原核生物基因表達(dá)以及調(diào)控

1、關(guān)于原核生物基因表達(dá)及調(diào)控第一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 原核生物基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯原核生物的DNA： 單個(gè)裸露的DNA 不編碼占5% 轉(zhuǎn)錄和翻譯同一時(shí)間，地點(diǎn)進(jìn)行 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控(主) ，兼有翻譯水平調(diào)控第二張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)基因表達(dá)產(chǎn)物可劃分：組成型蛋白：基因表達(dá)不受時(shí)期、部位、環(huán)境 影響組成型表達(dá)。調(diào)節(jié)型蛋白/適應(yīng)型蛋白：基因表達(dá)受時(shí)期、部位、環(huán)境影響非組成型表達(dá)。一種生物的整套遺傳密碼可以比作一本密碼字典,該種生物的每個(gè)細(xì)胞中都有這本字典。為什么基因只有在它應(yīng)該發(fā)揮作用的細(xì)胞內(nèi)和應(yīng)該發(fā)揮作用的時(shí)間才能呈現(xiàn)活化狀態(tài)?結(jié)論：必然有一個(gè)基因調(diào)控系

2、統(tǒng)在發(fā)揮作用。第三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月基因調(diào)控主要在三個(gè)水平上進(jìn)行:. DNA水平. 轉(zhuǎn)錄水平. 翻譯水平第四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、轉(zhuǎn)錄的起始 轉(zhuǎn)錄是原核生物基因表達(dá)的主要調(diào)控點(diǎn)，主要涉及兩個(gè)方面：1、RNA合成的酶系；2、RNA合成起始和終止信號(hào)，即DNA分子上的特定序列。 通過(guò)RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子和啟動(dòng)子的相互作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控，改變細(xì)胞的表型，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生理狀態(tài)和環(huán)境的變化。第五張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）RNA聚合酶(RNA polymerase)： 大腸桿的的RNA聚合酶：由5個(gè)亞基組成，即2，有時(shí)還有2個(gè) 亞基。以

3、2組成的酶稱全酶。 亞基與其他亞基結(jié)合較松弛，易從全酶上解離；其余部分2稱為核心酶(core enzyme)。第六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在大腸桿菌中還發(fā)現(xiàn)一種新的因子，稱為因子，因此將含有亞基的全酶稱為全酶I，含有亞基的稱為全酶。二者的不同在于：全酶可以利用雙鏈DNA為模板合成po1yA)。 亞基作用：參與啟動(dòng)子的識(shí)別和結(jié)合以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的異構(gòu)化。細(xì)胞內(nèi)哪條DNA鏈被轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄方向與轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)的選擇都與亞基有關(guān)。第七張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月離體實(shí)驗(yàn)表明：全酶所轉(zhuǎn)錄的RNA和細(xì)胞內(nèi)所轉(zhuǎn)錄出的RNA，其起始點(diǎn)相同，序列相同，若僅用核心酶進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，則模扳鏈和起

4、始點(diǎn)的選擇都有很大的隨意性，而且往往同一段DNA的兩條鏈都被轉(zhuǎn)錄。由此可見(jiàn)：亞基對(duì)識(shí)別DNA鏈上的轉(zhuǎn)錄信號(hào)是不可缺少的，它是核心酶和啟動(dòng)子之間的橋梁。 因子的取代在細(xì)胞發(fā)育和對(duì)環(huán)境應(yīng)答的反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。如在枯草桿菌中就有不同相對(duì)分子質(zhì)量的因子(P227表91)第八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 核心酶的亞基作用：對(duì)RNA聚合酶的功能至關(guān)重要，參與RNA合成、終止信號(hào)的識(shí)別。由于亞基與RNA的前體核昔三磷酸具有很高親和力，推測(cè)它可能參與底物的結(jié)合，以及催化磷酸二酯鍵的形成。亞基作用：可使聚合酶結(jié)合到模板DNA上。亞基作用：游離狀態(tài)，常以

5、二聚體的形式存在，參與全酶同啟動(dòng)子的牢固結(jié)合。第十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA聚合酶體積很大，橫跨近60個(gè)堿基，而解旋的DNA區(qū)域可能不到17個(gè)堿基。當(dāng)聚合酶按53方向延伸RNA鏈時(shí)，解旋的DNA區(qū)域也隨之移動(dòng)?？拷?端的DNA不斷解旋。同時(shí)在5端重新形成DNA雙鏈，不斷將RNA-DNA雜合鏈中的RNA鏈擠出。 第十一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）啟動(dòng)子 (promoter)： 轉(zhuǎn)錄的起始是基因表達(dá)的關(guān)鍵階段，啟動(dòng)子就是連接在基因3端上游的DNA序列，其長(zhǎng)度從100 bp到200 bp不等，是轉(zhuǎn)錄起始時(shí)RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合的特定部位，但其本身并不被轉(zhuǎn)錄。

6、第十二張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在啟動(dòng)子與終止子之間是一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，通常將mRNA開(kāi)始的一個(gè)核苷酸定為o點(diǎn)(即+1)由此向右常稱為下游(downstream)，其核苷酸依次編為正序號(hào)；起始點(diǎn)左例稱為上游(upstream)其核苷酸則依次以負(fù)號(hào)表示緊接起始點(diǎn)左側(cè)的核昔酸為-1。第十三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)含有同源序列。整個(gè)啟動(dòng)子包括兩個(gè)部分：其上游部分是CAP-cAMP結(jié)合位點(diǎn)，下游部分是RNA聚合酶的進(jìn)入位點(diǎn)。 第十四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、轉(zhuǎn)錄的終止（一）終止子及其結(jié)構(gòu)：1、概念： DNA上提供轉(zhuǎn)錄停止信號(hào)的一段序列

7、稱為終止子(terminator)，是一個(gè)基因的末端或是一個(gè)操縱子的末端的一段特定序列。2、類型：強(qiáng)終止子和弱終止子強(qiáng)終止子：不依賴于Rho蛋白質(zhì)輔助因子而能實(shí)現(xiàn)終止作用，這類終止子屬于強(qiáng)終止子；弱終止子：依賴于Rho蛋白糖助因子才能實(shí)現(xiàn)終止作用，這類終止子屬于弱終止子。蛋白質(zhì)輔助因子稱為釋放因子，通常稱為因子。第十五張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月所有原核生物的終止子共同的序列特征：即在轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)之前有一段回文結(jié)構(gòu)，因而所產(chǎn)生的mRNA可形成莖環(huán)狀的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，它可使RNA聚合酶的移動(dòng)停止或減緩?；匚慕Y(jié)構(gòu)中富含GC對(duì)，在回文序列的下游常有68個(gè)AU對(duì)，因此這段終止子轉(zhuǎn)錄后形成的RNA

8、具有與A相對(duì)應(yīng)的寡聚U，是使RNA聚合酶脫離模板的信號(hào)。第十六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月依賴子因子的終止子其回文序列中GC對(duì)含量較少，回文序列下方?jīng)]有固定結(jié)構(gòu)，其AU對(duì)含量也較低，因而是弱終止子，必需有因子存在時(shí)才發(fā)生終止作用；這也就是說(shuō)依賴于因子的終止子由于其莖環(huán)結(jié)構(gòu)常較短，在沒(méi)有因子時(shí)這種莖環(huán)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。即如果沒(méi)有因子存在RNA聚合酶會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)錄下去，這就稱為通讀(read through)，當(dāng)因子存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄才能終止。 第十七張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在強(qiáng)終止子中，由于其DNA模板上富含GC而使轉(zhuǎn)錄出的RNA上富含C和G，于是RNA與模板之間可以形成較強(qiáng)的氫

9、鍵，成為DNARNA雜合分子，從而阻礙DNA聚合酶的前進(jìn)而有利于終止。（二） 因子輔助終止作用的機(jī)理第十八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)基因表達(dá)的極性現(xiàn)象 在正常情況下原核基因表達(dá)時(shí)，其轉(zhuǎn)錄出來(lái)的mRNA隨即進(jìn)行翻譯，這時(shí)整個(gè)mRNA都覆蓋著核糖體， 因子無(wú)法接近mRNA而RNA聚合酶早已越過(guò)前面的基因的依賴因子的終止子，所以轉(zhuǎn)錄實(shí)際上并不停止而是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄后續(xù)基因。如果在某一基因的依賴于的終止子之前發(fā)生無(wú)義突變，核糖體便從無(wú)義密碼子上解離下來(lái)，翻譯停止，核糖體不再進(jìn)入到mRNA上無(wú)義密碼子以后的位置上。于是就可以自由進(jìn)入RNA并移動(dòng)，直到趕上停留在終止子上的RNA聚合酶。結(jié)果

10、使RNA聚合酶釋放，不能再轉(zhuǎn)錄下游基因。第十九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月概念：基因表達(dá)的極性現(xiàn)象：在某些情況下同一轉(zhuǎn)錄單位里，由于一個(gè)基因的無(wú)義突變，阻礙了其后續(xù)基因表達(dá)的效應(yīng)就稱為基因表達(dá)的極性現(xiàn)象。除了無(wú)義突變可以導(dǎo)致極性現(xiàn)象外，插入序列IS1、IS2等DNA片段插入到操縱子的基因中也會(huì)發(fā)生極性現(xiàn)象。第二十一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月因子也可發(fā)生突變，其效應(yīng)的基本性質(zhì)是使終止作用出現(xiàn)故障。突變?？梢种茦O性效應(yīng)，這是因?yàn)槠渫蛔兒芸赡軠p弱了對(duì)無(wú)義密碼子后面的中間終止子的作用，這樣翻譯的終止并不會(huì)使轉(zhuǎn)錄也停頓，且遠(yuǎn)離

11、無(wú)義突變的DNA區(qū)段還可以被重新覆蓋的核糖體繼續(xù)翻譯第二十二張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(四)抗終止作用 因子的作用可以被抗終止因子所抵消，這樣，RNA聚合酶便可通過(guò)終止子(依賴于因子的)繼續(xù)轉(zhuǎn)錄后面的基因。這種現(xiàn)象稱為抗終止作用(anti一termination)。第二十三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月抗終止作用最有代表性的例子見(jiàn)于噬菌體的時(shí)序控制。噬菌體基因在裂解過(guò)程中的表達(dá)分前早期、晚早期和晚期3個(gè)階段進(jìn)行，其早期基因與晚期基因以終止子相隔。噬菌體侵入敏感細(xì)胞，首先借助宿主的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄前早期基因，由此獲得的表達(dá)產(chǎn)物N蛋白是一種抗終止因子，它與RNA聚合酶作

12、用使后者越過(guò)左右兩個(gè)終止子繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，實(shí)現(xiàn)晚早期基因表達(dá)。 第二十四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、原核生物RNA的加工四、SD序列與翻譯效率核糖體結(jié)合保護(hù)降解法：測(cè)定mRNA 上核糖體起始蛋白質(zhì)合成的部位。在抑制多肽鏈伸長(zhǎng)的條件下，當(dāng)翻譯起始時(shí)，核糖體與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)已形成穩(wěn)定的復(fù)合體，于是加入核酸酶使未與核糖體結(jié)合的 mRNA的區(qū)段降解，而有核糖體結(jié)合區(qū)域則受到保護(hù)。第二十六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在細(xì)菌中受核糖體保護(hù)的起始序列約3540個(gè)堿基長(zhǎng)，其中包含起始密碼子AUG。在起始密碼子上游約47個(gè)核苷酸之前

13、還有一段富含嘌吟的5AGGAGG3短小序列，它可以與16S rRNA3端的 3UCCUCC5區(qū)段完全互補(bǔ)。mRNA上的這段序列稱為 Shine Dalgarno 序列（簡(jiǎn)稱SD序列）。第二十七張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月SD序列與16S rRNA序列互補(bǔ)的程度以及從起始密碼子AUG到嘌呤片段的距離也都強(qiáng)烈地影響翻譯起始的效率。不同基因的mRNA有不同的SD序列，它們與16S rRNA的結(jié)合能力也不同，從而控制著單位時(shí)間內(nèi)翻譯過(guò)程中起始復(fù)合物形成的數(shù)目，最終控制著翻譯的速度。第二十八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 大腸桿菌乳糖操縱子的正負(fù)調(diào)控一、操縱子與操縱子模型

14、操縱子學(xué)說(shuō)/操縱子模型： F.Jacob J.Mond（1960）E.coli lac operon( 1965諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng))操縱子：核酸分子上調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄活性的基本單元，由結(jié)構(gòu)基因、操作子（O）和啟動(dòng)子（P）組成。 轉(zhuǎn)錄、翻譯、合成蛋白 結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白 結(jié)合RNA聚合酶 第二十九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月promoter structural genes operator啟動(dòng)基因 操縱基因 結(jié)構(gòu)基因操縱子(operon)模型第三十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控（節(jié)）蛋白 操縱子RNARPO structural genesDNAProtein 正調(diào)控（po

15、sitive regulation) 負(fù)調(diào)控 (negative regulation)調(diào)控蛋白的作用機(jī)制注：R：Regulator P：Promoter O：Operator 正調(diào)控系統(tǒng)中的正調(diào)控蛋白又被稱為無(wú)輔基誘導(dǎo)蛋白（apoinducer) 負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中的負(fù)調(diào)控蛋白又被稱為阻遏蛋白（repressor)第三十一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、正調(diào)控與負(fù)調(diào)控調(diào)節(jié)基因 RNA 調(diào)節(jié)蛋白 正調(diào)節(jié)蛋白+操作子 結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、表達(dá) 基因失活，結(jié)構(gòu)基因不表達(dá) （正控制/正調(diào)節(jié) ） 負(fù)調(diào)節(jié)蛋白+操作子 結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、表達(dá) 基因失活，結(jié)構(gòu)基因組成型表達(dá) （負(fù)控制/負(fù)調(diào)節(jié) ）第三十二張，P

16、PT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)調(diào)節(jié)蛋白基因突變失活所產(chǎn)生的后果，可分： 隱性的組成型表達(dá)負(fù)控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)基因處于不可誘導(dǎo)狀態(tài)正控制系統(tǒng) 根據(jù)輔因子（小分子）結(jié)合后調(diào)控效果，可分： 開(kāi)啟調(diào)控系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄活性 誘導(dǎo) 關(guān)閉調(diào)控系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄活性 阻遏 第三十三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月操縱子調(diào)控系統(tǒng)的基本類型可誘導(dǎo)負(fù)控制系統(tǒng)可誘導(dǎo)正控制系統(tǒng)可阻遏負(fù)控制系統(tǒng)可阻遏正控制系統(tǒng)第三十四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十五張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月正調(diào)控與負(fù)調(diào)控并非互相排斥的兩種機(jī)制，而是生物體適應(yīng)環(huán)境的需要，有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控

17、；原核生物以負(fù)調(diào)控為主，真核生物以正調(diào)控為主；降解代謝途徑中既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；合成代謝途徑中一般以負(fù)調(diào)控來(lái)控制產(chǎn)物自身的合成。第三十六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月如：大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控需要三種酶參加:. -半乳糖酶：將乳糖分解成半乳糖和葡萄糖. 滲透酶：增加糖的滲透，易于攝取乳糖和半乳糖. 轉(zhuǎn)乙酰酶：-半乳糖轉(zhuǎn)變成乙酰半乳糖大量乳糖時(shí)：大腸桿菌三種酶的數(shù)量急劇增加，幾分鐘即可達(dá)到千倍以上，這三種酶能夠成比例地增加.乳糖消耗完：這三種酶的合成也即同時(shí)停止.第三十七張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控(可誘導(dǎo))乳糖操縱子的組成：1個(gè)啟動(dòng)子(

18、promoter)、2個(gè)操作子(operator)、3個(gè)結(jié)構(gòu)基因誘導(dǎo)因子： （異乳糖、-半乳糖苷、異丙基硫代半乳糖苷IPDG）乳糖操縱子突變類型：無(wú)誘導(dǎo)因子，組成型表達(dá)，突變位點(diǎn)位于調(diào)節(jié)基因和操作子上。第三十八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱元表達(dá)受阻狀態(tài)（缺乏誘導(dǎo)物）The lactose operon in the repressed state (in the absence of an inducer)第三十九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A：乳糖操縱子組成部分；B：野生型基因型(I+O+Z+Y+A+), 無(wú)乳糖時(shí)，基因不表達(dá)；C. 野生型基因型(I+O+

19、Z+Y+A+), 有乳糖時(shí)，基因表達(dá)；D. 調(diào)節(jié)基因突變(I-O+Z+Y+A+), 無(wú)乳糖時(shí)，基因組成型表達(dá)；E. 操縱基因突變型(IOcZ+Y+A+), 無(wú)乳糖時(shí)，基因組成型表達(dá)。第四十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月順式顯性（cis-dominant)：顯性效應(yīng)只對(duì)處于同一染色體上它所調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因才起作用的現(xiàn)象，稱為。如O。P240表9-2第四十二張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月P structural genes OlacZ lacY lacAR -半乳糖苷酶-半乳糖苷通透酶-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶lacZ lacY

20、lacA乳糖操縱子的負(fù)控制-可誘導(dǎo)機(jī)制異 乳糖等誘導(dǎo)物阻遏蛋白單體阻遏蛋白四聚體第四十三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四、大腸桿菌乳糖操縱子的正調(diào)控葡萄糖效應(yīng)培養(yǎng)基中有葡萄糖存在時(shí)，即使有乳糖存在，不誘導(dǎo)靶基因表達(dá)。這樣的操縱子稱葡萄糖敏感操縱子。這種效應(yīng)由一種正控制機(jī)制決定。葡萄糖抑制操縱子的原理：葡萄糖 腺苷酸環(huán)化酶活性降低 ATP無(wú)法轉(zhuǎn)變成cAMP 不能形成CAP-cAMP復(fù)合蛋白 RNA酶無(wú)法結(jié)合在DNA上 結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)。第四十四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月無(wú)葡萄糖時(shí)：ATP cAMP cAMP -CAP復(fù)合物 結(jié)合CAP 乳糖操縱子：兩個(gè)開(kāi)關(guān) 第一：cAM

21、P -CAP復(fù)合物 受葡萄糖影響 第二：異乳糖復(fù)合物受乳糖影響 第四十五張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 其他類型的操縱子一、具有雙啟動(dòng)子的半乳糖操縱子半乳糖（gal)操縱子組成：2個(gè)互相重疊的啟動(dòng)子gal P1 和gal P2 、3個(gè)操作子（CAP位點(diǎn)、2個(gè)阻遏蛋白位點(diǎn)(galOe）galOi）、3個(gè)結(jié)構(gòu)基因）gal P1 依賴cAMP-CAP 轉(zhuǎn)錄始于S1 gal P2 阻遏蛋白調(diào)節(jié)開(kāi)啟 轉(zhuǎn)錄始于S2位于CAP位點(diǎn)內(nèi)位于galE內(nèi)第四十七張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月正控制可誘導(dǎo)系統(tǒng)（第一系統(tǒng)）： gal P1、

22、cAMP-CAP復(fù)合物、cAMP-CAP位點(diǎn) S1無(wú)葡萄糖時(shí)：ATP cAMP cAMP -CAP復(fù)合物 結(jié)合CAP 有葡萄糖時(shí)：系統(tǒng)關(guān)閉 負(fù)控制可誘導(dǎo)系統(tǒng)（第二系統(tǒng)）： galP2、阻遏蛋白-半乳糖復(fù)合物、 galOe、 galOi S2 無(wú)半乳糖：阻遏蛋白結(jié)合操作子阻遏 有半乳糖：復(fù)合物構(gòu)象改變開(kāi)啟（從S2開(kāi)始轉(zhuǎn)錄）CAP位點(diǎn)激活gal 操縱子，轉(zhuǎn)錄從S1開(kāi)始，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)第四十八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月galE galT galKP2S1P1S2a.半乳糖操縱子結(jié)構(gòu)示意圖galE galT galKP2S1P1S2b.只有GcAMP-CAP galactose repr

23、essor 雙啟動(dòng)子的半乳糖操縱子galE galT galKP2S1P1S2c.只有GalgalE galT galKP2S1P1S2c. 有Gal有G第四十九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 有G，有g(shù)al：1.阻遏 2.誘導(dǎo) 無(wú)G，無(wú)gal： 1.誘導(dǎo) 2.阻遏：cAMP- CAP與阻遏蛋白競(jìng)爭(zhēng) 無(wú)G，有g(shù)al：1.誘導(dǎo) 2.誘導(dǎo)：高水平表達(dá) 有G，無(wú)gal：1.阻遏 2.阻遏第五十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、阿拉伯糖操縱子的雙向控制Ara操縱子是控制分解代謝途徑的另一調(diào)控系統(tǒng)。特點(diǎn)：調(diào)節(jié)蛋白既可起正調(diào)控作用，又可起負(fù)調(diào) 控作用。組成： araC基因編碼調(diào)節(jié)蛋

24、白AraC蛋白； ：O1不參與調(diào)控；O2 ：AraC蛋白負(fù)調(diào) 控結(jié)合位點(diǎn)； ：調(diào)節(jié)位點(diǎn)，CAP-cAmP復(fù)合物結(jié)合位點(diǎn)，AraC蛋白正調(diào)控結(jié)合位點(diǎn)。第五十一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月調(diào)控：. 誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP同時(shí)存在： Ara與AraC蛋白復(fù)合物結(jié)合在位點(diǎn)， CAP-cAmp復(fù)合物結(jié)合I位點(diǎn)，基因轉(zhuǎn)錄開(kāi)啟；. 在沒(méi)有誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP時(shí)： AraC蛋白同時(shí)與I和 O2結(jié)合，DNA構(gòu)型發(fā)生改變，形成一個(gè)緊密的環(huán)結(jié)構(gòu)，抑制表達(dá)。第五十二張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五十三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控及衰減作用 1色

25、氨酸操縱子模型：由雅各布（Jacob F.）和莫諾（Monod J.）提出，具有合成代謝途徑典型的操縱子模型。操縱子：包括色氨酸合成有關(guān)的5種酶的結(jié)構(gòu)基因；大量色氨酸時(shí)：大腸桿菌5種酶的轉(zhuǎn)錄同時(shí)受到抑制；色氨酸不足時(shí)：這種酶的基因開(kāi)始轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄；色氨酸：作為阻遏物而不是誘導(dǎo)物參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。trp操縱子是一個(gè)典型的可阻遏操縱元模型(repressible operon)。第五十四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月色氨酸操縱子模型結(jié)構(gòu)：5種結(jié)構(gòu)基因：trpE、D、C、B、A；調(diào)控結(jié)構(gòu)：?jiǎn)?dòng)子、操縱子、前導(dǎo)序列、弱化子；阻遏物trpR基因：與trp操縱子相距較遠(yuǎn)；第五十五張，PPT共七

26、十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控： . 阻遏調(diào)控：trpR基因編碼無(wú)輔基阻遏物 與色氨酸結(jié)合 形成有活性的色氨酸阻遏物 與操作子結(jié)合 阻止轉(zhuǎn)錄；色氨酸不足：阻遏物三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 ，不能與操作子結(jié)合，操縱元開(kāi)始轉(zhuǎn)錄；色氨酸濃度升高：色氨酸與阻遏物結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可與操作子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄。第五十六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月. 弱化子調(diào)控：當(dāng)有色氨酸存在而trp操縱子受抑制時(shí)，仍有一段前導(dǎo)序列發(fā)生轉(zhuǎn)錄，可能存在另一種的機(jī)制來(lái)抑制trp操縱元的轉(zhuǎn)錄。色氨酸高濃度存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列140bp長(zhǎng)，其中有一28bp的弱化子區(qū)域；形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，為內(nèi)部終止子

27、，RNA酶從DNA上脫落，不能轉(zhuǎn)錄；色氨酸低濃度或不存在時(shí)，RNA聚合酶能通過(guò)弱化子區(qū)域，轉(zhuǎn)錄完整的多順?lè)醋觤RNA序列；第五十七張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月問(wèn)題：弱化子如何進(jìn)行調(diào)控？前導(dǎo)序列可翻譯出一段14個(gè)氨基酸的短肽，在該短肽的第10、11位置上是兩個(gè)色氨酸密碼子；兩個(gè)密碼子之后是一段mRNA序列，該序列可分為四個(gè)區(qū)段，區(qū)段間可互補(bǔ)配對(duì)，形成不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)。原核生物為邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯，前導(dǎo)序列中核糖體位置決定形成哪種二級(jí)結(jié)構(gòu),從而決定弱化子是否可形成終止信號(hào)。第五十八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月. 當(dāng)有色氨酸時(shí)，完整翻譯短肽 核糖體停留在終止密碼子處，鄰近區(qū)段2位

28、置 阻礙了2,3配對(duì) 使3, 4區(qū)段配對(duì) 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止子 RNA酶在弱化子處終止，不能向前移動(dòng)。第五十九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月.如缺乏色氨酸，核糖體到達(dá)色氨酸密碼子時(shí) 由于沒(méi)有色氨酰tRNA的供應(yīng) 停留在該密碼子位置，位于區(qū)段1 使區(qū)段2與區(qū)段3配對(duì) 區(qū)段4無(wú)對(duì)應(yīng)序列配對(duì)呈單鏈狀態(tài) RNA聚合酶通過(guò)弱化子，繼續(xù)向前移動(dòng)，轉(zhuǎn)錄出完整的多順?lè)醋有蛄?。第六十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第六十一張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月衰減作用的生物學(xué)意義 從衰減機(jī)制的分析來(lái)看，它不僅能夠把幾種水平如DNA和RNA的構(gòu)象變化、mRNA上內(nèi)部終止(衰減)子的重建以及

29、核糖體上tRNA對(duì)終止密碼的識(shí)別等統(tǒng)一起來(lái)，嚴(yán)格控制表達(dá)，而且衰減子還可依細(xì)胞內(nèi)某一氨基酸水平的高低而行止。所以它是一種應(yīng)答靈敏、調(diào)節(jié)靈活的多重調(diào)控方式。第六十二張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 就像在色氨酸操縱子中，阻遏作用與衰減機(jī)制一起協(xié)同控制其基因表達(dá)，顯然比單一的阻遏負(fù)調(diào)控系統(tǒng)更為有效。 一方面，當(dāng)有活性的阻遏物向無(wú)活性阻遏物的轉(zhuǎn)變速度極低時(shí)衰減系統(tǒng)能更迅速地作出反應(yīng)，使色氨酸從較高濃度快速下降到中 等濃度； 第六十三張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 另一方面，若外源色氨酸濃度實(shí)在太低，細(xì)菌本身又沒(méi)有其他的內(nèi)源性色氨酸合成體系， 以致細(xì)菌難以支持自身的生長(zhǎng)時(shí)，就需要

30、有衰減體系加以調(diào)節(jié)通過(guò)不終止mRNA的合成來(lái)增加Trp酶的合成從而提高內(nèi)源色氨酸的濃度。第六十四張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月可見(jiàn)：衰減機(jī)制在控制基因產(chǎn)物的量和產(chǎn)物種類的配比上起著快速靈敏的調(diào)節(jié)作用，使操縱基因表達(dá)更為精密、高效。第六十五張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 噬菌體基因組的表達(dá)調(diào)控第六十六張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) DNA重組對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控在某些細(xì)菌中，特定基因的表達(dá)與基因組內(nèi)DNA重排有關(guān)。如沙門氏菌具有運(yùn)動(dòng)鞭毛，它是由許多相同的鞭毛蛋白亞基裝配而成。沙門氏菌含有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)基因H1和H2，它們編碼不同的鞭毛蛋白。 第六十七張

31、，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月H1基因表達(dá)則產(chǎn)生Hl型鞭毛蛋白，這時(shí)細(xì)菌就處于I相(Phase l)；若是H2基因表達(dá)就產(chǎn)生H2鞭毛蛋白，細(xì)菌處于相(Phase )。處于I相的細(xì)菌生長(zhǎng)時(shí)，其中少數(shù)細(xì)菌以103每次細(xì)胞分裂的頻率而自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗉?xì)菌；處于相的細(xì)菌也以同樣的頻率轉(zhuǎn)變?yōu)镮相細(xì)菌，這一過(guò)程稱為相變(phase wariation)第六十八張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月H2基因與另一個(gè)基因rH1緊密連鎖，同屬于一個(gè)操縱子。并協(xié)同表達(dá)。rHl編碼Hl基因的阻遏蛋白當(dāng)H2和rH1表達(dá)時(shí)，由于rHl阻遏物阻止了H1基因的表達(dá)就只合成H2鞭毛蛋白。如果H2基因和rHl基因被關(guān)閉不表達(dá)，這時(shí)H1基因便表達(dá)，合成Hl鞭毛蛋白。第六十九張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 相變的控制取決于含H2和rHl基因操縱子的啟動(dòng)基因所處的狀態(tài)。含有啟動(dòng)基因在內(nèi)的上游DNA長(zhǎng)995核苷酸對(duì)，兩邊各有一段長(zhǎng)14核苷酸對(duì)的重復(fù)，即IRL和IRR。H2基因的起始密碼子開(kāi)始于IRR右邊的第17核苷酸對(duì)處，IRL和IRR之間的序列含有基因hin，它的產(chǎn)物是相變酶，可催化這段995核昔酸對(duì)序列發(fā)生包括hin基因在內(nèi)的倒位。第七十張，PPT共七十七頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月另外，在倒位前這段序列的第950一983核昔酸對(duì)區(qū)還含有一個(gè)促進(jìn)下游基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子(p)，它使H2和rH1