原核生物基因表達(dá)調(diào)控 (3)講稿

1、關(guān)于原核生物基因表達(dá)調(diào)控 (3)第一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/52第一節(jié) 原核生物基因表達(dá)調(diào)控的概述第二節(jié) 乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)第三節(jié) 色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)第四節(jié) 其它操縱子第五節(jié) 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控第二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/53第一節(jié) 原核生物基因表達(dá)調(diào)控的概述基因表達(dá)（gene expression)：是指DNA分子所承載的遺傳信息，通過(guò)密碼子 反密碼子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)或功能RNA分子的過(guò)程，稱為基因表達(dá)?；虮磉_(dá)調(diào)控（gene regulation or gene control): 是指對(duì)基因表達(dá)過(guò)程的調(diào)節(jié)。第三張，PP

2、T共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/54基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptional regulation);2、mRNA加工成熟水平上的調(diào)控（differential processing of RNA transcription);3、翻譯水平上的調(diào)控（differential translation of mRNA)第四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/55基因調(diào)控的指揮系統(tǒng)：原核生物營(yíng)養(yǎng)水平（nutritional status)環(huán)境因素( environmental factors)真核生物激素水平（hormo

3、ne level)發(fā)育階段（developmental stage)第五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/56一、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同： 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控（positive transcription regulation）：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator），起著提高結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的作用。負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控（negative transcription regulation）：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（reppressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。第六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/57根據(jù)作用特征：誘導(dǎo)（induct

4、ion）：調(diào)節(jié)因子與效應(yīng)物結(jié)合后，開(kāi)啟基因的轉(zhuǎn)錄活性稱為 誘導(dǎo)（induction）；阻遏（repression）：調(diào)節(jié)因子與效應(yīng)物結(jié)合后，關(guān)閉基因的轉(zhuǎn)錄活性稱為 阻遏（repression）。第七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/58第八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/59第九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/510調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物 調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與效應(yīng)物結(jié)合 基因表達(dá)基因不表達(dá)阻遏蛋白負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng) 負(fù)控阻遏系統(tǒng) 激活蛋白正控誘導(dǎo)系統(tǒng) 正控阻遏系統(tǒng) 第十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/511 因子是參與大腸桿菌基因

5、表達(dá)調(diào)控最常見(jiàn)的蛋白質(zhì)。6 種 因子： 70、 54、 38、 32、 28、 24。 除54 外，其余5種 因子在結(jié)構(gòu)上均具有同源性，統(tǒng)稱為70 家族。第十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/512TTGACATATAAT- 35- 10Startpoint16-19 bp5-9 bp70 因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的區(qū)域CTGGNATTGCA- 24- 12Startpoint 7 - 9 bp6-8 bp54 因子識(shí)別并結(jié)合在所調(diào)控基因上游的區(qū)域第十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5131 、 特殊代謝物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：是指一些

6、基因在某些代謝物的誘導(dǎo)下使其活化，由原來(lái)的關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放狀態(tài)。如：大腸桿菌的乳糖操縱子可阻遏調(diào)節(jié)：是指一些基因由于某些代謝物的積累，而使其由原來(lái)的開(kāi)放狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)。如：色氨酸操縱子二、原核基因調(diào)節(jié)的主要特點(diǎn)第十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/514無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)，基因關(guān)閉誘導(dǎo)物開(kāi)啟基因可誘導(dǎo)的操縱子：是一些編碼糖和氨基酸分解代謝蛋白的基因；第十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/515可阻遏的操縱子：是一些合成各種細(xì)胞代謝過(guò)程中所必須的小分子物質(zhì)。第十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5162、弱化子對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)弱化子

7、(attenuator)：是指起轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的一段核苷酸序列。trp 操縱子mRNA 前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)第十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/517細(xì)胞中某一氨基酸或嘧啶的濃度發(fā)生改變氨酰 tRNA的濃度變化核糖體在轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA上的結(jié)合位置不同，使得RNA形成特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)由RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)判斷基因能否繼續(xù)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)理：第十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/518色氨酸含量和核糖體位置對(duì)弱化子結(jié)構(gòu)的影響當(dāng)色氨酸充足時(shí)，前導(dǎo)序列的合成正常進(jìn)行，核糖體占據(jù) 1 區(qū)和部分2 區(qū)，2、3 不能有效配對(duì)；3、4 配對(duì)形成終止子的發(fā)卡結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止。Trp+ 轉(zhuǎn)錄終

8、止第十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/519當(dāng)缺乏色氨酸時(shí)， 翻譯在雙色氨酸密碼子處中止；核糖體僅占據(jù) 1 區(qū)，2、3 區(qū)配對(duì)；3、4 區(qū)不能形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)。Trp- 轉(zhuǎn)錄繼續(xù)第十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/520前導(dǎo)區(qū)的轉(zhuǎn)錄無(wú)色氨酸時(shí)，轉(zhuǎn)錄可持續(xù)進(jìn)行有色氨酸存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄在弱化子區(qū)域終止第二十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5213、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)葡萄糖效應(yīng)或降解物抑制作用：細(xì)菌培養(yǎng)基中在葡萄糖存在的情況下，即使加入乳糖、半乳糖等誘導(dǎo)物，與其對(duì)應(yīng)的操縱子也不會(huì)啟動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為葡萄糖效應(yīng)或降解物抑制作用。

9、葡萄糖抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性導(dǎo)致環(huán)腺苷酸的合成減少環(huán)腺苷酸代謝物激活蛋白復(fù)合物復(fù)合物結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)域是乳糖、半乳糖等糖類mRNA轉(zhuǎn)錄所必需的。第二十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5224、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng) 是指細(xì)菌在供給物全面匱乏的情況下，難以找到代用物，所作出的一種反應(yīng)，幫助細(xì)菌渡過(guò)難關(guān)。應(yīng)急反應(yīng)的機(jī)理：空載的 tRNA激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶鳥(niǎo)苷四磷酸 ppGpp鳥(niǎo)苷五磷酸 pppGpp大量合成關(guān)閉一些基因打開(kāi)一些基因第二十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/523 1、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn) 正轉(zhuǎn)錄調(diào)控 負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控 誘導(dǎo) 阻遏2、原核基因調(diào)節(jié)的主

10、要特點(diǎn) a 、特殊代謝物對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié) b、弱化子對(duì)基因活性的調(diào)節(jié) c、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié) d、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)小 結(jié)第二十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/524-半乳糖苷酶透過(guò)酶轉(zhuǎn)乙酰酶阻遏物第二節(jié) 乳糖操縱子與負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)第二十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/525 阻遏蛋白基因（I）屬于組成型的調(diào)控，是經(jīng)常表達(dá)的，因此，lac操縱子通常是處于關(guān)閉狀態(tài)的。 lac 操縱子的結(jié)構(gòu)阻遏蛋白基因（I）啟動(dòng)區(qū)（P）操縱區(qū)（O）CAP-cAMP 結(jié)合部位三個(gè)結(jié)構(gòu)基因ZYA第二十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/526一、酶的誘

11、導(dǎo) lac 體系受調(diào)控的證據(jù)E. coli 在不含乳糖的培養(yǎng)基生長(zhǎng)時(shí)，-半乳糖苷酶含量極低；當(dāng)加入乳糖或半乳糖后，則迅速升高。兩種含硫的乳糖類似物：異丙基巰基半乳糖苷（IPTG）巰甲基半乳糖苷（TMG）第二十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/527誘導(dǎo)物（inducer）：如果某物質(zhì)能促使細(xì)胞產(chǎn)生一特定的酶，該物質(zhì)就叫做誘導(dǎo)物；安慰誘導(dǎo)物（gratuitous inducers）：可誘導(dǎo)酶的合成，但不被所誘導(dǎo)的酶降解的物質(zhì)稱為安慰誘導(dǎo)物。IPTG（異丙基巰基半乳糖苷）是lac 基因的安慰誘導(dǎo)物。輔阻遏物（corepressor）如果某物質(zhì)能阻止細(xì)胞產(chǎn)生一特定的酶，該物質(zhì)就

12、叫做輔阻遏物。第二十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/528二、乳糖操縱子的模型及其影響因子 操縱子模型： 一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因與一個(gè)調(diào)節(jié)基因、一個(gè)操縱區(qū)組成一個(gè)操縱單元。這個(gè)單元稱為操縱子（operon）。-半乳糖苷酶透過(guò)酶轉(zhuǎn)乙酰酶阻遏物第二十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/529 操縱區(qū)位于啟動(dòng)子與結(jié)構(gòu)基因之間，與啟動(dòng)子部分重疊，阻遏物結(jié)合于操作區(qū)時(shí)，即阻止RNA 聚合酶起始轉(zhuǎn)錄。第二十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/530乳糖操縱子控制模型的主要內(nèi)容：操縱區(qū)位于啟動(dòng)子與結(jié)構(gòu)基因之間，不能單獨(dú)起始結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)；操縱區(qū)是一

13、小段DNA序列，是阻遏物結(jié)合位點(diǎn)；操縱與啟動(dòng)子部分重疊，當(dāng)阻遏物與操縱區(qū)結(jié)合時(shí)，即阻止RNA 聚合酶起始轉(zhuǎn)錄；誘導(dǎo)物通過(guò)與阻遏物結(jié)合，改變其三維構(gòu)象，使之不能與操縱區(qū)結(jié)合，從而激發(fā)mRNA的合成。一條多順?lè)醋觤RNA編碼Z、Y、A基因；第三十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/531第三十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/532調(diào)節(jié)基因阻遏蛋白產(chǎn)生結(jié)合操縱區(qū)相鄰啟動(dòng)區(qū)乳糖操縱子中調(diào)節(jié)基因的作用過(guò)程：乳糖操縱子中誘導(dǎo)物的作用機(jī)理：誘導(dǎo)物作用的對(duì)象是阻遏蛋白。阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的正常結(jié)合結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄成 mRNA并合成蛋白質(zhì)抑制第三十二張，PPT共九十

14、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/533（一）、lac 操縱子的本底水平表達(dá)誘導(dǎo)物的形成需要有-半乳糖苷酶的存在；誘導(dǎo)物作用需要跨膜，跨膜需要透過(guò)酶的存在；透過(guò)酶的產(chǎn)生又需要誘導(dǎo)物的存在；-半乳糖苷酶的產(chǎn)生又需要誘導(dǎo)物的存在； 在非誘導(dǎo)的狀態(tài)下仍有少量的 lac mRNA合成，這種合成被稱為本底水平的組成型合成（background level constitutive synthesis)。第三十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/534（二）、大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)乳糖本底水平透過(guò)酶進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞結(jié)合阻遏蛋白阻遏蛋白失活， -半乳糖苷酶和透過(guò)酶表達(dá)細(xì)胞吸收大量乳糖去向葡

15、萄糖半乳糖異構(gòu)乳糖結(jié)合阻遏蛋白當(dāng)阻遏蛋白的濃度超過(guò)異構(gòu)乳糖的濃度，細(xì)胞重新建立阻遏狀態(tài)，導(dǎo)致 lac mRNA 的合成被抑制。本底水平-半乳糖苷酶葡萄糖-1,6-半乳糖誘導(dǎo)物第三十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/535（三）、阻遏物 lac I 基因產(chǎn)物及功能 Lac 操縱子阻遏物 mRNA 是由弱啟動(dòng)子控制下組成型合成的，該阻遏蛋白具有4個(gè)相同的亞基，每個(gè)亞基均含347個(gè)氨基酸殘基。lacI 基因?yàn)榻M成型，通過(guò)啟動(dòng)子的上升突變體可獲得較多的阻遏蛋白；-半乳糖苷酶透過(guò)酶轉(zhuǎn)乙酰酶阻遏物第三十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/536調(diào)節(jié)基因 lacI

16、的突變也可導(dǎo)致乳糖操縱子基因的組成型表達(dá)。第三十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/537操縱區(qū) lacO 的突變（lacO c）可導(dǎo)致乳糖操縱子基因的組成型表達(dá)。第三十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/538（四）、葡萄糖對(duì) lac 操縱子的影響 在葡萄糖存在時(shí)，E. coli 優(yōu)先利用葡萄糖；此時(shí)即使培養(yǎng)基中含有乳糖，乳糖操縱子蛋白仍然含量很低。 這是通過(guò)阻止乳糖操縱子表達(dá)來(lái)完成的，這種效應(yīng)稱為降解物抑制（catabolite repression）。第三十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/539葡萄糖葡萄糖-6-磷酸甘油某些

17、代謝產(chǎn)物抑制活性腺苷酸環(huán)化酶ATPcAMPCrp基因編碼代謝物激活蛋白 CAPcAMP-CAP 葡萄糖對(duì)其它糖的代謝抑制，是通過(guò)對(duì)cAMP的抑制完成的。（五）、cAMP與代謝物激活蛋白第三十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/540 代謝物活化蛋白：CAP（ Catabolite gene activator protein ； cAMP receptor protein ）是一些啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄必需的正調(diào)控因子。 CAP 只有與 cAMP 結(jié)合后才能與其結(jié)合區(qū)域結(jié)合。第四十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/541CAP的結(jié)合部位 CAP結(jié)合部位不太固定，

18、方向也可以不同。半乳糖操縱子乳糖操縱子阿拉伯糖操縱子第四十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/542三、lac operon 的其它問(wèn)題 lac operon的功能是在正負(fù)兩個(gè)調(diào)控體系的協(xié)調(diào)作用下實(shí)現(xiàn)的。阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP不發(fā)揮作用；如沒(méi)有CAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從operator上解聚仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性； CAP組成型合成，所以cAMPCAP復(fù)合物取決于cAMP含量; 第四十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/543腺苷酸環(huán)化酶位于細(xì)胞膜上，其活性與葡萄糖運(yùn)輸?shù)拿赣嘘P(guān)，因此cAMPCAP調(diào)控乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖類代謝有關(guān)的酶;降解物敏感型操

19、縱元：只要有葡萄糖存在，這些操縱元就不表達(dá)。第四十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5442. A基因及其生理功能 編碼 -半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶，使半乳糖苷乙酰化。該酶不參與乳糖代謝！ 生理意義：在細(xì)胞中有許多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷類物質(zhì)，其分解產(chǎn)物不能進(jìn)一步代謝，積累，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。半乳糖苷乙?；螅礋o(wú)毒。所以lacA雖不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物質(zhì)的積累。第四十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5453. lac基因產(chǎn)物數(shù)量， 1：0.5：0.2 不同酶的數(shù)量差異，是由于在翻譯水平上的調(diào)節(jié)。 方式有二: 核糖體脫離: 多順?lè)醋拥牟?/p>

20、別性翻譯; 內(nèi)切酶作用: 在lac mRNA分子內(nèi)部，a基因比z基因更易受內(nèi)切酶作用.第四十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/546第四十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/547Summary of lac operon regulationGlucosecAMPLactoseTranscription of lac mRNAHighLowPresentlow rate of expressionHighLowAbsentessentially noneLowHighAbsentessentially noneLowHighPresenthigh r

21、ate of expression第四十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/548 生物細(xì)胞中的氨基酸合成， 也受操縱元的調(diào)節(jié)。細(xì)胞需要某種氨基酸時(shí)，其基因即表達(dá)，不需要時(shí)基因關(guān)閉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的原則。第三節(jié) 色氨酸操縱子與負(fù)控阻遏系統(tǒng)第四十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/549trp操縱子的組成鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶第四十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/550 trpR, 阻遏蛋白 P，-40+18 O, -21+1 L, +1+162 結(jié)構(gòu)基因一、 trp操縱子的結(jié)構(gòu)大腸肝菌

22、中的 trp 操縱子第五十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/551trp操縱子的結(jié)構(gòu)操縱區(qū)啟動(dòng)子區(qū)（P）操縱子（O）弱化子區(qū)（a）結(jié)構(gòu)基因E : 鄰氨基苯甲酸合成酶（與G基因?yàn)槿诤匣颍〤 : 吲哚甘油磷酸合成酶B : 色氨酸合成酶亞基 D : 鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶A : 色氨酸合成酶亞基 前導(dǎo)區(qū) (L)第五十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/552二、Trp operon 的阻遏系統(tǒng)1、Trp R 四聚體第五十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/553阻遏蛋白trp 有活性的阻遏物trp O 不轉(zhuǎn)錄第五十三張，PPT共九十頁(yè)

23、，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5542、阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn) trpO -21 +1，反向重復(fù)序列trpP -40 +18活性阻遏物與trpO 的結(jié)合，RNA pol與啟動(dòng)子的結(jié)合發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。第五十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5553、阻遏系統(tǒng) 主管轉(zhuǎn)錄是否啟動(dòng)， 在Trp含量高時(shí)， mRNA起始合成，但不能自動(dòng)延伸，一般在trpE之前終止轉(zhuǎn)錄。 粗調(diào)開(kāi)關(guān)弱化的mRNA第五十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/556 色氨酸操縱子: 由與色氨酸合成相關(guān)的 基因及其調(diào)控序列組成。當(dāng)缺乏色氨酸時(shí)，trp 操縱子基因表達(dá)；當(dāng)外源色氨酸含量較高時(shí)，操縱

24、子中的基因受到阻遏。trp操縱子的阻遏系統(tǒng) 色氨酸調(diào)節(jié)（trpR） 基因突變會(huì)引起 trp mRNA的組成型合成。只有在色氨酸存在的情況下，阻遏蛋白與之結(jié)合形成有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合關(guān)閉trp mRNA的轉(zhuǎn)錄。第五十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/557三、弱化子對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié) 阻遏發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)錄的起始頻率下降到 1/70，但 trp 酶系統(tǒng)活性卻下降到 1/600。弱化作用（attenuation）：是指控制一些細(xì)菌操縱子轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)。弱化子（attenuator）：是指弱化所發(fā)生的終止子序列，并且這種終止是被調(diào)節(jié)的，這段序列就稱為弱化子。1、弱化子（atte

25、nuator）第五十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5582、前導(dǎo)區(qū)：在 trp mRNA 5 端 trpE 基因的起始密碼子前有一個(gè)長(zhǎng)162 bp 的 mRNA片段，被稱為前導(dǎo)區(qū)。 前導(dǎo)肽：由前導(dǎo)序列指導(dǎo)合成的含有14個(gè)氨基酸殘基的肽稱為前導(dǎo)肽。 前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第10和11位兩個(gè)密碼子為色氨酸密碼子。第五十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/559 弱化子，衰減子， 前導(dǎo)RNA，140bp第五十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/560弱化子，衰減子，第六十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/561 前導(dǎo)肽

26、14aa第六十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5623、trp mRNA 前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)第六十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/563trp 缺乏tRNAtrp也少 核糖體通過(guò)兩個(gè)trp 密碼子的速度慢，占據(jù)前導(dǎo)序列的trp 1區(qū)2區(qū)與3區(qū)配對(duì)，不能形成終止子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄4、轉(zhuǎn)錄的弱化作用第六十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/564trp 濃度高前導(dǎo)肽中trp 合成速度快前導(dǎo)肽一直合成至其末端 核糖體占據(jù)1區(qū)和2區(qū)3區(qū)與4區(qū)配對(duì)，形成終止子結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄終止第六十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/565

27、弱化子對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵空間結(jié)構(gòu)，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA)時(shí)間，核糖體停頓在2個(gè)Trp 密碼子上時(shí)，產(chǎn)生延遲， 此時(shí)4區(qū)未轉(zhuǎn)錄出來(lái)第六十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/566R P O leading seq. E D C B Atrp+為什么需要阻遏體系？ 當(dāng)大量Trp 存在時(shí)，阻遏系統(tǒng)起作用。阻遏物與之結(jié)合，阻止先導(dǎo)mRNA合成。 經(jīng)濟(jì)Negativerepressible operon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏四、 阻遏作用與弱化作用的協(xié)調(diào)第六十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月202

28、2/9/567R P O leading seq. E D C B A少量trp+不足以結(jié)合 O 位點(diǎn)為什么需要弱化系統(tǒng)？ 當(dāng)trp濃度低時(shí)，阻遏物從有活性變?yōu)闊o(wú)活性，速度極慢，不能很快引發(fā)trp 合成。因此需要一個(gè)能快速作出反應(yīng)的系統(tǒng)，以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)腡rp水平。第六十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/568大腸肝菌中共有5個(gè)基因參與色氨酸生物合成，構(gòu)成色氨酸操縱子。其中trp G-D，trp C-F為融合基因，翻譯出的多肽具有雙重功能。有兩個(gè)啟動(dòng)子，一個(gè)位于操縱子5，一個(gè)位于trp G-D編碼區(qū)。大腸肝菌色氨酸操縱子受到由色氨酸激活的負(fù)阻遏蛋白的調(diào)節(jié)作用。一旦轉(zhuǎn)錄

29、越過(guò)前導(dǎo)區(qū)，開(kāi)始結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，又會(huì)受弱化子的調(diào)控，感受無(wú)負(fù)載的tRNATrp的變化。使轉(zhuǎn)錄機(jī)器在前導(dǎo)區(qū)附近停止或繼續(xù)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。第六十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/569結(jié)構(gòu)基因gal E : 異構(gòu)酶gal T : 半乳糖 - 磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶gal K : 半乳糖激酶作用：半乳糖葡萄糖 1 磷酸第四節(jié) 其他操縱子一、 半乳糖（gal ）操縱子第六十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/570 無(wú)外源葡萄糖時(shí)，細(xì)菌也可利用半乳糖。gal 操縱子的調(diào)控與乳糖操縱子基本相同，但稍有差別： 雙啟動(dòng)子; 雙操縱區(qū),一個(gè)在P區(qū)上游 67 73 ，另一

30、個(gè)在結(jié)構(gòu)基因gal E 內(nèi)部 調(diào)節(jié)基因距離結(jié)構(gòu)基因很遠(yuǎn)； 在有外源葡萄糖時(shí)，仍然可以被低水平誘導(dǎo)。第七十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/571S2 S1轉(zhuǎn)錄方向-101、 cAMP CAP 對(duì) gal 啟動(dòng)子的作用 S1 起始依賴于 cAMP-CAP，只有當(dāng)葡萄糖不存在時(shí)才可轉(zhuǎn)錄，需要有半乳糖、CAP和較高濃度的cAMP; S2 起始不依賴于 cAMP-CAP，只有當(dāng)葡萄糖存在時(shí)才可轉(zhuǎn)錄。第七十一張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/5722、雙啟動(dòng)子的生理功能半乳糖作為惟一碳源供細(xì)胞生長(zhǎng)半乳糖差向異構(gòu)酶的作用UDP - 葡萄糖UDP - 半乳糖不依賴于c

31、AMP-CAP啟動(dòng)子S2依賴于 cAMP-CAP 啟動(dòng)子S1是大腸肝菌細(xì)胞壁合成的前體第七十二張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/573二、ara 操縱子阿拉伯糖降解araB : 核酮糖激酶araA：L-阿拉伯糖異構(gòu)酶araD：L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶Operator 2Operator 1regulate genearaBADCRP 結(jié)合位點(diǎn)第七十三張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/574araC 與 araBAD相鄰，但轉(zhuǎn)錄方向相反。araC 與 araBAD 的結(jié)構(gòu)C 蛋白有三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)：O1, O2, IC 基因?yàn)樽晕艺{(diào)節(jié)基因：缺乏 C

32、 蛋白時(shí)，araC表達(dá)；當(dāng)C蛋白含量升高時(shí)，抑制 araC 的表達(dá)。具有正、負(fù)調(diào)節(jié)作用。第七十四張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/575（1）當(dāng)葡萄糖水平較高、阿拉伯糖水平較低時(shí)，C蛋白與操縱區(qū)O2及araI誘導(dǎo)因子結(jié)合區(qū)上半?yún)^(qū)結(jié)合，形成DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，araBAD 基因不表達(dá)；（2）當(dāng)體系中有阿拉伯糖、無(wú)葡萄糖時(shí)，Ara C 與阿拉伯糖相結(jié)合，改變構(gòu)象成為激活蛋白， Ara C 同源體分別與araO1和araI區(qū)結(jié)合。RNA聚合酶在Ara C 蛋白和CRP- cAMP的作用下，起始BAD 基因表達(dá)。第七十五張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/576第五節(jié)

33、 轉(zhuǎn)錄水平上的其它調(diào)控方式一、因子的調(diào)節(jié)作用 不同因子的選擇；因子本身活性的調(diào)節(jié)；二、組蛋白類似蛋白的調(diào)節(jié)作用 在細(xì)菌細(xì)胞中存在的用來(lái)維持DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的非特異性DNA結(jié)合蛋白，稱為組蛋白類似蛋白。第七十六張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/577三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子：指與基因的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄起激活或抑制作用的DNA結(jié)合蛋白稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。四、抗終止因子的調(diào)節(jié)作用 抗終止因子是能夠在特定位點(diǎn)阻止轉(zhuǎn)錄終止的一類蛋白質(zhì)。這種調(diào)節(jié)作用主要見(jiàn)于噬菌體和少數(shù)細(xì)菌中。參與大腸肝菌抗終止作用的蛋白是Nus蛋白。第七十七張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2

34、022/9/578第七節(jié) 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控一、翻譯起始的調(diào)控（1）起始密碼子AUG，GUG，UUG，AUU，這些不常見(jiàn)起始密碼子翻譯起始效率較低；（2）SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離，SD序列與AUG之間的距離一般為410個(gè)核苷酸為佳，9個(gè)核苷酸最佳。第七十八張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/579（3） mRNA 的二級(jí)結(jié)構(gòu) 30S亞基與mRNA結(jié)合，要求mRNA 5，端有一定的空間結(jié)構(gòu)，核苷酸序列的變化會(huì)改變mRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，影響核糖體與mRNA的結(jié)合，從而造成蛋白質(zhì)合成效率的差異。第七十九張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/580二、mRNA穩(wěn)定性對(duì)轉(zhuǎn)錄水平的影響 細(xì)胞內(nèi)無(wú)用的mRNA均被核酸酶水解。大腸肝菌CsrAB調(diào)節(jié)系統(tǒng)。CsrABCsrA為RNA結(jié)合蛋白CsrB 為非編碼的RNA分子結(jié)合mRNA分子降解速度加快結(jié)合導(dǎo)致第八十張，PPT共九十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2022/9/581三、調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)控作用 調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)本身也受到調(diào)控。四、反義RNA的調(diào)節(jié)