第九章微生物与基因工程上

负调控
Lac O
诱
正调控 A ra O
导 阻遏物 阻遏
阻
第九章微生物与基因工程上
诱导物 诱导
失活的阻遏物
失活的活性蛋白 阻遏
活化的激活蛋白 诱导物
诱导
Trp O
遏 失活的活性蛋白
诱导
辅 -阻 遏 物 阻遏
活化的激活蛋白 诱导
辅 -阻 遏 物 阻遏
失活的活性蛋白
图 1 6 -1 原 核 生 物 结 构 基 因 的 4 种 表 达 调 控 类 型 (仿 B .L ew in :《 G E N E S 》 Ⅵ ,1 9 9 7 , F ig .1 2 .2 1 )
第九章 微生物基因表达调控
主要内容：
第九章微生物与基因工程上
9.1 概 述 9.2 转录水平调控 9.3 转录后调控
9.1 概 述
➢微生物新陈代第谢九章过微生物程与基中因工，程上酶是主要的基因
产物；
➢微生物在代谢过程中，已经形成了两种主
要的代谢调节方式，即酶活性的调节和酶 量的调节。
➢ 酶活性的调节：具体指一定数量的酶通过其分子构 象或分子结构的改第变九章来微生调物与节基因其工程催上 化反应的速率，主 要是生化水平的调节（第五章）。
基因:Z、Y和A。这三个结构基因被同一个转录单元 lacZYA所编码，它有一个启动子Plac。
➢乳糖操纵子的这三个结构蛋白是作为一个多顺反子
的mRNA一起表达的。
第九章微生物与基因工程上
➢lacZYA转录单元含有一个操纵区Olac，它位于
Plac启动子5’端的-5至+21之间。当阻遏蛋白结合
到操纵区时，便成为转录的强抑制物。
regulation);
9.2 转录水平调控Байду номын сангаас
➢ 操纵子：原核生物第细九胞章微中生物,功与基能因工相程关上 的基因组成操纵子结 构,由操纵区与一个或几个结构基因联合起来,形成一个结 构上、功能上协同作用的整体,受统一调节基因和启动区 的调控。
➢ 调节基因：可产生阻遏物或激活物蛋白调节操纵区，从 而控制结构基因的功能。
二、操纵子的转录调控
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原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根 据调控机制的不同可分为负转录调控(negative transcription regulation)和正转录调控(Positive transcription regulation)。
负转录调控系统
➢在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白
阻遏蛋白
➢操纵序列存在反向第重九章复微生对物与称基因，工程正上 好与由四个相同亚
(repressor)－－阻第止九章结微生构物与基基因因工程转上 录。其作用部位是 操纵区。它与操纵区结合，转录受阻。
➢负控诱导系统－－诱导物不存在时，阻遏蛋白与操
纵区相结合，结构基因不转录；诱导物存在时，阻 遏蛋白与诱导物相结合，阻遏蛋白与操纵区分离， 结构基因转录。
➢负控阻遏系统－－当阻遏蛋白与效应物结合时，结
➢ 酶量的调节包含： ➢ 1、基因（酶的基因）被转录成多少mRNA的转录水
平的调节。 ➢ 2、转录后mRNA转译出多少蛋白（酶）的过程。
基因表达调控
基因表达调控在两个第九水章微平生物上与基体因工现程上： (1) 转录水平上的调控(transcriptional
regulation); (2) 转录后水平上的调控(post-transcriptional
操纵子的转录调控实例
㈠、乳糖操纵子--第-九-章-负微生物控与基诱因工导程上系统; ㈡、色氨酸操纵子----负控阻遏系统
㈠、乳糖操纵子
➢大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳 第九章微生物与基因工程上 源的酶只有当乳糖成为惟一的碳源时才会被合成。
➢大肠杆菌乳糖操纵子(lactose operon)包括3个结构
构基因不转录。
正转录调控系统
➢ 在正转录调控系统第九中章微，生物调与基节因工基程上因的产物是激活蛋白 (activator)，激活蛋白结合后， RNA聚合酶与 DNA的启动子结合，转录才会进行。
➢ 在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于 活性状态，转录进行。
➢ 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，转录不进行。
实例：大肠杆菌的Lac、Trp阻遏蛋白。
（2）锌指（zinc finger）多见于真核 第九章微生物与基因工程上
特点: Zn2+连结四个氨基酸（2个组氨酸，2个半胱氨酸） 形成α－helix（螺旋）形式的“指”，在大沟中与 DNA相互作 用。 一般多个锌指串联排列， 但不一定每个都接触DNA，其氮端形 成反向β折 叠，碳端形成α－helix，与DNA大沟特异性接触。
➢阻遏蛋白被一个独立的调节基因lac I所编码，lac I
也是乳糖操纵子的一部分; lac I位于Plac的上游。
乳糖操纵子的编码产物
▪ lacZ编码β-半乳糖苷酶，它可以将乳糖水解为半乳糖
和葡萄糖。
第九章微生物与基因工程上
▪ lacY编码半乳糖苷透性酶，它能将乳糖运送透过细菌
的细胞壁。
▪ lacA编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶。
（3）亮氨酸拉扣（leucine zipper） ➢ 多肽链上每隔7个氨基第九酸章微有生一物与个基因亮工氨程上酸残基，这些残基形成了
一种二聚体化基序。亮氨酸拉扣不与DNA相互作用，只是保 持另外2 个α螺旋与DNA结合，稳定其空间构象。 ➢ 三种蛋白的共同特点：以α螺旋作为与DNA识别（作用）的 部位。
DNA结合蛋白的模体（motif）
（1）螺旋－转角－第螺九章旋微（生物h与e基li因x工-t程u上rn-helix，HTH） HTH的一端是由氨基酸形成的α－螺旋，又称为识别螺旋； “转角”由3个氨基酸组成；第二个螺旋以疏水相互作用稳定 第一个螺旋。 结合蛋白与DNA作用力：氢键、范德华力等非共价作用。
一、DNA结合蛋白
（1）非专一性结合蛋白:组蛋白与DNA结合，结果有时影响基
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因表达。 （2）专一性结合蛋白: 有很多蛋白质可与DNA发生序列特异性
相互作用，这些蛋白质分子的氨基酸侧链通过与DNA的碱 基磷酸或戊糖分子发生作用； ➢ 结合部位往往在DNA大沟中，每条多肽链与一条DNA链结 合。 ➢ 与DNA发生特异性相互作用的蛋白质一般是有两条相同的 多肽链组成的二聚体。