第七章原核基因表达调控6
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三、与基因表达调控相关的名词
1.看家基因（Housekeeping genes）: 呈组 成型表达 ,使细胞复制和生长所必需的基本 过程能够正常进行。 2.诱导性基因（Inducible genes）: 在诱导 因子或细胞因子的诱导下才活化表达的基因。
3. 顺式作用元件和反式作用因子
Cis-acting element：是指具有调节功能的特定
DNA序列或影响自身基因表达活性的DNA序列，在
基因的同一条DNA分子上；如启动子。
Trans-acting factor （转录因子TF）：由调节基因
编码，调节基因是一种特殊的结构基因，其编码产物
（RNA或蛋白质）可以扩散，控制其他基因的表达。
基因表达的调节控制基本上是反式作用因子与顺式作用
元件的相互作用。反式作用因子只识别DNA上非常短的一段
序列（顺式元件）。
Regulator
RNA polymarase
Trans-acting factor
Cis-element
•反式作用因子（转录因子）含有两种不同的结构域：
a、DNA结合结构域（domaim ） （1）、螺旋-反转-螺旋（Helix-turn-helix） （2）、锌指（Znic finger） （3）、Basic domains (Helix-loop-helix, and leucine zipper). 基域通常以二聚体形式结合于
DNA上.
b、转录激活结构域（功能域） （1）、酸性激活域 （2）、谷酰胺丰富域 （3）、脯氨酸丰富域
阻遏域（repressor domain）：专一性的直接阻遏的结构域
三种DNA结合结构域模式：
Zinc-finger蛋白结构特征
Zinc-finger蛋白结构特征
HLH的结构特征
HLH结构特征
Lwucine-zipper结构特征
Leucine-zipper 的结构特征
转录激活结构域主要有如下三个特征：
（1）、酸性激活域 （2）、谷酰胺丰富域 （3）、脯氨酸丰富域 阻遏域（repressor domain） 是专一性的直接阻遏的结构域，也是一种功能结构 域。
原核生物的基因往往成套的诱导表达
4.操纵子（Operon）: 是原核生物基因表
达和调控的基本单元，一个典型的操纵子包 括:
1. 结构基因：是指参与特异性生物合成途 径酶的基因，这些基因共同被调控。
2. 控制元件：如操纵基因 3. 调节基因：其产物识别控制元件
可以是另一个操纵子所编码的基因
第二节 操纵子调控
一、 The Lac Operon （乳糖操纵子） 二、 The Trp Operon （色氨酸操纵子）
三、 其他操纵子调节
一、乳糖操纵子
(The lactose Operon， Lac)
E. coli 能够利用乳糖作为碳源.
乳糖作为碳源起作用所需要的酶只有 在乳糖作为唯一碳源时才能合成。
一个乳糖操纵子由三个结构基因组成
编码 β-半乳
lacZ
糖苷酶, 用于 裂解乳糖产生
lacY
半乳糖和葡萄
糖
Control elements
Regulatory Gene
编码半乳糖
苷透过酶用 lacA
于乳糖透过 细胞壁
编码硫代半
乳糖苷转乙
酰酶，用于 乳糖代谢
Operon
i
po
z
y
-5 +21
repressor
β-Galactosidase
Permease
a
DNA
m-RNA Protein Transacetylase
Lac repressor 阻遏物
转录阻滞
lac 操纵子
诱导剂 (Lactose)
活化 Plac 转录
高水平转录
CRP + cAMP (glucose repressed)
Lac repressor
-5
+21
Plac
Lac 阻遏物由 LacI编码, 其活化形式是由相同的亚
单位构成的四聚体. 其占据操纵子结合位点 （Olac , 28bp) ，在缺乏诱导物（如乳糖）的情况下，几乎阻
止整个lacZYA的转录
RNA 聚合酶和阻遏物能够同时结合到
lac 启动子和操纵基因（ operator）上， lac 阻遏物增加了RNA聚合酶对 lac 的
结合能力，约为2倍以上。这样RNA聚合 酶紧密结合 Plac ，但由于有阻遏物的结 合并不引起转录的进行。
诱导物缺乏时 : 阻遏物阻
止lac转录，但此时有
lacZYA 的低水平转录.
Absence of lactose
i po
z
y
a
Active
No lac mRNA
当乳糖存在时 , 基础转录
水平的透过酶（ permease）
Presence of lactose
允许乳糖被吸收 , 而且β-
半乳糖苷酶催化乳糖分解
i po
z
y
a
成半乳糖.
异乳糖（Allolactose）作 为诱导物, 结合到 lac 阻 遏物上并使其灭活.
Inactive -GalactosidasePermease Transacetylase
Allolactose (异乳糖) 能引起阻遏物四聚体形成 中发生变化 ，降低其对乳糖操纵基因的亲和性，
从而使四聚体从lac 操纵基因上被移除，并使聚 合酶迅速开始 lacZYA的转录.
Lactose/allolactose （乳糖/异乳糖）是
Lac 发生转录释放RNA的一个天然诱导 剂。IPTG (isopropyl--D-thiogalacto-
pyranoside异丙基硫代半乳糖苷), 是一 个合成的诱导剂, 能迅速刺激 lac 操纵 子结构基因的转录. IPTG 被用于许
多含有lac启动子的载体中诱导克隆基
因的表达, 如 pUC18.
Ampr
Lac promoter
MCS (Multiple cloning sites, 多克隆位点） Gene X
pUC18
lacZ’
(3 kb)
ori
No IPTG, little protein X With IPTG, a lot of protein X
Back
诱导: cAMP receptor protein (CRP)（cAMP
acceptor protein or catabolite activator
protein, CAP）
The Plac 不是强启动子
列Pla和c
不含有 –35 序 –10 保守序列.
1.看家基因（Housekeeping genes）: 呈组 成型表达 ,使细胞复制和生长所必需的基本 过程能够正常进行。 2.诱导性基因（Inducible genes）: 在诱导 因子或细胞因子的诱导下才活化表达的基因。
3. 顺式作用元件和反式作用因子
Cis-acting element：是指具有调节功能的特定
DNA序列或影响自身基因表达活性的DNA序列，在
基因的同一条DNA分子上；如启动子。
Trans-acting factor （转录因子TF）：由调节基因
编码，调节基因是一种特殊的结构基因，其编码产物
（RNA或蛋白质）可以扩散，控制其他基因的表达。
基因表达的调节控制基本上是反式作用因子与顺式作用
元件的相互作用。反式作用因子只识别DNA上非常短的一段
序列（顺式元件）。
Regulator
RNA polymarase
Trans-acting factor
Cis-element
•反式作用因子（转录因子）含有两种不同的结构域：
a、DNA结合结构域（domaim ） （1）、螺旋-反转-螺旋（Helix-turn-helix） （2）、锌指（Znic finger） （3）、Basic domains (Helix-loop-helix, and leucine zipper). 基域通常以二聚体形式结合于
DNA上.
b、转录激活结构域（功能域） （1）、酸性激活域 （2）、谷酰胺丰富域 （3）、脯氨酸丰富域
阻遏域（repressor domain）：专一性的直接阻遏的结构域
三种DNA结合结构域模式：
Zinc-finger蛋白结构特征
Zinc-finger蛋白结构特征
HLH的结构特征
HLH结构特征
Lwucine-zipper结构特征
Leucine-zipper 的结构特征
转录激活结构域主要有如下三个特征：
（1）、酸性激活域 （2）、谷酰胺丰富域 （3）、脯氨酸丰富域 阻遏域（repressor domain） 是专一性的直接阻遏的结构域，也是一种功能结构 域。
原核生物的基因往往成套的诱导表达
4.操纵子（Operon）: 是原核生物基因表
达和调控的基本单元，一个典型的操纵子包 括:
1. 结构基因：是指参与特异性生物合成途 径酶的基因，这些基因共同被调控。
2. 控制元件：如操纵基因 3. 调节基因：其产物识别控制元件
可以是另一个操纵子所编码的基因
第二节 操纵子调控
一、 The Lac Operon （乳糖操纵子） 二、 The Trp Operon （色氨酸操纵子）
三、 其他操纵子调节
一、乳糖操纵子
(The lactose Operon， Lac)
E. coli 能够利用乳糖作为碳源.
乳糖作为碳源起作用所需要的酶只有 在乳糖作为唯一碳源时才能合成。
一个乳糖操纵子由三个结构基因组成
编码 β-半乳
lacZ
糖苷酶, 用于 裂解乳糖产生
lacY
半乳糖和葡萄
糖
Control elements
Regulatory Gene
编码半乳糖
苷透过酶用 lacA
于乳糖透过 细胞壁
编码硫代半
乳糖苷转乙
酰酶，用于 乳糖代谢
Operon
i
po
z
y
-5 +21
repressor
β-Galactosidase
Permease
a
DNA
m-RNA Protein Transacetylase
Lac repressor 阻遏物
转录阻滞
lac 操纵子
诱导剂 (Lactose)
活化 Plac 转录
高水平转录
CRP + cAMP (glucose repressed)
Lac repressor
-5
+21
Plac
Lac 阻遏物由 LacI编码, 其活化形式是由相同的亚
单位构成的四聚体. 其占据操纵子结合位点 （Olac , 28bp) ，在缺乏诱导物（如乳糖）的情况下，几乎阻
止整个lacZYA的转录
RNA 聚合酶和阻遏物能够同时结合到
lac 启动子和操纵基因（ operator）上， lac 阻遏物增加了RNA聚合酶对 lac 的
结合能力，约为2倍以上。这样RNA聚合 酶紧密结合 Plac ，但由于有阻遏物的结 合并不引起转录的进行。
诱导物缺乏时 : 阻遏物阻
止lac转录，但此时有
lacZYA 的低水平转录.
Absence of lactose
i po
z
y
a
Active
No lac mRNA
当乳糖存在时 , 基础转录
水平的透过酶（ permease）
Presence of lactose
允许乳糖被吸收 , 而且β-
半乳糖苷酶催化乳糖分解
i po
z
y
a
成半乳糖.
异乳糖（Allolactose）作 为诱导物, 结合到 lac 阻 遏物上并使其灭活.
Inactive -GalactosidasePermease Transacetylase
Allolactose (异乳糖) 能引起阻遏物四聚体形成 中发生变化 ，降低其对乳糖操纵基因的亲和性，
从而使四聚体从lac 操纵基因上被移除，并使聚 合酶迅速开始 lacZYA的转录.
Lactose/allolactose （乳糖/异乳糖）是
Lac 发生转录释放RNA的一个天然诱导 剂。IPTG (isopropyl--D-thiogalacto-
pyranoside异丙基硫代半乳糖苷), 是一 个合成的诱导剂, 能迅速刺激 lac 操纵 子结构基因的转录. IPTG 被用于许
多含有lac启动子的载体中诱导克隆基
因的表达, 如 pUC18.
Ampr
Lac promoter
MCS (Multiple cloning sites, 多克隆位点） Gene X
pUC18
lacZ’
(3 kb)
ori
No IPTG, little protein X With IPTG, a lot of protein X
Back
诱导: cAMP receptor protein (CRP)（cAMP
acceptor protein or catabolite activator
protein, CAP）
The Plac 不是强启动子
列Pla和c
不含有 –35 序 –10 保守序列.