基因表达的规律
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蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白
阻遏蛋白
正转录调控
负转录调控
调节基因
•根据操纵子对某些能
调节它们的小分子的应
答，可分为可诱导调节
和可阻遏调节两大类：
阻遏蛋白
•可诱导调节：指一些 基因在特殊的代谢物或 化合物的作用下，由原 来关闭的状态转变为工 作状态，即在某些物质 的诱导下使基因活化
DNA
调控区
结构基因
P OZ YA
操纵序列 启动序列 CAP结合位点
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
DNA
+ + + + 转录
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时 促进转录
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时 不促进转录
协调调节
如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合， 操纵子仍无转录活性。 cAMP—CRP复合物与启动 子区的结合是转录起始所必需的 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作 用
结合时，结构基因不转录。
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白
（activator）。
根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在
使激活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存
在使激活蛋白处于非活性状态。
乳糖操纵子的结构
调节基因
结构基因 操纵基因
mRNA 酶蛋白 调节基因 操纵基因 结构基因
辅阻遏物
在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白
（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。
根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏： • 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）
结合时，结构基因转录； • 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）
• 适应性表达：指环境的变化容易使其表达 水平变动的一类基因表达。
基因表达的规律
时间特异性（temporal specificity）：按功能需要，某 一百度文库定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之 为基因表达的时间特异性。多细胞生物基因表达的时 间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
空间特异性（spatial specificity）：在个体生长全过程， 某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之 为基因表达的空间特异性。基因表达伴随时间顺序所 表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分 布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
• Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 • Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的如乳糖能透过大肠杆菌细胞壁和原
生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷
上，形成乙酰半乳糖。
乳糖操纵子调控模型
？ 负调控诱 导
CAP的正调控
• cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细 菌利用葡萄糖分解供给能量时，cAMP含量 低；相反，当环境中无葡萄糖可供利用时， cAMP含量就升高。cAMP与分解代谢物活 化蛋白（CAP）结合 ，并以二聚体的方式 与特定的DNA序列结合。
调节基因
操纵基因 操纵基因
结构基因 结构基因
•诱导物：如果某种物 质能够促使细菌产生酶 来分解它，这种物质就
是诱导物。
阻遏蛋白
mRNA
诱导物 酶蛋白
• 可阻遏调节：基因平时是 开启的，处在产生蛋白质 或酶的工作过程中，由于 一些特殊代谢物或化合物 的积累而将其关闭，阻遏 了基因的表达。
• 辅阻遏物：能够帮助阻遏 蛋白发生作用的各种生物 合成途径的终产物。如果 某种物质能够阻止细菌产 生合成这种物质的酶，这 种物质就是辅阻遏物。
• 操纵基因（operator， O）: 是调节基因编码蛋白的结 合部位
操纵子
调节基因
启动子 操纵基因 结构基因ZYA
根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： • 正转录调控：在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入调节蛋白
质后基因活性就被开启，这样的调控正转录调控。 • 负转录调控：在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节
操纵子学说
• 结构基因（structure gene）: 编码蛋白质或RNA的基因 • 调节基因（regulator gene，R）: 参与其他基因表达调
控的RNA和蛋白质的编码基因
• 启动子（promoter，P）: 指一段能使基因进行转录的 DNA序列。启动子可以被RNA聚合酶辨认，并开始 转录。
基本概念
基因表达（gene expression） ：通过DNA转录 和翻译而产生其蛋白（或酶)的产物，或转录 后直接生成其RNA产物，这一过程成为基因表 达。对这个过程的调节就称为基因表达调控 （gene regulation）。 基因表达分为组成性表达和适应性表达
• 组成性表达：指不大受环境变动而变化的 一类基因表达。某些基因在一个个体的几 乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家 基因(housekeeping gene)。
?如果环境中有乳糖和葡 萄糖是什么结果
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若
有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先
翻译
肽基转移酶
遇到终止密码子，释放 因子进入A位，多肽从核 糖体上释放出来
基因表达调控
• 基因表达调控主要表现在二个方面 转录水平上的调控 转录后水平上的调控
原核生物的基因表达调控
操纵子学说
操纵子模型于1961年，由Monod 和Jacob提出－获1965年诺贝尔生 理学和医学奖 操纵子：是基因表达的协调单位， 由启动子、操纵基因及其所控制 的一组功能上相关的结构基因所 组成。操纵基因受调节基因产物 的控制。
基因表达调控的生物学意义
• 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） • 维持个体发育与分化（真核）
基因表达
• 从DNA到RNA——转录 • 从RNA到蛋白质——翻译
转录
分为三个阶段： 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination)
• 翻译的起始 • 翻译的延伸 • 翻译的终止
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白
阻遏蛋白
正转录调控
负转录调控
调节基因
•根据操纵子对某些能
调节它们的小分子的应
答，可分为可诱导调节
和可阻遏调节两大类：
阻遏蛋白
•可诱导调节：指一些 基因在特殊的代谢物或 化合物的作用下，由原 来关闭的状态转变为工 作状态，即在某些物质 的诱导下使基因活化
DNA
调控区
结构基因
P OZ YA
操纵序列 启动序列 CAP结合位点
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
DNA
+ + + + 转录
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时 促进转录
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时 不促进转录
协调调节
如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合， 操纵子仍无转录活性。 cAMP—CRP复合物与启动 子区的结合是转录起始所必需的 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作 用
结合时，结构基因不转录。
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白
（activator）。
根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在
使激活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存
在使激活蛋白处于非活性状态。
乳糖操纵子的结构
调节基因
结构基因 操纵基因
mRNA 酶蛋白 调节基因 操纵基因 结构基因
辅阻遏物
在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白
（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。
根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏： • 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物）
结合时，结构基因转录； • 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）
• 适应性表达：指环境的变化容易使其表达 水平变动的一类基因表达。
基因表达的规律
时间特异性（temporal specificity）：按功能需要，某 一百度文库定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之 为基因表达的时间特异性。多细胞生物基因表达的时 间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
空间特异性（spatial specificity）：在个体生长全过程， 某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之 为基因表达的空间特异性。基因表达伴随时间顺序所 表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分 布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
• Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 • Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的如乳糖能透过大肠杆菌细胞壁和原
生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷
上，形成乙酰半乳糖。
乳糖操纵子调控模型
？ 负调控诱 导
CAP的正调控
• cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细 菌利用葡萄糖分解供给能量时，cAMP含量 低；相反，当环境中无葡萄糖可供利用时， cAMP含量就升高。cAMP与分解代谢物活 化蛋白（CAP）结合 ，并以二聚体的方式 与特定的DNA序列结合。
调节基因
操纵基因 操纵基因
结构基因 结构基因
•诱导物：如果某种物 质能够促使细菌产生酶 来分解它，这种物质就
是诱导物。
阻遏蛋白
mRNA
诱导物 酶蛋白
• 可阻遏调节：基因平时是 开启的，处在产生蛋白质 或酶的工作过程中，由于 一些特殊代谢物或化合物 的积累而将其关闭，阻遏 了基因的表达。
• 辅阻遏物：能够帮助阻遏 蛋白发生作用的各种生物 合成途径的终产物。如果 某种物质能够阻止细菌产 生合成这种物质的酶，这 种物质就是辅阻遏物。
• 操纵基因（operator， O）: 是调节基因编码蛋白的结 合部位
操纵子
调节基因
启动子 操纵基因 结构基因ZYA
根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： • 正转录调控：在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入调节蛋白
质后基因活性就被开启，这样的调控正转录调控。 • 负转录调控：在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节
操纵子学说
• 结构基因（structure gene）: 编码蛋白质或RNA的基因 • 调节基因（regulator gene，R）: 参与其他基因表达调
控的RNA和蛋白质的编码基因
• 启动子（promoter，P）: 指一段能使基因进行转录的 DNA序列。启动子可以被RNA聚合酶辨认，并开始 转录。
基本概念
基因表达（gene expression） ：通过DNA转录 和翻译而产生其蛋白（或酶)的产物，或转录 后直接生成其RNA产物，这一过程成为基因表 达。对这个过程的调节就称为基因表达调控 （gene regulation）。 基因表达分为组成性表达和适应性表达
• 组成性表达：指不大受环境变动而变化的 一类基因表达。某些基因在一个个体的几 乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家 基因(housekeeping gene)。
?如果环境中有乳糖和葡 萄糖是什么结果
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若
有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先
翻译
肽基转移酶
遇到终止密码子，释放 因子进入A位，多肽从核 糖体上释放出来
基因表达调控
• 基因表达调控主要表现在二个方面 转录水平上的调控 转录后水平上的调控
原核生物的基因表达调控
操纵子学说
操纵子模型于1961年，由Monod 和Jacob提出－获1965年诺贝尔生 理学和医学奖 操纵子：是基因表达的协调单位， 由启动子、操纵基因及其所控制 的一组功能上相关的结构基因所 组成。操纵基因受调节基因产物 的控制。
基因表达调控的生物学意义
• 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） • 维持个体发育与分化（真核）
基因表达
• 从DNA到RNA——转录 • 从RNA到蛋白质——翻译
转录
分为三个阶段： 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination)
• 翻译的起始 • 翻译的延伸 • 翻译的终止