12-第八章 基因表达的调控-1

66
前导RNA的选择性配对
衰减子（终止子）
67
抗终止子
选择性3:4配对和2:3配对
68
衰减子的形成
十四肽
69
抗终止子的形成
九肽 antiterminator
70
衰减子导致转录终止
71
trp 操纵子的诱导阻遏
72
trp 操纵子的衰减子
73
二、翻译水平的调控因素也能控制基因表达
（一）SD序列是影响翻译的重要因素 （二）mRNA的稳定性是调控翻译的方式之一 （三）翻译产物也可以对相应的mRNA翻译进行调控 （四）小分子RNA可以抑制特定mRNA的翻译
沙门氏菌（有鞭毛）
Salmonella typhimurium 存在于哺乳动物肠道, 运动靠 鞭毛旋转 鞭毛蛋白（Flagellin）53kD, 主要抗原, 在两种形式FljB和 FliC之间转换，每1000代转 换一次（细菌表面抗原表达改 变所致） 原因：鞭毛蛋白基因启动子 DNA片段倒位（inversion）
9
（一）多种因素以特定方式影响转录
1. 启动子决定转录的起点、效率和方向 2. σ因子的种类和浓度调节基因表达 3. 阻遏蛋白具有负调控作用 4. 正调控蛋白促进基因转录 5. 倒位蛋白通过DNA重组倒位调节基因表达 6. RNA聚合酶抑制物与RNAP结合并抑制转录 7. 衰减子是一段减弱转录的序列
30
lac 操纵子调控区
CAP结合位点 操纵基因
启动子上游~20bp 和启动子相重叠
31
4.
正调控蛋白促进基因转录
32
lac 操纵子调控区
CAP 结合位点 启动子：RNAP结合位点
操纵基因 阻遏蛋白结合位点
阻遏蛋白结合位点 与启动子相重叠
33
CAP 结合位点
34
cAMP-CAP
35
CAP-cAMP二聚体激活RNAP转录
60
No araC at I2
ara 操纵子
61
3.
色氨酸操纵子存在衰减调控
62
Trp操纵子 trp 操纵子
衰减子
63
trp操纵子
64
trp操纵子的调控区
162 nt
65
前导肽：九肽 或十四肽
前导RNA和前导肽
前导肽：九肽 或十四肽 leader peptide
Trp-Trp
1 3 2
4
缺乏营养（氨基酸）， 空载tRNA结合于核糖体 A位点 应急因子RelA合成 (p)ppGpp (p)ppGpp结合于RNAP β亚基，改变RNAP的构 象，特异结合启动子能 力↓↓ 转录rRNA/tRNA↓↓, 但 其它RNA可能增加
47
7.
衰减子是一段减弱转录的序列
48
Trp操纵子 trp 操纵子
3
原 核 基 因 表 达 ： 转 录 和 翻 译 同 时 进 行
4
min 0
0.5’
1.5’
2.0’
真 核 基 因 表 达 分 为 几 个 阶 段
min
﹤1’ 6’
20’
25’
3.0’ ﹥4h
操纵子
Operon
细菌的基因表达和调控单位， 由结构基因和调控元件组成， 后者被调节基因表达产物所识别。
74
（一）SD序列是影响翻译的重要因素
1. SD序列的顺序及位置影响翻译起始效率 2. mRNA二级结构可以隐蔽SD序列
75
原核生物mRNA翻译起始位点
SD序列
SD序列与AUG的间隔 → 影响翻译效率
76
mRNA二级结构 可以控制翻译起始
77
红霉素：结合于细菌核糖体23S rRNA，抑制翻译 红霉素抗性细菌：其质粒编码红霉素甲基化酶，使细菌核糖体 23S rRNA特定位点A甲基化，阻止红霉素结合 更正：p106第2行“核糖体mRNA” → “核糖体rRNA” 红霉素甲基化酶mRNA：前导序列类似trp操纵子 1、2、3、4区选择性配对 1区编码前导肽
蛋白质 N — Arg – Gly – Tyr –Thr– Phe– Ala– Val– Ser ––C
13
转录过程中DNA链的命名
模板链 负链（-）
非模板链 正链（+） 编码链
14
(+)链DNA核苷酸位置编号
转录 起点
Upstream
downstream
5’
-10 -3 -2 -1 +1 +2 +3 +10
PIN
弱
转座酶
88
小分子RNA调控翻译
89
THE END
90
23
σ因子的种类和功能
24
σ70 识别的启动子
25
σ32控制热休克基因表达
30℃ 42℃ 4～6分钟 σ32：50拷贝/细胞 σ32：17×50拷贝/细胞 原因：rpoH mRNA 翻译↑↑ 结果：热休克基因表达↑↑ 15分钟 σ32：5×50拷贝/细胞 原因：热适应
26
3.
阻遏蛋白具有负调控作用
衰减子
49
一、转录水平的调控是原核生物的主要调控环节
（一）多种因素以特定方式影响转录 （二）不同操纵子的转录具有不同的复合调控机制
50
（二）不同操纵子的转录具有不同复合调控机制
1. 乳糖操纵子由CAP和阻遏蛋白共同调控 2. 阿拉伯糖操纵子受CAP与AraC调控 3. 色氨酸操纵子存在衰减调控
51
第八章
基因表达的调控
基因表达 生物对内、外环境作出的应答 housekeeping gene 管家基因 在生物生命全过程均必需，在所有细胞中表达， 较少受环境影响 组成性表达 诱导表达 阻遏表达 协调表达
1
管家基因 环境信号刺激下基因表达 环境信号刺激下基因抑制 一组相关基因(代谢)协调、共同表达
基因表达调控 控制（时、空）体内各个基因表达
27
可诱导操纵子
诱导物
阻遏蛋白
乳糖
lac 操纵子 ara 操纵子 gal 操纵子
28
阻遏蛋白 inactive
辅阻遏因子 Trp
可阻遏操纵子
trp 操纵子 his 操纵子
repressor
29
lac 操纵子调控区的结合位点
CAP 代谢物基因活化蛋白
catabolite gene activator protein
1.
乳糖操纵子由CAP和阻遏蛋白共同调控
52
lac 操纵子的双重（正、反）调控
+ Glucose cAMP↓ -CAP
53
lac 操纵子的负调控
54
lac 操纵子的调控机制
55
2.
阿拉伯糖操纵子受CAP与AraC调控
56
ara 操纵子的调控
57
ara 操纵子
araI（inducer） arabinose-C protein binding site
43
DNA片段倒位调节鞭毛蛋白基因表达
hin: 重组酶 hix: 重组位点（反 向重复序列） a) 阻遏蛋白FljA 抑制 fliC b) fljB和fljA启动 子倒位，导致 两者不能转录
44
DNA片段倒位调节基因表达
45
6.
RNA聚合酶抑制物与RNAP结合并抑制转录
46
E.coli的应急反应
3’ （+） DNA 更正：p98第6~10行“信息链” → “正链”
15
原核基因启动子
更正：p98第13行“TATA盒” → “-10区”
16
细菌启动子共有序列
17
细菌启动子的共有序列和间隔
18
E.coli RNAP全酶和启动子
19
细菌启动子
20
E.coli 的强启动子：转录效率高
-40~-60 A/T rich
第八章
第一节
基因表达的调控
原核生物基因表达的调控主要在转录和 翻译两个水平
第二节 第三节
真核生物基因表达的调控是多级调控 基因表达的“统一理论”
2
第一节 原核生物基因表达的调控主要在转录和翻译水平 细菌基因表达：受控于外界环境因素 转录单位：操纵子（多顺反子） 1个启动子 → 多个结构基因 转录与翻译相偶联，对环境因素快速应答 mRNA半寿期仅1~3分钟 基因表达调控 转录（主要）；翻译（其次）
36
cAMP的产生
37
细菌葡萄糖代谢造成cAMP水平下降，CAP失活
Glucose
cAMP
38
含有σ54的RNAP转录glnA基因启动子
39
NtrC 的正调节作用
40
5.
倒位蛋白通过DNA重组倒位调节基因表达
41
位点特异的DNA重组
倒位 缺失、插入
recombination sites (red & green) a. Recombination sites w/t opposite orientation result in inversion b. Recombination sites w/t the same orientation produce deletion or insertion 42
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因 更正：p97倒1“操纵元件” → “操纵基因”
7
第一节 原核生物基因表达的调控主要在转录和翻译水平
一．转录水平的调控是原核生物的主要调控环节 二．翻译水平的调控因素也能控制基因表达
8
一、转录水平的调控是原核生物的主要调控环节
（一）多种因素以特定方式影响转录 （二）不同操纵子的转录具有不同的复合调控机制
10
1.
启动子决定转录的起点、效率和方向
11
腺病毒的遗传信息
12
DNA
5’ —CGT GGA TAC ACT T T T GCC GTT TCT— 3’ 3’ —GCA CCT ATG TGA AAA CGG CAA AGA— 5’
非模板链 (+) 模板链 (−)
mRNA 5’ —CGU GGA UAC ACU UUU GCC GUU UCU— 3’
58
C protein dual functions repressor activator conformation changed
ara 操纵子
59
ara 操纵子的调控
araC at I2 mediates activation of RNAP
194bp apart 19 turns ~10.2 bp/ turn
83
反义RNA是(+)DNA链转录产物
84
反义RNA调控E.coli渗透压
mRNA干扰互补RNA micRNA mRNA interfering complementary RNA
85
反义RNA调控E.coli渗透压
86
细菌转座子 Tn10
87
Tn10右侧IS10末端：两个启动子方向相反
POUT 强
21
2. σ因子的种类和浓度调节基因表达
22
σ因子的种类和功能
基因 rpoD rpoH rpoE rpoN fliA 质量 70 kD 32 kD 24 kD 54 kD 28 kD 一般 热休克 热休克 氮代谢 鞭毛 应用 -35区 TTGACA CCCTTGAA （不明） CTGGNA CTAAA 间隔 16-18 bp 13-15 bp （不明） 6 bp 15 bp -10区 TATAAT CCCGATNT （不明） TTGCA GCCGATAA
80
（三）翻译产物也可以对相应的mRNA翻译进行调控
1. 核糖体蛋白控制其mRNA的翻译 2. 翻译终止因子RF2调节自身的翻译
81
核糖体蛋白作为阻遏蛋白控制mRNA的翻译
82
（四）小分子RNA可以抑制特定mRNA的翻译
1. 小分子RNA调整基因表达产物的类型 2. 小分子RNA控制特定基因的低水平表达
5
F. Jacob and J. Monod
1920－
Director Pasteur Institute Paris, 1971~1976.
6
DNA were divided into cis-acting element & DNA encoding trans-acting factors
细菌操纵子
78
红霉素甲基化酶mRNA的翻译调控
前导肽 红霉素甲基化酶
红霉素不存在 翻译前导肽后
3Βιβλιοθήκη Baidu4区配对 核糖体结合位点 处于茎环结构中， 不能结合核糖体
红霉素甲基化酶 mRNA不能翻译
核糖体离开
红霉素存在， 抑制核糖体移动
2、3区配对
核糖体结合位点 结合核糖体
红霉素甲基化酶 mRNA翻译
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（二）mRNA的稳定性是调控翻译的方式之一