微生物基因表達的調(diào)控課件

1、第9章 微生物基因表達的調(diào)控 酶量的調(diào)節(jié)：是轉(zhuǎn)錄水平及產(chǎn)生多少mRNA或翻譯水平及mRNA是否翻譯為蛋白酶的調(diào)節(jié)。 基因表達：基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程，也就是遺傳信息表現(xiàn)為生物性狀的過程；基因結(jié)構(gòu)是基因表達的基礎(chǔ)。 基因表達的調(diào)控：多級水平上進行的調(diào)控過程；基因活化（DNA水平）、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后加工、mRNA水平、翻譯水平、蛋白質(zhì)水平（加工、修飾、降解）。第9章 微生物基因表達的調(diào)控 酶量的調(diào)節(jié)：是轉(zhuǎn)錄水平（1）非專一性的：蛋白質(zhì)可以結(jié)合到核酸的任何部位。（2）專一性的 ：蛋白質(zhì)結(jié)合到特定序列的核酸部位。 9.1、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控1、DNA結(jié)合蛋白蛋白與核酸的相互作用 蛋白質(zhì)與核酸的相互作用對于復(fù)

2、制、轉(zhuǎn)錄、翻譯以及這些過程的調(diào)控都是非常重要的。這種相互作用一般可分為兩種類型：（1）非專一性的：蛋白質(zhì)可以結(jié)合到核酸的任何部位。9.1、轉(zhuǎn) DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)螺旋轉(zhuǎn)角螺旋（HTH）鋅指（zinc finger）亮氨酸拉扣（leucine zipper） DNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)螺旋轉(zhuǎn)角螺旋（HTH）鋅指（zin2、操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控操縱子（operon） 很多功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因在染色體上串連排列，由一個共同的控制區(qū)來操縱這些基因的轉(zhuǎn)錄，包括這些結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)的整個核苷酸序列稱為操縱子。2、操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控操縱子（operon）模型DNA上一部分和其上特定基因構(gòu)成，分成四個區(qū)域。R：調(diào)節(jié)基因；

3、P：啟動子；O：操縱基因；S：結(jié)構(gòu)基因。模型DNA上一部分和其上特定基因構(gòu)成，分成四個區(qū)域。R：調(diào)節(jié)正調(diào)控系統(tǒng)與負調(diào)控系統(tǒng) 原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，這是一種最為經(jīng)濟的調(diào)控。負調(diào)控系統(tǒng)：調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是阻遏蛋白，效應(yīng)物與阻遏蛋白結(jié)合，阻止基因轉(zhuǎn)錄負控阻遏；效應(yīng)物不與阻遏蛋白結(jié)合，阻止基因轉(zhuǎn)錄負控誘導(dǎo)。正調(diào)控系統(tǒng)：調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是激活蛋白；效應(yīng)物使激活蛋白處于激活狀態(tài)正控誘導(dǎo)；效應(yīng)物使激活蛋白處于非活性狀態(tài)正控阻遏。正調(diào)控系統(tǒng)與負調(diào)控系統(tǒng)負調(diào)控系統(tǒng)：調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物是阻遏蛋白，效 有乳糖時：乳糖作為一種效應(yīng)物與阻遏物結(jié)合 ,使其變構(gòu), 不能與O結(jié)合,從而轉(zhuǎn)錄進行,合成乳糖酶,分解乳糖。 負

4、控誘導(dǎo)系統(tǒng)（酶誘導(dǎo)生成機制）無乳糖時：細胞內(nèi)產(chǎn)生的阻遏物結(jié)合在操縱基因上,轉(zhuǎn)錄不能進行。 有乳糖時：乳糖作為一種效應(yīng)物與阻遏物結(jié)合 ,使其變構(gòu) R P O SmRNA阻遏蛋白有活性RNA聚合酶不轉(zhuǎn)錄（1）體系無誘導(dǎo)劑時 R P O SmR R P O SmRNARNA聚合酶阻遏蛋白有活性誘導(dǎo)劑沒活性轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯酶蛋白（2）體系有誘導(dǎo)劑時 R P O SmRN負控阻遏系統(tǒng)（終點產(chǎn)物阻遏機制） 終點產(chǎn)物過量時終點產(chǎn)物不過量時負控阻遏系統(tǒng)（終點產(chǎn)物阻遏機制） 終點產(chǎn)物過量時終點產(chǎn)物不過（1）終點產(chǎn)物不過量時 mRNA阻遏調(diào)節(jié)蛋白無活性R P O SRNA聚合酶酶蛋白轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯（1）終點產(chǎn)物不過量時 mRN

5、A阻遏調(diào)節(jié)蛋白無活性R （2）終點產(chǎn)物過量時 R P O SmRNA阻遏調(diào)節(jié)蛋白無活性RNA聚合酶終點產(chǎn)物有活性不轉(zhuǎn)錄（2）終點產(chǎn)物過量時 R P O 正控誘導(dǎo)系統(tǒng) 負控誘導(dǎo)與正控誘導(dǎo)兩種操縱子轉(zhuǎn)錄調(diào)控的差異（1）調(diào)解基因的產(chǎn)物在負控中是阻遏蛋白，在 正控中是激活蛋白。（2）阻遏蛋白的結(jié)合位點是操縱區(qū)，激活蛋白 的結(jié)合位點是激活蛋白結(jié)合位點。正控誘導(dǎo)系統(tǒng) 負控誘導(dǎo)與正控誘導(dǎo)兩種操縱子轉(zhuǎn)錄調(diào)控的差異分解代謝阻遏調(diào)控分解代謝阻遏調(diào)控有葡萄糖時： cAMP的產(chǎn)生受葡萄糖抑制。葡萄糖降解物抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，cAMP濃度下降，cAMP不與CAP結(jié)合，RNA多聚酶不能結(jié)合， 轉(zhuǎn)錄不能進行。 無葡萄糖

6、時： cAMP濃度上升，cAMP與CAP(降解物的激活蛋白)結(jié)合,與啟動基因結(jié)合，轉(zhuǎn)錄進行.有葡萄糖時： cAMP的產(chǎn)生受葡萄糖抑制。葡萄糖降解9.2、代謝調(diào)節(jié)理論在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用人工控制代謝的手段： 改變微生物遺傳特性(遺傳學(xué)方法）； 控制發(fā)酵條件（生物化學(xué)方法）； 改變細胞膜透性；工業(yè)發(fā)酵的目的：大量積累人們所需要的微生物代謝產(chǎn)物。代謝的人工控制：人為地打破微生物的代謝控制體系，使代謝朝著人們希望的方向進行。9.2、代謝調(diào)節(jié)理論在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用人工控制代謝的手段：工1、酶誘導(dǎo)生成理論在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用常用方法： 在有低濃度誘導(dǎo)劑的化學(xué)恒定器中連續(xù)培養(yǎng)。用誘導(dǎo)劑和無誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)基交替培養(yǎng)

7、。選擇碳源。加入誘導(dǎo)酶合成抑制劑。 微生物產(chǎn)生的酶多數(shù)是誘導(dǎo)酶，在酶制劑工業(yè)上，提高酶產(chǎn)量的方法是：（1） 加入誘導(dǎo)劑（2）選育組成型突變株和超產(chǎn)突變株1、酶誘導(dǎo)生成理論在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用常用方法： 2、終點產(chǎn)物阻遏理論的應(yīng)用 氨基酸、核苷酸、維生素等代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)中，打破反饋抑制調(diào)節(jié)是提高產(chǎn)量的重要手段之一。（1）降低終點產(chǎn)物的濃度。 選育終點產(chǎn)物的營養(yǎng)缺陷型菌株。 A a B b C c D d E 改變微生物膜的透性。 用生理學(xué)手段；利用膜缺損突變株 （2）選育抗終點產(chǎn)物阻遏突變株2、終點產(chǎn)物阻遏理論的應(yīng)用 氨基酸、核苷酸、維生素等代謝 3、分解代謝產(chǎn)物阻遏理論的應(yīng)用 4、反饋抑制理論的應(yīng)用 （1） 選育營養(yǎng)缺陷型菌株 （2） 選育反饋抑制突變株 5、巴斯德效應(yīng)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用6、膜調(diào)節(jié)理論的應(yīng)用 3、分解代謝產(chǎn)物阻遏理論的應(yīng)用 4、反饋操縱子 正調(diào)控 負調(diào)控