原核生物轉錄調控class

Geneexpressioncontrols基因表達:從DNA到蛋白質的過程?；虮磉_調控:對基因表達過程的調節(jié)?；虮磉_調控主要表現:1.轉錄水平上的調控－主要在起始，終止處。2.轉錄后水平的調控mRNA加工成熟水平上的調控（真核生物）翻譯水平的調控－起始，終止?MolecularBiologyCourse當前第1頁\共有58頁\編于星期三\22點華僑大學

1961年,Jacob等發(fā)表Lac操縱子模式,生物界反應之強烈可與1953年發(fā)表DNA雙螺旋模型相媲美當前第2頁\共有58頁\編于星期三\22點操縱子對轉錄的調節(jié)

Lac操縱子Trp操縱子因子對轉錄的調節(jié)RegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第3頁\共有58頁\編于星期三\22點典型的操縱子包括：1.結構基因：編碼那些在某一特定的生物合成途徑中起作用的，其表達被協(xié)同調控的酶。2.調控元件：如操縱序列，是調節(jié)結構基因轉錄的一段DNA序列。操縱子（Operon）：基因表達和調控的單元。CanbeencodedbyageneinanotheroperonRegulationofTranscriptioninProkaryotes調節(jié)基因：其產物能夠識別調控元件，如阻抑物，可以結合并調控操縱序列。當前第4頁\共有58頁\編于星期三\22點（調節(jié)基因）（調控元件）（如，阻抑物）當前第5頁\共有58頁\編于星期三\22點1.Theoperon2.Thelactoseoperon（乳糖操縱子）3.Thelacrepressor（乳糖抑制蛋白）4.Induction（誘導）5.cAMPreceptorprotein（CRP）L1

乳糖（Lac)操縱子當前第6頁\共有58頁\編于星期三\22點Lacrepressor（乳糖阻抑物）

ThelacoperonTranscriptionblockedInducer(Lactose)誘導物ActivatethePlac

transcription

Overview乳糖操縱子負調控CRP+cAMP(glucoserepressed)正調控Highleveloftranscription當前第7頁\共有58頁\編于星期三\22點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乳糖成為唯一的碳源時才會被合成。RegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第8頁\共有58頁\編于星期三\22點Lactoseoperon:aregulatorygeneand3stucturalgenes,and2controlelements當前第9頁\共有58頁\編于星期三\22點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移酶)-抑制β-半乳糖苷酶有害產物積累L1:TheLACoperon當前第10頁\共有58頁\編于星期三\22點這三個結構基因被一個轉錄單元lacZYA所編碼，它有一個啟動子PlaclacZYA轉錄單元含有一個操縱基因位點Olacpositionbetweenbases-5and+21BindswiththelacrepressorL1:TheLACoperon當前第11頁\共有58頁\編于星期三\22點L1-3

乳糖阻抑物由LacI基因編碼同亞基四聚體活性形式Olac具有回文結構（28bp堿基）乳糖缺乏時，阻抑物占據OlacL1:TheLACoperon當前第12頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第13頁\共有58頁\編于星期三\22點Thus,RNApolymerasebindsverytightlytoPlac

butnotranscriptionoccurbecauseoftheboundrepressor乳糖阻抑物和RNA聚合酶能同時結合到Plac和Olac上，且前者使后者的結合能力增加了2個數量級。L1:TheLACoperon當前第14頁\共有58頁\編于星期三\22點L1-4

誘導誘導物乳糖阻抑物阻抑物四聚體構象變化降低阻抑物與Olac親和力聚合酶迅速轉錄乳糖，異乳糖當前第15頁\共有58頁\編于星期三\22點異乳糖RNA聚合酶L1:TheLACoperon當前第16頁\共有58頁\編于星期三\22點L1-5cAMP受體蛋白

(CRP)CRP是一種激活蛋白(CAP)CRP－cAMP復合物才能結合DNAcAMP由葡萄糖控制glucoseCRP-cAMPCRPcAMP當前第17頁\共有58頁\編于星期三\22點Plac啟動子：弱啟動子

沒有強－35序列弱的－10序列Highlevelexpressionfromthispromoterrequirestheactivityofthespecificactivator,CRP.L1:TheLACoperon當前第18頁\共有58頁\編于星期三\22點lacZlacYlacAPlacIPlaclacIOlacPlac/RNApolymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRPbindingOlac

/

repressorstartpointmRNAlactoseCRP-cAMP當前第19頁\共有58頁\編于星期三\22點cAMP水平上升，CRP－cAMP復合物結合在Plac上，DNA鏈發(fā)生90度的彎曲，增強了聚合酶與啟動子的結合，轉錄效率提高50倍。vWhenglucoseisabsentvWhenglucose(葡萄糖）ispresent乳糖操縱子通常不被激活當前第20頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第21頁\共有58頁\編于星期三\22點SummaryA:RNApolymeraseB:lacrepressorC:CRP-cAMP阻抑物調控：-負調控-缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受體蛋白的調控：-正調控-缺少葡萄糖；有葡萄糖當前第22頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第23頁\共有58頁\編于星期三\22點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行調控的？思考題當前第24頁\共有58頁\編于星期三\22點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當前第25頁\共有58頁\編于星期三\22點L2-1TheTrpOperon（色氨酸操縱子）當前第26頁\共有58頁\編于星期三\22點1.

trp操縱子

：包括色氨酸合成途徑中相關的5個結構基因,一個啟動子，一個操縱序列一段前導序列，一個調節(jié)基因。2.該操縱子編碼一個轉錄單元，從Otrp向下游轉錄7kb的轉錄物.3.作用：當細胞缺乏色氨酸時，trp操縱子

可使色氨酸協(xié)同表達。4.色氨酸操縱子RNA產物不穩(wěn)定.L2:Thetrpoperon當前第27頁\共有58頁\編于星期三\22點L2-2TheTrprepressor

（色氨酸阻抑物）RegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第28頁\共有58頁\編于星期三\22點1.色氨酸阻抑物：由獨立的操縱子trpR編碼，能與Otrp位點特異性結合。2.

色氨酸阻抑物＋色氨酸——才能結合到操縱基因Otrp。L2:Thetrpoperon當前第29頁\共有58頁\編于星期三\22點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當前第30頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第31頁\共有58頁\編于星期三\22點4.Therefore,色氨酸操縱子所編碼的酶的終產物(色氨酸），可通過終產物抑制自身的合成。5.該阻抑物可將轉錄的起始減少大約70倍。L2:Thetrpoperon當前第32頁\共有58頁\編于星期三\22點Thetrpoperon當前第33頁\共有58頁\編于星期三\22點L2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）Repressordoesnotaccountforalltheregulation:DeletionofasequencebetweentheoperatorandtrpEgenecodingregion(attenuator)increaseboththebasalandtheactivatedlevelsoftranscription.L2:Thetrpoperon當前第34頁\共有58頁\編于星期三\22點1.位于trpE起始密碼子前面162nt的轉錄前導序列（C）的末端.2.是一個ρ-independent

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

僅僅有一段短的轉錄產物倍合成。L2:ThetrpoperonL2-3Theattenuator

（弱化子/衰減子）mRNA當前第35頁\共有58頁\編于星期三\22點L2-4LeaderRNAstructure

（前導RNA的結構）RegulationofTranscriptioninProkaryotesmRNA當前第36頁\共有58頁\編于星期三\22點TheleaderRNA

containsfourregions(sequence1,2,3,4)ofcomplementarysequencethatcanformdifferentstructuresL2:Thetrpoperon當前第37頁\共有58頁\編于星期三\22點L2-5Theleaderpeptide

（前導肽）1.前導RNA序列含有一個有效的核糖體結合位點，并能形成有前導RNA27－68號堿基所編碼的14個氨基酸的前導肽。2.這段前導肽的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，從而控制轉錄。RegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第38頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第39頁\共有58頁\編于星期三\22點TrpTrpTrpTrpTrp（+）Trp（—）

當前第40頁\共有58頁\編于星期三\22點L2-6Attenuation

（弱化作用）依賴于轉錄和翻譯的緊密偶聯，使翻譯可以在mRNA邊轉錄時邊進行.Therefore,前導RNA轉錄出后，前導肽立即被翻譯出。RegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第41頁\共有58頁\編于星期三\22點5’原核細胞轉錄，翻譯相偶聯真核生物5當前第42頁\共有58頁\編于星期三\22點

在色氨酸操縱子轉錄進行的過程中,

RNAPolymerease在sequence2的末端停滯直到核糖體開始翻譯前導肽L2:Thetrpoperon調控弱化作用抗終止作用當前第43頁\共有58頁\編于星期三\22點L2:Thetrpoperon當前第44頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第45頁\共有58頁\編于星期三\22點當前第46頁\共有58頁\編于星期三\22點弱化作用：色氨酸存在使trpoperon的轉錄被抑制10-fold(細調）色氨酸阻抑物：70-fold(粗調）色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達施加了700-fold效果.His操縱子：弱化作用是唯一的調控機制L2-7Importanceofattenuation

（弱化作用的重要性）L2:Thetrpoperon當前第47頁\共有58頁\編于星期三\22點小結L1乳糖操縱子

操縱子；乳糖操縱子；乳糖阻遏物的調控-負調控cAMP-CRP的調控－正調控L2色氨酸操縱子

色氨酸操縱子；阻抑物；弱化子；前導RNA；前導肽；弱化作用－抗終止作用當前第48頁\共有58頁\編于星期三\22點L3

Transcriptionalregulation

byalternativeσ

Factors1.Sigmafactor2.Promoterrecognition3.Heatshock5.BacteriophagefactorsRegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第49頁\共有58頁\編于星期三\22點L3-1&2:Sigmafactorand

promoterrecognitionRegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第50頁\共有58頁\編于星期三\22點TranscriptionalregulationbyalternativesFactors當前第51頁\共有58頁\編于星期三\22點RegulationofTranscriptioninProkaryotes當前第52頁\共有58頁\編于星期三\22點Manybacteriaproducealternativesetsofσfactors

tomeettheregulationrequirementsoftranscriptionundernormalandextremegrowthconditionE.coli:Heatshockbacteriophageσfactors當前第53頁\共有58頁\編于星期三\22點Confereachofthemanewpromoterspecificity,andallowsthediversionofthecell’sbasictranscriptionmachinerytothespecifictranscription

ofdifferentclassesofgenesDifferentσfactorsbindingtothesamecoreRNAPolσ70factors

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