原核基因表达调控.ppt
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1、第七章 原核基因表达调控,黄红辉,一、基因表达的概念,基因组 (genome) 全部遗传信息或整套基因。,基因表达 (gene expression) 基因产生蛋白质分子或RNA分子的过程。,基因表达调控 (gene regulation, or regulation of gene expression),二、基因表达的方式,(一)组成性表达 (constitutive expression),某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达,通常被称为管家基因(housekeeping gene)。,(二)适应型表达(adaptive expression),在特定环境信号刺激下,相应的基因被激
2、活,基因表达产物增加,这种基因称为可诱导基因 (inducible genes),如果基因对环境信号应答是被抑制,这种基因是可阻遏基因 (repressible genes)。,正转录调控(positive transcription regulation),调节基因的产物是激活蛋白(activator)。 负转录调控(negative transcription regulation),调节基因的产物是阻遏蛋白(repressor)。,负控诱导,负控阻遏,正控诱导,正控阻遏,法国巴斯德研究所Jacob和Monod等人1961年提出 (lac operon)学说,1965年获诺贝尔医学与生理学
3、奖,Jacob,Monod,三、乳糖操纵子,营养条件:无葡萄糖且存在乳糖时启动,(一)阻遏蛋白的负调控(负控诱导),操纵子(operon):核酸分子上调控基因转录活性的基本单元,由结构基因(structural genes)(编码蛋白)、操纵区(Operator)(结合调节蛋白)和启动子(Promoter)(结合RNA聚合酶)组成。,结构基因:操纵子中被调控的编 码蛋白质的基因 一个操纵子中含有2个以上的结构基因,每个结构基因是一个连续的开放阅读框,各结构基因头尾衔接、串连排列,组成结构基因群。转录成多顺反子mRNA,核糖体在合成完第一个编码的多肽后不脱离mRNA而继续翻译合成下一个基因编码的
4、多肽,直至合成完这条多顺反子mRNA所编码的全部多肽。,乳糖操纵子的组成,lacZ:,编码-半乳糖苷酶(-galactosidase) 分解乳糖。,lacY:,编码-半乳糖苷透性酶(permeasae) 将半乳糖转运到细胞中。,lacA:,编码-半乳糖苷乙酰转移酶(transacetylase),把乙酰辅酶A上的乙酰基转移到-半乳糖苷上。,乳糖操纵子的组成,启动子(promoter, P):是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。它们一般长40-60bp,含A-T 较多,某些段落很相似的,有保守性,称为共有性序列(consensus sequences)。在-10bp附近
5、有TATAAT一组共有序列,在-35bp处又有TTGACA一组共有序列。 操纵区(operator,O):是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列,常与启动子邻近或与启动子序列重叠,当调控蛋白结合在操纵子序列上,会影响其下游基因转录的强弱。乳糖操纵子中的操纵区具有回文(palindrome)样的对称性一级结构(-7+28位,对称轴在+11位),能形成十字形的茎环(stem loop)构造。不少操纵区都具有类似的对称性序列。,乳糖操纵子的负调控(I),在没有乳糖时,lac操纵子处于阻遏状态。此时基因在其自身的启动子Pi控制下,低水平、组成性表达产生阻遏蛋白单体R。R以同源四聚体形式与操纵区结合
6、,阻碍了RNA聚合酶与启动子Plac的结合,阻止了基因的转录起始。,乳糖操纵子的负调控(II),有乳糖时,乳糖受 半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖,与阻遏物结合,使阻遏物构象变化,阻遏物四聚体解聚成单体,失去与的亲和力,与解离,基因转录开放。,1,Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码。 2, 该mRNA分子的启动子(P)位于阻遏基因(I)与操纵区(O)之间,不能单独起始-半乳糖苷酶和透过酶的高效表达。 3, 操纵区是DNA上的一小段序列(仅为26bp),是阻遏物的结合位点。 4,当阻遏物与操纵区结合时,lac mRNA的转录起始受到抑制。 5,诱导物通过与阻遏物结合,改变它的三
7、维构象,使之不能与操纵区结合,从而激发lac mRNA的合成。当有诱导物存在时,操纵区没有被阻遏物占据,所以启动子能够顺利起始mRNA的转录。,乳糖操纵子负调控的主要内容,lac 操纵子的本底水平表达,阻遏物的结合:异构乳糖 IPTG,透过酶及-半乳糖苷酶是乳糖操纵子负控诱导所必需的,葡萄糖对lac 操纵子的影响,1,代谢物抑制效应(catabolite repression) 2,cAMP与CRP( cAMP receptor protein ) CAP(Catabolite gene activation protein)代谢分解物基因激活蛋白的正调控,(二)CAP的正调控,CAP以二聚体
8、形式与DNA结合,使DNA弯曲90度,CAP在不同操纵子中的DNA结合位点,CBS:CAP binding site,cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关,当细菌利用葡萄糖供给能量时,cAMP含量降低;无葡萄糖时,cAMP含量升高。 cAMP与cAMP受体蛋白CRP( cAMP receptor protein )结合后所形成的复合物CAP,并以二聚体的方式与特定的DNA序列结合,使转录效率提高50倍。 CAP通过改变启动子的构象以及与RNA聚合酶的相互作用,帮助酶分子正确定向,以便与-10区结合,起到取代-35区功能的作用。使转录效率提高50倍 Plac是弱启动子,单纯去阻遏使lac操纵子转录
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- 基因 表达 调控
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