原核生物的基因表达调控(精)精品PPT课件
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3. Elongation
8
3. Elongation
17bp
12bp
9
Termination (1)不依赖ρ因子的转录终止(Rho-indepent termination)
发夹结构 特点:回文 序列中富 含G.C碱 基对,在回 文序列的 下游方向 又常有6个 －8个A·T 碱基对；
10
11
16
(3) 调(节)控基因: lacI，编码乳糖阻抑物，单体存在时不具 活性，四聚体形式存在时具有活性。
•顺反子（Cistron): 基因的功能单位，一个顺反子就 是一个遗传区段的结构 基因，常作为基因的同义词。 •多顺反子mRNA（Polycistronic mRNA): mRNA分 子的一种，作为两种或更多的多肽链翻译的模板，是 由DNA中的邻近顺反子所限定，如细菌的lacZ，lacY, lacA 基因。
第12章 原核生物的基因表达调控 Section 12 Regulation of gene expression
in Prokaryotes
1
原核生物的基因表达调控概述
➢基因表达(gene expression)就是指某一基因指导下 的蛋白质合成,蛋白质是基因表达的产物。
➢基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制机制， 使细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状 态，并对环境条件的变化做出适当反应的复杂过程。
5
•在论文中他们首先提出了操纵子(operon)和操纵基因 (operator)的概念,他们的操纵子学说(theory of operon) 使我们得以从分子水平认识基因表达的调控,是一个划 时代的突破。 •他们二人于1965年荣获诺贝尔生理学奖。 •目前发现的操纵子主要有：（1）乳糖操纵子 （2） 色氨酸操纵子 （3）阿拉伯糖操纵子（4） 组氨酸操纵 子
2
➢基因表达调控包括：基因水平、转录水平、转录后水 平、翻译水平和翻译后水平的调控。
➢原核基因表达调控的特点与方式 ▪调控主要发生在转录水平，有正负调控两种机制； ▪细胞要调控各种蛋白质在不同时期的表达水平有两条 途径： 1）DNA模板转录的速度（转录水平的调控） 2）mRNA翻译的速度（翻译水平的调控）
17
乳糖操纵子的负调控机制： ➢当有葡萄糖存在时（下图）
√
×
18
➢当只有乳糖存在时（下图）
•诱导物的产生：乳糖
异乳糖（在透过酶和β-半乳糖苷酶的作用下）
异乳糖
19
➢IPTG（isopropyl-β -D thiogalactopyoanoside)诱导物： 同异乳糖
(2) 依赖ρ因子的转录终止 (Rho-depent termination)
ρ结合RNA上72个核甘酸
发夹结构特 点:依赖ρ因 子的终止子 中回文序列 的G-C对含 量较少。在 回文序列下 游方向的序 列没有固定 特征,其A-T 对含量比前 一种终止子
低。
12
• 结构基因：编码大量功能各异的蛋白质的DNA序列。 这些蛋白质包括了细胞和组织器官基本成分的结构 蛋白、有催化活性的酶和各种调节蛋白等。
15
➢顺式作用元件（cis-acting element）： 指对基因表达有调节活性的DNA序列，在基因的同一
条DNA分子上。如启动子、增强子、终止子、操纵基因等。
➢反式作用因子（trans-acting factor)）： 参与基因表达调控的因子, 它们与特异的靶基因的顺式
元件结合起作用。编码反式作用因子的基因与被反式作用 因子调控的靶序列(基因)不在同一染色体上。反式作用因 子有两个重要的功能结构域:DNA结合结构域和转录活化 结构域,它们是其发挥转录调控功能的必需结构。反式作用 因子可被诱导合成, 其活性也受多种因素的调节。如RNA 聚合酶、CRP等。
3
Leabharlann Baidu
4
操纵子学说 Theory of Operon
•操纵子学说是关于原核生物基因结构及其表达调控的学说。 •细菌基因表达调控的许多原理是在研究E.coli乳糖代谢调节时被发现 的。 •1961年法国巴斯德研究院的Francois Jacob与Jacques Monod在法国 科学院院报(Proceeding of the French Academy of Sciences)上发表 了一篇论文,提出乳糖代谢中的两个基因被一靠近它们的遗传因子所调 节。这二个基因编码β半乳糖苷酶(β-galactosidase)和半乳糖苷透过酶 (galactoside penmase)。前者能水解乳糖成为半乳糖和葡萄糖,后者将 乳糖运输到细胞之中。
• 调节基因：编码合成那些参与基因表达调控的RNA 和蛋白质的特异DNA序列。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 关键。
• 调控元件：如操纵序列，是调节结构基因转录的一 段DNA序列。
Control elements
Structural genes 13
The lac operon 乳糖操纵子
6
•操纵子概念:
转录的功能单位，是基因表达和调控的单元。典型的 操纵子包括了结构基因，调控元件以及调控基因。
操纵子模型图
Control elements
Structural genes
7
闭合复合物
开放复合物
三聚复合物 DNA解旋区 (转录泡)
1.Promoter binding
2. DNA Unwinding and initiation
结构与功能 （1）结构基因: lac Z编码β-半乳糖苷酶, 将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖； lacY编码β-半乳糖苷透性酶, 将乳糖从细胞外运进细胞内； lac A编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，催化将乙酰基团从乙 酰辅酶A转移到β-半乳糖苷分子上。
14
(2) 调控元件: Plac启动子、lac操纵基因(其中含有Olac结合 位点) ➢ 操纵基因(oprator)：控制基因，与启动子相邻，与调节基 因的产物结合共同控制结构基因的表达。 ➢ Olac结合位点（操纵序列结合位点）：28bp碱基组成回 文结构，与四聚体的乳糖阻抑（遏）物紧密结合，阻碍lac ZYA的转录。 ➢阻抑（遏）物（repressor）：是负调控系统中由调节基 因(lacI)编码的调节蛋白，可于操纵基因结合，调控结构基 因的转录。
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Termination (1)不依赖ρ因子的转录终止(Rho-indepent termination)
发夹结构 特点:回文 序列中富 含G.C碱 基对,在回 文序列的 下游方向 又常有6个 －8个A·T 碱基对；
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(3) 调(节)控基因: lacI，编码乳糖阻抑物，单体存在时不具 活性，四聚体形式存在时具有活性。
•顺反子（Cistron): 基因的功能单位，一个顺反子就 是一个遗传区段的结构 基因，常作为基因的同义词。 •多顺反子mRNA（Polycistronic mRNA): mRNA分 子的一种，作为两种或更多的多肽链翻译的模板，是 由DNA中的邻近顺反子所限定，如细菌的lacZ，lacY, lacA 基因。
第12章 原核生物的基因表达调控 Section 12 Regulation of gene expression
in Prokaryotes
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原核生物的基因表达调控概述
➢基因表达(gene expression)就是指某一基因指导下 的蛋白质合成,蛋白质是基因表达的产物。
➢基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制机制， 使细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状 态，并对环境条件的变化做出适当反应的复杂过程。
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•在论文中他们首先提出了操纵子(operon)和操纵基因 (operator)的概念,他们的操纵子学说(theory of operon) 使我们得以从分子水平认识基因表达的调控,是一个划 时代的突破。 •他们二人于1965年荣获诺贝尔生理学奖。 •目前发现的操纵子主要有：（1）乳糖操纵子 （2） 色氨酸操纵子 （3）阿拉伯糖操纵子（4） 组氨酸操纵 子
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➢基因表达调控包括：基因水平、转录水平、转录后水 平、翻译水平和翻译后水平的调控。
➢原核基因表达调控的特点与方式 ▪调控主要发生在转录水平，有正负调控两种机制； ▪细胞要调控各种蛋白质在不同时期的表达水平有两条 途径： 1）DNA模板转录的速度（转录水平的调控） 2）mRNA翻译的速度（翻译水平的调控）
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乳糖操纵子的负调控机制： ➢当有葡萄糖存在时（下图）
√
×
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➢当只有乳糖存在时（下图）
•诱导物的产生：乳糖
异乳糖（在透过酶和β-半乳糖苷酶的作用下）
异乳糖
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➢IPTG（isopropyl-β -D thiogalactopyoanoside)诱导物： 同异乳糖
(2) 依赖ρ因子的转录终止 (Rho-depent termination)
ρ结合RNA上72个核甘酸
发夹结构特 点:依赖ρ因 子的终止子 中回文序列 的G-C对含 量较少。在 回文序列下 游方向的序 列没有固定 特征,其A-T 对含量比前 一种终止子
低。
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• 结构基因：编码大量功能各异的蛋白质的DNA序列。 这些蛋白质包括了细胞和组织器官基本成分的结构 蛋白、有催化活性的酶和各种调节蛋白等。
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➢顺式作用元件（cis-acting element）： 指对基因表达有调节活性的DNA序列，在基因的同一
条DNA分子上。如启动子、增强子、终止子、操纵基因等。
➢反式作用因子（trans-acting factor)）： 参与基因表达调控的因子, 它们与特异的靶基因的顺式
元件结合起作用。编码反式作用因子的基因与被反式作用 因子调控的靶序列(基因)不在同一染色体上。反式作用因 子有两个重要的功能结构域:DNA结合结构域和转录活化 结构域,它们是其发挥转录调控功能的必需结构。反式作用 因子可被诱导合成, 其活性也受多种因素的调节。如RNA 聚合酶、CRP等。
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Leabharlann Baidu
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操纵子学说 Theory of Operon
•操纵子学说是关于原核生物基因结构及其表达调控的学说。 •细菌基因表达调控的许多原理是在研究E.coli乳糖代谢调节时被发现 的。 •1961年法国巴斯德研究院的Francois Jacob与Jacques Monod在法国 科学院院报(Proceeding of the French Academy of Sciences)上发表 了一篇论文,提出乳糖代谢中的两个基因被一靠近它们的遗传因子所调 节。这二个基因编码β半乳糖苷酶(β-galactosidase)和半乳糖苷透过酶 (galactoside penmase)。前者能水解乳糖成为半乳糖和葡萄糖,后者将 乳糖运输到细胞之中。
• 调节基因：编码合成那些参与基因表达调控的RNA 和蛋白质的特异DNA序列。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 关键。
• 调控元件：如操纵序列，是调节结构基因转录的一 段DNA序列。
Control elements
Structural genes 13
The lac operon 乳糖操纵子
6
•操纵子概念:
转录的功能单位，是基因表达和调控的单元。典型的 操纵子包括了结构基因，调控元件以及调控基因。
操纵子模型图
Control elements
Structural genes
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闭合复合物
开放复合物
三聚复合物 DNA解旋区 (转录泡)
1.Promoter binding
2. DNA Unwinding and initiation
结构与功能 （1）结构基因: lac Z编码β-半乳糖苷酶, 将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖； lacY编码β-半乳糖苷透性酶, 将乳糖从细胞外运进细胞内； lac A编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，催化将乙酰基团从乙 酰辅酶A转移到β-半乳糖苷分子上。
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(2) 调控元件: Plac启动子、lac操纵基因(其中含有Olac结合 位点) ➢ 操纵基因(oprator)：控制基因，与启动子相邻，与调节基 因的产物结合共同控制结构基因的表达。 ➢ Olac结合位点（操纵序列结合位点）：28bp碱基组成回 文结构，与四聚体的乳糖阻抑（遏）物紧密结合，阻碍lac ZYA的转录。 ➢阻抑（遏）物（repressor）：是负调控系统中由调节基 因(lacI)编码的调节蛋白，可于操纵基因结合，调控结构基 因的转录。