分子生物學(xué)原核基因表達(dá)調(diào)控

分子生物學(xué)原核基因表達(dá)調(diào)控第一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的基本概念一、基因表達(dá)的概念geneexpression

：基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程。對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)就稱(chēng)為generegulation

。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過(guò)程也屬于基因表達(dá)第三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日

永久型性表達(dá)(constitutiveexpression)適應(yīng)型表達(dá)(adaptiveexpression）二、基因表達(dá)的方式第四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日

1、永久型表達(dá)：

指不大受環(huán)境變動(dòng)而變化的一類(lèi)基因表達(dá)。某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為管家基因(housekeepinggene)。第五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、適應(yīng)性表達(dá)指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動(dòng)的一類(lèi)基因表達(dá)。應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱(chēng)為誘導(dǎo)(induction)，這類(lèi)基因被稱(chēng)為可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)；相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱(chēng)為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱(chēng)為可阻遏的基因(repressiblegene)。

第六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日三、基因表達(dá)的規(guī)律

——時(shí)間性和空間性1、時(shí)間特異性（temporalspecificity）按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱(chēng)之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段特異性(stagespecificity)。

第七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、空間特異性(spatialspecificity)基因表達(dá)伴隨空間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱(chēng)細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱(chēng)之為基因表達(dá)的空間特異性。第九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義

適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖（原核、真核）

維持個(gè)體發(fā)育與分化（真核）第十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原核基因調(diào)控機(jī)制內(nèi)容提要：原核基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)操縱子學(xué)說(shuō)原核基因調(diào)控機(jī)制的類(lèi)型與特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式

第十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日一、基因表達(dá)調(diào)控環(huán)節(jié)1、轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation）2、轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptionalregulation）①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控第十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日二、操縱子學(xué)說(shuō)1、操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)第十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日J(rèn)acobandMonod第十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、操縱子的定義操縱子：是基因表達(dá)的協(xié)調(diào)單位，由啟動(dòng)子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。第十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日

1、根據(jù)操縱子對(duì)調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的應(yīng)答，可分為：正轉(zhuǎn)錄調(diào)控

負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控

三、原核基因調(diào)控機(jī)制的類(lèi)型與特點(diǎn)第十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控如果在沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是關(guān)閉的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開(kāi)啟，這樣的調(diào)控正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。第十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白激活蛋白正轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控在沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是表達(dá)的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。第二十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)（P235）：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來(lái)關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基因活化。例：大腸桿菌的乳糖操縱子分解代謝蛋白的基因2、根據(jù)操縱子對(duì)某些能調(diào)節(jié)它們的小分子的應(yīng)答，可分為可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)和可阻遏調(diào)節(jié)兩大類(lèi)：第二十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白誘導(dǎo)物mRNA酶蛋白酶合成的誘導(dǎo)操縱子模型誘導(dǎo)物如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶來(lái)分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。第二十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日可阻遏調(diào)節(jié)（P235）：基因平時(shí)是開(kāi)啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)或酶的工作過(guò)程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉，阻遏了基因的表達(dá)。例：色氨酸操縱子合成代謝蛋白的基因第二十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質(zhì)能夠阻止細(xì)菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。第二十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日3、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（repressor），起著阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的作用。根據(jù)其作用特征又可分為負(fù)控誘導(dǎo)和負(fù)控阻遏：在負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（誘導(dǎo)物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；在負(fù)控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應(yīng)物（輔阻遏物）結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。第二十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第二十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日4、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator）。根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導(dǎo)和正控阻遏在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（誘導(dǎo)物）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子（輔阻遏物）的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。第二十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第二十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日四、轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式1、σ因子的更換

在E.coli中,當(dāng)細(xì)胞從基本的轉(zhuǎn)錄機(jī)制轉(zhuǎn)入各種特定基因表達(dá)時(shí)，需要不同的因子指導(dǎo)RNA聚合酶與各種啟動(dòng)子結(jié)合。第二十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日大腸桿菌中的各種σ因子比較σ因子編碼基因主要功能σ70rpoD參與對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和大多數(shù)碳代謝過(guò)程基因的調(diào)控σ54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控σ38rpoH分裂間期特異基因的表達(dá)調(diào)控σ32rpoS熱休克基因的表達(dá)調(diào)控σ28rpoF鞭毛趨化相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控σ24rpoE過(guò)度熱休克基因的表達(dá)調(diào)控第三十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日溫度較高,誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白由σ32參與構(gòu)成的RNA聚合酶與熱休克應(yīng)答基因啟動(dòng)子結(jié)合,誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白,適應(yīng)環(huán)境需要枯草芽孢桿菌芽孢形成有序的σ因子的替換,RNA聚合酶識(shí)別不同基因的啟動(dòng)子,使芽孢形成有關(guān)的基因有序地表達(dá)第三十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日σ

70與σ

54的比較（P234）與DNA結(jié)合區(qū)域不同σ

70-35區(qū)和-10區(qū)σ

54-24區(qū)和-12區(qū)與啟動(dòng)子結(jié)合順序不同σ

70

在核心酶結(jié)合到DNA鏈上后才能與啟動(dòng)子結(jié)合σ

54

可在無(wú)核心酶的情況下獨(dú)立結(jié)合到啟動(dòng)子上，類(lèi)似于真核TATA區(qū)結(jié)合蛋白。第三十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、弱化子對(duì)基因活性的影響起信號(hào)作用的是：有特殊負(fù)載的氨酰-tRNA的濃度例：大腸桿菌中的色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子和纈氨酸操縱子；沙門(mén)菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱子等弱化子：當(dāng)操縱子被阻遏，RNA合成被終止時(shí)，起終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)作用的那一段核苷酸被稱(chēng)為弱化子。屬于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的微調(diào)整。第三十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日3、降解物對(duì)基因活性的調(diào)節(jié)降解物抑制作用的調(diào)節(jié)：提高基因的轉(zhuǎn)錄水平，使它由原來(lái)的低水平表達(dá)變成高水平表達(dá)。葡萄糖效應(yīng)（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在時(shí)，即使加入乳糖、半乳糖或其他的誘導(dǎo)物，與其相應(yīng)的操縱子也不會(huì)啟動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來(lái)，這種現(xiàn)象就稱(chēng)~。Why?P236降解物抑制作用是通過(guò)提高轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的，是一種積極的調(diào)節(jié)方式。第三十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日4、細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)應(yīng)急反應(yīng)的信號(hào)是：鳥(niǎo)苷四磷酸和鳥(niǎo)苷五磷酸。產(chǎn)生這兩種物質(zhì)的誘導(dǎo)物是：空載tRNA當(dāng)AA饑餓時(shí)，空載tRNA大量存在，激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使鳥(niǎo)苷四磷酸大量合成，而鳥(niǎo)苷四磷酸的出現(xiàn)會(huì)關(guān)閉許多基因，也會(huì)打開(kāi)一些合成AA的基因，以應(yīng)付這種緊急狀況。鳥(niǎo)苷四磷酸作用原理有待深入研究影響一大批操縱了，屬于超級(jí)調(diào)控因子。第三十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第三十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)第三十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Z(yǔ)編碼β-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。Y

編碼β-半乳糖苷透過(guò)酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過(guò)大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。A

編碼β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。第三十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日二、酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)第三十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日科學(xué)家把大腸桿菌細(xì)胞放在加有放射性35S標(biāo)記的氨基酸但沒(méi)有任何半乳糖誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中繁殖幾代。再將這些帶有放射活性的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到不含35S、無(wú)放射性的培養(yǎng)基中，隨著培養(yǎng)基中誘導(dǎo)物的加入，β-半乳糖苷酶便開(kāi)始合成。分離β-半乳糖苷酶，發(fā)現(xiàn)這種酶無(wú)35S標(biāo)記。說(shuō)明酶的合成不是由前體轉(zhuǎn)化而來(lái)的，而是加入誘導(dǎo)物后新合成的。

第四十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日安慰誘導(dǎo)物：

如果某種物質(zhì)能夠促使細(xì)菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解，這種物質(zhì)被稱(chēng)為安慰誘導(dǎo)物，如IPTG（異丙基-β

–D-硫代半乳糖苷）。第四十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日三、乳糖操縱子調(diào)控模型主要內(nèi)容：①Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順?lè)醋拥膍RNA分子所編碼

第四十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日②這個(gè)mRNA分子的啟動(dòng)子緊接著O區(qū)，而位于I與O之間的啟動(dòng)子區(qū)（P），不能單獨(dú)起動(dòng)合成β-半乳糖苷酶和透過(guò)酶的生理過(guò)程。lacP：從I基因結(jié)束到mRNA轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)止，共長(zhǎng)82bp（-82～+1）第四十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日③操縱基因O是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)。位于P區(qū)后半部分和轉(zhuǎn)錄起始區(qū)。實(shí)驗(yàn)表明，阻遏物與O區(qū)的結(jié)合影響了RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的效率。第四十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日RNA聚合酶結(jié)合部位阻遏物結(jié)合部位第四十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日

④當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時(shí)，lacmRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制。

第五十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第五十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日⑤誘導(dǎo)物通過(guò)與阻遏物結(jié)合，改變它的三維構(gòu)象，使之不能與操縱基因結(jié)合，從而激發(fā)lacmRNA的合成。當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，操縱基因區(qū)沒(méi)有被阻遏物占據(jù)，所以啟動(dòng)子能夠順利起始mRNA的合成。第五十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第五十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日永久型突變：lacOc

——改變“鎖頭”第五十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日永久型突變：

lacI-——丟失“鑰匙”

第五十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）——改善鑰匙第五十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日四、影響因子1、lac操縱子的本底水平表達(dá)有兩個(gè)矛盾是操縱子理論所不能解釋的：①誘導(dǎo)物需要穿過(guò)細(xì)胞膜才能與阻遏物結(jié)合，而轉(zhuǎn)運(yùn)誘導(dǎo)物需要透過(guò)酶，后者的合成又需要誘導(dǎo)。解釋?zhuān)阂恍┱T導(dǎo)物可以在透過(guò)酶不存在時(shí)進(jìn)入細(xì)胞？一些透過(guò)酶可以在沒(méi)有誘導(dǎo)物的情況下合成？√第五十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日②真正的誘導(dǎo)物是異構(gòu)乳糖而非乳糖，前者是在β-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有β-半乳糖甘酶的預(yù)先存在。解釋?zhuān)罕镜姿降慕M成型合成：非誘導(dǎo)狀態(tài)下有少量的lacmRNA合成。第五十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、大腸桿菌對(duì)乳糖的反應(yīng)培養(yǎng)基：甘油

按照l(shuí)ac操縱子本底水平的表達(dá)，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有幾個(gè)分子的β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷透過(guò)酶；培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖透過(guò)酶進(jìn)入細(xì)胞β-半乳糖苷酶異構(gòu)乳糖誘導(dǎo)物誘導(dǎo)lacmRNA的生物合成大量乳糖進(jìn)入細(xì)胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構(gòu)乳糖（誘導(dǎo)物）第五十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日乳糖第六十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日誘導(dǎo)物的加入和去除對(duì)lacmRNA的影響第六十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日3、阻遏物lacI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，每個(gè)細(xì)胞中有5-10個(gè)阻遏物分子。當(dāng)I基因由弱啟動(dòng)子突變成強(qiáng)啟動(dòng)子，細(xì)胞內(nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導(dǎo)物來(lái)克服阻遏狀態(tài)，整個(gè)lac操縱子在這些突變體中就不可誘導(dǎo)。第六十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日4、葡萄糖對(duì)lac操縱子的影響如果將葡萄糖和乳糖同時(shí)加入培養(yǎng)基中，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導(dǎo)；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會(huì)誘導(dǎo)lac操縱子表達(dá)分解乳糖所需的三種酶。代謝物阻遏效應(yīng)第六十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日5、cAMP與代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白CRP由Crp基因編碼，它可與cAMP形成復(fù)合物（cAMP

-CRP），此復(fù)合物是激活lac的重要組成部分，細(xì)菌對(duì)它的需要是獨(dú)立的，與阻遏體系無(wú)關(guān)，轉(zhuǎn)錄必需有cAMP

–CRP復(fù)合物結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)域上。cAMP-CRP復(fù)合物是一個(gè)不同于阻遏物的正調(diào)控因子。Lac操縱子的功能是在這兩個(gè)相互獨(dú)立的調(diào)控體系作用下實(shí)現(xiàn)的。第六十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Z(yǔ)YAOPDNA調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶cAMP—CRP復(fù)合物第六十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日P244圖7-15cAMP-CAP不但能與DNA相結(jié)合，造成雙螺旋彎曲，易于形成三元轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，它還能直接影響RNA聚合酶的活性。第六十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日ATP腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）

大腸桿菌中，cAMP的濃度受到葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)：缺乏碳源，cAMP濃度高有葡萄糖，cAMP濃度低只有甘油或乳糖等不進(jìn)行糖酵解途徑的碳源，cAMP濃度高；——推測(cè)糖酵解途徑中位于葡糖-6-磷酸與甘油之間的某些代謝產(chǎn)物是腺苷酸環(huán)化酶活性的抑制劑。

第六十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日++++轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調(diào)控第六十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第六十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAP第七十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日TheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!第七十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlright,I’mofftotheraces...Comeon,letmethrough!第七十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日五、Lac操縱子中的其他問(wèn)題1、A基因及其生理功能半乳糖苷分子β-半乳糖苷酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累，抑制生長(zhǎng)）β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶半乳糖苷分子乙?；肴樘擒辗肿应?半乳糖苷酶×第七十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較β-半乳糖苷酶：透過(guò)酶：乙?；D(zhuǎn)移酶=1：0.5：0.2，Why?不同的酶在數(shù)量上的差異是由于在翻譯水平上受到調(diào)節(jié)所致。（1）lacmRNA可能與翻譯過(guò)程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質(zhì)鏈的翻譯；（后續(xù)的AUG密碼子再度起始翻譯的概率）（2）在lacmRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更容易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解。第七十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日3、操縱子的融合與基因工程（基因融合技術(shù)）POZYAtsxPOpur結(jié)構(gòu)基因缺失lacoperonpuroperon控制細(xì)胞對(duì)T6噬菌體敏感性第七十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第七十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日一、色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分枝酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?/p>

的酶（P247圖7-77）

trpRtrpGF第七十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第七十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn):(1)trpR和trpABCDE不連鎖；

(2)操縱基因在啟動(dòng)子內(nèi)

(3)有衰減子(attenuator)/弱化子(4)啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)序列(Leader)所隔開(kāi)第七十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日二、trp操縱子的阻遏系統(tǒng)低Trp時(shí)：阻遏物不結(jié)合操縱基因;高Trp時(shí)：阻遏物+Trp結(jié)合操縱基因第八十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日三、trp操縱子的弱化機(jī)制衰減子（attenuator）/弱化子前導(dǎo)序列（leadersequence）第八十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日1、弱化子：DNA中可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止的一段核甘酸序列（123-150區(qū)）。123~150第八十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日

研究引起終止的mRNA堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNA通過(guò)自我配對(duì)可以形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點(diǎn)。第八十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、前導(dǎo)序列：在trpmRNA5'端trpE基因的起始密碼前一個(gè)長(zhǎng)162bp的mRNA片段。第八十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第八十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日3、弱化機(jī)制第八十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第八十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日

前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄終止結(jié)構(gòu)第八十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日細(xì)菌通過(guò)弱化作用彌補(bǔ)阻遏作用的不足，因?yàn)樽瓒糇饔弥荒苁罐D(zhuǎn)錄不起始，對(duì)于已經(jīng)起始的轉(zhuǎn)錄，只能通過(guò)弱化作用使之中途停下來(lái)。阻遏作用的信號(hào)是細(xì)胞內(nèi)色氨酸的多少；弱化作用的信號(hào)則是細(xì)胞內(nèi)載有色氨酸的tRNA的多少。它通過(guò)前導(dǎo)肽的翻譯來(lái)控制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)這兩種作用相輔相成，體現(xiàn)著生物體內(nèi)周密的調(diào)控作用。

——翻譯怎么調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄終止？

——轉(zhuǎn)錄終止有哪些機(jī)制？第八十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第九十頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)其他操縱子一、半乳糖操縱子(galactoseoperon)異構(gòu)酶(galE)乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉(zhuǎn)移酶(galT)

半乳糖激酶(galk)。第九十一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日gal操縱子的特點(diǎn)：①它有兩個(gè)啟動(dòng)子，其mRNA可從兩個(gè)不同的起始點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；②它有兩個(gè)O區(qū)，一個(gè)在P區(qū)上游，另一個(gè)在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。第九十二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日二、阿拉伯糖操縱子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一個(gè)基因簇，簡(jiǎn)寫(xiě)為araBAD三個(gè)基因的表達(dá)受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調(diào)控。

第九十三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日ara操縱子的調(diào)控有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，araC表達(dá)受到AraC的自身調(diào)控。第二，AraC既是ara操縱子的正調(diào)節(jié)蛋白（需cAMP-CRP的共同參與，起始轉(zhuǎn)錄），又是其負(fù)調(diào)節(jié)蛋白。這種雙重功能是通過(guò)AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)的（Pi和Pr)。第九十四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第九十五頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第九十六頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日第九十七頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日Contents基因表達(dá)調(diào)控的基本概念原核基因調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第九十八頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日一、翻譯起始的調(diào)控

RBS（核糖體結(jié)合位點(diǎn)）：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。RBS的結(jié)合強(qiáng)度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼子AUG之間的距離。

SD-4-10（9）-AUG第六節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控第九十九頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日二、稀有密碼子對(duì)翻譯的影響dnaG(引物酶)RNA引物dnaG、rpoD和rpsU屬于大腸桿菌基因組上的同一個(gè)操縱子50個(gè)拷貝的dnaG蛋白、2800個(gè)拷貝的rpoD和40000個(gè)拷貝的rpsU第一百頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日幾種蛋白質(zhì)中異亮氨酸密碼子使用頻率比較蛋白質(zhì)AUU/%AUC%AUA%結(jié)構(gòu)蛋白37621σ亞基26740DnaG蛋白363232細(xì)胞內(nèi)對(duì)應(yīng)于稀有密碼子的tRNA較少，高頻率使用這些密碼子的基因翻譯過(guò)程容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。第一百零一頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日三、重疊基因?qū)Ψg的影響第一百零二頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日TrpB–谷氨酸-異亮氨酸-終止GAA--AUC--UGA

--UGG--AA

AUG--GAA

甲硫氨酸–

谷氨酸–trpAtrpE—蘇氨酸—苯丙氨酸—終止

ACU--UUC--UGA--UGG--CUAUG

AUG–GCU

甲硫氨酸--丙氨酸--trpD翻譯終止時(shí)核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼子保證了同一核糖體對(duì)兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。第一百零三頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日1、關(guān)于管家基因敘述錯(cuò)誤的是

(A)在生物個(gè)體的幾乎各生長(zhǎng)階段持續(xù)表達(dá)

(B)在生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)

(C)在生物個(gè)體全生命過(guò)程的幾乎所有細(xì)胞中表達(dá)

(D)在生物個(gè)體的某一生長(zhǎng)階段持續(xù)表達(dá)

(E)在一個(gè)物種的幾乎所有個(gè)體中持續(xù)表達(dá)D第一百零四頁(yè)，共一百一十三頁(yè)，2022年，8月28日2、一個(gè)操縱子（元）通常含有

(A)數(shù)個(gè)啟動(dòng)序列和一個(gè)編碼基因

(B)一個(gè)啟動(dòng)序列和數(shù)個(gè)編碼基因

(C)一個(gè)啟動(dòng)序列和一個(gè)