微生物的基因表達(dá)調(diào)控課件

第十一章微生物基因表達(dá)調(diào)控

（RegulationofGeneExpressioninMicrobes）1內(nèi)容基因表達(dá)調(diào)控背景微生物酶活性的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的誘導(dǎo)和阻遏*微生物基因表達(dá)調(diào)控的基本方式*＃酵母菌基因表達(dá)的調(diào)控2基因表達(dá)調(diào)控背景3基因表達(dá)：遺傳信息從遺傳物質(zhì)向蛋白質(zhì)傳遞的過程。基因表達(dá)=基因轉(zhuǎn)錄+翻譯基因表達(dá)的調(diào)控:

生物體隨時調(diào)整不同基因的表達(dá)狀態(tài),以適應(yīng)環(huán)境、維持生長和發(fā)育需要基因表達(dá)調(diào)控的兩種機(jī)制：控制酶的活性（翻譯后）控制酶的合成（轉(zhuǎn)錄、翻譯）4第一節(jié)微生物酶活性的調(diào)節(jié)5反饋抑制的機(jī)制：酶的變構(gòu)性（allostery）Allostericinhibitor7酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)8二.共價修飾（covalentmodification）在修飾酶的催化下，小分子有機(jī)物向某種酶的添加或解離過程。如糖原合成酶的（去）磷酸化，可調(diào)節(jié)酶的活性10第二節(jié)微生物酶合成的調(diào)節(jié)11一.酶的誘導(dǎo)誘導(dǎo)（induction）

底物存在時才合成，多見于分解代謝誘導(dǎo)型酶（inducibleenzyme）：當(dāng)?shù)孜锎嬖跁r才合成的酶類。如分解乳糖的β-半乳糖苷酶組成型酶（constitutiveenzyme）：在所有生長條件下都以相同量表達(dá)的酶類。12三.效應(yīng)物

誘導(dǎo)物、輔阻遏物

總蛋白細(xì)胞數(shù)β-半乳糖苷酶總蛋白細(xì)胞數(shù)精氨酸合成酶添加乳糖或IPTG添加精氨酸14第三節(jié)微生物基因表達(dá)調(diào)控的

基本方式15IPOZYA控制位點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因DNA阻遏蛋白啟動子操縱區(qū)β半乳糖苷酶透過酶乙?；D(zhuǎn)移酶如：乳糖操縱子（lactoseoperon）調(diào)控基因17乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)18轉(zhuǎn)錄從哪里開始？Promoter！19轉(zhuǎn)錄在哪里終止？terminator！20基因表達(dá)的主要調(diào)控方式

阻遏負(fù)調(diào)控:調(diào)控蛋白+DNA序列→基因表達(dá)(相應(yīng)蛋白質(zhì)減少)促進(jìn)正調(diào)控:調(diào)控蛋白+DNA序列→基因表達(dá)

(相應(yīng)蛋白質(zhì)增加)21原核生物基因表達(dá)的調(diào)控方式特點(diǎn)調(diào)控機(jī)制

--操縱子負(fù)調(diào)控正調(diào)控轉(zhuǎn)錄翻譯偶聯(lián)快速乳糖操縱子--負(fù)、正調(diào)控

轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控

色氨酸操縱子--負(fù)調(diào)控

轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控22241.乳糖不存在時，阻遏蛋白I結(jié)合在O上，阻礙轉(zhuǎn)錄起始25二.轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控(positiveregulation)——由活化蛋白參與的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用如乳糖操縱子CAP的正調(diào)控(catabolitegeneactivatorprotein)CAP+cAMP→

lacoperon的活化區(qū)誘導(dǎo)DNA彎曲，啟動子與RNA聚合酶結(jié)合，轉(zhuǎn)錄速率提高20倍2728活化蛋白與DNA和RNA聚合酶的相互作用1.鄰近時，活化蛋白直接與RNA聚合酶作用2.相隔數(shù)百個bp時，活化蛋白通過DNAlooping，使RNA聚合酶易于與DNA正確結(jié)合APRNApolRNApolAPDNADNAPP29三.弱化作用（attenuation）一個完整轉(zhuǎn)錄物的數(shù)目在減少，即使起始階段的轉(zhuǎn)錄物數(shù)目相同。RNA合成起始后、終止前的調(diào)控30如：色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)基因E、D、C、B、A前導(dǎo)區(qū)控制位點(diǎn)（操縱區(qū)O、啟動子P）E前導(dǎo)區(qū)OPDCBARP31前導(dǎo)區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能162nt，富含GC，前端編碼14aa的前導(dǎo)肽色氨酸水平→前導(dǎo)肽是否翻譯完→前導(dǎo)區(qū)的二級結(jié)構(gòu)→下游基因是否轉(zhuǎn)錄32前導(dǎo)區(qū)可能的兩種二級結(jié)構(gòu)33衰減子弱化作用的機(jī)制34四.σ因子的更替（σfactorsalternation）細(xì)菌的RNA聚合酶

1、2、β、β’→核心酶

σ因子：幫助核心酶識別啟動子區(qū)更替？不同的σ因子識別不同基因的啟動子，使RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄不同的基因35一）大腸桿菌的熱激反應(yīng)Heatshock細(xì)胞質(zhì)型：

σ70→σ32→新的基因產(chǎn)物→適應(yīng)熱變化二）枯草芽孢桿菌芽孢發(fā)育

σ因子的更替→抑制營養(yǎng)生長，促使芽孢發(fā)育三）其他36E.coli的不同σ因子識別不同的順序因子基因功用-35順序間隔距離-10順序σ70rpoD正常狀態(tài)TTGACA16-18bpTATAATσ32rpoH熱休克CNCTTGAA13-15bpCCCCATNTσ60rpoN氮的利用CTGGNA6bpTTCGA37五.全局調(diào)控（Globalregulation）微生物對環(huán)境變化的反應(yīng)，常需要同時調(diào)控許多不同基因的表達(dá)，這種控制機(jī)制是在較為廣泛的基礎(chǔ)上起作用的，所以稱為全局調(diào)控。涉及的基因：調(diào)節(jié)子（regulon）刺激子（stimulon）38一）降解物阻遏Cataboliterepression表現(xiàn)：微生物的二次生長機(jī)制：轉(zhuǎn)錄控制CAP+cAMP→

lacoperon的活化區(qū)有葡萄糖，抑制cAMP的合成，并促進(jìn)其向胞外運(yùn)輸，使胞內(nèi)cAMP濃度低，難以激活轉(zhuǎn)錄問：lacoperon表達(dá)需滿足哪些條件？39二）群體感應(yīng)Quorumsensing表現(xiàn)：細(xì)胞到達(dá)一定密度時，才表現(xiàn)某種行為機(jī)制：由信號分子調(diào)控的自身誘導(dǎo)產(chǎn)生足夠的信號分子和群體依賴蛋白如：生物發(fā)光，抗生素產(chǎn)生，芽孢形成的刺激等RRRHSLS合成酶群體依賴蛋白DNAmRNAG-細(xì)菌的群體感應(yīng)HSLS調(diào)控蛋白？40三）雙組分調(diào)控系統(tǒng)表現(xiàn)：環(huán)境信號不直接傳遞到調(diào)控蛋白機(jī)制：雙（多）組分調(diào)控的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

傳感蛋白響應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白

如：大腸桿菌同化磷酸鹽，根瘤菌固氮等PATPPPRNAP磷酸化酶催化調(diào)控蛋白？41有些響應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄有些調(diào)節(jié)鞭毛轉(zhuǎn)動42四）SOS調(diào)控系統(tǒng)大范圍的DNA損傷引起細(xì)胞許多功能的變化如細(xì)胞突變，溫和噬菌體啟動裂解循環(huán)機(jī)制：DNA損傷→RecA蛋白活化→降解LexA阻遏蛋白→啟動多個基因的表達(dá)4344第四節(jié)酵母菌基因表達(dá)的調(diào)控45一.真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)1.表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)多2.轉(zhuǎn)錄與翻譯不偶聯(lián)3.基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)4.表達(dá)以正調(diào)控為主46真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控順式作用元件、反式作用因子啟動子結(jié)構(gòu)基因增強(qiáng)子沉默子mRNA轉(zhuǎn)錄因子1轉(zhuǎn)錄因子2RNA聚合酶II終止子47二.酵母菌半乳糖代謝酶類的調(diào)控半乳糖→葡萄糖-1-磷酸代謝酶：GAL1，GAL7，GAL10

基因：緊密連鎖(2)，但單獨(dú)轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)型GAL7GAL10GAL148組成型和非誘導(dǎo)型突變基因產(chǎn)物雜合子GAL1,GAL7,GAL10的合成Gal表型GAL80(8)阻遏蛋白gal80/gal80gal80/GAL80組成型誘導(dǎo)型++GAL4(16)正調(diào)控蛋白g