原核基因表达调控2011.ppt
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1、基因表达的调控基因表达的调控 1 l l 基因表达基因表达 是指贮存在DNA序列中的遗传信息经过一 系列步骤表现出其生物学功能的过程 永久型和调节型表达 2 l l 基因表达基因表达= =基因转录基因转录+ +翻译翻译 3 基因表达调控(regulation of gene expression) :对基因表达过程各层次的调节 转录水平(transcriptional level) 转录后水平(post-transcriptional level ) 翻译水平(translation level) 翻译后水平(post-translation level) 4 主要是主要是转录水平的调控转录水
2、平的调控 1.DNA1.DNA序列序列 2.2.调控蛋白调控蛋白 3.DNA-3.DNA-蛋白质相互作用蛋白质相互作用 RNARNA聚合酶活性聚合酶活性 5 l l 基因表达的调控方式基因表达的调控方式: : 阻遏阻遏 负调控负调控: :调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 ( (相应蛋白质相应蛋白质降低降低) ) 促进促进 正调控正调控: :调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 ( (相应蛋白质相应蛋白质增加增加) ) 6 第一节 原核生物基因表达的调控 7 8 一、乳糖操纵子(lactose operon) l l 操纵子(操纵子(ope
3、ronoperon): 原核生物原核生物中几个功能相关的结构基因成簇中几个功能相关的结构基因成簇 串联排列组成的一个基因表达的协同单位串联排列组成的一个基因表达的协同单位 (DNADNA序列)序列). . 一个操纵子一个操纵子 = =编码序列(编码序列(2-62-6) + +启动序列启动序列+ +操纵序列操纵序列+(+(其他调节序列其他调节序列) ) 9 l l 乳糖操纵子的发现:乳糖操纵子的发现: 细菌以细菌以葡萄糖葡萄糖为能量来源为能量来源 葡萄糖充分时:葡萄糖充分时: 与与葡萄糖代谢葡萄糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-表达表达 与与其他糖代谢其他糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-关闭关闭
4、葡萄糖耗尽时,乳糖存在(培养基):葡萄糖耗尽时,乳糖存在(培养基): 与与乳糖代谢乳糖代谢有关的酶基因有关的酶基因 -表达表达 与与葡萄糖代谢葡萄糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-关闭关闭 10 l l 细菌对乳糖的利用及其相关的细菌对乳糖的利用及其相关的酶酶: : 乳糖乳糖 ( (在透过酶作用下进入细菌)在透过酶作用下进入细菌) 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 (细菌中少量存在)(细菌中少量存在) 异构乳糖异构乳糖 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 (细菌中少量存在)(细菌中少量存在) 葡萄糖葡萄糖+ +半乳糖半乳糖 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 (细菌中少量存在)(细菌中少量存在) 转转乙酰基酶乙酰基酶 11 IPOZY
5、a 控制位点控制位点 结构基因结构基因 DNADNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 半乳糖苷透过酶半乳糖苷透过酶 乙酰基转移酶乙酰基转移酶 (一)乳糖操纵子(一)乳糖操纵子(lactose lactose opronopron) 结构结构 RNARNA聚合酶聚合酶 结合位点结合位点 调控基因调控基因 12 (二)Lac阻遏物的作用-负调控 l l LacLac阻遏物阻遏物 l l 结构特点结构特点 l l 调控机制调控机制 (负调控)(负调控) l l 由由基因基因I I编码生成的编码生成的蛋白质蛋白质 l l 具有四级结构的蛋白质具有四级结构的蛋
6、白质 l l 具有具有4 4个相同亚基个相同亚基 l l 每个亚基中都有一与诱导剂结合的每个亚基中都有一与诱导剂结合的 位点位点 l l LacLac阻遏物与阻遏物与O O基因结合基因结合: 结构基因结构基因关闭关闭 l l LacLac阻遏物与阻遏物与诱导剂诱导剂结合:结合: 不与不与O O基因结合,结构基因基因结合,结构基因开放开放 RNARNA聚合酶结合,转录开始聚合酶结合,转录开始 13 l l 生理性诱导剂生理性诱导剂 l l 实验常用诱导剂实验常用诱导剂 l l 别位乳糖别位乳糖 l l 异丙基硫代半乳糖(异丙基硫代半乳糖( IPTGIPTG) l l LacLac操纵子诱导剂操纵
7、子诱导剂 14 IO O 诱导剂 乳糖操纵子的负调控 图15-4 15 可诱导调节 l一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下,由原来关闭的状态转变为工作状 态,即在某些物质的诱导下使基因活化 16 (三)CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中 的作用-乳糖操纵子的正调控 低葡萄糖、高乳糖、高cAMP时: v Lac 阻遏蛋白不封闭转录, v CAP+ cAMP 加强转录。 17 l l 葡萄糖存在时:葡萄糖存在时: 优先利用葡萄糖作为能源优先利用葡萄糖作为能源 。 与与阻遏蛋白阻遏蛋白的存在有关的存在有关 -乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控 与与cAMPcAMP有关:有关: 葡萄糖葡萄
8、糖 cAMPcAMP Lac Lac操纵子(操纵子(- -) l l 只有乳糖存在时:只有乳糖存在时: 只能利用乳糖只能利用乳糖 解除解除阻遏蛋白阻遏蛋白的作用的作用 CAP-CAP-cAMPcAMP复合物的激活作用复合物的激活作用 CAP+cAMPCAP+cAMP 乳糖操纵子乳糖操纵子 导致结构基因转录导致结构基因转录( (正调控正调控) ) vvcAMPcAMP 在在原核生物中的作用原核生物中的作用 (饥饿信号)(饥饿信号) vvCAP(CAP(分解物基因激活物蛋白分解物基因激活物蛋白):): 有二个相同亚基的蛋白质有二个相同亚基的蛋白质 一个与一个与DNADNA结合的结合的domaind
9、omain 一个与一个与cAMPcAMP结合的结合的domain domain 18 IPOZYa 调控基因调控基因 控制位点控制位点 结构基因结构基因 DNADNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 启动序列启动序列 cAMPcAMP-CAP-CAP 结合位点结合位点 操纵序列操纵序列 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 通透酶通透酶 乙酰基转移酶乙酰基转移酶 乳糖操纵子(乳糖操纵子(lactose lactose opronopron) 结构结构 RNARNA聚合酶聚合酶 结合位点结合位点 19 CAP- cAMP复合物 在乳糖操纵子表达中的作用-正调控 条件2: 低乳糖 条件3: 低乳糖 条件4: 高葡萄糖 低cAM
10、P 高乳糖 Lac 阻遏蛋白封闭转录时, CAP对该系统不发挥作用 条件1: 低葡萄糖 高cAMP 高乳糖 Lac 阻遏蛋白不封闭转录时, 没有CAP存在,也无高效转录活性。 Lac 阻遏蛋白不封闭转录, CAP+ cAMP 加强转录。 O O O OO 图15-5 20 m原核生物基因表达的一般情况 (乳糖操纵子) l l 环境条件的变化是相关环境条件的变化是相关 基因表达的外界信号基因表达的外界信号 l l 基因表达基因表达 的的负调控负调控 l l 基因表达基因表达 的的正调控正调控 l l 正、负调控协同表达正、负调控协同表达 葡萄糖、乳糖浓度的葡萄糖、乳糖浓度的 变化变化 LacLa
11、c阻遏物阻遏物与操纵基因与操纵基因 cAMP+CAPcAMP+CAP与相应的与相应的DNADNA 序列序列 21 二、色氨酸操纵子 1.阻遏物对色氨酸操纵子的负调控 调控基因 结构基因 催化分支酸转变为色氨酸 的酶 trpR trp 22 l l 阻遏物对色氨酸操纵子的负调控阻遏物对色氨酸操纵子的负调控 阻遏物阻遏物 + + TrpTrp 结合操纵基因结合操纵基因 相同二个相同二个 共阻遏物共阻遏物 亚基组成亚基组成 的蛋白质的蛋白质 高高TrpTrp时:阻遏物时:阻遏物+ +TrpTrp 结合操纵基因结合操纵基因 低低TrpTrp时:阻遏物时:阻遏物 不结合操纵基因不结合操纵基因 23 2.
12、2.衰减作用对色氨酸操纵子的调控衰减作用对色氨酸操纵子的调控 衰减子衰减子 (attenuatorattenuator)-DNADNA vv位于位于L L基因中基因中, ,离离E E基因基因55端约端约30-60bp30-60bp。 vv通过通过衰减子(转录终止结构)衰减子(转录终止结构)使转录终止。使转录终止。 vv高高TrpTrp 时:衰减子起作用,终止转录。时:衰减子起作用,终止转录。 产生产生“衰减子转录产物衰减子转录产物”(mRNA) mRNA) , 转录、翻译偶联,同时产生转录、翻译偶联,同时产生“前导肽前导肽”。 24 前导肽 转录终止结构 图15-6 25 The leader
13、 RNA and leader peptide of the trp operon 26 Low Trp High Trp Complementary 2:3 Elongation of transcription Complementary 3:4 termination of transcription 27 l l 高高TrpTrp时:时: Trp-tRNATrp-tRNATrp Trp 存在 存在 核糖体通过片段核糖体通过片段1 1(2(2个个TrpTrp密码子密码子) ) 封闭片段封闭片段2 2 片段片段3 3,4 4形成形成发夹结构发夹结构 类似于不依赖类似于不依赖因子的转录终止序
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- 基因 表达 调控 2011
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