原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控class

Geneexpressioncontrols基因表達(dá):從DNA到蛋白質(zhì)的過程?；虮磉_(dá)調(diào)控:對基因表達(dá)過程的調(diào)節(jié)。基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn):1.轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控－主要在起始，終止處。2.轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控mRNA加工成熟水平上的調(diào)控（真核生物）翻譯水平的調(diào)控－起始，終止?MolecularBiologyCourse現(xiàn)在是1頁\一共有58頁\編輯于星期二華僑大學(xué)

1961年,Jacob等發(fā)表Lac操縱子模式,生物界反應(yīng)之強(qiáng)烈可與1953年發(fā)表DNA雙螺旋模型相媲美現(xiàn)在是2頁\一共有58頁\編輯于星期二操縱子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

Lac操縱子Trp操縱子因子對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)RegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是3頁\一共有58頁\編輯于星期二典型的操縱子包括：1.結(jié)構(gòu)基因：編碼那些在某一特定的生物合成途徑中起作用的，其表達(dá)被協(xié)同調(diào)控的酶。2.調(diào)控元件：如操縱序列，是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子（Operon）：基因表達(dá)和調(diào)控的單元。CanbeencodedbyageneinanotheroperonRegulationofTranscriptioninProkaryotes調(diào)節(jié)基因：其產(chǎn)物能夠識別調(diào)控元件，如阻抑物，可以結(jié)合并調(diào)控操縱序列?，F(xiàn)在是4頁\一共有58頁\編輯于星期二（調(diào)節(jié)基因）（調(diào)控元件）（如，阻抑物）現(xiàn)在是5頁\一共有58頁\編輯于星期二1.Theoperon2.Thelactoseoperon（乳糖操縱子）3.Thelacrepressor（乳糖抑制蛋白）4.Induction（誘導(dǎo)）5.cAMPreceptorprotein（CRP）L1

乳糖（Lac)操縱子現(xiàn)在是6頁\一共有58頁\編輯于星期二Lacrepressor（乳糖阻抑物）

ThelacoperonTranscriptionblockedInducer(Lactose)誘導(dǎo)物ActivatethePlac

transcription

Overview乳糖操縱子負(fù)調(diào)控CRP+cAMP(glucoserepressed)正調(diào)控Highleveloftranscription現(xiàn)在是7頁\一共有58頁\編輯于星期二L1-2

乳糖操縱子大腸桿菌能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當(dāng)乳糖成為唯一的碳源時才會被合成。RegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是8頁\一共有58頁\編輯于星期二Lactoseoperon:aregulatorygeneand3stucturalgenes,and2controlelements現(xiàn)在是9頁\一共有58頁\編輯于星期二lacZ

codesforβ-galactosidase(β-半乳糖苷酶)forlactosehydrolysis(水解）lacY

encodesagalactosidepermease(半乳糖苷透性酶)totransportLactoseacrossthecellwalllacA

encodesathiogalactosidetransacetylase(硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶)-抑制β-半乳糖苷酶有害產(chǎn)物積累L1:TheLACoperon現(xiàn)在是10頁\一共有58頁\編輯于星期二這三個結(jié)構(gòu)基因被一個轉(zhuǎn)錄單元lacZYA所編碼，它有一個啟動子PlaclacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個操縱基因位點(diǎn)Olacpositionbetweenbases-5and+21BindswiththelacrepressorL1:TheLACoperon現(xiàn)在是11頁\一共有58頁\編輯于星期二L1-3

乳糖阻抑物由LacI基因編碼同亞基四聚體活性形式Olac具有回文結(jié)構(gòu)（28bp堿基）乳糖缺乏時，阻抑物占據(jù)OlacL1:TheLACoperon現(xiàn)在是12頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是13頁\一共有58頁\編輯于星期二Thus,RNApolymerasebindsverytightlytoPlac

butnotranscriptionoccurbecauseoftheboundrepressor乳糖阻抑物和RNA聚合酶能同時結(jié)合到Plac和Olac上，且前者使后者的結(jié)合能力增加了2個數(shù)量級。L1:TheLACoperon現(xiàn)在是14頁\一共有58頁\編輯于星期二L1-4

誘導(dǎo)誘導(dǎo)物乳糖阻抑物阻抑物四聚體構(gòu)象變化降低阻抑物與Olac親和力聚合酶迅速轉(zhuǎn)錄乳糖，異乳糖現(xiàn)在是15頁\一共有58頁\編輯于星期二異乳糖RNA聚合酶L1:TheLACoperon現(xiàn)在是16頁\一共有58頁\編輯于星期二L1-5cAMP受體蛋白

(CRP)CRP是一種激活蛋白(CAP)CRP－cAMP復(fù)合物才能結(jié)合DNAcAMP由葡萄糖控制glucoseCRP-cAMPCRPcAMP現(xiàn)在是17頁\一共有58頁\編輯于星期二Plac啟動子：弱啟動子

沒有強(qiáng)－35序列弱的－10序列Highlevelexpressionfromthispromoterrequirestheactivityofthespecificactivator,CRP.L1:TheLACoperon現(xiàn)在是18頁\一共有58頁\編輯于星期二lacZlacYlacAPlacIPlaclacIOlacPlac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressorstartpointmRNAlactoseCRP-cAMP現(xiàn)在是19頁\一共有58頁\編輯于星期二cAMP水平上升，CRP－cAMP復(fù)合物結(jié)合在Plac上，DNA鏈發(fā)生90度的彎曲，增強(qiáng)了聚合酶與啟動子的結(jié)合，轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。vWhenglucoseisabsentvWhenglucose(葡萄糖）ispresent乳糖操縱子通常不被激活現(xiàn)在是20頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是21頁\一共有58頁\編輯于星期二SummaryA:RNApolymeraseB:lacrepressorC:CRP-cAMP阻抑物調(diào)控：-負(fù)調(diào)控-缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受體蛋白的調(diào)控：-正調(diào)控-缺少葡萄糖；有葡萄糖現(xiàn)在是22頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是23頁\一共有58頁\編輯于星期二乳糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源乳糖和葡萄糖同時存在再下列幾種情況下，大腸桿菌的乳糖操縱子是如何進(jìn)行調(diào)控的？思考題現(xiàn)在是24頁\一共有58頁\編輯于星期二L2TheTrp

Operon1.Thetrpoperon（操縱子）2.thetrprepressor(阻抑物）3.theattenuator（弱化子）4.LeaderRNAstructure5.Theleaderpeptide（肽）6.Attenuation（弱化作用）7.Importanceofattenuation現(xiàn)在是25頁\一共有58頁\編輯于星期二L2-1TheTrpOperon（色氨酸操縱子）現(xiàn)在是26頁\一共有58頁\編輯于星期二1.

trp操縱子

：包括色氨酸合成途徑中相關(guān)的5個結(jié)構(gòu)基因,一個啟動子，一個操縱序列一段前導(dǎo)序列，一個調(diào)節(jié)基因。2.該操縱子編碼一個轉(zhuǎn)錄單元，從Otrp向下游轉(zhuǎn)錄7kb的轉(zhuǎn)錄物.3.作用：當(dāng)細(xì)胞缺乏色氨酸時，trp操縱子

可使色氨酸協(xié)同表達(dá)。4.色氨酸操縱子RNA產(chǎn)物不穩(wěn)定.L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是27頁\一共有58頁\編輯于星期二L2-2TheTrprepressor

（色氨酸阻抑物）RegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是28頁\一共有58頁\編輯于星期二1.色氨酸阻抑物：由獨(dú)立的操縱子trpR編碼，能與Otrp位點(diǎn)特異性結(jié)合。2.

色氨酸阻抑物＋色氨酸——才能結(jié)合到操縱基因Otrp。L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是29頁\一共有58頁\編輯于星期二3.阻抑物：二聚體（兩個亞基）

一個中心區(qū)域

兩個靈活的DNA解讀頭部L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是30頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是31頁\一共有58頁\編輯于星期二4.Therefore,色氨酸操縱子所編碼的酶的終產(chǎn)物(色氨酸），可通過終產(chǎn)物抑制自身的合成。5.該阻抑物可將轉(zhuǎn)錄的起始減少大約70倍。L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是32頁\一共有58頁\編輯于星期二Thetrpoperon現(xiàn)在是33頁\一共有58頁\編輯于星期二L2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）Repressordoesnotaccountforalltheregulation:DeletionofasequencebetweentheoperatorandtrpEgenecodingregion(attenuator)increaseboththebasalandtheactivatedlevelsoftranscription.L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是34頁\一共有58頁\編輯于星期二1.位于trpE起始密碼子前面162nt的轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)序列（C）的末端.2.是一個ρ-independent

終止子區(qū)域，在一小段富含GC的回文結(jié)構(gòu)后使8個連續(xù)的U殘基。3.IfRNA轉(zhuǎn)錄物中發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成，actsas一個高效的轉(zhuǎn)錄終止子，

僅僅有一段短的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物倍合成。L2:ThetrpoperonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）mRNA現(xiàn)在是35頁\一共有58頁\編輯于星期二L2-4LeaderRNAstructure

（前導(dǎo)RNA的結(jié)構(gòu)）RegulationofTranscriptioninProkaryotesmRNA現(xiàn)在是36頁\一共有58頁\編輯于星期二TheleaderRNA

containsfourregions(sequence1,2,3,4)ofcomplementarysequencethatcanformdifferentstructuresL2:Thetrpoperon現(xiàn)在是37頁\一共有58頁\編輯于星期二L2-5Theleaderpeptide

（前導(dǎo)肽）1.前導(dǎo)RNA序列含有一個有效的核糖體結(jié)合位點(diǎn)，并能形成有前導(dǎo)RNA27－68號堿基所編碼的14個氨基酸的前導(dǎo)肽。2.這段前導(dǎo)肽的10和11個密碼子是連續(xù)的色氨酸殘基,在序列1中;終止密碼子在序列1和2之間。3.因此色氨酸決定核糖體的位置，從而控制轉(zhuǎn)錄。RegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是38頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是39頁\一共有58頁\編輯于星期二TrpTrpTrpTrpTrp（+）Trp（—）

現(xiàn)在是40頁\一共有58頁\編輯于星期二L2-6Attenuation

（弱化作用）依賴于轉(zhuǎn)錄和翻譯的緊密偶聯(lián)，使翻譯可以在mRNA邊轉(zhuǎn)錄時邊進(jìn)行.Therefore,前導(dǎo)RNA轉(zhuǎn)錄出后，前導(dǎo)肽立即被翻譯出。RegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是41頁\一共有58頁\編輯于星期二5’原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，翻譯相偶聯(lián)真核生物5現(xiàn)在是42頁\一共有58頁\編輯于星期二

在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進(jìn)行的過程中,

RNAPolymerease在sequence2的末端停滯直到核糖體開始翻譯前導(dǎo)肽L2:Thetrpoperon調(diào)控弱化作用抗終止作用現(xiàn)在是43頁\一共有58頁\編輯于星期二L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是44頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是45頁\一共有58頁\編輯于星期二現(xiàn)在是46頁\一共有58頁\編輯于星期二弱化作用：色氨酸存在使trpoperon的轉(zhuǎn)錄被抑制10-fold(細(xì)調(diào)）色氨酸阻抑物：70-fold(粗調(diào)）色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達(dá)施加了700-fold效果.His操縱子：弱化作用是唯一的調(diào)控機(jī)制L2-7Importanceofattenuation

（弱化作用的重要性）L2:Thetrpoperon現(xiàn)在是47頁\一共有58頁\編輯于星期二小結(jié)L1乳糖操縱子

操縱子；乳糖操縱子；乳糖阻遏物的調(diào)控-負(fù)調(diào)控cAMP-CRP的調(diào)控－正調(diào)控L2色氨酸操縱子

色氨酸操縱子；阻抑物；弱化子；前導(dǎo)RNA；前導(dǎo)肽；弱化作用－抗終止作用現(xiàn)在是48頁\一共有58頁\編輯于星期二L3

Transcriptionalregulation

byalternativeσ

Factors1.Sigmafactor2.Promoterrecognition3.Heatshock5.BacteriophagefactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是49頁\一共有58頁\編輯于星期二L3-1&2:Sigmafactorand

promoterrecognitionRegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是50頁\一共有58頁\編輯于星期二TranscriptionalregulationbyalternativesFactors現(xiàn)在是51頁\一共有58頁\編輯于星期二RegulationofTranscriptioninProkaryotes現(xiàn)在是52頁\一共有58頁\編輯于星期二Manybacteriaproducealternativesetsofσfactors

tomeettheregulationrequirementsoftranscriptionundernormalandextremegrowthconditionE.coli:Heatshockbacteriophageσfactors現(xiàn)在是53頁\一共有58頁\編輯于星期二Confereachofthemanewpromoterspecificity,andallowsthediversionofthecell’sbasictranscriptionmachinerytothespecifictranscription

ofdifferentclassesofgenesDifferentσfactorsbindingtothesamecoreRNAPolσ70factors

is