微生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控課件

生物的遺傳信息是以基因的形式儲(chǔ)藏在細(xì)胞內(nèi)的DNA(或RNA)分子中的。隨著個(gè)體的發(fā)育，DNA有序地將遺傳信息，通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)，執(zhí)行各種生理生化功能，完成生命的全過(guò)程。從DNA到蛋白質(zhì)的過(guò)程，叫做基因表達(dá)(geneexpression)，對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控(generegulation或genecontrol)。生物的遺傳信息是以基因的形式儲(chǔ)藏在細(xì)胞內(nèi)的DNA(或RNA)1基因調(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題。要了解動(dòng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能，就必須弄清楚基因表達(dá)調(diào)控的時(shí)間和空間概念基因調(diào)控是現(xiàn)階段分子生物學(xué)研究的中心課題。要了解動(dòng)、植物生長(zhǎng)2基因表達(dá)調(diào)控在兩個(gè)水平上體現(xiàn)(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation);(2)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控(post-transcriptionalregulation)，包括①mRNA加工成熟水平上的調(diào)控(differentialprocessingofRNAtranscript);②翻譯水平上的調(diào)控(differentialtranslationofmRNA)。基因表達(dá)調(diào)控在兩個(gè)水平上體現(xiàn)(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(tran3對(duì)于原核生物，以營(yíng)養(yǎng)狀況(nutritionalstatus)和環(huán)境因素(environmentalfactor)為主要的基因表達(dá)影響因素。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平(hormonelevel)和發(fā)育階段(developmentalstage)是基因表達(dá)調(diào)控的最主要手段，而營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境因素的影響力大為下降。在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)基因表達(dá)調(diào)控取決于DNA的結(jié)構(gòu)、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。對(duì)于原核生物，以營(yíng)養(yǎng)狀況(nutritionalstatu4第一節(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原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單元是操縱子。1、操縱子的概念：根據(jù)操縱子學(xué)說(shuō)，很多功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因在染色體上串連排列，由一個(gè)共同的控制區(qū)來(lái)操縱這些基因的轉(zhuǎn)錄。包含這些結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)的整個(gè)核苷酸序列就稱為操縱子（operon）。第一節(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52、操縱子結(jié)構(gòu)由啟動(dòng)子（P）、操縱基因（O）、調(diào)節(jié)基因、結(jié)構(gòu)基因所組成。2、操縱子結(jié)構(gòu)61、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(activator)，激活蛋白結(jié)合與DNA的啟動(dòng)子及RNA聚合酶后，轉(zhuǎn)錄才會(huì)進(jìn)行。（1）在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，誘導(dǎo)物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。（2）在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄不進(jìn)行。二、正調(diào)控與負(fù)調(diào)控1、在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(activ72、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的物質(zhì)是阻遏蛋白(repressor)－－阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。其作用部位是操縱區(qū)。它與操縱區(qū)結(jié)合，轉(zhuǎn)錄受阻。（1）負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)－－阻遏蛋白不與誘導(dǎo)物結(jié)合時(shí)，阻遏蛋白與操縱區(qū)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄，阻遏蛋白結(jié)合上誘導(dǎo)物時(shí)，阻遏蛋白與操縱區(qū)分離，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。2、在負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的物質(zhì)是阻遏蛋白(repre8（2）負(fù)控阻遏系統(tǒng)－－阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。（2）負(fù)控阻遏系統(tǒng)－－阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時(shí)，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄9調(diào)控模式1、可誘導(dǎo)負(fù)調(diào)控2、可誘導(dǎo)正調(diào)控3、可阻遏負(fù)調(diào)控4、可阻遏正調(diào)控調(diào)控模式10微生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控課件11三、大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控（一）大腸桿菌的乳糖利用系統(tǒng)大腸桿菌的乳糖代謝需要有β-半乳糖苷酶（β-galactosidase）的催化。這種酶能把乳糖水解為半乳糖和葡萄糖.另外有半乳糖苷透性酶和巰基半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶。三種酶協(xié)同作用，使得乳糖得以分解和利用。三、大腸桿菌乳糖操縱子的負(fù)調(diào)控（一）大腸桿菌的乳糖利用系統(tǒng)12乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)和功能乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)和功能13（二）乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制1、沒有乳糖時(shí)，具有活性的阻遏物和操縱基因結(jié)合，轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行。2、有乳糖時(shí)，乳糖與阻遏物結(jié)合，使阻遏物發(fā)生構(gòu)象變化而失活，不能與操縱子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因正常轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而再翻譯出蛋白質(zhì)。（二）乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制14原核生物基因表達(dá)的調(diào)控乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(沒有乳糖時(shí))ＲＰＯ

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lacA調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶信使RNA轉(zhuǎn)錄翻譯阻抑物與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄受阻．阻抑物原核生物基因表達(dá)的調(diào)控乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(沒有乳糖時(shí)15原核生物基因表達(dá)的調(diào)控乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(有乳糖時(shí))ＲＰＯ

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lacA調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶信使RNA轉(zhuǎn)錄翻譯阻抑物與乳糖結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生了改變，因而不能與操縱基因結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。阻抑物乳糖轉(zhuǎn)錄半乳糖苷酶酶酶乳糖分解代謝調(diào)控過(guò)程是一個(gè)自我調(diào)控過(guò)程

原核生物基因表達(dá)的調(diào)控乳糖代謝基因表達(dá)調(diào)控圖解：(有乳糖時(shí))16四、大腸桿菌乳糖操縱子的正調(diào)控1、葡萄糖敏感操縱子有一些控制某一種糖如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖和麥芽糖等分解代謝的操縱子，當(dāng)培養(yǎng)基含有葡萄糖時(shí)，會(huì)阻止這些操縱子的功能，稱為葡萄糖敏感操縱子。例如：當(dāng)大腸桿菌生長(zhǎng)的培養(yǎng)基中既有葡萄糖又有乳糖的條件，只利用葡萄糖，而不利用乳糖。換句話說(shuō)，只要在培養(yǎng)基中有葡萄糖存在，便可抑制了利用其他各種酶的產(chǎn)生，稱為分解物阻遏。四、大腸桿菌乳糖操縱子的正調(diào)控172、CAP-cAMP調(diào)控另外一種起調(diào)節(jié)作用的誘導(dǎo)物為cAMP（環(huán)化腺苷酸）分析一組實(shí)驗(yàn)幾種情況：（1）當(dāng)培養(yǎng)基中含用大量葡萄糖時(shí)，cAMP水平明顯下降。（2）當(dāng)以乳糖為唯一碳源時(shí)，β-半乳糖苷酶的合成增加。2、CAP-cAMP調(diào)控18（3）當(dāng)有乳糖和葡萄糖為碳源時(shí)，如果加入cAMP，β-半乳糖苷酶的合成速率大大提高。結(jié)論：？cAMP濃度能影響到β-半乳糖苷酶的合成速率。主要是cAMP能激活CAP（分解物基因激活蛋白），起轉(zhuǎn)錄因子的作用。

（3）當(dāng)有乳糖和葡萄糖為碳源時(shí)，如果加入cAMP，β-半193、lac操縱子的正調(diào)控機(jī)制（1）cAMP-CAP復(fù)合物與DNA結(jié)合，改變DNA結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了RNA聚合酶結(jié)合區(qū)的解鏈，從而促進(jìn)RNA聚合酶和啟動(dòng)子結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄能力增強(qiáng)。（2）cAMP-CAP復(fù)合物的形成取決于AMP的濃度，當(dāng)以葡萄糖為能源時(shí)，由于其抑制腺苷