乳糖操纵子的调控机理

阻遏表达（repression expression）在特定
环境信号刺激下，基因的表达关闭或减弱。
协调表达:在生物体内,各种代谢途径有条不
紊地进行,这是在一定机制控制下,功能相关 的一组基因,协调一致,共同表达。
•基因表达调控的生物学意义 –适应环境、维持生长和增殖 –维持个体发育与分化
•基因表达调控的环节：
影响原核生物转录的因素
1、启动子 2、σ因子的种类与浓度 3、阻遏蛋白 4、正调控蛋白 5、倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达 6、衰减子 7、RNA聚合酶抑制物
1、启动子
促进DNA转录的DNA顺序，是DNA分子上可与RNA pol结 合并使之转录的部位。又称启动基因，但启动子本身不被 转录。 如E.coli启动子全长约40∽60bp，3个功能部位，2个 重要功能： （1）起始部位： 转录合成的第一个互补碱基对，用+1表 示，左为上游，右为下游，用负、正表示，没有O的位置。 （2）结合部位： RNA pol 与启动子结合位置，位于10bp，同源性强，又称TATA box或pribnow盒。 （3）识别部位： 位于-35bp，RNApol识别启动子部位， 保守性极强。
二、转录的调控机制
在大肠杆菌的许多操纵子中，基因的转录不是由单一
因子调控的，而是通过负调控因子和正调控因子进行
复合调控的。比较典型的是一些糖代谢有关的操纵子。
乳糖操纵子调控的机制
阿拉伯糖操纵子的调控机制 色氨酸操纵子的调控机制
操纵子模型的提出
—莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)
获1965年诺贝尔生理学和医学奖
倒位蛋白是一种位点特异性的重组酶。
6、衰减子 衰减子又称为弱化子，位于一些操纵子中第一个结构
基因之前，是一段能减弱转录作用的序列。如色氨酸
操纵子序列内含有一段衰减子序列. 7、RNA聚合酶抑制物 细菌在缺乏氨基酸的环境中，RNA聚合酶活性降低，RNA （rRNA,tRNA）合成减少或停止，这种现象称为严谨反应。 机制：当氨基酸缺乏时，游离核糖体与空载的tRNA增加， 在ATP存在下，产生pppGpp和ppGpp，后者与RNA聚合酶结 合形成复合物，进而使RNA聚合酶构象变化，活性降低。
启动子功能：： （1）决定转录方向及那一条DNA链作模板。（以信息 链的互补链作模板，转录mRNA与信息链一致） （2）决定转录效率。 E.coli启动子，在-35、－10 的两个区序列称为一致性序列。通过比较大量的 E.coli启动子，表明这两个序列中各碱基的出现频率
为-35区：TGACA；-10区：TATAAT。如果某一个启动
1.乳糖操纵子的调控机理（可诱导的操纵子）
（1）人们早在上个世纪初就发现了酵母中酶的诱导现象。即分解 底物的酶只有底物存在时才出现。酶受底物的诱导，这种可诱导现 象在细菌中普遍存在。 在培养基中加入适合底物-乳糖或半乳糖后2~3分钟，β一半乳 糖苷酶可迅速达到5000个酶分子，增加了1000倍，占细菌蛋白总量 的5~10%。 (β一半乳糖苷酶水解乳糖→半乳糖+葡萄糖 2个单糖)。 若撤消底物，该酶合成迅速停止，就象当初迅速合成一样。从 60年代乳糖操纵子模型提出→1966年分离得到该操纵子的阻遏蛋白 →1975年乳糖操纵子的碱基序列已全部测定清楚了。
基因表达及其调控的特点
组成性基因表达（constitutive gene expression）管家基因的表达方式，较
少受环境影响，在个体各生长阶段的几 乎全部组织中持续表达或变化很小。
管家基因（housekeeping gene）在一个
生物个பைடு நூலகம்的几乎所有细胞中持续表达的 基因。
诱导表达（induction expression）有一些基 因表达极易受环境影响，在特定环境信号 刺激下，基因的表达开放或增强。
（2）乳糖操纵子（Lactose operon ，Lac operon） 结构示意图
主要功能 参与碳代谢过程基因的调控 参与多数氮源利用基因的调控 参与分裂间期特异基因表达调控 热体克基因的表达调控 鞭毛趋化相关基因的表达调控 过渡热休克基因的表达调控
3、阻遏蛋白 阻遏蛋白是一类在转录水平对基因表达产生负调控作用
的蛋白质。根据其作用特征可分为负控诱导和负控阻遏
二大类。在负控诱导系统中，阻遏蛋白不与效应物（诱 导物）结合时，结构基因不转录；在负控阻遏系统中， 阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。阻遏蛋白 作用部位是操纵区。
4、正调控蛋白
正调控蛋白结合于特异DNA序列后，具有促进基因的
转录，这种基因表达调控的方式称为正调控。根据正调 控蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使正 调控蛋白处于活性状态；在正控阻遏系统中，效应物分 子的存在使激活蛋白处于非活性状态。
5、倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因表达
子与上述序列越接近，基因的转录效率越强。反之就 弱。
原核生物转录起始区的一致性序列
2、 σ因子的种类与浓度 不同的因子σ可以竞争性的结合RNA聚合酶,环境变化可 产生特定的σ因子，从而打开一套特定的基因。通过对 大肠杆菌基因组序列分析后，发现存在6种σ因子，并 根据其相对分子质量的大小或编码基因进行命名。 σ因子 σ70 σ54 σ38 σ32 σ28 σ24 编码基因 rpoD rpoN rpoH rpoS rpoF rpoE
第四章
基因表达的调控
基因表达调控
基因表达主要包括（基因）转录和（蛋
白质）翻译使信息分子DNA转变成有功能蛋白 质的过程，这一过程在体内受到精密的调控， 以保证功能的有序性。这一调控称为基因表 达的调控，简称基因调控。
基因表达过程分为基因活化、转录、转
录后加工、翻译、翻译后加工等阶段。在上 述各环节都存在基因表达调控的控制点。
–基因活化、转录、转录后加工、翻译、 翻译后加工
第一节
原核生物基因表达调控
一、转录水平的调控是原核生物的主要调控环节
原核生物基因多以操纵子形式存在。操纵子 由调控区和信息区组成。上游调控区包括启 动子与操纵元件二部分。启动子是同RNA聚
合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操
纵元件是特异的阻遏物结合区。