朱玉賢分子生物學(xué)第章原核基因表達(dá)調(diào)控

第九章原核核基因表達(dá)調(diào)控ControllingoftheGeneExpressionofProkaryote當(dāng)前第1頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Contents第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控概述

第二節(jié)乳糖操縱子的調(diào)控模式

第三節(jié)色氨酸操縱子的調(diào)控模式第四節(jié)

其他操縱子的調(diào)控機(jī)制

第五節(jié)

小分子RNA的調(diào)節(jié)

第六節(jié)

原核生物的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

當(dāng)前第2頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控概述基因表達(dá)(geneexpression)--基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。rRNA、tRNA的合成屬于基因表達(dá)中心法則(thecentraldogma)：為什么基因功能要調(diào)控？當(dāng)前第3頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

基因表達(dá)的時(shí)間性和空間性時(shí)間特異性某一基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生

Hb(hemoglobin)ζ2ε2→α2γ2→α2β2α2γ22%97%1%

α-樣亞基

β-樣亞基當(dāng)前第4頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Eachoftheα-likeandβ-likeglobingenefamiliesisorganizedintoasingleclusterthatincludesfunctionalgenesandpseudogenes.當(dāng)前第5頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)空間特異性(spatialspecificity)在個(gè)體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)同形異位現(xiàn)象(homeosis):果蠅頭部長觸角部位長出腳來同形異位盒基因(homeobox):高度保守的一段核苷酸序列（180bp）,控制胚胎發(fā)育的基因當(dāng)前第6頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第7頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第8頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第9頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)遺傳信息表達(dá)的方式組成型表達(dá)（constitutiveexpression）Housekeepinggene誘導(dǎo)型表達(dá)（inducibleexpressionbysignalingmolecular）Luxurygene順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控Epistasiseffect當(dāng)前第11頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

原核生物對環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答真核生物的細(xì)胞分化,組織特化,個(gè)體發(fā)育以及環(huán)境對個(gè)體表型的影響都是基因表達(dá)的結(jié)果

基因表達(dá)的調(diào)控涉及RNA轉(zhuǎn)錄的開/關(guān)，數(shù)量，選擇性加工蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與降解和分泌…當(dāng)前第12頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)原核生物與真核生物基因

表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有驚人的相似性共同的起源與共同的分子基礎(chǔ)調(diào)控機(jī)理上調(diào)控層次上核酸分子間的互作核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作transcriptionallevelpost—transcriptionalleveltranslationallevelpost—translationallevel當(dāng)前第13頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì),

靈活，又是最為重要，復(fù)雜的調(diào)控在復(fù)雜的基因組內(nèi)，確定需要基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)

精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的水平,以保證生物體對環(huán)境的適應(yīng)cisfactor&transfactor間嚴(yán)格而又靈活的互作保證RNApolymerase的進(jìn)行式轉(zhuǎn)錄（不中斷，準(zhǔn)確終止）當(dāng)前第14頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)第二節(jié)原核基因調(diào)控機(jī)制內(nèi)容提要：操縱子學(xué)說原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控的其他形式

當(dāng)前第15頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)一、操縱子學(xué)說1、操縱子模型的提出1940年，Monod發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的“二次生長曲線”。當(dāng)前第16頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)1951年，Monod與Jacob合作，發(fā)現(xiàn)兩對基因：Z基因：與合成β-半乳糖苷酶有關(guān)；I基因：決定細(xì)胞對誘導(dǎo)物的反應(yīng)。Szilard：I基因決定阻遏物的合成，當(dāng)阻遏物存在時(shí)，酶無法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該阻遏物。

Jacob：結(jié)構(gòu)基因旁有開關(guān)基因（操縱基因），阻遏物通過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。當(dāng)前第17頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)乙?；D(zhuǎn)移酶半乳糖苷透性酶?-半乳糖苷酶操縱子2、乳糖操縱元結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)基因當(dāng)前第18頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)ControlelementStructuralgenes調(diào)節(jié)蛋白

→結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)物

→結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第19頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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)控二、原核基因調(diào)控機(jī)制的類型與特點(diǎn)

根據(jù)操縱子對調(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)控和負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控當(dāng)前第20頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關(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

根據(jù)操縱子對某些能調(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：當(dāng)前第21頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導(dǎo)物。當(dāng)前第22頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)例：色氨酸操縱子、合成代謝蛋白的基因調(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（corepressor）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?？勺瓒粽{(diào)節(jié)當(dāng)前第23頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)又可分為：負(fù)控誘導(dǎo)：阻遏蛋白+誘導(dǎo)物→結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄；負(fù)控阻遏：阻遏蛋白+輔阻遏物→結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前第24頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)正控系統(tǒng)又可分為：正控誘導(dǎo)：誘導(dǎo)物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；正控阻遏：輔阻遏物的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。當(dāng)前第25頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第26頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)第三節(jié)乳糖操縱子(lacoperon)內(nèi)容提要：乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)酶的誘導(dǎo)——lac體系受調(diào)控的證據(jù)乳糖操縱子調(diào)控模型影響因子Lac操縱子中的其他問題當(dāng)前第27頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)一、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)lacI,1045bp，獨(dú)立PiP,82bp，－82～＋1O,35bp，－7～＋28lacZYA當(dāng)前第28頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)二、酶的誘導(dǎo)現(xiàn)象β-半乳糖苷酶當(dāng)前第29頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)分解底物的酶只有在底物存在時(shí)才出現(xiàn)！無乳糖時(shí)，幾個(gè)β-gal/cell

加入乳糖時(shí)，5000個(gè)酶分子再去掉乳糖，lacmRNA下降

乳糖能激發(fā)lacmRNA的合成

乳糖的誘導(dǎo)作用是由酶前體轉(zhuǎn)化而來，還是誘導(dǎo)新酶合成？培養(yǎng)基（35S-aa,無乳糖）→E.coli繁殖→培養(yǎng)基（無35S-aa,加入乳糖）→β-gal(無35S)當(dāng)前第30頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)三、調(diào)控機(jī)理當(dāng)前第31頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)體外結(jié)合競爭實(shí)驗(yàn):

阻遏物＋RNApol,off

RNApol＋阻遏物，on1.阻遏狀態(tài)當(dāng)前第32頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)2誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)作用：在可誘導(dǎo)的操縱元中，加入對基因表達(dá)有調(diào)節(jié)作用的小分子后，開啟基因的轉(zhuǎn)錄活性當(dāng)前第33頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)3誘導(dǎo)物不是乳糖！生成lac誘導(dǎo)物乳糖代謝Allolctose異構(gòu)乳糖別乳糖細(xì)胞內(nèi)β-半乳糖苷酶來源?當(dāng)前第34頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)4、gratuitousinducer

安慰誘導(dǎo)物

義務(wù)誘導(dǎo)物可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生，但不是其底物IPTG，異丙基硫半乳糖苷X-gal,5-溴-4-氯-3-吲哚-β-半乳糖（發(fā)色底物）在研究誘導(dǎo)作用時(shí)，很少使用乳糖當(dāng)前第35頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)β-半乳糖苷酶去阻遏葡萄糖+別乳糖β-半乳糖苷酶IPTG不是β-半乳糖苷酶可切割的底物當(dāng)前第36頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)四、阻遏蛋白的作用機(jī)制1、阻遏蛋白結(jié)構(gòu)38KD，4聚體，一個(gè)亞基結(jié)合一個(gè)IPTG分子lacI

組成型轉(zhuǎn)錄

Pi弱啟動(dòng)子，

5－10個(gè)／cell具有二重性阻止轉(zhuǎn)錄（與lacO結(jié)合）開始轉(zhuǎn)錄（與誘導(dǎo)物結(jié)合）當(dāng)前第37頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)域

頭段：-NH2端，lacO結(jié)合區(qū)（大溝）

絞鏈區(qū)：

核心段：誘導(dǎo)物結(jié)合-COOH：兩組亮氨酸拉鏈，形成四聚體。當(dāng)前第38頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)4個(gè)亞基的核心片段接觸形成四聚體當(dāng)前第39頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第40頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第41頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)對稱軸，+11對稱序列，6bp2、阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)－－lacO的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第42頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)3、組成型突變：lacOc

→cis-dominant當(dāng)前第43頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)組成型突變：

lacI-lacI-/lacI細(xì)胞表型？

當(dāng)前第44頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)3、不可誘導(dǎo)突變（超阻遏）：lacIs當(dāng)前第45頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)等位基因間的互補(bǔ)（interalleliccomplementation）。負(fù)的互補(bǔ)（negativecomplementation）

lacI-d的產(chǎn)物和lacI+的產(chǎn)物組成多聚體時(shí)，阻遏蛋白無活性。反式顯性（trans-dominant）顯性失活（dominantnegatives）當(dāng)前第46頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Mutationsmaptheregionsofthelaclgeneresponsiblefordifferentfunctions.TheDNA-bindingdomainisidentifiedbylacI-dmutationsattheN-terminalregion;lacl-mutationsunabletoformtetramersarelocatedbetweenresidues220-280.OtherlacI-mutationsoccurthroughoutthegene.lacIsmutationsoccurinregularlyspacedclustersbetweenresidues62-300.

當(dāng)前第47頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)4、阻遏蛋白對RNApol功能的影響阻遏蛋白和RNApol可同時(shí)與DNA結(jié)合

RNApol與啟動(dòng)子結(jié)合的平衡常數(shù)1.9×107

有阻遏蛋白時(shí),2.5×109結(jié)合著的RNApol不能轉(zhuǎn)錄.但加入誘導(dǎo)物后,釋放出阻遏蛋白,變?yōu)殚_放型啟動(dòng)子復(fù)合物.阻遏蛋白實(shí)際上使RNApol貯存在啟動(dòng)子上。這一模式是否存在于其它操縱元系統(tǒng)中？當(dāng)前第48頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)+glucose-glucoseTime(hr)Unitsof-galactosidase+lactoseGlucoseadded五、lacoperon的正調(diào)控

誘導(dǎo)物引起的阻遏物失活效應(yīng)僅去掉阻遏物并不能啟動(dòng)lac基因表達(dá),有其它因素參與1、代謝物阻遏效應(yīng)

實(shí)驗(yàn)：在lac＋Glu培養(yǎng)上E.coli只利用G，只有G耗盡時(shí)，才會利用lac葡萄糖抑制lacmRNA的轉(zhuǎn)錄：當(dāng)前第49頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)葡萄糖對lac操縱元表達(dá)的抑制是間接的乳糖的降解是通過cAMP與CAP結(jié)合起作用的CAP,cataboliteactivatorprotein

由crp編碼（1）它可能直接和RNAPol相互作用；（2）作用于DNA，改變其結(jié)構(gòu)，從而幫助RNAPol結(jié)合。當(dāng)前第50頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第51頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，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ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP2、CAP的正調(diào)控ATP腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）

當(dāng)前第52頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（負(fù)性調(diào)節(jié)與正性調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作）結(jié)論：lac操縱子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖當(dāng)前第53頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAP當(dāng)前第54頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)TheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!當(dāng)前第55頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlright,I’mofftotheraces...Comeon,letmethrough!當(dāng)前第56頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)3、CAP結(jié)合位點(diǎn)CAP為二聚體，45KD，被cAMP激活結(jié)合位點(diǎn)～22bpI-70~-50II-50~-40ARⅠARⅡ當(dāng)前第57頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)由于序列的差異，使不同基因受cAMP激活的水平不同結(jié)合位點(diǎn)序列保守當(dāng)前第58頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)4、CAP的結(jié)合對DNA構(gòu)型的影響DNA彎曲彎曲點(diǎn)位于CAP結(jié)合位點(diǎn)二重對稱的中心彎曲使CAP能與啟動(dòng)子上的RNApol接觸當(dāng)前第59頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)（1）CAP結(jié)合位點(diǎn)與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置CAP與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離，相距數(shù)個(gè)整雙螺旋CAP結(jié)合位點(diǎn)在啟動(dòng)子的上下游，都能發(fā)揮作用5、CAP對轉(zhuǎn)錄的影響當(dāng)前第60頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)（2）基因轉(zhuǎn)錄對cAMP—CAP系統(tǒng)的依賴性，

與啟動(dòng)子本身的效率有關(guān)cAMP-CAP復(fù)合物的結(jié)合，使位點(diǎn)II附近的富含GC區(qū)域雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，因而-10區(qū)的熔解溫度降低，促進(jìn)開放型啟動(dòng)子復(fù)合物的形成當(dāng)前第61頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)（3）CAP激活轉(zhuǎn)錄的方式CAP直接作用于RNApolα亞基缺失RNApolα亞基的—C末端時(shí)，失去受CAP激活的能力作用于DNA，改變其結(jié)構(gòu)當(dāng)前第62頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.3.6lacoperon的其它問題lacoperon的功能是在正負(fù)兩個(gè)調(diào)控體系的協(xié)調(diào)作用(coordinateregulation)下實(shí)現(xiàn)的。阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP不發(fā)揮作用；如沒有CAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從P上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性CAP組成型合成，所以cAMP－CAP復(fù)合物取決于cAMP含量腺苷酸環(huán)化酶位于細(xì)胞膜上，其活性與葡萄糖運(yùn)輸?shù)拿赣嘘P(guān)，因此cAMP－CAP調(diào)控乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖類代謝有關(guān)的酶降解物敏感型操縱元：只要有葡萄糖存在，這些操縱元就不表達(dá)

當(dāng)前第63頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)2.A基因及其生理功能編碼B-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，使半乳糖苷乙酰化。該酶不參與乳糖代謝！生理意義：在細(xì)胞中有許多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷類物質(zhì)，其分解產(chǎn)物不能進(jìn)一步代謝，積累，抑制細(xì)胞生長。半乳糖苷乙?；?，即無毒.所以lacA雖不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物質(zhì)的積累3.lac基因產(chǎn)物數(shù)量，1：0.5：0.2

不同酶的數(shù)量差異,是由于在翻譯水平上的調(diào)節(jié).方式有二:核糖體脫離:多順反子的差別性翻譯

內(nèi)切酶作用:在lacmRNA分子內(nèi)部，a基因比z基因更易受內(nèi)切酶作用當(dāng)前第64頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)4、操縱子的融合與基因工程POZYAtsxPOpur結(jié)構(gòu)基因缺失lacoperonpuroperon當(dāng)前第65頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Summary當(dāng)前第66頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第67頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)SummaryoflacoperonregulationGlucosecAMPLactoseTranscriptionoflacmRNAHighLowPresentlowrateofexpressionHighLowAbsentessentiallynoneLowHighAbsentessentiallynoneLowHighPresenthighrateofexpression當(dāng)前第68頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.4色氨酸操縱子（trpoperon）內(nèi)容提要：色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子的阻遏系統(tǒng)色氨酸操縱子的弱化機(jī)制當(dāng)前第69頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)生物細(xì)胞中的氨基酸合成，也受操縱元的調(diào)節(jié)。細(xì)胞需要某種氨基酸時(shí)，其基因即表達(dá)，不需要時(shí)基因關(guān)閉，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的原則。當(dāng)前第70頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

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

trpRtrp當(dāng)前第71頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)磷當(dāng)前第72頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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)所隔開當(dāng)前第73頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.4.2Trpoperon的阻遏系統(tǒng)（1）TrpR四聚體當(dāng)前第74頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)阻遏蛋白＋trp

→

有活性的阻遏物SNE299＋trpO→不轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第75頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)（2）阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)

trpO-21~+1，反向重復(fù)序列trpP-40~+18活性阻遏物與trpO的結(jié)合與RNApol與啟動(dòng)子的結(jié)合發(fā)生競爭當(dāng)前第76頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)（3）阻遏系統(tǒng)主管轉(zhuǎn)錄是否啟動(dòng)，在缺乏Trp時(shí)，mRNA起始合成，但不能自動(dòng)延伸，一般在trpE之前終止轉(zhuǎn)錄粗調(diào)開關(guān)當(dāng)前第77頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.4.3弱化作用（attenuation）（1）弱化子，衰減子，α前導(dǎo)RNA，140bpα當(dāng)前第78頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)弱化子，衰減子，α當(dāng)前第79頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)序列分析發(fā)現(xiàn)，其中4個(gè)片段進(jìn)行配對，形成不同的二級結(jié)構(gòu)Terminator當(dāng)前第80頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

S312POE4321LDNARNAATGTGA2trpcodons1432（2）前導(dǎo)肽14aa當(dāng)前第81頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第82頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)（3）轉(zhuǎn)錄弱化作用LackoftrpLackofaminoacyltRNARibosomepauseattrpcodons,occludingsequence1Form2:3hairpinanti-terminator

TranscriptionintotrpEandbeyond當(dāng)前第83頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)HightrpTrpisinsertedatthetrpcodonsTranslatetotheendofleadermessageRibosomeoccludesequence2Terminatetranscriptionat(3:4formterminator)當(dāng)前第84頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)弱化子對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵空間結(jié)構(gòu)，10thand11thcodonsencodetrpresidues(rareAA)時(shí)間，核糖體停頓在2個(gè)Trp密碼子上時(shí)，產(chǎn)生延宕，此時(shí)4區(qū)未轉(zhuǎn)錄出來Theleaderpeptideistodeterminertrpavailabilityandtoregulatetranscriptiontermination14–amino-acid(encodedby27-68oftheleaderRNAsummary當(dāng)前第85頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.4.4阻遏作用與弱化作用的協(xié)調(diào)阻遏效率啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄起始頻率在R+和R-相差70倍弱化作用

trp存在時(shí)，約有10％的RNApol僥幸轉(zhuǎn)錄

-trp

活性阻遏物－－－－→無活性阻遏物

←－－－－

+trptrp操縱子具有雙重調(diào)節(jié)體系？當(dāng)前第86頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Negative—repressibleoperon可以被最終合成產(chǎn)物所阻遏RPOleadingseq.EDCBAtrp+為什么需要阻遏體系？當(dāng)大量Trp存在時(shí)，阻遏系統(tǒng)起作用。阻遏物與之結(jié)合，阻止先導(dǎo)mRNA合成。

經(jīng)濟(jì)當(dāng)前第87頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)僅有少量trp時(shí)，RNApol啟動(dòng)，但在L.S.處脫落，轉(zhuǎn)錄中斷RPOleadingseq.EDCBA少量trp+不足以結(jié)合

O

位點(diǎn)為什么需要弱化系統(tǒng)？當(dāng)trp濃度低時(shí)，阻遏物從有活性變?yōu)闊o活性，速度極慢，不能很快引發(fā)trp合成。因此需要一個(gè)能快速作出反應(yīng)的系統(tǒng)，以保持培養(yǎng)基中適當(dāng)?shù)腡rp水平。當(dāng)前第88頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.4.5細(xì)菌演化出弱化系統(tǒng)的生物學(xué)意義通過tRNA荷載與否進(jìn)行調(diào)控，更為靈敏氨基酸的主要用途是合成蛋白質(zhì)，因而tRNA荷載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)控更為恰當(dāng)兩個(gè)調(diào)控系統(tǒng)，避免浪費(fèi)提高效率阻遏系統(tǒng)高水平trp時(shí)，不轉(zhuǎn)錄低水平trp時(shí)，轉(zhuǎn)錄至LS

弱化系統(tǒng)細(xì)調(diào)原核生物細(xì)致的精細(xì)調(diào)控機(jī)制增強(qiáng)原核生物對環(huán)境的適應(yīng)性當(dāng)前第89頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第90頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.5其他操縱子6.5.1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)。當(dāng)前第91頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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。當(dāng)前第92頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

阿拉伯糖操縱子（arabinoseoperon)araB基因、araA基因和araD,形成一個(gè)基因簇，簡寫為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。

當(dāng)前第93頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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AraC蛋白的兩種異構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)的（Pi和Pr)。當(dāng)前第94頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第95頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第96頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第97頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答SOS反應(yīng)的機(jī)理：由RecA蛋白和LexA阻遏物的相互作用引起的。LexA阻遏物：是SOSDNA修復(fù)系統(tǒng)所有基因的阻遏物RecA蛋白：是SOS反應(yīng)的最初的發(fā)動(dòng)因子。在單鏈DNA和ATP存在時(shí)，RecA蛋白被激活，表現(xiàn)出水解酶活性，分解LexA阻遏物。當(dāng)RecA水解LexA阻遏物后，導(dǎo)致SOS體系（包括recA基因）高效表達(dá)，DNA得到修復(fù)當(dāng)前第98頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.6.1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）-AUG6.6轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控當(dāng)前第99頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.6.2稀有密碼子對翻譯的影響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當(dāng)前第100頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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程容易受阻，影響了蛋白質(zhì)合成的總量。當(dāng)前第101頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.6.3重疊基因?qū)Ψg的影響當(dāng)前第102頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。當(dāng)前第103頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)

反義RNA（antisenseRNA）的調(diào)節(jié)作用干擾mRNA的互補(bǔ)RNA,可作為調(diào)節(jié)物質(zhì)？！當(dāng)前第104頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)可與mRNA結(jié)合，結(jié)合位點(diǎn)是S-D,AUG,部分N端密碼子與RNA形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，作為內(nèi)切酶底物與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄提前終止可以抑制基因的轉(zhuǎn)錄、RNA產(chǎn)物的加工或mRNA的翻譯在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都可以發(fā)生當(dāng)前第105頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)可以與靶RNA形成雙鏈體雙鏈體阻遏翻譯起始，引起轉(zhuǎn)錄終止，或產(chǎn)生核酸內(nèi)切酶的作用位點(diǎn)在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都可以發(fā)生小RNA分子的翻譯調(diào)節(jié)當(dāng)前第106頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Ecoli中外膜蛋白o(hù)mpF的表達(dá)調(diào)控λ噬菌體，cII蛋白抑制晚期基因轉(zhuǎn)錄Tn10中轉(zhuǎn)座酶翻譯的調(diào)節(jié)當(dāng)前第107頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)DNAanti-bfr基因bfr基因anti-bfrRNAbfrmRNARNARNA細(xì)菌鐵蛋白不存在anti-bfrRNAbfrRNA失活bfr編碼細(xì)菌鐵蛋白，正常轉(zhuǎn)錄mRNA其轉(zhuǎn)錄受到Fur蛋白的調(diào)節(jié)(Fur蛋白感受鐵離子的變化)例，細(xì)菌鐵蛋白用來儲存細(xì)胞中過剩的鐵離子培養(yǎng)基鐵離子濃度高時(shí)，需要細(xì)菌鐵蛋白當(dāng)前第108頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Ecoli中ompF

基因的翻譯調(diào)節(jié)Env，編碼滲透壓感受器的受體蛋白o(hù)mpC低滲時(shí)，ompC關(guān)閉，ompF增加高滲時(shí)，ompC增加，ompF下降ompC與ompF是外膜蛋白，受培養(yǎng)基滲透壓的調(diào)節(jié)當(dāng)前第109頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)當(dāng)前第110頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)6.6.5RNAinterference

——GenesilencingbydsRNA植物：cosuppression(RichJorgensen,early90sin20thcentury)真菌：quelling(Cogonietal,1994)動(dòng)物：RNAinterferingGuoandKemphues(1994):向秀麗線蟲注射par-1基因的antisenseRNA，結(jié)果減弱了此基因的表達(dá)。但是，對照組注射senseRNA，也得到同樣結(jié)果？?。?）ThediscoveryofRNAi當(dāng)前第111頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)Double-strandedRNAinjectC.elegansNeg.control

UninjectedAntisenseRNA

dsRNAsenseantisenseNature1998391:806-811(Fireetal)Mex-3mRNAdetectioninembryosbyinsituhybridization當(dāng)前第112頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)RNAi現(xiàn)象的普遍性隨后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)RNAi也存在水稻、煙草、果蠅及人等所有的真核生物中。RNAi能高效特醫(yī)的阻斷基因的表達(dá)，在線蟲，果蠅體內(nèi)，RNAi能達(dá)到基因敲處的效果。當(dāng)前第113頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)RNA-MediatedGeneSilencing轉(zhuǎn)基因沉默分為：轉(zhuǎn)錄后水平的沉默（Post-transcriptionalGene

Silencing，PTGS)

轉(zhuǎn)錄水平的沉默（TranscriptionalGene

Silencing，TGS)RNAi屬于轉(zhuǎn)錄后水平的沉默。當(dāng)前第114頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)DICER -RNAseIII,雙鏈特異性內(nèi)切酶 -二聚體,2催化域,螺旋酶和 PAZ基序 -產(chǎn)生2-3nt3′突出末端 -ATP依賴的核酸酶RISC -RNA-inducedsilencingcomplex -RISC包含siRNA -前體被ATP激活 -發(fā)現(xiàn)和破壞mRNA的互補(bǔ)序列 -含有內(nèi)切酶、外切酶,切割雜合鏈，緊接著降解之 -ARO:PAZdomain(assembly)（2）RNAi的作用機(jī)制：siRNA形成階段RISC形成階段效應(yīng)階段當(dāng)前第115頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)沉默信號的放大與傳遞RNAi在組織間的傳遞

需要：A)從一個(gè)細(xì)胞到另一個(gè)細(xì)胞 B)信號進(jìn)行放大A)SID,穿膜蛋白(為信號運(yùn)輸提供通道)B)RdRP -RNA依賴的RNA聚合酶-存在于有些生物中(drosophila,plants)-通過擴(kuò)增富集siRNA的濃度 -siRNA為引物，靶mRNA為模板，合成dssiRNA當(dāng)前第116頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)RNAi放大信號dsRNARdRpDicermiRNARdRp①②③dsRNATargetmRNARISCCleavage

RNAdegradation

當(dāng)前第117頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)TranscriptionalGeneSilencingplant:methylationinpromotorregionsleadstogenesilencing METasapartofRISCC.elegance:polycomb-dependentmechanism, polycombproteinsass.withRISC chromatinremodeling:open–closetransition當(dāng)前第118頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)small-temporalRNAslet7,lin4 negativeregulatorofgenes70ntprecurser,processedbyDICER,resultsnotindsRNAbindtargetandpreventribosomalelongation當(dāng)前第119頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)RNAinterference

當(dāng)前第120頁\共有133頁\編于星期四\8點(diǎn)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)體的某一生長階段持續(xù)表達(dá)

(E)在一個(gè)物種的幾乎所有個(gè)體中