第七原核基因表达调控PPT课件

• 温度较高,诱导产生各种热休克蛋白 由σ32参与构成的RNA聚合酶与热休克应答基 因启动子结合,诱导产生大量的热休克蛋白, 适应环境需要
• 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）
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第二节 原核基因调控机制
内容提要： • 原核基因表达调控环节 • 操纵子学说 • 原核基因调控机制的类型与特点 • 转录水平上调控的其他形式
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一、基因表达调控环节
1、转录水平上的调控
（transcriptional regulation）
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达
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二、基因表达的方式
永久型性表达(constitutive expression) 适应型表达(adaptive expression）
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1、永久型表达：
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达， 通常被称为管家基因(housekeeping gene)。
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
正转录调控
• 如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加
入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的
调控正转录调控。
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调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
负转录调控
在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种
调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控
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负转录调控。
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2、根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答， 可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：
• 可诱导调节（P235）：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。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
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酶合成的诱导操纵子模型
结合时，结构基因转录； • 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）
结合时，结构基因不转录。
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负转录调控系统
负控诱导
负控阻遏
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4、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋 白（activator）。 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏
• 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在 使激活蛋白处于活性状态；
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使
阻遏蛋白
mRNA
细菌产生酶来分解它，
这种物质就是诱导物。
诱导物
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酶蛋白
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• 可阻遏调节（P235）：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
σ因子 σ70
σ54 σ38 σ32 σ28 σ24
编码基因
rpoD
rpoN rpoH rpoS rpoF rpoE
主要功能 参与对数生长期和大多数碳代谢过程
基因的调控 参与多数氮源利用基因的调控
分裂间期特异基因的表达调控 热休克基因的表达调控
鞭毛趋化相关基因的表达调控 过度热休克基因的表达调控
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三、基因表达的规律 ——时间性和空间性
1、时间特异性（temporal specificity）
按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
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2、空间特异性(spatial specificity)
• 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存 在使激活蛋白处于非活性状态。
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正转录调控系统
正控诱导
正控阻遏
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四、转录水平上调控的其他形式
1、σ因子的更换
在E.coli中,当细胞从基本的转录机制转入各种特
定基因表达时，需要不同的因子指导RNA聚合酶与 各种启动子结合。
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大肠杆菌中的各种σ因子比较
2、转录后水平上的调控
（post-transcriptional regulation）
① mRNA加工成熟水平上的调控 ② 翻译水平上的调控
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二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
Jacob and Monod
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Contents
1. 基因表达调控的基本概念 2. 原核基因调控机制 3. 乳糖操纵子 4. 色氨酸操纵子 5. 其他操纵子 6. 转录后水平上的调控
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第一节 基因表达调控的基本概念
一、基因表达的概念 gene expression ：基因转录及翻译的过程。 对这个过程的调节就称为gene regulation 。
2、操纵子的定义
操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵 基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组 成。操纵基因受调节基因产物的控制。
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三、原核基因调控机制的类型与特点
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
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调节基因
操纵基因
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酶合成的阻遏操纵子模型
调节基因
结构基因 操纵基因
调节基因 操纵基因 结构基因
mRNA 酶蛋白
辅阻遏物
辅阻遏物 如果某种物质能够阻止细菌产生合成这 种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。
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3、在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白
（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。
根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏： • 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）
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2、适应性表达
指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 • 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导
(induction)，这类基因被称为可诱导的基因(inducible gene)； • 相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称 为阻遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因 (repressible gene)。
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性。
基因表达伴随空间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
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四、基因表达调控的生物学意义