得以分解和利用。
对这个过程的调节就称为基因表达调控 (gene regulation或gene control)。
▪ 基因调控是现阶段分子生物学研究 的中心课题。要了解动、植物生长 发育的规律、形态结构特征和生物 学功能，就必须弄清楚基因表达调 控的时间和空间概念
基因表达调控在两个水平上体现
(1)转录水平上的调控(transcriptional regulation); (2)转录后水平上的调控(post-transcriptional regulation)，包括①mRNA加工成熟水平上 的调控(differential processing of RNA transcript);②翻译水平上的调控 (differential translation of mRNA)。
阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变， 因而不能与操纵基因结合，使得结构 基因进行转录。
酶
乳糖分解代 谢调控过程 是一个自我 调控过程
四、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控
1、葡萄糖敏感操纵子
有一些控制某一种糖如乳糖、半乳糖、 阿拉伯糖和麦芽糖等分解代谢的操纵子， 当培养基含有葡萄糖时，会阻止这些操纵 子的功能，称为葡萄糖敏感操纵子。
（二）乳糖操纵子的调控机制
1、没有乳糖时，具有活性的阻遏物和操纵基 因结合，转录不能进行。
2、有乳糖时，乳糖与阻遏物结合，使阻遏物 发生构象变化而失活，不能与操纵子结合， 结构基因正常转录，进而再翻译出蛋白质。
原核生物基因表达的调控
乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时)
调节基因 启动子 操纵基因
▪ 对于原核生物，以营养状况(nutritional status)和环境因素(environmental factor) 为主要的基因表达影响因素。在真核生物尤 其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育阶段(developmental stage)是 基因表达调控的最主要手段，而营养和环境 因素的影响力大为下降。
（2）当以乳糖为唯一碳源时， β-半乳糖苷酶 的合成增加。
（3）当有乳糖和葡萄糖为碳源时，如果加入 cAMP ， β-半乳糖苷酶的合成速率大大提 高。
结论：？
cAMP 浓度能影响到β-半乳糖苷酶的合成速 率。主要是cAMP能激活CAP（分解物基因 激活蛋白），起转录因子的作用。
3、lac操纵子的正调控机制
第七章 原核生物基因的表达调 控
主讲：陈兆贵
▪ 生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞 内的DNA(或RNA)分子中的。随着个体的发 育，DNA有序地将遗传信息，通过转录和翻
译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化 功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质 的过程，叫做基因表达(gene expression)，
2、在负转录调控系统中，调节基因的物质是 阻遏蛋白(repressor)－－阻止结构基因转录。 其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转 录受阻。
（1）负控诱导系统－－阻遏蛋白不与诱导物 结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基 因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏 蛋白与操纵区分离，结构基因转录。
结构基因
Ｒ
Ｐ
Ｏ lacZ
lacY
lacA
转录
信使RNA 翻译
RNA聚合酶
阻抑物
阻抑物与 操纵基因 结合，结 构基因转 录受阻．
原核生物基因表达的调控
乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时)
调节基因 启动子 操纵基因
结构基因
Ｒ
转录
Ｐ
Ｏ
RNA聚合酶
lacZ
lacY
lacA
转录
信使RNA 翻译
阻抑物
乳糖 半乳糖苷酶 酶
（1） cAMP-CAP复合物与DNA结合，改变 DNA结构，促进了RNA聚合酶结合区的解 链，从而促进RNA聚合酶和启动子结合， 使转录能力增强。
（2） cAMP-CAP复合物的形成取决于AMP 的浓度，当以葡萄糖为能源时，由于其抑 制腺苷酸环化酶的活性，ATP不能转化为 cAMP， cAMP浓度下降，不能形成cAMPCAP复合物，乳糖结构基因不能被转录。 因为细胞中有葡萄糖作为能源，就没有必 要需要对乳糖利用的几种酶了。
例如：当大肠杆菌生长的培养基中既有葡萄 糖又有乳糖的条件，只利用葡萄糖，而不 利用乳糖。
换句话说，只要在培养基中有葡萄糖存 在，便可抑制了利用其他各种酶的产生， 称为分解物阻遏。
▪ 2、CAP-cAMP调控
另外一种起调节作用的诱导物为cAMP（环化 腺苷酸）
分析一组实验几种情况：
（1）当培养基中含用大量葡萄糖时，cAMP水 平明显下降。
▪ 在转录水平上对基因表达调控取决于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。
第一节 大肠杆菌乳糖操纵子的正负调 控
一、操纵子与操纵子模型
原核生物基因表达调控主要发生在转录 水平，转录调控的基本单元是操纵子。
1、操纵子的概念：根据操纵子学说，很多功 能上相关的结构基因在染色体上串连排列， 由一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。 包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序 列就称为操纵子（operon）。
乳糖操纵子的结构和功能
项目 功
能
结构 基因 操纵 基因 启动
子 调节 基因
3个不同结构基因能够产生3种不同的酶.
是结构基因的开关.通过对RNA聚合酶阻 抑与否来控制结构基因的转录或停止. 是RNA聚合酶与DNA结合的部位,可识别 转录起始Baidu Nhomakorabea. 能产生阻抑物.通过阻抑物与操纵基因的 结合与否来控制操纵基因的关闭和开启
▪ 2、操纵子结构
由启动子（P）、操纵基因（O）、调节基因、 结构基因所组成。
二、正调控与负调控
▪ 1、在正转录调控系统中，调节基因的产物是 激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA 的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。
（1）在正控诱导系统中，诱导物的存在使激 活蛋白处于活性状态，转录进行。
（2）负控阻遏系统－－阻遏蛋白与效应物结 合时，结构基因不转录。
调控模式 1、可诱导负调控 2、可诱导正调控 3、可阻遏负调控 4、可阻遏正调控
三、大肠杆菌乳糖操纵子的负调 控
（一）大肠杆菌的乳糖利用系统
大肠杆菌的乳糖代谢需要有β-半乳糖苷酶 （β-galactosidase）的催化 。这种酶能把乳 糖水解为半乳糖和葡萄糖 .另外有半乳糖苷透 性酶 和巯基半乳糖苷转乙酰酶。三种酶协同 作用，使得乳糖得以分解和利用。
对这个过程的调节就称为基因表达调控 (gene regulation或gene control)。
▪ 基因调控是现阶段分子生物学研究 的中心课题。要了解动、植物生长 发育的规律、形态结构特征和生物 学功能，就必须弄清楚基因表达调 控的时间和空间概念
基因表达调控在两个水平上体现
(1)转录水平上的调控(transcriptional regulation); (2)转录后水平上的调控(post-transcriptional regulation)，包括①mRNA加工成熟水平上 的调控(differential processing of RNA transcript);②翻译水平上的调控 (differential translation of mRNA)。
阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变， 因而不能与操纵基因结合，使得结构 基因进行转录。
酶
乳糖分解代 谢调控过程 是一个自我 调控过程
四、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控
1、葡萄糖敏感操纵子
有一些控制某一种糖如乳糖、半乳糖、 阿拉伯糖和麦芽糖等分解代谢的操纵子， 当培养基含有葡萄糖时，会阻止这些操纵 子的功能，称为葡萄糖敏感操纵子。
（二）乳糖操纵子的调控机制
1、没有乳糖时，具有活性的阻遏物和操纵基 因结合，转录不能进行。
2、有乳糖时，乳糖与阻遏物结合，使阻遏物 发生构象变化而失活，不能与操纵子结合， 结构基因正常转录，进而再翻译出蛋白质。
原核生物基因表达的调控
乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时)
调节基因 启动子 操纵基因
▪ 对于原核生物，以营养状况(nutritional status)和环境因素(environmental factor) 为主要的基因表达影响因素。在真核生物尤 其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育阶段(developmental stage)是 基因表达调控的最主要手段，而营养和环境 因素的影响力大为下降。
（2）当以乳糖为唯一碳源时， β-半乳糖苷酶 的合成增加。
（3）当有乳糖和葡萄糖为碳源时，如果加入 cAMP ， β-半乳糖苷酶的合成速率大大提 高。
结论：？
cAMP 浓度能影响到β-半乳糖苷酶的合成速 率。主要是cAMP能激活CAP（分解物基因 激活蛋白），起转录因子的作用。
3、lac操纵子的正调控机制
第七章 原核生物基因的表达调 控
主讲：陈兆贵
▪ 生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞 内的DNA(或RNA)分子中的。随着个体的发 育，DNA有序地将遗传信息，通过转录和翻
译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化 功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质 的过程，叫做基因表达(gene expression)，