第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件

原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第一節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一.操縱子模型：1.調(diào)節(jié)基因和結(jié)構(gòu)基因.原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第一節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控1操縱子（operon)順式作用元件（cis-actingelement）結(jié)構(gòu)基因（structuralgenes）調(diào)節(jié)基因（regulatorgenes）。反式作用因子（trans-actingfactor）。誘導(dǎo)物（inducer）和效應(yīng)物（effectors）可誘導(dǎo)的基因和組成型基因控制位點(diǎn)（controllingsite）誘導(dǎo)（induction）操縱子（operon)22.正調(diào)控和負(fù)調(diào)控正調(diào)控負(fù)調(diào)控誘導(dǎo)(induction)阻遏(repression)誘導(dǎo)物(inductor)阻遏物(repressor)輔阻遏物(corepressor)使阻遏蛋白具有活性或使活性蛋白失去活性的物質(zhì)稱～。2.正調(diào)控和負(fù)調(diào)控正調(diào)控3未發(fā)現(xiàn)未發(fā)現(xiàn)4二.乳糖操縱子1調(diào)控位點(diǎn)(1)Operator操縱基因(2)CAP(catabolitegeneactivationprotein)orCRP(cAMP受體蛋白)結(jié)合位點(diǎn)(3)Promotor2別乳糖為誘導(dǎo)物3本底組成型(backgroundconstitutivesynthesis)

組成型(constitutivegene)即看家基因（Houskeepinggene)二.乳糖操縱子1調(diào)控位點(diǎn)5乳糖乳糖6第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件7誘導(dǎo)物

的加入

和去除

對lacmRNA

的影響誘導(dǎo)物

的加入

和去除

對lacmRNA

的影響8第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件9第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件103.操縱子的發(fā)現(xiàn)1961年Jacob&Monod構(gòu)建部分二倍體(lacI-/FlacI+)lacIS阻遏蛋白不可誘導(dǎo)性突變，阻遏蛋白失去誘導(dǎo)物結(jié)合位點(diǎn)lacI-阻遏蛋白不能形成寡聚物lacI-d阻遏蛋白不能和DNA結(jié)合，且呈負(fù)互補(bǔ)(反式顯性)Oc操縱基因的組成型突變3.操縱子的發(fā)現(xiàn)1961年Jacob&Monod11第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件12第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件13

(二)阻遏蛋白和誘導(dǎo)物的互作誘導(dǎo)（induction）誘導(dǎo)物（inducers）異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（isopropylthiogalactoside,IPTG）安慰誘導(dǎo)物（gratuitousinducer）

多順反子mRNA

變構(gòu)調(diào)控（allostericcontrol）

協(xié)同調(diào)控（coordinateregulation）一系列基因受同一操縱子的調(diào)控?；虼?cluster)(二)阻遏蛋白和誘導(dǎo)物的互作誘導(dǎo)（induct14第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件15第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件16第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件17第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件18第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件19等位基因間的互補(bǔ)（interalleliccomplementation）。負(fù)的互補(bǔ)（negativecomplementation）lacI-d的產(chǎn)物和lacI+的產(chǎn)物組成多聚體時(shí)，阻遏蛋白無活性。反式顯性（trans-dominant）顯性失活（dominantnegatives）等位基因間的互補(bǔ)20阻遏蛋白和操縱基因的結(jié)合與解離操縱基因的結(jié)構(gòu)阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)：N端1～59aa－頭部片段：為HTH，與操縱基因DNA的大溝結(jié)合；核心區(qū)：有6個折疊，誘導(dǎo)物就結(jié)合在兩個核心區(qū)之間的裂縫中；C端為兩組亮氨酸拉鏈，形成四聚體。阻遏蛋白和操縱基因的結(jié)合與解離操縱基因的結(jié)構(gòu)21操縱位點(diǎn)的回文序列操縱位點(diǎn)的回文序列22阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)23阻遏蛋

白單體

的三級

結(jié)構(gòu)阻遏蛋

白單體

的三級

結(jié)構(gòu)24第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件25第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件26誘導(dǎo)物的

結(jié)合解離模型誘導(dǎo)物的

結(jié)合解離模型27誘導(dǎo)物

和阻遏

蛋白結(jié)合的模型誘導(dǎo)物

和阻遏

蛋白結(jié)合的模型28阻遏能發(fā)生在多個位點(diǎn)上阻遏能發(fā)生在多個位點(diǎn)上29CAP結(jié)合位點(diǎn)cAMP是由腺苷環(huán)化酶（adenylatecyclase）催化合成CAP（cataboliteactivatorprotein）CAP以兩種方法來激活轉(zhuǎn)錄：（1）它可能直接和RNAPol相互作用；（2）作用于DNA，改變其結(jié)構(gòu)，從而幫助RNAPol結(jié)合。

CAP結(jié)合位點(diǎn)cAMP是由腺苷環(huán)化酶（adenyla30第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件31第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件32第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件33第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件34第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件35第二節(jié)操縱子的其它調(diào)控形式一半乳糖操縱子（galoperon）1.結(jié)構(gòu)2.特點(diǎn)：(1)雙啟動子；(2)雙操縱基因；(3)無－35順序；(4)OE在CAP位點(diǎn)內(nèi)，OI在geneE內(nèi)Gal既可為碳源，同時(shí)UDP－Gal又是合成細(xì)菌細(xì)胞壁的重要前體第二節(jié)操縱子的其它調(diào)控形式一半乳糖操縱子（galo36第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件37gal操縱子的結(jié)構(gòu)gal操縱子的結(jié)構(gòu)383.調(diào)節(jié)(1)有GalP1啟動K,T,E轉(zhuǎn)錄無Glu無GalP1不啟動無GalOE,OI

結(jié)合形成環(huán)，僅轉(zhuǎn)有錄20b有GalP2啟動S2

轉(zhuǎn)錄E,組成型(2)CAP-cAMP對P1正調(diào)節(jié)，對P2

抑制(3)阻遏物對P1，P2

都是負(fù)調(diào)控，CAP-cAMP含量少時(shí)P2可轉(zhuǎn)錄(機(jī)制不清)(4)P1與RNAPol親和力>>P2與RNAPol親和力3.調(diào)節(jié)(1)有G39二阿拉伯糖操縱子(araO)1.結(jié)構(gòu):具有正負(fù)調(diào)節(jié)功能的操縱子2.特點(diǎn)：(1)AraC有雙功能a.純C結(jié)合araO1,阻遏；b.C+AraCind,結(jié)合于araI，誘導(dǎo)，正調(diào)節(jié)(2)araC本身也受操縱調(diào)節(jié)；(3)AraC有三個結(jié)合位點(diǎn)(O1,O2和araI)(4)是調(diào)節(jié)子(regulon)(5)雙向轉(zhuǎn)錄；(6)Pc和O1重疊；(7)C自身調(diào)節(jié)二阿拉伯糖操縱子(araO)1.結(jié)構(gòu):具有正負(fù)調(diào)節(jié)功能的40ara操縱子的結(jié)構(gòu)araIara操縱子的結(jié)構(gòu)araI41第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件42第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件433.調(diào)節(jié)

有Glu,無CAP－C本底轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)少量有AraAraC,結(jié)合于O1,停止轉(zhuǎn)錄；

無Glu,有CAP－Ara+CCindaraIaraPBAD轉(zhuǎn)錄；

無Ara或用完：C過量，可結(jié)合到araO1,阻遏

araPc,還可結(jié)合到araI和araO2上，成環(huán)，阻遏轉(zhuǎn)錄。3.調(diào)節(jié)有Glu,無CAP－C本44三.色氨酸操縱子1.結(jié)構(gòu)2.特點(diǎn):(1)trpR(89’)和trpABCDE(25’)不連鎖；(2)操縱基因在啟動子內(nèi)(3)有衰減子(attenuator)(4)啟動子和結(jié)構(gòu)基因不直接相連，二者被前導(dǎo)順序(Leader)所隔開三.色氨酸操縱子1.結(jié)構(gòu)45trp操縱子的結(jié)構(gòu)trp操縱子的結(jié)構(gòu)46第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件473.調(diào)節(jié)(1)Trp作為輔阻遏物(corepressor)(2)阻遏物和RNApol在P,O重疊區(qū)產(chǎn)生競爭性抑制；(3)阻遏物的阻遏能力低，是LacR的1/千；(4)trpO調(diào)節(jié)合成代謝，存在衰減作用。3.調(diào)節(jié)(1)Trp作為輔阻遏物(corepressor)48第三節(jié)轉(zhuǎn)錄的終止調(diào)控一．衰減作用1978年yanofsky發(fā)現(xiàn)前導(dǎo)序列（leadersequence）衰減子（attenuator）第三節(jié)轉(zhuǎn)錄的終止調(diào)控一．衰減作用49第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件50第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件51第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件52第四節(jié)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始

一、σ亞基的替換枯草桿菌（B.subtilis）中σ因子用于轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)大部分σ因子轉(zhuǎn)換的例子都發(fā)生在孢子形成（sporulation）中孢子形成分為三個階段（1）DNA復(fù)制；（2）在細(xì)胞的一端基因組被分離；（3）分離的基因組外包上一層子外殼。第四節(jié)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始一、σ亞基的替換53σ因子

的更換

用于噬

菌體時(shí)序調(diào)節(jié)σ因子

的更換

用于噬

菌體時(shí)序調(diào)節(jié)54第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件55第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件56

H

43KKGH43KKG57

F對E的活性控制在前孢子中由早期基因產(chǎn)生

G,G使RNA聚合酶在前孢子轉(zhuǎn)錄晚期孢子形成基因。另一個早期孢子形成基因產(chǎn)物負(fù)責(zé)和母細(xì)胞中的成分聯(lián)系,

F激活SpoⅡR,SpoⅡR由前孢子分泌，然后它激活膜結(jié)合蛋白SpoⅡGA，活化的SpoⅡGA在母細(xì)胞中剪切失活的前體物Pro-E使其成為活化因子E。F對E的活性控制在前孢子中由早58第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件59二σ因子的替代可以控制起始在E.coli，不同類型的啟動子需要不同類型的σ因子熱休克基因（heatshockgenes）二σ因子的替代可以控制起始在E.coli，不同類型的啟動子需60三、修飾核心酶、替換σ亞基T4噬菌體的時(shí)序調(diào)節(jié)依賴本身攜帶的蛋白對宿主的核心酶加以修飾,改變其和σ亞基的結(jié)合能力,乘機(jī)將本身編碼的蛋白取代原來的σ亞基,從而改變RNA聚合酶的識別能力。內(nèi)部蛋白ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶（ADPRT）蛋白Mot取代原來的σ亞基超修飾（hupermodified）三、修飾核心酶、替換σ亞基T4噬菌體的時(shí)序調(diào)節(jié)依賴本身攜帶的61第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件62四、RNA聚合酶的代換T7噬菌體的時(shí)序調(diào)控根據(jù)自身的感染特點(diǎn)采用了RNA聚合酶的代換來進(jìn)行。四、RNA聚合酶的代換T7噬菌體的時(shí)序調(diào)控根據(jù)自身的感染特點(diǎn)63第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件64第五節(jié)

DNA重排對轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控沙門氏菌（S.typhimrium）的相轉(zhuǎn)變（phasevariation）Mu噬菌體的G片斷倒位第五節(jié)

DNA重排對轉(zhuǎn)錄起65第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件66第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件67第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件68第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件69第六節(jié)翻譯的調(diào)控一.翻譯起始的調(diào)控(一)重疊核苷酸與翻譯調(diào)控１．色氨酸操縱子

TrpE-Thr-Phe-終止密碼子ACUUUCUGAUGGCU

Met-Ala-TrpDTrpB-Glu-Ile-終止GAAAUCUGAUGGAA

Met-Glu-TrpA.第六節(jié)翻譯的調(diào)控一.翻譯起始的調(diào)控70在E.coli的gal操縱子中E.T.K三個基因，T與K以另一種形式重疊來達(dá)到協(xié)調(diào)一致：在E.coli的gal操縱子中E.T.K三個基因，T與K以另71(二)翻譯水平的自我調(diào)控(二)翻譯水平的自我調(diào)控72第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件73第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件74第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件75第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件76第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件77第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件78(三)二級結(jié)構(gòu)對翻譯起始的調(diào)控E.coli的RNA噬菌體MS2,R17,f2和Qβ都非常?。ㄖ睆郊s為250）,是最簡單的病毒?；蚪M長3600～4200nt，只含4個基因：A、cp、Rep和Lys。CP(coatprotein)含129aa,MW為13.7KDa。A（atachment）編碼附著蛋白（含393氨aa，MW為44KDa）；Rep（replicase）編碼復(fù)制酶（含544aa，MW為61KKDa）；lys（lysis）白基因編碼裂解蛋白,和cp，Rep基因重疊，該蛋白含75aa。(三)二級結(jié)構(gòu)對翻譯起始的調(diào)控E.coli的RNA噬菌體MS79第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件80

(四)

反義RNA的調(diào)控1884年Mizuno,T.等發(fā)現(xiàn)干擾mRNA的互補(bǔ)RNA（mic-RNA,mRNA-interferingcomplementaryRNA）antisenseRNA的作用可能有兩種機(jī)制。(1)和靶核苷酸序列形成雙鏈區(qū)，直接阻礙其翻譯的起始。(2)在靶分子的部分區(qū)域形成雙鏈區(qū)，改變其構(gòu)象，直接影響其功能。(四)反義RNA的調(diào)控1884年Mizuno,T.等發(fā)現(xiàn)81第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件82．二.翻譯的延伸調(diào)控(一)稀有密碼子的調(diào)控．二.翻譯的延伸調(diào)控(一)稀有密碼子的調(diào)控83第十六章原核生物基因表達(dá)的調(diào)控課件84在25種非調(diào)控蛋白中：