原核基因表达调控1-6-刘青波.ppt
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1、第六章 基因的表达与调控(上),原核基因表达调控模式,目的与要求,掌握基因表达的概念。 掌握原核基因表达调控的基本原则及乳糖操纵子。 掌握Trp操纵子的工作原理。 熟悉转录后调控的种类及原理。 了解半乳糖操纵子的作用机制、了解阿拉伯糖操纵子的作用机制。,第一节 基因表达调控概述,基因表达(gene expression),概念:通过转录和翻译,使遗传信息转变成各种功能性蛋白质的过程。,DNA,基因表达的时间性及空间性,(一)时间特异性,按功能需要,某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生,称之为基因表达的时间特异性(temporal specificity)。,多细胞生物基因表达的时间特异性
2、又称阶段特异性(stage specificity)。,(二)空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异,实际上是由细胞在器官的分布决定的,所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。,在个体生长全过程,某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现,称之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。,在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达,或变化很小。区别于其他基因,这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutive gene expression)。,基因表达的方式,按对刺激的反应性,基因表达的方
3、式分为:,(一)组成性表达,管家基因(housekeeping gene)。 某些在一个个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。,管家基因,(二)诱导和阻遏表达,在特定环境信号刺激下,相应的基因被激活,基因表达产物增加,这种基因称为可诱导基因。,可诱导基因在特定环境中表达增强的过程,称为诱导(induction)。,DNA损伤 修复酶基因激活,1.可诱导基因与诱导,2.可阻遏基因与阻遏,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。 可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。,在一定机制控制下,功能上相关的一组基因,无论其为何种表达方式,均需协调一致、共同表达,即为
4、协调表达(coordinate expression) 。,基因的协调表达,基因表达的调控,概念: (gene regulation or gene control) 对基因表达过程的调节。 一般规律:,机体需要,基因表达开始,(on),机体不需要,基因表达停止,(off),可能有本底水平的基因表达:每个细胞只合成 1或2 个mRNA分子和极少量的蛋白质分子。,基因表达调控的分类,(1)转录水平上的调控 (2)转录后水平上的调控 mRNA加工成熟水平上的调控 翻译水平上的调控,原核与真核生物转录及翻译的总特点,扫描图片,二、原核基因表达调控机制的 类型与特点,原核基因表达调控主要发生在转录水平
5、上。,负转录调控,正转录调控,调节基因的产物是阻遏蛋白,调节基因的产物是激活蛋白,编码序列,调节序列,激活蛋白,阻遏蛋白,阻遏蛋白与激活蛋白,阻遏蛋白,负转录 调控,正转录 调控,正控阻遏,正控诱导,负控阻遏,负控诱导,阻遏蛋白+,诱导,无活阻遏蛋白+,阻遏,无活激活蛋白+,诱导,激活蛋白+,效应物,效应物,效应物,效应物,诱导因子,诱导因子,共阻遏物,共阻遏物,阻遏,负转录 调控,正转录 调控,正控阻遏,正控诱导,负控阻遏,负控诱导,阻遏蛋白+,诱导,无活阻遏蛋白+,阻遏,无活激活蛋白+,诱导,激活蛋白+,效应物,效应物,效应物,效应物,诱导因子,诱导因子,共阻遏物,共阻遏物,阻遏,Lac
6、O,I,阻遏物,诱导,负控诱导,Trp O,无活的阻遏蛋白,辅,-,阻遏物,负控阻遏,正 控 诱 导,活化的激活蛋白,失活的活性蛋白,活化的激活蛋白,辅,-,阻遏物,基因表达,阻遏,正控阻遏,第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统,一、原核基因表达的操纵子模型,操纵子(operon)的概念: 功能相关的基因成簇地串连、密集于染色体上,共同组成的转录单位。 操纵子的组成: 编码序列 调控区 1个启动序列(promoter,P),二、乳糖操纵子调节机制,(一)乳糖操纵子的结构(lac operon),没有乳糖存在时,(二)阻遏蛋白的负性调节,只有乳糖存在时,无葡萄糖,cAMP浓度高时,有葡萄糖,cAMP
7、浓度低时,(三)CAP(catabolite gene activation protein) 的正性调节,CAP,CAP,CAP,CAP,CAP结合位点,葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏,(一)操纵子(operon),概念:功能相关的基因成簇地串连、密集于染色体上,共同组成的转录单位。,二、乳糖操纵子调节机制,(一)乳糖操纵子的结构(lac operon),阻遏蛋白,二、乳糖操纵子调节机制,阻遏蛋白,1.阻遏蛋白的负性调节,没有乳糖存在时,有乳糖存在时,-半乳糖苷酶,异构乳糖,无葡萄糖,cAMP浓度高时,有葡萄糖,cAMP浓度低时,(三)CAP(catabolite gene
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