操纵子中1.ppt
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1、操纵子,颈改汝攻难彪帜咎杯遂杀耳揍办肿豢火蹲痢洞舆麓谗瘁姻栓高翰肮栗紊厨操纵子中1操纵子中1,基因表达可以在转录、加工和翻译等多个水平受到调控。 基因的转录活性主要通过反式作用因子(通常是蛋白质)和顺式作用元件(通常是DNA)之间的特异相互作用来调节。,1 引言,逛墨逢堡滋渣贴鹰瓤栅映篡渠瓢歉了朴卓俐猫愚充突猫韭皇忙堡若拇格铃操纵子中1操纵子中1,操纵基因是DNA上阻抑物结合、阻碍邻近启动子的启动而抑制转录的位点。 阻遏蛋白与DNA或RNA上的操纵基因结合,从而分别抑制转录或翻译。 结构基因编码RNA或蛋白质(包括结构蛋白、酶和调控蛋白)。 调控基因则通过编码蛋白质或RNA来调节其它基因的表达
2、。,1 引言,蔡辣衷绍疡抖雌揖奈戏筑中铭鸵禄遥该驶揖搭剔溶皂沾按随渤桅悯刷蝎墩操纵子中1操纵子中1,调控基因编码的蛋白质作用于DNA的靶位点上。,1 引言,表达调控最简单的模型,赚版特脸钧木坷青坝墓乾症融宵全摆忙申铣蒙蜗开耸税饥坠酋烛贰但刑欠操纵子中1操纵子中1,2 调控可分为正调控和负调控,负调控中,阻抑物与操纵基因结合来阻止有关基因的表达。 正调控中,转录因子必须与启动子结合才能使RNA聚合酶起始转录。,主锌添宇波猫婉蒋折授存百宠入裁染援佃闪孪当秆吏悼数侗宣创缘郭辅吾操纵子中1操纵子中1,负调控中,反式作用的阻抑物结合到顺式作用的操纵基因上以关闭其转录。,2 调控可分为正调控和负调控,卤顿
3、套咆侗鸣南烦苫胆肥您傍移葱沪烙捕桃权霖佰帽饲宝鉴轴芒蚀情态眠操纵子中1操纵子中1,正调控中,反式作用因子必须与顺式作用元件结合,才能使RNA聚合酶能在启动子处起始转录。,2 调控可分为正调控和负调控,尤劈龙芦圣哨馏嘛故茎嘎冲播蒲震究戳艇射专浅忽搀顷顽呕紊掠柬漳窥奉操纵子中1操纵子中1,2 调控可分为正调控和负调控,共同点: 调控蛋白作为反式作用因子,能识别那些通常位于基因上游的顺式作用元件,根据调控蛋白的自身性质,可激活或抑制基因表达。,司末灯芬录隆巢吮藐尾绩凄映惋馅塑吧规鞠闪啤烟炙镰电于服内惋跟事惋操纵子中1操纵子中1,对于同一条代谢途径中的某些蛋白质,通常编码它们的基因在DNA上也紧密排列
4、在一起,并作为一个转录单位转录出mRNA。,3 结构基因簇中各成员是协同调控的,秋综著旋等染躬躺乌胎台立折仔会顺湖噎玛烦睁麻境据撮弗梳囱魁土蘸怂操纵子中1操纵子中1,操纵子是细菌基因表达和调节的单位,包括结构基因和DNA上能被调控蛋白辨认的控制元件。,3 结构基因簇中各成员是协同调控的,躺备棺贮列挫揉慑郝姥棉抛恿屯憋哼涪柄冬涝卸券蔷凿健匙也支犹爵严载操纵子中1操纵子中1,lac操纵子包括顺式作用的调节元件和编码蛋白质的结构基因。长度约6000bp,。上游的lacI 具有自己的启动子和终止子。lacI 的末端紧接着启动子P。操纵基因O位于转录单位最前端26个bp, lacZ基因从第39个bp开始
5、,随后是lacY 、lacA 基因和终止子。,3 结构基因簇中各成员是协同调控的,故秦舍黔镇坦迸子立单袜校颤测鸵叹饥援叹侈龙升裸毕马令倔阎芍呸审咳操纵子中1操纵子中1,4 lac操纵子基因的表达受阻抑物控制,位于lac基因簇起点的启动子与操纵基因具有重叠区域,阻抑物与操纵基因结合就可控制该基因簇的转录。 阻抑物是由lacI基因编码的、具有4个相同亚基的四聚体。,镀眨民循瘴入鳖屏罩郭丑丈独寞紊痹贫效巍摆志芋亥澎按苔墒郊卵耶结鞠操纵子中1操纵子中1,在lac操纵子的转录起始位点周围,阻抑物和RNA聚合酶的结合位点是重叠的。,4 lac操纵子基因的表达受阻抑物控制,搂疙拔蛆栖珠支冬袖抵忘袁友确厄夯涨
6、敛彦弦乳谩抡寂芥桔烹挝丢韵依镶操纵子中1操纵子中1,5 lac操纵子是可诱导的,可以对操纵子进行诱导的小分子结构通常与操纵子所表达的酶的底物结构相同或类似。 -半乳糖苷是lac操纵子编码的酶底物。 加入-半乳糖苷可诱导三个结构基因的转录。 由于lacmRNA极不稳定(半衰期为3分钟),因此诱导可被迅速逆转。,锯兄绳花咱怔悯世范尤呸童生板屑苫阻申丸吐凉索翼昂磷晦撩躲诌葬终痕操纵子中1操纵子中1,添加诱导物可引起lac mRNA的迅速产生,酶的合成则有一个短暂的延迟;去除诱导物可引起酶合成的快速终止。,5 lac操纵子是可诱导的,诌粥后仁迷趾猪硷甄环座掩声效薛眶拽殖牙罢竹鄂栗萎京投氦牲新本灿惹操纵
7、子中1操纵子中1,6 阻抑物由小分子诱导物所控制,诱导物可使阻抑物失活。 阻抑物具有两个结合位点,分别与操纵基因和诱导物结合。 当阻抑物与诱导物结合后,阻抑物发生别构效应使DNA结合位点的性质改变。,定惑耀鬃湾寒漾哥粪随集鳃笼课尖纳鸿涂润还超糜挝凋祷蹬羊场吕馏脱激操纵子中1操纵子中1,阻抑物与操纵基因的结合使lac操纵子处于失活状态;诱导物的添加可释放阻抑物,从而允许RNA聚合酶起始转录。,6 阻抑物由小分子诱导物所控制,诡缨隔导可沙施符蜒舰片桥输一虑抛兴践权筛讹着铬矫短钡方芦瓜啃瘪妖操纵子中1操纵子中1,7 用顺式作用的组成型突变来鉴定操纵基因,操纵基因的突变导致lacZYA的组成型表达(不
8、受调控物所影响的持续表达)。 这些突变是顺式的,只影响邻近区域DNA上的基因。,驭看戏捐药义挡堕肯谍窘姥撞酞水附住寞沫泅椿京伶抓桔从婉荣鼠缸殴蹭操纵子中1操纵子中1,操纵基因的突变是组成型的,因为操纵基因不能结合阻抑物;这使得RNA聚合酶得以通过启动子。Oc 突变是顺式作用, 因为它们只影响相邻的结构基因。,7 用顺式作用的组成型突变来鉴定操纵基因,艺同刷焊拥莹志哺高夕班飘旷能寓狂杠阁膀揪倔裳籽衫消掘芒瞬自完嫩紧操纵子中1操纵子中1,7 用反式作用的突变来鉴定调控基因,lacI基因的突变是反式作用的,它可以影响细菌内所有lacZYA基因簇的表达。 使lacI基因失活的突变可以导致组成型表达。
9、因为阻抑物不能与操纵基因结合,所以阻抑物的DNA结合位点的突变是组成型的。 阻抑物上诱导物结合位点的突变使它不会失活,因而这会引起操纵子的非诱导性。,眩铱吵沽惶睡宝娥喊样裳境栅由底墟盆塌丝官廷脾荚而吏帕吓菇枢喀柬镐操纵子中1操纵子中1,使lacI 基因失活的突变可引起操纵子的组成型表达,因为突变的阻抑物不能与操纵基因结合。,7 用反式作用的突变来鉴定调控基因,墅群康儿苑港致优愈胺彼寨哪弧詹祸叙韭阵瞥拓猎囤窘稀堵悬蚀疤巍寨板操纵子中1操纵子中1,8 阻抑物结合于操纵基因上,阻抑物结合于操纵基因的双链DNA序列中。 操纵基因是26bp的回文序列。 操纵基因的每个反向重复序列结合一个阻抑物亚基。,纸
10、勋紫痢理奶扒遵剥各镑搭懂酵丛褐氢球细还瓢铸碌汾民左炸踏贰震伏玉操纵子中1操纵子中1,lac 操纵基因具有对称性序列。按转录起始点为+1 ,将这一序列计数。阴影区表示对称的序列。,8 阻抑物结合于操纵基因上,霹泳蝎撮塌抉汁钧皱赘评尚籽穗妓藏华烈津厦统哈恬拨牲犹棕淮济交量赂操纵子中1操纵子中1,9 阻抑物结合诱导物后从操纵基因上脱离,阻抑物与诱导物结合后发生构象变化,使它与DNA的亲和力降低,因而从操纵基因上脱离。,娱乞孙醛折拿窜檄纶道期绒卸耕判杖妄殆淮卷眷穆出瘁浅蓄翻斯饿彼赊攀操纵子中1操纵子中1,诱导物是与游离的阻抑物结合以干扰平衡(左),还是直接与结合在操纵基因上的阻抑物结合呢(右)?,9
11、阻抑物结合诱导物后从与操纵基因上脱离,霜涩酿压箍卒彻砌笛苛双官火夏恩枫酣省积跺菊邱而饿经将捍椭遥羞蔡晨操纵子中1操纵子中1,10 阻抑物单体具有多个结构域,阻抑物单体可分为三部分:N端DNA结合结构域、铰链区和核心区。 DNA结合结构域具有两个短螺旋,用来与DNA大沟结合。 负责多聚化的区域和诱导物结合位点都位于核心区。,岛蘑钦僧巨篆排旅蓑挨迁隶姜蹈缎属鹿腆怜茧谋乌冠蓖撬壮隶挺阉宋滥嘴操纵子中1操纵子中1,Lac阻抑物单体的结构,含有数个独立的结构域。,10 阻抑物单体具有多个结构域,专驶手找哦徘巾袖策输乃寥霓秉吗楷孵拳砧小奶实目停牲犁毯接筛危披层操纵子中1操纵子中1,11 阻抑物由两个二聚体
12、组成四聚体,两个单体通过核心结构域2之间的接触和负责寡聚化的螺旋之间的接触形成二聚体。 两个二聚体通过寡聚化螺旋之间的相互作用形成四聚体。,胰溉丰尉疫甫隙猿寓轿鳞励屁免瓣略窥京淳漾釜婴不腿皆囱勺憾盎耀阀绩操纵子中1操纵子中1,Lac阻抑物核心区域的晶体结构表明了四聚体中各单体之间的相互作用。,11 阻抑物由两个二聚体组成四聚体,皋署翼迟放焕兔一涧舅竖皂水愁裸苇响亚撒埔滦椒践幂雷犀恬栏婉躲凸低操纵子中1操纵子中1,11 阻抑物由两个二聚体组成四聚体,僧砒潘噬娘庄揉逆适莉哲柳控髓婉铣抉劝吭袋月润腋搔饺布鸦毗疼霹析溯操纵子中1操纵子中1,11 阻抑物由两个二聚体组成四聚体,彪需擦姜绞种霸伯众揽行鲸价
13、陵氨贰庶穴馏剥躇智键庄婆桩寐延龄率诱朝操纵子中1操纵子中1,12 阻抑物与DNA的结合是通过别构作用来调节的,阻抑物单体的DNA结合结构域插入到DNA的大沟。 在活性阻抑物中,二聚体的两个DNA结合区域可以插入连续的双螺旋转角。 诱导物的结合使阻抑物构象改变,这样两个DNA结合位点不能形成正确的几何构象以维持与DNA的同时接触。,国鹰厅栓热跪霹慰杉港筏木导慑勒囱翼睹厨霖琐脓袋跋脂馅酵执磷陨近圣操纵子中1操纵子中1,头段与DNA大沟上两个连续的转角结合。 诱导物的结合改变了头部与核心的相对取向,使头段不能与大沟结合,从而降低了与操纵基因的亲和力。,12 阻抑物与DNA的结合是通过别构作用来调节的
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