遺傳學(xué) 第十四章基因表達(dá)的調(diào)控

1、 第十四章第十四章 基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控（一）大腸桿菌乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制（一）大腸桿菌乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制1、大腸桿菌對(duì)乳糖的利用和酶誘導(dǎo)、大腸桿菌對(duì)乳糖的利用和酶誘導(dǎo)l誘導(dǎo)作用（誘導(dǎo)作用（induction)l可誘導(dǎo)系統(tǒng)（可誘導(dǎo)系統(tǒng)（inducible system)l與乳糖分解利用相關(guān)的酶：與乳糖分解利用相關(guān)的酶： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶(z)；半乳糖透性酶；半乳糖透性酶(y)；硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰基酶硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；?a).（二）大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控（二）大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控 1961，法國(guó)，法國(guó)f.jacob

2、和和j.monod提出提出乳糖操縱子學(xué)說(shuō)（乳糖操縱子學(xué)說(shuō)（operon hypothesis).野生型乳糖操縱子（野生型乳糖操縱子（i+o+z+y+a+i+o+z+y+a+）的負(fù)調(diào)控作用）的負(fù)調(diào)控作用 細(xì)胞中沒有乳糖時(shí)，阻遏物連到操縱基因上，細(xì)胞中沒有乳糖時(shí)，阻遏物連到操縱基因上，阻斷轉(zhuǎn)錄，沒有酶產(chǎn)生。阻斷轉(zhuǎn)錄，沒有酶產(chǎn)生。 細(xì)胞中有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏物連接，誘導(dǎo)細(xì)胞中有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏物連接，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生相應(yīng)的酶。轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生相應(yīng)的酶。（三）建立乳糖操縱子模型的相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析（三）建立乳糖操縱子模型的相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析1、相關(guān)突變體、相關(guān)突變體（1）結(jié)構(gòu)基因本身改變的突變體）結(jié)構(gòu)基因本身改變的突變

3、體z+ : 能合成能合成-半乳糖苷酶半乳糖苷酶z- : 不能合成不能合成-半乳糖苷酶半乳糖苷酶（2）組成型突變體）組成型突變體 沒有誘導(dǎo)物存在，也能進(jìn)行酶合成的突變型。沒有誘導(dǎo)物存在，也能進(jìn)行酶合成的突變型。多發(fā)生在多發(fā)生在i基因和基因和o基因上?；蛏稀?lacilaci- -：該組成型突變使阻遏物發(fā)生改變，不能連到操：該組成型突變使阻遏物發(fā)生改變，不能連到操縱基因區(qū)，結(jié)構(gòu)基因總是處于開放狀態(tài)。縱基因區(qū)，結(jié)構(gòu)基因總是處于開放狀態(tài)。 lacolacoc c：該組成型突變使操縱基因的：該組成型突變使操縱基因的dnadna序列發(fā)生改變，序列發(fā)生改變，不能與正常的阻遏物分子連接，結(jié)構(gòu)基因處于轉(zhuǎn)錄狀態(tài)

4、。不能與正常的阻遏物分子連接，結(jié)構(gòu)基因處于轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。（3 3）超阻遏物突變體）超阻遏物突變體 突變株喪失合成結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物的能力。突變株喪失合成結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)物的能力。 lacilacis s：該突變的效應(yīng)與：該突變的效應(yīng)與lacilaci- -相反，產(chǎn)生的阻遏物分子相反，產(chǎn)生的阻遏物分子不能與乳糖相互作用，而是連在操縱基因序列上，使結(jié)構(gòu)不能與乳糖相互作用，而是連在操縱基因序列上，使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄關(guān)基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉。閉。2 2、部分二倍體分析、部分二倍體分析 將帶調(diào)節(jié)基因的將帶調(diào)節(jié)基因的f f導(dǎo)入導(dǎo)入e.colie.coli f f- - 細(xì)胞，構(gòu)細(xì)胞，構(gòu)建不同組合的部分二倍體，比較在乳糖存在或沒建不同組

5、合的部分二倍體，比較在乳糖存在或沒有乳糖時(shí)，野生型和突變型基因的活性有乳糖時(shí)，野生型和突變型基因的活性。3、調(diào)節(jié)基因、調(diào)節(jié)基因i的功能及其產(chǎn)物分析的功能及其產(chǎn)物分析 （1）調(diào)節(jié)基因）調(diào)節(jié)基因i的功能的功能 p p328328 表表14-114-1（2 2） laclac阻遏物的晶體結(jié)構(gòu)分析阻遏物的晶體結(jié)構(gòu)分析阻遏物單體。阻遏物單體。阻遏物二聚體，連到兩個(gè)阻遏物二聚體，連到兩個(gè)21bp21bp的操縱基因的操縱基因dnadna片片段。段。阻遏物單體阻遏物單體阻遏物二聚體，連到兩個(gè)阻遏物二聚體，連到兩個(gè)21bp21bp的操縱基因的操縱基因dnadna片段片段4、操縱基因（、操縱基因（o）的確定）的確

6、定 操縱基因序列的突變將導(dǎo)致阻遏物不能識(shí)別操縱基因序列的突變將導(dǎo)致阻遏物不能識(shí)別和結(jié)合到該部位上。從而造成乳糖利用物質(zhì)繼續(xù)和結(jié)合到該部位上。從而造成乳糖利用物質(zhì)繼續(xù)合成。合成。 如何識(shí)別突變體如何識(shí)別突變體oc和和i- 。部分二倍體實(shí)驗(yàn)。部分二倍體實(shí)驗(yàn)。5、啟動(dòng)子、啟動(dòng)子 rnarna聚合酶識(shí)別和結(jié)合部位：聚合酶識(shí)別和結(jié)合部位： -10-10區(qū)：區(qū)： 序列特征序列特征 5-tatgtt-35-tatgtt-3 -35 -35區(qū)：區(qū)： 序列特征序列特征 5-tttaca -35-tttaca -3（四）乳糖操縱子的正調(diào)控（四）乳糖操縱子的正調(diào)控 大腸桿菌的葡萄糖效應(yīng)大腸桿菌的葡萄糖效應(yīng)二、色氨酸

7、操縱子中基因表達(dá)時(shí)的衰減作用二、色氨酸操縱子中基因表達(dá)時(shí)的衰減作用（一）色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)（一）色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu) 編碼色氨酸合成相關(guān)的五個(gè)基因編碼色氨酸合成相關(guān)的五個(gè)基因trpe,trpd,trpc,trpb,trpa；在這五個(gè)結(jié)構(gòu)基因上游有啟動(dòng)；在這五個(gè)結(jié)構(gòu)基因上游有啟動(dòng)區(qū)和操縱基因（區(qū)和操縱基因（trpo）；在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因）；在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因trpe和和trpo之間，有一長(zhǎng)達(dá)之間，有一長(zhǎng)達(dá)160bp的核苷酸序列，稱為的核苷酸序列，稱為前導(dǎo)序列（前導(dǎo)序列（l），其中含一段），其中含一段衰減子（衰減子（a）區(qū)段。區(qū)段。二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控（一）真核生物基因轉(zhuǎn)錄水

8、平調(diào)節(jié)（一）真核生物基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)1、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的兩種主要成分、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中的兩種主要成分（1）順式調(diào)節(jié)元件）順式調(diào)節(jié)元件 啟動(dòng)子；近啟動(dòng)子；增強(qiáng)子和沉默子。啟動(dòng)子；近啟動(dòng)子；增強(qiáng)子和沉默子。（2）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（反式作用因子）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（反式作用因子） 轉(zhuǎn)錄因子；激活因子；鋪激活因子；阻遏物。轉(zhuǎn)錄因子；激活因子；鋪激活因子；阻遏物。2、染色質(zhì)修飾與基因表達(dá)、染色質(zhì)修飾與基因表達(dá) dna甲基化與基因組印跡。甲基化與基因組印跡。 如小鼠基因組中如小鼠基因組中 igf-igf-基因?；?。（二）轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控（二）轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控1、選擇性剪接、選擇性剪接 如如 小鼠前速激肽小鼠

9、前速激肽mrnamrna（preprotachykininpreprotachykinin mrnamrna，pptmrnapptmrna）的不同剪接）的不同剪接 pptppt基因中的兩個(gè)外顯子基因中的兩個(gè)外顯子p p和和k k，p p神經(jīng)肽主要神經(jīng)肽主要存在于神經(jīng)組織中；存在于神經(jīng)組織中；k k神經(jīng)肽主要發(fā)現(xiàn)于腸和甲狀神經(jīng)肽主要發(fā)現(xiàn)于腸和甲狀腺中。當(dāng)剪接除去所有內(nèi)含子和腺中。當(dāng)剪接除去所有內(nèi)含子和k k外顯子時(shí)，產(chǎn)生外顯子時(shí)，產(chǎn)生-pptmrna-pptmrna，翻譯產(chǎn)生，翻譯產(chǎn)生p p神經(jīng)肽。當(dāng)剪接只除去內(nèi)神經(jīng)肽。當(dāng)剪接只除去內(nèi)含子時(shí)含子時(shí), ,產(chǎn)生產(chǎn)生-pptmrna-pptmrna，翻譯產(chǎn)生，翻譯產(chǎn)生p p和和k k神經(jīng)肽。神經(jīng)肽。小鼠前速激肽小鼠前速激肽mrnamrna（preprotachykininpreprotachykinin mrna mrna，pptmrnapptmrna）的）