分子遗传学7 原核基因表达调控
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第七章 原核基因表达调控
一、操纵子的概念及结构、RNA聚合酶的结构功能 二、大肠杆菌乳糖操纵子（lac）的表达调控 三、大肠杆菌色氨酸操纵子（trp）的表达调控
1
wenku.baidu.com 2
一、若干基本要点
• 基因表达的第一步：以dsDNA中的一条单链作为转录的模板， 在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下按A－U，C－G 配对的原 则，合成RNA分子模板单链。 • DNA的极性方向为3’→5’, 而非模板单链DNA的极性方向与 RNA链相同，均为5’→3’.
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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…
胞中持续表达。
12
bcl-2
β-actin
8
8
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
9
9
五、基因表达的调控因子： • 蛋白质 ( 特异性 ) • 小分子RNA ( 普遍性)
10
10
表达调控可以发生在 基因表达的哪些过程？ 最主要在哪个过程？
主要发生在转录 水平，转录前、 转录后多水平均 有调控。
11
基因表达适应环境的变化
原核生物： 营养状况（nutritional status） 环境因素（environmental factor）
真核生物（尤其是高等真核生物）中， 激素水平（hormone level） 发育阶段（developmental stage）
16
1、 RNA polymerase in prokaryotes
βα σ
α β’
Core Enzyme for elongation 依靠静电作用力 非专一性与非特异DNA 结合 半衰期；60’
βα
σ
α β’ cover 60bp
Holo Enzyme for initiation 依靠空间结构 专一性与 特异DNA结合
12
原核生物与真核生物基因表达的差异
原核生物： 转录与翻译在同一时空。
转录与翻译相耦联（coupled transcription and translation）。 真核生物：转录产物（primary transcript）只有从核内运转到核外，
才能被核糖体翻译成蛋白质。
13
真核基因与原核基因调控区
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）
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
原核基因
-35序列
Pribnow box ＋1 （－10）
……… TTGACA ……… TATAAT …… 转录
δ因子 结合区
RNA聚合酶 识别结合区
真核基因
-110
-70~-80
Pribnow box ＋1 （－25）
……… GGGCGG ……… CAAT ……… TATAAT …… 转录
双向定位
● RNA的转录包括promotion, elongation, termination 三过 程
●从启动子（promoter）到终止子（terminator）称为转录单位
（transcriptional unit）
●原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon ●真核生物中的转录单位多为monocistron, No operon ●转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值
半衰期；数小时
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separation of the subunits of E. coli RNA polymerase by SDS-PAGE
-10 upstream
+1 start point
4
+10 downstream
二、基因的表达
• 基因表达(gene expression) 是指储存遗传信息的基因经 过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。 典型的基因表达是基因经过转录、翻译， 产生有生物活性的蛋白质的过程。 • 基因表达调控（gene regulation或gene control）： 对这个过程的调节就称为。
双向定位
RNA聚合酶 识别结合区
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大肠杆菌乳糖操纵子
Z/Y/A : 结构基因 P(promoter): RNA聚合酶结合部位。 O(operator): 阻遏蛋白的结合部位; 多顺反子mRNA: 当一个mRNA含有编码一个以上蛋白质的编码信息，而且 这些
蛋白质都是以独立的多肽被翻译时，这样的mRNA称之多顺反子mRNA;
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。
组织特异性(tissue specificity):不同组织细胞中不仅 表达的基因数量不相同，而且基因表达的强度和种类也 各不相同.
阶段特异性(stagespecificity)： 细胞分化发育的不同时期，基因表达的 情况是不相同的.
6
基因表达适应环境的变化
1、组成性表达(constitutive expression)：指不大受环境变 动而变化的一类基因表达。
看家基因(housekeeping gene)：在组织细胞中持续表达， 是细胞基本的基因表达。
2、适应性表达(adaptive expression)：指环境的变化容易 使其表达水平变动的一类基因表达。
一、操纵子的概念及结构、RNA聚合酶的结构功能 二、大肠杆菌乳糖操纵子（lac）的表达调控 三、大肠杆菌色氨酸操纵子（trp）的表达调控
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一、若干基本要点
• 基因表达的第一步：以dsDNA中的一条单链作为转录的模板， 在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下按A－U，C－G 配对的原 则，合成RNA分子模板单链。 • DNA的极性方向为3’→5’, 而非模板单链DNA的极性方向与 RNA链相同，均为5’→3’.
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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…
胞中持续表达。
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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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表达调控可以发生在 基因表达的哪些过程？ 最主要在哪个过程？
主要发生在转录 水平，转录前、 转录后多水平均 有调控。
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基因表达适应环境的变化
原核生物： 营养状况（nutritional status） 环境因素（environmental factor）
真核生物（尤其是高等真核生物）中， 激素水平（hormone level） 发育阶段（developmental stage）
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1、 RNA polymerase in prokaryotes
βα σ
α β’
Core Enzyme for elongation 依靠静电作用力 非专一性与非特异DNA 结合 半衰期；60’
βα
σ
α β’ cover 60bp
Holo Enzyme for initiation 依靠空间结构 专一性与 特异DNA结合
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原核生物与真核生物基因表达的差异
原核生物： 转录与翻译在同一时空。
转录与翻译相耦联（coupled transcription and translation）。 真核生物：转录产物（primary transcript）只有从核内运转到核外，
才能被核糖体翻译成蛋白质。
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真核基因与原核基因调控区
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）
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)。
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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
原核基因
-35序列
Pribnow box ＋1 （－10）
……… TTGACA ……… TATAAT …… 转录
δ因子 结合区
RNA聚合酶 识别结合区
真核基因
-110
-70~-80
Pribnow box ＋1 （－25）
……… GGGCGG ……… CAAT ……… TATAAT …… 转录
双向定位
● RNA的转录包括promotion, elongation, termination 三过 程
●从启动子（promoter）到终止子（terminator）称为转录单位
（transcriptional unit）
●原核生物中的转录单位多为 polycistron in operon ●真核生物中的转录单位多为monocistron, No operon ●转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值
半衰期；数小时
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separation of the subunits of E. coli RNA polymerase by SDS-PAGE
-10 upstream
+1 start point
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+10 downstream
二、基因的表达
• 基因表达(gene expression) 是指储存遗传信息的基因经 过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。 典型的基因表达是基因经过转录、翻译， 产生有生物活性的蛋白质的过程。 • 基因表达调控（gene regulation或gene control）： 对这个过程的调节就称为。
双向定位
RNA聚合酶 识别结合区
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大肠杆菌乳糖操纵子
Z/Y/A : 结构基因 P(promoter): RNA聚合酶结合部位。 O(operator): 阻遏蛋白的结合部位; 多顺反子mRNA: 当一个mRNA含有编码一个以上蛋白质的编码信息，而且 这些
蛋白质都是以独立的多肽被翻译时，这样的mRNA称之多顺反子mRNA;
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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。
组织特异性(tissue specificity):不同组织细胞中不仅 表达的基因数量不相同，而且基因表达的强度和种类也 各不相同.
阶段特异性(stagespecificity)： 细胞分化发育的不同时期，基因表达的 情况是不相同的.
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基因表达适应环境的变化
1、组成性表达(constitutive expression)：指不大受环境变 动而变化的一类基因表达。
看家基因(housekeeping gene)：在组织细胞中持续表达， 是细胞基本的基因表达。
2、适应性表达(adaptive expression)：指环境的变化容易 使其表达水平变动的一类基因表达。