遺傳學(xué)教學(xué)課件：原核生物基因表達(dá)調(diào)控

原核生物基因表達(dá)調(diào)控概念及意義基因表達(dá)是結(jié)構(gòu)基因在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)錄、翻譯以及所有的加工過(guò)程。任何影響基因的開(kāi)啟與關(guān)閉、轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程速率的直接或間接因素的作用，就是對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控意義：

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）原核生物的特點(diǎn)單細(xì)胞生物，沒(méi)有核膜和明顯的核結(jié)構(gòu)基因組是單個(gè)染色體，DNA未與蛋白質(zhì)結(jié)合，且絕大部分DNA都為編碼序列，很少重復(fù)序列DNA上功能相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子或高度集中，轉(zhuǎn)錄成多順?lè)醋拥膍RNA第一節(jié)原核生物基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯一、轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄是原核生物基因表達(dá)的主要調(diào)控點(diǎn)?；虻霓D(zhuǎn)錄主要涉及兩個(gè)方面，一是RNA合成的酶系；一是RNA合成起始的信號(hào)，也就是DNA分子上的特定序列。酶系RNA聚合酶全酶=核心酶+σ因子,作用是啟動(dòng)子的選擇和轉(zhuǎn)錄的起始.核心酶=2xα+

+

’+ω,作用是mRNA鏈的延伸.催化中心=

+

’.σ因子的作用是識(shí)別不同的啟動(dòng)子,增強(qiáng)聚合酶對(duì)啟動(dòng)子DNA序列的親和力.核心酶大腸桿菌RNA聚合酶的組成起始信號(hào)定義:指一段位于結(jié)構(gòu)基因5’上游區(qū)的DNA序列,能活化RNA聚合酶,使之與模板DNA準(zhǔn)確相結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性.結(jié)構(gòu)基因:DNA分子上轉(zhuǎn)錄出RNA的區(qū)段啟動(dòng)子(promoter)1.啟動(dòng)子區(qū)的特殊序列:Pribnowbox:位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游10bp處,又稱(chēng)-10區(qū),是RNA聚合酶的緊密結(jié)合位點(diǎn),具有保守的TATAAT序列.Sextamabox:位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游35bp處,又稱(chēng)-35區(qū),提供RNA聚合酶全酶識(shí)別的信號(hào).具有保守的TTGACA序列.2．啟動(dòng)子的CAP位點(diǎn)在啟動(dòng)子上除了RNA聚合酶進(jìn)入位點(diǎn)外，在上游部位還有一個(gè)代謝分解物基因激活蛋白（catabolitiegeneactivationprotein，CAP）位點(diǎn)是cAMP與其受體蛋白（cyclinAMPreceptorprotein，CRP）復(fù)合物的結(jié)合位點(diǎn)。CAP由cap基因編碼，是原核生物基因表達(dá)的一種正調(diào)節(jié)蛋白，當(dāng)它與cAMP形成復(fù)合物后，能改變構(gòu)象，提高對(duì)啟動(dòng)子的親合力，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。有些依賴(lài)于CAP的啟動(dòng)子常缺乏一般啟動(dòng)子所具有的典型的-35區(qū)的序列特征，影響RNA聚合酶與其結(jié)合，而CAP的存在可以明顯提高酶同啟動(dòng)子結(jié)合的常數(shù)。CAP位點(diǎn)在不同基因中表現(xiàn)出一定的保守性，而且具有回文對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)。乳糖啟動(dòng)子有兩個(gè)CAP結(jié)合位點(diǎn)位點(diǎn)Ⅰ：一個(gè)是-70到-50（位點(diǎn)Ⅰ），位點(diǎn)Ⅰ含一個(gè)反向重復(fù)序列，看來(lái)這是大多數(shù)強(qiáng)結(jié)合位點(diǎn)的特征位點(diǎn)Ⅱ：另一個(gè)是在-50到-40（位點(diǎn)Ⅱ），位點(diǎn)Ⅱ是一個(gè)很弱的結(jié)合部位，但是當(dāng)cAMP-CAP復(fù)合物結(jié)合于位點(diǎn)I時(shí)，位點(diǎn)II結(jié)合cAMP-CAP復(fù)合物的能力顯著提高，這是協(xié)同性（coopertivity）的結(jié)果。位點(diǎn)Ⅱ一旦被占據(jù)，那么RNA聚合酶便能到位并很快與-35區(qū)結(jié)合然后再與-10區(qū)結(jié)合，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。至于半乳糖操縱子內(nèi)的cAMP、CAP的調(diào)節(jié)作用則更為復(fù)雜（圖9—2），但都表明一個(gè)操縱子的一組基因有兩道控制開(kāi)關(guān)，只有兩道開(kāi)關(guān)同時(shí)打開(kāi)，基因才能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。二、轉(zhuǎn)錄的終止終止子（terminator）DNA上提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的一段序列稱(chēng)為終止子，是一個(gè)基因的末端或是一個(gè)操縱子的末端的一段特定序列。所有原核生物的終止子都有一些共同的序列特征，即在轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)之前有一段回文結(jié)構(gòu)，因而所產(chǎn)生的mRNA可形成莖環(huán)狀的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，它可使RNA聚合酶的移動(dòng)停止或減緩。大腸桿菌的終止子分為兩類(lèi)：強(qiáng)終止子:內(nèi)部終止子,不需要ρ因子(rhofactor),稱(chēng)為ρ因子非依賴(lài)性的終止子(Rho-independentterminator).

弱終止子:需要ρ因子,稱(chēng)為ρ因子依賴(lài)性的終止子(Rho-dependentterminator).

因子

因子：分子量為200kDa的六聚體蛋白(NTP酶),水解各種核甘三磷酸促使新生RNA鏈從三元轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中解離出來(lái),從而終止轉(zhuǎn)錄.依賴(lài)于ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止區(qū)DNA序列無(wú)共性，ρ因子不能識(shí)別這些終止位點(diǎn)。

因子依賴(lài)性的終止RNA合成起始以后，ρ因子即附著在新生的RNA鏈上,靠ATP水解產(chǎn)生的能量，沿著5’→3’方向朝RNA聚合酶移動(dòng),到達(dá)RNA的3’-OH端后取代暫停在終止位點(diǎn)上的RNA聚合酶,使之從模板DNA上釋放出來(lái),同時(shí)釋放mRNA,完成轉(zhuǎn)錄過(guò)程.

因子非依賴(lài)性的終止由基因序列決定的終止,終止位點(diǎn)上游存在富含GC堿基的二重對(duì)稱(chēng)區(qū),由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA形成發(fā)卡式結(jié)構(gòu)(hairpin)

.在終止位點(diǎn)前面有一段由4-8個(gè)A組成的序列,所以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3’端為寡聚U，這種結(jié)構(gòu)特征可以決定轉(zhuǎn)錄的終止發(fā)夾式結(jié)構(gòu)和寡聚U的共同作用使RNA從三元復(fù)合物中解離出來(lái)發(fā)夾結(jié)構(gòu)寡聚U三、翻譯原核生物中，mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯不僅發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞空間里，而且這兩個(gè)過(guò)程幾乎是同步進(jìn)行的，蛋白質(zhì)合成往往在mRNA剛開(kāi)始轉(zhuǎn)錄時(shí)就被引發(fā)SD序列是mRNA鏈上與核糖體的結(jié)合部位，直接參與翻譯的起始第二節(jié)原核生物的基因調(diào)控原核生物基因調(diào)控環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，這樣可以最有效且最為經(jīng)濟(jì)地從基因表達(dá)的第一步予以控制（二）乳糖操縱子操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1.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。操縱基因啟動(dòng)子β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷透過(guò)酶β-半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶mRNA2.乳糖操縱子調(diào)控模型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③操縱基因是DNA上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物的結(jié)合位點(diǎn)④當(dāng)阻遏物與操縱基因結(jié)合時(shí)，lac

mRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制⑤誘導(dǎo)