分子生物学第七章原核生物基因表达调控优秀课件
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1 、 特殊代谢物对基因活性的调节
可诱导调节：是指一些基因在某些代谢物的诱导 下使其活化，由原来的关闭状态转变为开放状态。
如：大肠杆菌的乳糖操纵子
可阻遏调节：是指一些基因由于某些代谢物的积 累，而使其由原来的开放状态转变为关闭状态。
如：色氨酸操纵子
可诱导的操纵子：是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白 的基因；
基因调控的指挥系统：
原核生物 真核生物
营养水平（nutritional status) 环境因素( environmental factors) 激素水平（hormone level) 发育阶段（developmental stage)
一、原核基因调控机制的类型与特点
根据调控机制的不同： 正转录调控（positive transcription regulation）： 调节基因的产物是激活蛋白（activator），起着提高 结构基因转录水平的作用。
ຫໍສະໝຸດ Baidu调节基因产物
调节基因产物与效应物结合
基因表达
基因不表达
阻遏蛋白
负控诱导系统 负控阻遏系统
激活蛋白
正控诱导系统 正控阻遏系统
σ 因子是参与大肠杆菌基因表达调控最常见 的蛋白质。
6 种σ 因子： σ70、 σ54、 σ38、 σ32、 σ28、 σ24。
除σ54 外，其余5种σ 因子在结构上均具有同源 性，统称为σ70 家族。
阻遏蛋白基因（I）属于组成型的调控，是经常表 达的，因此，lac操纵子通常是处于关闭状态的。
一、酶的诱导 ——
lac 体系受调控的证据
两种含硫的乳糖类似物：
异丙基巯基半乳糖苷
（IPTG）
巯甲基半乳糖苷（TMG）
E. coli 在不含乳糖的培养基生 长时，β-半乳糖苷酶含量极低；
当加入乳糖或半乳糖后，则迅
速升高。
诱导物（inducer）：如果某物质能促使细胞产生 一特定的酶，该物质就叫做诱导物；
辅阻遏物（corepressor）如果某物质能阻止细胞产 生一特定的酶，该物质就叫做辅阻遏物。
安慰诱导物（gratuitous inducers）：可诱导酶的合 成，但不被所诱导的酶降解的物质称为安慰诱导物。
负转录调控（negative transcription regulation）： 调节基因的产物是阻遏蛋白（reppressor），起着 阻止结构基因转录的作用。
根据作用特征：
诱导（induction）：调节因子与效应物结合后，开 启基因的转录活性称为 诱导（induction）；
阻遏（repression）：调节因子与效应物结合后， 关闭基因的转录活性称为 阻遏（repression）。
3、降解物对基因活性的调节P252
葡萄糖效应或降解物抑制作用：细菌培养基中在 葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等 诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现 象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
葡萄糖 抑制 腺苷酸环化酶的活 性
导致 环腺苷酸的合成 减少
环腺苷酸 复合物 复合物结合在启动子区域是乳
2、原核基因调节的主要特点 a 、特殊代谢物对基因表达的调节 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
第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统
阻遏物 β-半乳糖苷酶 透过酶 转乙酰酶
lac 操纵子的结构
阻遏蛋白基因（I）
启动区（P）
操纵区（O） Z
三个结构基因 Y A
CAP-cAMP 结合部位
无诱导物时， 基因关闭
诱导物开启 基因
可阻遏的操纵子：是一些合成各种细胞代谢过程中所 必须的小分子物质。
2、弱化子对基因活性的调节
弱化子(attenuator)：是指起转录终止信号的一段核 苷酸序列。
调节机理：
细胞中某一氨基酸或嘧啶的浓度发生改变
氨酰 – tRNA的浓度变化
核糖体在转录产物RNA上的结合位置不 同，使得RNA形成特定的二级结构 由RNA的二级结构判断基因能否继续转录
σ70 因子识别并结合在所调控基因上游的区域
Startpoint
- 35 TTGACA 16-19 bp
- 10 TATAAT
5-9 bp
σ54 因子识别并结合在所调控基因上游的区域
Startpoint
- 24
- 12
CTGGNA 6-8 bp TTGCA 7 - 9 bp
二、原核基因调节的主要特点
分子生物学第七章原核生物基 因表达调控
第七章 原核基因表达调控模式
蛋白质合成的类型：
永久型：是指蛋白质的合成不受环境变化或代 谢状态的影响，始终维持在恒定水平。 适应型或调节型：是指蛋白质的合成速度明显 地受环境的影响。
第一节 原核生物基因表达调控的概述 第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统 第三节 色氨酸操纵子与负控阻遏系统 第四节 其它操纵子 第五节 转录后的调控
IPTG（异丙基巯基半乳糖苷）是lac 基因的安慰诱
导物。
二、乳糖操纵子的模型及其影响因子 操纵子模型： 一个或几个结构基因与一个调
节基因、一个操纵区组成一个操纵单元。这个单 元称为操纵子（operon）。
基因表达调控主要表现在以下几个方面：
1、转录水平上的调控（transcriptional regulation); P247-248
2、mRNA加工成熟水平上的调控（differential processing of RNA transcription);
3、翻译水平上的调控（differential translation of mRNA)
第一节 原核生物基因表达调控的概述
基因表达（gene expression)：是指DNA分子所承 载的遗传信息，通过密码子 — 反密码子系统，转变 成蛋白质或功能RNA分子的过程，称为基因表达。
基因表达调控（gene regulation or gene control): 是指对基因表达过程的调节。
代谢物激活蛋白
糖、半乳糖等糖类mRNA转录
所必需的。
4、细菌的应急反应
是指细菌在供给物全面匮乏的情况下，难以找 到代用物，所作出的一种反应，帮助细菌渡过难关。
应急反应的机理：
激活 空载的 tRNA
焦磷酸转移酶
鸟苷四磷酸 ppGpp 鸟苷五磷酸 pppGpp
关闭一些基因 打开一些基因
小结
1、原核基因调控机制的类型与特点 正转录调控 负转录调控 诱导 阻遏
可诱导调节：是指一些基因在某些代谢物的诱导 下使其活化，由原来的关闭状态转变为开放状态。
如：大肠杆菌的乳糖操纵子
可阻遏调节：是指一些基因由于某些代谢物的积 累，而使其由原来的开放状态转变为关闭状态。
如：色氨酸操纵子
可诱导的操纵子：是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白 的基因；
基因调控的指挥系统：
原核生物 真核生物
营养水平（nutritional status) 环境因素( environmental factors) 激素水平（hormone level) 发育阶段（developmental stage)
一、原核基因调控机制的类型与特点
根据调控机制的不同： 正转录调控（positive transcription regulation）： 调节基因的产物是激活蛋白（activator），起着提高 结构基因转录水平的作用。
ຫໍສະໝຸດ Baidu调节基因产物
调节基因产物与效应物结合
基因表达
基因不表达
阻遏蛋白
负控诱导系统 负控阻遏系统
激活蛋白
正控诱导系统 正控阻遏系统
σ 因子是参与大肠杆菌基因表达调控最常见 的蛋白质。
6 种σ 因子： σ70、 σ54、 σ38、 σ32、 σ28、 σ24。
除σ54 外，其余5种σ 因子在结构上均具有同源 性，统称为σ70 家族。
阻遏蛋白基因（I）属于组成型的调控，是经常表 达的，因此，lac操纵子通常是处于关闭状态的。
一、酶的诱导 ——
lac 体系受调控的证据
两种含硫的乳糖类似物：
异丙基巯基半乳糖苷
（IPTG）
巯甲基半乳糖苷（TMG）
E. coli 在不含乳糖的培养基生 长时，β-半乳糖苷酶含量极低；
当加入乳糖或半乳糖后，则迅
速升高。
诱导物（inducer）：如果某物质能促使细胞产生 一特定的酶，该物质就叫做诱导物；
辅阻遏物（corepressor）如果某物质能阻止细胞产 生一特定的酶，该物质就叫做辅阻遏物。
安慰诱导物（gratuitous inducers）：可诱导酶的合 成，但不被所诱导的酶降解的物质称为安慰诱导物。
负转录调控（negative transcription regulation）： 调节基因的产物是阻遏蛋白（reppressor），起着 阻止结构基因转录的作用。
根据作用特征：
诱导（induction）：调节因子与效应物结合后，开 启基因的转录活性称为 诱导（induction）；
阻遏（repression）：调节因子与效应物结合后， 关闭基因的转录活性称为 阻遏（repression）。
3、降解物对基因活性的调节P252
葡萄糖效应或降解物抑制作用：细菌培养基中在 葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等 诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现 象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
葡萄糖 抑制 腺苷酸环化酶的活 性
导致 环腺苷酸的合成 减少
环腺苷酸 复合物 复合物结合在启动子区域是乳
2、原核基因调节的主要特点 a 、特殊代谢物对基因表达的调节 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
第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统
阻遏物 β-半乳糖苷酶 透过酶 转乙酰酶
lac 操纵子的结构
阻遏蛋白基因（I）
启动区（P）
操纵区（O） Z
三个结构基因 Y A
CAP-cAMP 结合部位
无诱导物时， 基因关闭
诱导物开启 基因
可阻遏的操纵子：是一些合成各种细胞代谢过程中所 必须的小分子物质。
2、弱化子对基因活性的调节
弱化子(attenuator)：是指起转录终止信号的一段核 苷酸序列。
调节机理：
细胞中某一氨基酸或嘧啶的浓度发生改变
氨酰 – tRNA的浓度变化
核糖体在转录产物RNA上的结合位置不 同，使得RNA形成特定的二级结构 由RNA的二级结构判断基因能否继续转录
σ70 因子识别并结合在所调控基因上游的区域
Startpoint
- 35 TTGACA 16-19 bp
- 10 TATAAT
5-9 bp
σ54 因子识别并结合在所调控基因上游的区域
Startpoint
- 24
- 12
CTGGNA 6-8 bp TTGCA 7 - 9 bp
二、原核基因调节的主要特点
分子生物学第七章原核生物基 因表达调控
第七章 原核基因表达调控模式
蛋白质合成的类型：
永久型：是指蛋白质的合成不受环境变化或代 谢状态的影响，始终维持在恒定水平。 适应型或调节型：是指蛋白质的合成速度明显 地受环境的影响。
第一节 原核生物基因表达调控的概述 第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统 第三节 色氨酸操纵子与负控阻遏系统 第四节 其它操纵子 第五节 转录后的调控
IPTG（异丙基巯基半乳糖苷）是lac 基因的安慰诱
导物。
二、乳糖操纵子的模型及其影响因子 操纵子模型： 一个或几个结构基因与一个调
节基因、一个操纵区组成一个操纵单元。这个单 元称为操纵子（operon）。
基因表达调控主要表现在以下几个方面：
1、转录水平上的调控（transcriptional regulation); P247-248
2、mRNA加工成熟水平上的调控（differential processing of RNA transcription);
3、翻译水平上的调控（differential translation of mRNA)
第一节 原核生物基因表达调控的概述
基因表达（gene expression)：是指DNA分子所承 载的遗传信息，通过密码子 — 反密码子系统，转变 成蛋白质或功能RNA分子的过程，称为基因表达。
基因表达调控（gene regulation or gene control): 是指对基因表达过程的调节。
代谢物激活蛋白
糖、半乳糖等糖类mRNA转录
所必需的。
4、细菌的应急反应
是指细菌在供给物全面匮乏的情况下，难以找 到代用物，所作出的一种反应，帮助细菌渡过难关。
应急反应的机理：
激活 空载的 tRNA
焦磷酸转移酶
鸟苷四磷酸 ppGpp 鸟苷五磷酸 pppGpp
关闭一些基因 打开一些基因
小结
1、原核基因调控机制的类型与特点 正转录调控 负转录调控 诱导 阻遏