乳糖操纵子调控机理

2020/11/3
14
Fra Baidu bibliotek
5、倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达 倒位蛋白是一种位点特异性的重组酶。
2020/11/3
15
6、衰减子
衰减子又称为弱化子，位于一些操纵子中第一个结构 基因之前，是一段能减弱转录作用的序列。如色氨酸 操纵子序列内含有一段衰减子序列.
7、RNA聚合酶抑制物 细菌在缺乏氨基酸的环境中，RNA聚合酶活性降低， RNA（rRNA,tRNA）合成减少或停止，这种现象称为严 谨反应。机制：当氨基酸缺乏时，游离核糖体与空载的 tRNA增加，在ATP存在下，产生pppGpp和ppGpp， 后者与RNA聚合酶结合形成复合物，进而使RNA聚合酶 构象变化，活性降低。
13
4、正调控蛋白
正调控蛋白结合于特异DNA序列后，具有促进基因的 转录，这种基因表达调控的方式称为正调控。根据正调 控蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使正 调控蛋白处于活性状态；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。
2020/11/3
10
原核生物转录起始区的一致性序列
2020/11/3
11
2、 σ因子的种类与浓度
不同的因子σ可以竞争性的结合RNA聚合酶,环境变化 可产生特定的σ因子，从而打开一套特定的基因。通过 对大肠杆菌基因组序列分析后，发现存在6种σ因子， 并根据其相对分子质量的大小或编码基因进行命名。
2020/11/3
2
2020/11/3
3
基因表达及其调控的特点
组成性基因表达（constitutive gene
expression）管家基因的表达方式，较
少受环境影响，在个体各生长阶段的几 乎全部组织中持续表达或变化很小。
管家基因（housekeeping gene）在一个
生物个体的几乎所有细胞中持续表达的 基因。
2020/11/3
4
诱导表达（induction expression）有一些基
因表达极易受环境影响，在特定环境信号 刺激下，基因的表达开放或增强。
阻遏表达（repression expression）在特定
环境信号刺激下，基因的表达关闭或减弱。
协调表达:在生物体内,各种代谢途径有条不
紊地进行,这是在一定机制控制下,功能相关 的一组基因,协调一致,共同表达。
2020/11/3
16
二、转录的调控机制
在大肠杆菌的许多操纵子中，基因的转录不是由单一 因子调控的，而是通过负调控因子和正调控因子进行 复合调控的。比较典型的是一些糖代谢有关的操纵子。
乳糖操纵子调控的机制 阿拉伯糖操纵子的调控机制 色氨酸操纵子的调控机制
2020/11/3
17
操纵子模型的提出
—莫洛(Monod)和雅各布(Jacob) 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
2020/11/3
5
•基因表达调控的生物学意义 –适应环境、维持生长和增殖 –维持个体发育与分化
•基因表达调控的环节：
–基因活化、转录、转录后加工、翻译、 翻译后加工
2020/11/3
6
第一节 原核生物基因表达调控
一、转录水平的调控是原核生物的主要调控环节
原核生物基因多以操纵子形式存在。操纵子 由调控区和信息区组成。上游调控区包括启 动子与操纵元件二部分。启动子是同RNA聚 合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操 纵元件是特异的阻遏物结合区。
2020/11/3
7
影响原核生物转录的因素
1、启动子 2、σ因子的种类与浓度 3、阻遏蛋白 4、正调控蛋白 5、倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达 6、衰减子 7、RNA聚合酶抑制物
2020/11/3
8
1、启动子
促进DNA转录的DNA顺序，是DNA分子上可与RNA pol结合并使之转录的部位。又称启动基因，但启动子本身 不被转录。
乳糖操纵子的调控机理
基因表达调控
基因表达主要包括（基因）转录和（蛋 白质）翻译使信息分子DNA转变成有功能蛋白 质的过程，这一过程在体内受到精密的调控， 以保证功能的有序性。这一调控称为基因表 达的调控，简称基因调控。
基因表达过程分为基因活化、转录、转 录后加工、翻译、翻译后加工等阶段。在上 述各环节都存在基因表达调控的控制点。
12
3、阻遏蛋白
阻遏蛋白是一类在转录水平对基因表达产生负调控作用 的蛋白质。根据其作用特征可分为负控诱导和负控阻遏 二大类。在负控诱导系统中，阻遏蛋白不与效应物（诱 导物）结合时，结构基因不转录；在负控阻遏系统中， 阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。阻遏蛋白 作用部位是操纵区。
2020/11/3
σ因子 σ70 σ54 σ38 σ32 σ28 σ24
编码基因 rpoD rpoN rpoH rpoS rpoF rpoE
主要功能 参与碳代谢过程基因的调控 参与多数氮源利用基因的调控 参与分裂间期特异基因表达调控 热体克基因的表达调控 鞭毛趋化相关基因的表达调控 过渡热休克基因的表达调控
2020/11/3
2020/11/3
18
1.乳糖操纵子的调控机理（可诱导的操纵子）
（1）人们早在上个世纪初就发现了酵母中酶的诱导现象。即分解 底物的酶只有底物存在时才出现。酶受底物的诱导，这种可诱导现 象在细菌中普遍存在。
在培养基中加入适合底物-乳糖或半乳糖后2~3分钟，β一半乳 糖苷酶可迅速达到5000个酶分子，增加了1000倍，占细菌蛋白总量 的5~10%。 (β一半乳糖苷酶水解乳糖→半乳糖+葡萄糖 2个单糖)。
2020/11/3
9
启动子功能：： （1）决定转录方向及那一条DNA链作模板。（以信 息链的互补链作模板，转录mRNA与信息链一致）
（2）决定转录效率。 E.coli启动子，在-35、－10的 两个区序列称为一致性序列。通过比较大量的E.coli启 动子，表明这两个序列中各碱基的出现频率为-35区： TGACA；-10区：TATAAT。如果某一个启动子与上 述序列越接近，基因的转录效率越强。反之就弱。
如E.coli启动子全长约40∽60bp，3个功能部位，2个 重要功能：
（1）起始部位： 转录合成的第一个互补碱基对，用+1表 示，左为上游，右为下游，用负、正表示，没有O的位置。
（2）结合部位： RNA pol 与启动子结合位置，位于10bp，同源性强，又称TATA box或pribnow盒。
（3）识别部位： 位于-35bp，RNApol识别启动子部位， 保守性极强。