2020年第七章：原核生物基因表达调控参照模板
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•
基因表达调控主要表现在二个方面
➢ 转录水平上的调控
➢ 转录后水平上的调控
•
转录水平上的调控
➢负转录调控（ negative trnscription regulation) 调节基因的产物是阻遏蛋白
➢正转录调控（positive transcription regulation) 调节基因的产物是激活蛋白
•
（3）δ因子的结合和解离 ➢ δ因子在酶与启动子结合的过程中起重要作用： ① 提高酶辨认启动子的能力； ② 降低酶与DNA的非特异性结合； ③ 促进DNA开链； ④提高RNA链合成起始的速度； ⑤ 阻止酶分子聚合。
•
5、环腺苷酸受体蛋白对转录的调控 ➢ cAMP受体蛋白CRP（ cAMP receptor
•
• 因为葡萄糖是最方便的能源，细菌所需能源可 从葡萄糖得到满足，无需启动其它基因。
•
D、细菌的应急反应
➢ 当细菌生长过程中，氨基酸全面缺乏时，细菌将会 产生应急反应，停止全部基因的表达。
➢ 产生应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷 五磷酸（pppGpp），是由空载的tRNA所引起的 。
•
•
➢ 由于P1ac是弱启动子，单纯因乳糖的存在去阻 遏使1ac操纵子转录开放，还不能使细胞很好利 用乳糖，必须同时有CAP来加强转录活性，细菌 才能合成足够的酶来利用乳糖。
•
➢ 1ac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在，又需要没有 葡萄糖可供利用，通过CAP的正调控作用，细菌才能 充分利用乳糖。
•
1、原核生物基因调控机制的类型
a、代谢产物对基因活性的调节 b、弱化子对基因活性的调节 c、降解物对基因活性的调节 d、细菌的应急反应
•
A、代谢产物对基因活性的调节 ➢诱导调节
是指一些基因在特殊的代谢物或化合物的 作用下，由关---开。
•
诱导调节
•
➢阻遏调节 基因是开启的，但由于一些特殊代谢物 或化合物的积累将其关闭。
• -35区与-10区之间的距离大约是16~19bp，小于 15bp或大于20bp都会降低启动子的活性。
•
-35
17±1
-10
----TTGACA----------------------------TATAA----16 25
•
3、增强子可以提高转录的水平
• 在转录起始点上游约-200bp处的两段72bp长的 重复序列，能增强或促进转录的起始，去除这 两段序列会大大降低转录水平。
•
乳糖存在诱导基因转录
•
乳糖(lac)操纵子的表达调控
1、阻遏蛋白的负性调控
没有乳糖时，1ac操纵子处于阻遏状态。i 基因在自身的 启动子Pi 控制下，产生阻遏蛋白R。R以四聚体形式与 操纵子o结合，阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合。
•
➢ 当有乳糖存在时，乳糖与R结合，使R四聚体解聚成 单体，失去与o的亲和力，与o解离，基因转录开放。
protein ）， cAMP与CRP结合后所形成的复合 物称激活蛋白CAP（ cAMP activated protein ）。
•
➢ 在缺乏葡萄糖时，CAP合成量增加，CAP具有 激活乳糖（Lac）等启动子的功能。一些依赖于 CRP的启动子缺乏一般启动子所具有的典型的35区序列特征（TTGACA）。因此RNA聚合酶 难以与其结合。
第六章：原核生物基因表达调控
一、原核生物基因表达调控总论 二、乳糖操纵子 三、半乳糖操纵子 四、色氨酸操纵子
•
•
一、原核生物基因表达调控总论
原核生物基因调控一般执行如下规律
• 一个体系需要时被打开，不需要时被关闭。 • 基因的开与关是相对的。 • 开-关的活性可以通过转录水平上进行调节。
•
• 原核生物主要受到营养状况和环境因素的影响 • 真核生物主要是受发育阶段和激素水平的影响
•
➢ 空载tRNA会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大 量合成，ppGpp的出现会关闭许多基因， PpGpp与pppGpp的作用能够影响一大批操纵 子，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。
•
2、启动子与转录起始 ➢启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的
亲合力，从而影响基因的表达水平。
•
-10区与-35区的最佳间距
•
阻遏调节
•
B、弱化子对基因活性的影响 弱化子
在操纵区与结构基因之间的一段可以 终止转录 作用的核苷酸序列，称为弱化子。
•
PO
前导区 162 bp
EDCB A
123~150
前导RNA 弱化子 高色氨酸时 低色氨酸时
AUG •
7kb mLeabharlann BaiduNA
C、降解物对基因活性的调节
• 有葡萄糖的存在即使在培养基中加入乳糖、半乳 糖等诱导物，操纵子也不会启动，这种现象称为 葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。
•
•
•
4、RNA聚合酶与启动子的相互作用
（1）启动子区的识别 • RNA聚合酶首先与非特异性结合位点相结合，
形成过渡中间体，这种结合促进了酶向启动子 移动，最终达到特异性结合，也称为扫描式。
•
（2）酶与启动子的结合 ➢ RNA聚合酶与启动子区结合，形成二元复合物，
然后开始合成RNA，形成三元复合物。 二元复合物 = 酶+DNA 三元复合物 = 酶+DNA+RNA
•
•
•
•
2、CAP的正性调控 ➢ cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细菌
利用葡萄糖供给能量时，cAMP含量降低；无 葡萄糖时，cAMP含量升高。
➢ cAMP与CRP结合变为CAP，并以二聚体的方 式与特定的DNA序列结合。
•
cAMP含量与葡萄糖的关系
•
➢ CAP与DNA位点结合后，造成模板DNA发生 大于90度弯曲有利于转录起始。
•
CAP能提高酶与启动子结合常数
➢ CAP起到取代-35区功能的作用。 ➢ CAP还能抑制RNA聚合酶与DNA中其它位点的
结合，从而提高与其特定启动子结合的概率。
•
•
二、乳糖操纵子
➢ 法国Jacob和Monod等人1961年提出(lac operon)学说 。
Jacob
Monod
•
乳糖操纵子的结构
•
负转录调控
• 负控诱导 阻遏蛋白不与效应物 结合时基因不转录。
•
• 负控阻遏 阻遏蛋白与效应物 结合时，基因不转录。
•
正转录调控
• 正控诱导 有效应物时，激活蛋白 处于活性状态基因转录。
•
• 正控阻遏 有效应物时，激活蛋 白处于无活性状态基 因不转录。
•
负控诱导 负控阻遏
正控诱导 正控阻遏
基因表达调控主要表现在二个方面
➢ 转录水平上的调控
➢ 转录后水平上的调控
•
转录水平上的调控
➢负转录调控（ negative trnscription regulation) 调节基因的产物是阻遏蛋白
➢正转录调控（positive transcription regulation) 调节基因的产物是激活蛋白
•
（3）δ因子的结合和解离 ➢ δ因子在酶与启动子结合的过程中起重要作用： ① 提高酶辨认启动子的能力； ② 降低酶与DNA的非特异性结合； ③ 促进DNA开链； ④提高RNA链合成起始的速度； ⑤ 阻止酶分子聚合。
•
5、环腺苷酸受体蛋白对转录的调控 ➢ cAMP受体蛋白CRP（ cAMP receptor
•
• 因为葡萄糖是最方便的能源，细菌所需能源可 从葡萄糖得到满足，无需启动其它基因。
•
D、细菌的应急反应
➢ 当细菌生长过程中，氨基酸全面缺乏时，细菌将会 产生应急反应，停止全部基因的表达。
➢ 产生应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷 五磷酸（pppGpp），是由空载的tRNA所引起的 。
•
•
➢ 由于P1ac是弱启动子，单纯因乳糖的存在去阻 遏使1ac操纵子转录开放，还不能使细胞很好利 用乳糖，必须同时有CAP来加强转录活性，细菌 才能合成足够的酶来利用乳糖。
•
➢ 1ac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在，又需要没有 葡萄糖可供利用，通过CAP的正调控作用，细菌才能 充分利用乳糖。
•
1、原核生物基因调控机制的类型
a、代谢产物对基因活性的调节 b、弱化子对基因活性的调节 c、降解物对基因活性的调节 d、细菌的应急反应
•
A、代谢产物对基因活性的调节 ➢诱导调节
是指一些基因在特殊的代谢物或化合物的 作用下，由关---开。
•
诱导调节
•
➢阻遏调节 基因是开启的，但由于一些特殊代谢物 或化合物的积累将其关闭。
• -35区与-10区之间的距离大约是16~19bp，小于 15bp或大于20bp都会降低启动子的活性。
•
-35
17±1
-10
----TTGACA----------------------------TATAA----16 25
•
3、增强子可以提高转录的水平
• 在转录起始点上游约-200bp处的两段72bp长的 重复序列，能增强或促进转录的起始，去除这 两段序列会大大降低转录水平。
•
乳糖存在诱导基因转录
•
乳糖(lac)操纵子的表达调控
1、阻遏蛋白的负性调控
没有乳糖时，1ac操纵子处于阻遏状态。i 基因在自身的 启动子Pi 控制下，产生阻遏蛋白R。R以四聚体形式与 操纵子o结合，阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合。
•
➢ 当有乳糖存在时，乳糖与R结合，使R四聚体解聚成 单体，失去与o的亲和力，与o解离，基因转录开放。
protein ）， cAMP与CRP结合后所形成的复合 物称激活蛋白CAP（ cAMP activated protein ）。
•
➢ 在缺乏葡萄糖时，CAP合成量增加，CAP具有 激活乳糖（Lac）等启动子的功能。一些依赖于 CRP的启动子缺乏一般启动子所具有的典型的35区序列特征（TTGACA）。因此RNA聚合酶 难以与其结合。
第六章：原核生物基因表达调控
一、原核生物基因表达调控总论 二、乳糖操纵子 三、半乳糖操纵子 四、色氨酸操纵子
•
•
一、原核生物基因表达调控总论
原核生物基因调控一般执行如下规律
• 一个体系需要时被打开，不需要时被关闭。 • 基因的开与关是相对的。 • 开-关的活性可以通过转录水平上进行调节。
•
• 原核生物主要受到营养状况和环境因素的影响 • 真核生物主要是受发育阶段和激素水平的影响
•
➢ 空载tRNA会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大 量合成，ppGpp的出现会关闭许多基因， PpGpp与pppGpp的作用能够影响一大批操纵 子，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。
•
2、启动子与转录起始 ➢启动子的结构影响了它与RNA聚合酶的
亲合力，从而影响基因的表达水平。
•
-10区与-35区的最佳间距
•
阻遏调节
•
B、弱化子对基因活性的影响 弱化子
在操纵区与结构基因之间的一段可以 终止转录 作用的核苷酸序列，称为弱化子。
•
PO
前导区 162 bp
EDCB A
123~150
前导RNA 弱化子 高色氨酸时 低色氨酸时
AUG •
7kb mLeabharlann BaiduNA
C、降解物对基因活性的调节
• 有葡萄糖的存在即使在培养基中加入乳糖、半乳 糖等诱导物，操纵子也不会启动，这种现象称为 葡萄糖效应或称为降解物抑制作用。
•
•
•
4、RNA聚合酶与启动子的相互作用
（1）启动子区的识别 • RNA聚合酶首先与非特异性结合位点相结合，
形成过渡中间体，这种结合促进了酶向启动子 移动，最终达到特异性结合，也称为扫描式。
•
（2）酶与启动子的结合 ➢ RNA聚合酶与启动子区结合，形成二元复合物，
然后开始合成RNA，形成三元复合物。 二元复合物 = 酶+DNA 三元复合物 = 酶+DNA+RNA
•
•
•
•
2、CAP的正性调控 ➢ cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细菌
利用葡萄糖供给能量时，cAMP含量降低；无 葡萄糖时，cAMP含量升高。
➢ cAMP与CRP结合变为CAP，并以二聚体的方 式与特定的DNA序列结合。
•
cAMP含量与葡萄糖的关系
•
➢ CAP与DNA位点结合后，造成模板DNA发生 大于90度弯曲有利于转录起始。
•
CAP能提高酶与启动子结合常数
➢ CAP起到取代-35区功能的作用。 ➢ CAP还能抑制RNA聚合酶与DNA中其它位点的
结合，从而提高与其特定启动子结合的概率。
•
•
二、乳糖操纵子
➢ 法国Jacob和Monod等人1961年提出(lac operon)学说 。
Jacob
Monod
•
乳糖操纵子的结构
•
负转录调控
• 负控诱导 阻遏蛋白不与效应物 结合时基因不转录。
•
• 负控阻遏 阻遏蛋白与效应物 结合时，基因不转录。
•
正转录调控
• 正控诱导 有效应物时，激活蛋白 处于活性状态基因转录。
•
• 正控阻遏 有效应物时，激活蛋 白处于无活性状态基 因不转录。
•
负控诱导 负控阻遏
正控诱导 正控阻遏