第五章 原核生物基因表达调控教学文案

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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
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二、原核基因调节的主要特点
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
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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。
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。
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。
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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);
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)
第五章 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
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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。
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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；
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色氨酸含量和核糖体位置对弱化子结构的影响
当色氨酸充足时，前导序 列的合成正常进行，核糖 体占据 1 区和部分2 区， 2、3 不能有效配对； 3、4 配对形成终止子的 发卡结构，转录终止。
Trp+ 转录终止
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当缺乏色氨酸时， 翻译 在双色氨酸密码子处中 止；核糖体仅占据 1 区， 2、3 区配对； 3、4 区不能形成发卡结 构，转录继续。
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
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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；
无诱导物时， 基因关闭
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诱导物开启 基因
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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。
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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)
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一、原核基因调控机制的类型与特点
激活 空载的 tRNA
焦磷酸转移酶
鸟苷四磷酸 ppGpp 鸟苷五磷酸 pppGpp
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关闭一些基因 打开一些基因
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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
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
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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）。
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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
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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
阻遏蛋白基因（I）属于组成型合成的。因此， lac操纵子通常是处于关闭状态的。
Trp- 转录继续
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前导区的转录
无色氨酸时，转 录可持续进行
有色氨酸存在时， 转录在弱化子区域
终止
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3、降解物对基因活性的调节
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
代谢物激活蛋白
糖、半乳糖等糖类mRNA转录
所必需的。
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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：
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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。
trp 操纵子mRNA 前导序列结构
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调节机理：
细胞中某一氨基酸的浓度发生改变
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