乳糖操纵子

原核生物与真核生物转录及翻译调控的总体特征
• 原核生物-----营养和环境 • 真核生物-----激素水平和发育阶段
7.1.1 原核基因表达调控分类
• 根据调控机制：
负转录调控
正转录调控
调节基因编码阻遏蛋白， 调节基因编码激活蛋白，
阻止结构基因转录。
促进结构基因转录。
负控诱导
负控阻遏
正控诱导
正控阻遏
几个重要概念
结构基因与调节基因 阻遏物、操纵基因与操纵子 正调控与负调控 诱导与阻遏 顺式作用元件与反式作用因子
调节基因
启动子 操纵序列
多个结构基因
终止子
1. 结构基因与调节基因
结构基因（structural gene）
编码各类具有不同结构和功能的蛋白质和 RNA的基因。
• 基因表达=基因转录+翻译 • 基因表达的调控:
生物体随时调整不同基因的表达状态, 以适应环境、维持生长和发育需要。
面对恶劣环境， 适者生存。
基因表达调控的生物学意义
• 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） • 维持个体发育与分化（真核） • 了解生物生长发育规律、形态结构特征和生物学
功能。
调节基因
启动子 操纵序列
多个结构基因
终止子
RNA
Pro
1. 结构基因与调节基因
调节基因（regulator gene） 编码蛋白质或RNA来调节其他基因表达的
基因。
调节基因
启动子 操纵序列
多个结构基因
终止子wk.baidu.com
2. 阻遏物、操纵基因与操纵子
阻遏物（repressor）:阻止基因表达的蛋白质，可与 操纵基因结合来阻止转录或结合RNA来阻止蛋白质 的翻译。
7.1.5 细菌的应急反应
正转录调控分类:
正控诱导
激活蛋白与效应物结合后激活基因 转录
正控阻碍
激活蛋白与效应物结合后阻遏基因 转录
基因 表达 调控 4种 模型
负控诱导 负控阻遏
正控诱导 正控阻遏
7.1.2 原核生物表达调控的主要特点
1、可诱导调节 2、可阻遏调节
可诱导调节
定义：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在 某些物质的诱导下使基因活化。
相同，这类基因被称为组成性表达基因，或被称为 管家基因。
与细胞分化，组织、器官及生物体适应环境所需而 表达的基因，被称为适应性表达基因，或被称为奢 侈基因。
（3）基因的表达调控方式
基因水平的调控 转录水平的调控 转录产物加工的调控 翻译水平的调控以及翻译
后的加工等
转录水平调控 转录后水平调控
的，加入这种调节蛋白质后基因活性就被（关闭/ 开启），为正转录调控。
负转录调控 没有调节蛋白质存在时基因是 开启 的，加入
调节蛋白质后基因表达活性便被 关闭 ，为负转录 调控。
负转录调控分类:
负控诱导
阻遏蛋白阻止基因转录，与效应物 结合后基因表达
负控阻碍
阻遏蛋白无活性，与效应物结合后 阻止基因转录
例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
可阻遏调节
定义：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶 的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的 积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。
例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因
7.1.3 弱化子对基因活性的影响 大肠杆菌的色氨酸操纵子和苯丙氨酸操纵子
具有这种调节方式。
（1）基因表达调控的概念
基因转录及翻译的过程，从DNA到蛋白质或功能 RNA的过程称为基因表达，对这个过程的调节就 称为表达调控。
注意：rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程 也属于基因表达。
（2）基因表达模式
同一细胞内，有的基因表达高，有的表达量低，甚 至不表达。
不同的组织器官，基因表达数目及表达量不同。 同一基因在不同组织器官中表达量也不相同。 仅少部分基因在不同细胞类型及生长发育时期表达
或活化阻抑物来实现基因或操纵子不表达的调 控。
5. 顺式作用元件与反式作用因子
顺式作用元件（cis-acting element）:
指与结构基因串联的特定DNA序列，包括启动子、 增强子、调控序列和可诱导元件等；顺式作用元件要与 反式作用因子相互作用而起作用。
反式作用因子（trans-acting factor）:
第七章 原核基因表达调控
主讲人：徐飞 武汉生物工程学院 生命科学与技术学院
本章内容
原核基因表达调控的总论
乳糖操纵子与负控诱导系统
重点
色氨酸操纵子与负控阻遏系统 重点
其他操纵子
固氮基因调控
转录水平上的其他调控方式
转录后调控
7.1 基因表达调控总论
什么是基因表达与 调控？
指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件 核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质（有时 为RNA）。也称转录因子。
基因表达的调控方式 阻遏
➢负调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 阻遏蛋白(相应蛋白质降低)
促进 ➢正调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达
激活蛋白(相应蛋白质增加)
正转录调控 没有调节蛋白质存在时基因是（关闭/开启）
7.1.4 降解物对基因活性的调节 例如：葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。
葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏 某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。
乳糖操纵子具有这种调节方式。
基本原理
在含葡萄糖和乳糖的培养基上，在葡萄糖没有被 利用完之前，乳糖操纵子就一直被阻遏，乳糖不能被 利用；
直到葡萄糖被利用完后，乳糖操纵子才进行转录， 形成利用乳糖的酶。
负调控（negative control）:调节基因编码阻 抑因子与操纵基因结合来阻止基因的表达。
4. 诱导与阻遏
诱导 (induction)： 通过小分子诱导物参与, 使阻抑物失活或活
化激活剂来实现对基因或操纵子表达的调控 。
阻遏(repression): 通过小分子辅阻遏物参与，使激活剂失活
操纵基因（operator）: DNA上的一个位点，阻遏物 能与之结合抑制相邻启动子起始转录。
操纵子（operon）:细菌基因表达和调控的单位，包 括结构基因和能被调控基因产物识别的 DNA控制元 件。
3. 正调控与负调控
正调控（positive control）: 调节基因编码 的激活因子通过与启动子元件结合来促进基 因的表达。