《轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控》課件

二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（一）原核生物的操縱子模型1.乳糖操縱子1編輯課件ppt二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（一）原核生物的操縱子模型1編輯課件ppt酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制—操縱子學(xué)說

Jacob和Monod在研究大腸桿菌β-半乳糖苷酶合成的遺傳基礎(chǔ)上，提出了控制基因表達(dá)的操縱子學(xué)說。2編輯課件ppt酶合成調(diào)節(jié)的遺傳機(jī)制—操縱子學(xué)說2編輯課件pptTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1965

Fran?ois

JacobAndréLwoff

JacquesMonod

3編輯課件pptTheNobelPrizeinPhysiology1.乳糖操縱子大腸桿菌生長(zhǎng)需要碳源,常見的是糖類,最方便利用的是葡萄糖,但有些條件下培養(yǎng)基中并無葡萄糖，僅有半乳糖等糖類，這時(shí)分解它們的酶類必須合成，才能利用半乳糖。4編輯課件ppt1.乳糖操縱子大腸桿菌生長(zhǎng)需要碳源,常見的是糖類,

酶的誘導(dǎo)-lac體系受調(diào)控的證據(jù)在不含乳糖及β-半乳糖苷的培養(yǎng)基中，lac+基因型每個(gè)大腸桿功細(xì)胞內(nèi)大約只有1-2個(gè)酶分子。如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，酶的濃度很快達(dá)到細(xì)胞總蛋白量的6%或7%，每個(gè)細(xì)胞中可有超過105個(gè)酶分子。

5編輯課件ppt酶的誘導(dǎo)-lac體系受調(diào)控的證據(jù)在不6編輯課件ppt6編輯課件ppt

科學(xué)家把大腸桿菌細(xì)胞放在加有放射性35S標(biāo)記的氨基酸但沒有任何半乳糖誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中繁殖幾代，然后再將這些帶有放射活性的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到不含35S、無放射性的培養(yǎng)基中，隨著培養(yǎng)基中誘導(dǎo)物的加入，β-半乳糖苷酶便開始合成。分離β-半乳糖苷酶，發(fā)現(xiàn)這種酶無35S標(biāo)記。說明酶的合成不是由前體轉(zhuǎn)化而來的，而是加入誘導(dǎo)物后新合成的。7編輯課件ppt科學(xué)家把大腸桿菌細(xì)胞放在加有放射性35乳糖是含有葡萄糖的二糖8編輯課件ppt乳糖是含有葡萄糖的二糖8編輯課件ppt葡萄糖狀態(tài)乳糖狀態(tài)操縱子狀態(tài)有無關(guān)閉有有關(guān)閉無無關(guān)閉無有開放9編輯課件ppt葡萄糖狀態(tài)乳糖狀態(tài)操縱子狀態(tài)有無關(guān)閉有有關(guān)閉無無關(guān)閉無有開放lacZencodesβ-galactosidase(LacZ),anintracellularenzymethatcleavesthedisaccharide

lactoseintoglucoseandgalactose.lacYencodesβ-galactosidepermease(LacY),amembrane-boundtransportproteinthatpumpslactoseintothecell.lacAencodesβ-galactosidetransacetylase(LacA),anenzymethattransfersanacetylgroupfromacetyl-CoAtoβ-galactosides.10編輯課件pptlacZencodesβ-galactosidase(11編輯課件ppt11編輯課件ppt

操縱子即基因表達(dá)的協(xié)同單位，含有結(jié)構(gòu)基因(編碼Pr)和控制部位?？刂撇糠?調(diào)節(jié)基因、操縱基因一個(gè)操縱子的全部基因都排列在一起，控制部分可接受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的調(diào)節(jié)。12編輯課件ppt操縱子即基因表達(dá)的協(xié)同單位，含有結(jié)構(gòu)基因(編13編輯課件ppt13編輯課件ppt14編輯課件ppt14編輯課件ppt15編輯課件ppt15編輯課件pptOPTGIPTG別乳糖X-gal16編輯課件pptOPTGIPTG別乳糖X-gal16編輯課件ppt具有半乳糖苷的物質(zhì)都可誘導(dǎo)17編輯課件ppt具有半乳糖苷的物質(zhì)都可誘導(dǎo)17編輯課件ppt18編輯課件ppt18編輯課件ppt當(dāng)葡萄糖與乳糖共存，情況比較復(fù)雜，分解它們的酶類必須不合成。降解物基因活化蛋白CAP（catabolicgeneactivateprotein,CAP),與cAMP形成復(fù)合物結(jié)合于啟動(dòng)子部位，引起DNA構(gòu)象的變化，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄的起始更加頻繁，是一種正調(diào)控。當(dāng)有葡萄糖存在時(shí)，其分解代謝產(chǎn)物可抑制腺苷酸環(huán)化酶活性，激活磷酸二酯酶活性，cAMP含量下降，使CAP失活。19編輯課件ppt當(dāng)葡萄糖與乳糖共存，情況比較復(fù)雜，分解它們的酶類必須不合成。cataboliteactivatorprotein(CAP;alsoknownascAMPreceptorprotein,CRP)20編輯課件pptcataboliteactivatorprotein(21編輯課件ppt21編輯課件ppt22編輯課件ppt22編輯課件ppt

cAMP-CAP-DNA

23編輯課件ppt

cAMP-CAP-DNA

23編輯課件pptCAP的效應(yīng)不應(yīng)該為乳糖獨(dú)享單糖的種類：24編輯課件pptCAP的效應(yīng)不應(yīng)該為乳糖獨(dú)享單糖的種類：24編輯課件ppt25編輯課件ppt25編輯課件pptEversincethefunctionofCRPasanactivatoroftranscriptionwasestablished,agreatdealofworkhasbeendonetotryandunderstandexactlyhowthisoccurs.

26編輯課件pptEversincethefunctionofCRPDoesCRPactivatetranscriptiondirectly?Inotherwords,doesitassistRNApolymerasetorecognizethepromoterbymeansofdirectprotein-proteincontactsbetweenCRPandRNApolymerase?

OR

DoesCRPactivatetranscriptionindirectly?SinceCRPbendsandthusdistortstheDNAdoublehelixwhenitbinds,isitpossiblethatincreasedRNApolymerasebindingisaresultofstructuralchangesintheDNA?

Athirdpossibilityisthatsomecombinationofbothdirectandindirecteffectsmightberesponsibleforactivationatindividualpromoters.27編輯課件pptDoesCRPactivatetranscriptioWecannowdistinguish3classesofCRP-activatedpromoter:28編輯課件pptWecannowdistinguish3classCLASSIClassICRP-activatedpromotersrequireonlyCRPforactivationandtheCRPbindingsiteislocatedupstreamofthepromoter.TheprototypeCLASSI

CRP-activatedpromoteristhelacoperonpromoter(lacP1).ThisCRP-bindingsiteiscentred61.5bpupstreamofthestartpointoftranscription.

29編輯課件pptCLASSI29編輯課件ppt30編輯課件ppt30編輯課件ppt31編輯課件ppt31編輯課件pptCLASSIICLASSII

CRP-activatedpromotersrequireonlyCRPforactivationandtheCRPbindingsiteoverlapsthepromoter.Inthesepromoters,theCRPbindingsiteappearstoreplacetheusual-35regionofthepromoter.TheprototypeCLASSII

CRP-activatedpromoteristhegaloperonpromoter(galP1).ThisCRP-bindingsiteiscentred41.5bpupstreamofthestartpointoftranscription.32編輯課件pptCLASSII32編輯課件ppt33編輯課件ppt33編輯課件pptCLASSIIICLASSIII

CRP-activatedpromotersrequireadditionalregulatorproteinsaswellasCRPforactivation.ThelocationoftheCRPbindingsitecanbequitevariablethoughitistypicallymorethan90bpupstreamofthestartpointoftranscription.ThereisnoprototypeCLASSIII

CRP-activatedpromotersincetheyallhavedifferentrequirementsbywayofadditionalregulatorproteins.ExamplesofCLASSIII

CRP-activatedpromotersarethearaBADpromoterandthemalKpromoter34編輯課件pptCLASSIII34編輯課件ppt35編輯課件ppt35編輯課件ppt36編輯課件ppt36編輯課件ppt37編輯課件ppt37編輯課件ppt2.色氨酸操縱子

大腸肝菌培養(yǎng)在只含無機(jī)鹽及單一碳源的培養(yǎng)基中，大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)可以測(cè)出色氨酸合成的酶系,如果在培養(yǎng)基中加入色氨酸,大腸桿菌中色氨酸合成的酶系就明顯降低。色氨酸存在時(shí),阻止了色氨酸合成酶系的形成,細(xì)菌可直接利用色氨酸,而不用自己合成,這種減少酶量的現(xiàn)象稱為酶合成的阻遏。38編輯課件ppt2.色氨酸操縱子

大腸肝菌培養(yǎng)在只含無機(jī)鹽及單一碳源的培養(yǎng)39編輯課件ppt39編輯課件ppt40編輯課件ppt40編輯課件ppt翻譯過程對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

衰減作用(弱化作用)E.Coli的色氨酸合成41編輯課件ppt翻譯過程對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

衰減作用(弱化作用)E.Coli的色翻譯過程對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

衰減作用(弱化作用)

色氨酸mRNA的5’端有162核苷酸的前導(dǎo)序列，當(dāng)RNA的合成啟動(dòng)后除非缺乏色氨酸，否則大部分mRNA僅合成140核苷酸即停止。前導(dǎo)肽能編碼一小段14肽，其終止區(qū)具有潛在的莖環(huán)構(gòu)象和成串的U，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)的特征。前導(dǎo)RNA鏈有4個(gè)區(qū)域彼此互補(bǔ)，可形成奇特的二級(jí)結(jié)構(gòu)，有些情況下出現(xiàn)終止子結(jié)構(gòu)。42編輯課件ppt翻譯過程對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)

衰減作用(弱化作用)色氨酸mRNA的43編輯課件ppt43編輯課件ppt44編輯課件ppt44編輯課件ppt45編輯課件ppt45編輯課件ppt46編輯課件ppt46編輯課件ppt47編輯課件ppt47編輯課件ppt轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)是原核生物的特征。原核生物翻譯結(jié)束mRNA上有特殊的終止子結(jié)構(gòu)。

48編輯課件ppt轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)是原核生物的特征。48編輯課件ppt49編輯課件ppt49編輯課件ppt衰減作用(弱化作用)的意義E.Coli一個(gè)大腸桿菌就是一個(gè)完整的生命！50編輯課件ppt衰減作用(弱化作用)的意義E.Coli一個(gè)大腸桿菌就是一E.coliBacterium51編輯課件pptE.coliBacterium51編輯課件ppt

弱化子系統(tǒng)主要是對(duì)外源色氨酸濃度作出反應(yīng)，維持濃度的恒定。色氨酸濃度

t沒有糧食吃了才想起種莊稼！52編輯課件ppt弱化子系統(tǒng)主要是對(duì)外源色氨酸濃度作出反應(yīng)，維AUG-AAA-CGC-GUU-CAA-UUU-AAA-CAC-CAC-CAU-CAU-CAC-CAU-CAU-CCU-GACMet-Thr-Arg-Val-Gln-Phe-Lys-His-His-His-His-His-His-His-Pro-Asp-aleadercodingregion弱化作用有沒有普遍的意義？

3.TheHistidineOperon:AnAttenuator53編輯課件pptAUG-AAA-CGC-GUU-CAA-UUU-AAA-CA54編輯課件ppt54編輯課件ppt3．阿拉伯糖操縱子

阿拉伯糖(arabinose)是另一個(gè)可以為代謝提供碳源的五碳糖。在大腸桿菌中阿拉伯糖的降解需要3個(gè)基因：araB、araA和araD，分別編碼3個(gè)酶：araB基因編碼核酮糖激酶(ribulokinase)，araA編碼L-阿拉伯糖異構(gòu)酶(L-arabinoseisomerase)，araD編碼L-核酮糖-5-磷酸-4-差向異構(gòu)酶(L-ribulose-5phosphate-4epimerase)。55編輯課件ppt3．阿拉伯糖操縱子阿拉伯糖(arabinose)56編輯課件ppt56編輯課件ppt

與araBAD相鄰的是一個(gè)復(fù)合的啟動(dòng)子區(qū)域和一個(gè)調(diào)節(jié)基因araC，這個(gè)AraC蛋白同時(shí)顯示正、負(fù)調(diào)節(jié)因子的功能。AraBAD和araC基因的轉(zhuǎn)錄是分別在兩條鏈上以相反的方向進(jìn)行的。在標(biāo)準(zhǔn)的遺傳學(xué)圖譜上，araBAD基因簇從啟動(dòng)子PBAD開始向左進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而araC基因則是從Pc向右轉(zhuǎn)錄。57編輯課件ppt與araBAD相鄰的是一個(gè)復(fù)合的啟動(dòng)子區(qū)域和58編輯課件ppt58編輯課件ppt59編輯課件ppt59編輯課件pptAraC蛋白以Crep與araO1的結(jié)合阻遏自身基因的調(diào)節(jié)并控制著自身的合成。60編輯課件pptAraC蛋白以Crep與araO1的結(jié)合阻遏自身基因的調(diào)節(jié)并有葡萄糖無阿拉伯糖61編輯課件ppt有葡萄糖無阿拉伯糖61編輯課件ppt無葡萄糖有阿拉伯糖62編輯課件ppt無葡萄糖有阿拉伯糖62編輯課件ppt阿拉伯糖和葡萄糖都很低或都很高的情況下，araBCD的轉(zhuǎn)錄都被阻遏。63編輯課件ppt阿拉伯糖和葡萄糖都很低或都很高的情況下，araBCD的轉(zhuǎn)錄都5.QuorumSensing:AnActivator

(群體意識(shí)）Thereexistsaspeciesofsquid（魷魚）

thesquidhasevolvedalightorganinwhichitculturesaverypure,verydensepopulationofabacteriacalledVibriofischeri.Thisbacteriaproducesasubstancecalledluciferase,whichglowswiththesameintensityasthemoon.64編輯課件ppt5.QuorumSensing:AnActivatorEuprymnascolopesswimming

65編輯課件pptEuprymnascolopesswimming65編Euprymnascolopeshatching

66編輯課件pptEuprymnascolopeshatching66編Euprymnascolopesventralviewoflightorgan67編輯課件pptEuprymnascolopesventralviewInthisventralcross-sectionofEuprymnaScolopes,thesymbioticlight-emitting"photophore"istheblackandsilver,two-lobedstructureinthecenter.CourtesyofMargaretMcFall-Ngai.bobtailsquid

68編輯課件pptInthisventralcross-sectionThisHawaiianbobtailsquid(Euprymnascolopes)hassilverytissuearoundandacrossitseye.Thesereflective,silverytissuesoftheeyeandskinaremadeofthesameunusualproteinsthathelpmakethesquid'sflashlightwork.69編輯課件pptThisHawaiianbobtailsquid(EThisHawaiianbobtailsquid(Euprymnascolopes)isanightactivepredatorthatburiesinthesandduringthedayandcomesoutatnighttoforage.Thisadultspecimen,whichispreparingtoburyfortheday,hassilverytissuesarounditseyesandblue-silvertissuesinitsskinduetoproteinscalledreflectins.70編輯課件pptThisHawaiianbobtailsquid(EProtein-basedreflectorsappeartobeuniquetosquid,octopusandothermembersofthecephalopodclassofmarineanimals.Mostcephalopodshavebigheads,largeeyes,grabbingtentaclesandsacsfilledwithink.

71編輯課件pptProtein-basedreflectorsappeaClose-upoftheeyeofaHawaiianbobtailsquid(Euprymnascolopes).

72編輯課件pptClose-upoftheeyeofaHawai

WhenVibriofischeriisnotinthesquid'slightorgan,itdoesnotneedtobemakingluciferase,sinceglowingwillnothelpitoranythingelse.Ontheotherhand,wheninsidethelightorgan,itistothebacteria'sadvantagetoglow,becausethenthesquidwillnotgeteatenandwillfeedit,awayfromcompetitionfromanyotherkindsofbacteria.Sohowcanthebacteriaknowthatitisinalightorganinordertoturnonsynthesisofluciferase?73編輯課件pptWhenVibriofischeriisTheHawaiianbobtailsquidhasabuilt-inflashlightonitsundersidewhichisbeameddownwardbystacksofsilveryreflectorplateswhicharemadefromanunusualfamilyofproteins,accordingtonewresearch.74編輯課件pptTheHawaiianbobtailsquidhasThesquid'slightproducingorganispoweredbyglowingbacteriawithstacksofthereflectorplatessurroundingthelightorgan.Thisglowing"flashlight"servesasaspotlightduringfeedinginthedarkocean.75編輯課件pptThesquid'slightproducingor76編輯課件ppt76編輯課件pptVibriofischerigrownfor24hoursonPhotobacteriumseawateragar

77編輯課件pptVibriofischerigrownfor24h78編輯課件ppt78編輯課件pptTransmissionElectronmicrographofVibriofischeri

79編輯課件pptTransmissionElectronmicrograquorumsensing

EachbacteriumiscontinuouslysecretingauniquesmallmoleculecalledVAI(Vibriofischeriautoinducer)thatcandiffusereadilythroughthecellmembrane.Thus,thereisadecliningconcentrationofthesmallmoleculeinagrowingcircumferencearoundthebacterium.Whentherearemanybacteriaaround,thelocalconcentrationofthesmallmoleculewillbeveryhigh.80編輯課件pptquorumsensing

Eachbact

Thegenesformakingluciferasearecontainedintheluxoperon.ADNAbindingsite(luxO)neartheluxpromoter(luxP)bindsaproteincalledluxR.ThisproteinsomehowcallsRNApolymeraseoverwhenitisboundtotheDNA,thusincreasingtranscriptionoftheDNAandmakingmorepolymerase.Thus,luxRisatranscriptionalactivatoroftheluxoperon.81編輯課件pptThegenesformakinglucif82編輯課件ppt82編輯課件ppt

ItisimportanttonotethatLuxIisthegenethatencodesfortheenzymethatsynthesizesVAI（autoinducer）.Whenabacteriumundergoesthetransitionfromnotmakingluciferasetomakingluciferase,itneedstohavetheautoinduceraroundinordertopromotebindingofLuxRtotheoperator.83編輯課件pptItisimportanttonote84編輯課件ppt84編輯課件pptSerine85編輯課件pptSerine85編輯課件pptN-acyl-L-homoserinelactones(AHLs)酰化高絲氨酸內(nèi)酯86編輯課件pptN-acyl-L-homoserinelactones(發(fā)光的的好處對(duì)于弧菌：穩(wěn)定的食物來源和生活環(huán)境。87編輯課件ppt發(fā)光的的好處對(duì)于弧菌：87編輯課件ppt對(duì)于squid：誘捕消除陰影嚇阻通訊88編輯課件ppt對(duì)于squid：88編輯課件pptMargaretMcFall-Ngai,abiologistattheUniversityofHawaii.Shesaysthatwhilesymbioticrelationshipsbetweenluminescentbacteriaandanimalsarenothingnew,there'ssomeevidencethatthebacteriaaregettingarawdeal.89編輯課件pptMargaretMcFall-Ngai,abiologSoisthismaybelessacaseofsymbiosisthanofslavery.Thesquid,sheobserves,"inhibitsthegrowthofthebacteriatoenhancetheirluminescence."Andthebacteriumcouldmakeabetterlivingdriftingintheocean,orinthegutofanothermarineanimal,sheobserves.90編輯課件ppt90編輯課件ppt

細(xì)菌的許多行為,包括:生物發(fā)光、共生現(xiàn)象、生物膜形成、抗生素生產(chǎn)、群體移動(dòng)性(Swarmingmotility)、孢子形成、基因交換以及發(fā)病機(jī)理等均受到群體效應(yīng)的調(diào)節(jié)。91編輯課件ppt細(xì)菌的許多行為,包括:生物發(fā)光、共生現(xiàn)象、生物OswaldAvery92編輯課件pptOswaldAvery92編輯課件ppt

1944年，加拿大細(xì)菌學(xué)家OswaldAvery(1877-1955)美國(guó)生物學(xué)家Macleod和McCarty發(fā)表著名論文,證明DNA是遺傳物質(zhì)。

93編輯課件ppt1944年，加拿大細(xì)菌學(xué)家OswaldA1928年，英國(guó)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)家格里菲斯（F·Griffith）發(fā)現(xiàn)肺炎球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象肺炎雙球菌:粗糙型R光滑型S

94編輯課件ppt1928年，英國(guó)醫(yī)學(xué)微生物學(xué)家格里菲斯（F·Griffith原因？95編輯課件ppt原因？95編輯課件ppt

例子

銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)是肺囊腫性纖維化病人患慢性或致命性感染的最為常見的病原,并會(huì)感染燒燙傷或癌癥接受化療的病患。96編輯課件ppt例子銅綠假單胞菌(Pseudomonas97編輯課件ppt97編輯課件ppt含有銅綠假單胞菌的痰液的革蘭染色囊性纖維變性病人痰液顯示葡萄球菌和銅綠假單胞菌、細(xì)的革蘭陰性桿菌。（革蘭染色，放大1000倍）98編輯課件ppt含有銅綠假單胞菌的痰液的革蘭染色囊性纖維變性病人痰液顯示葡銅綠假單胞菌培養(yǎng)于麥康培養(yǎng)基，銅綠假單胞菌為非乳糖發(fā)酵菌，經(jīng)常產(chǎn)生稍帶綠色的綠膿菌素色素，其氧化酶陽性。（麥康基瓊脂，18小時(shí)，37℃）

99編輯課件ppt銅綠假單胞菌培養(yǎng)于麥康培養(yǎng)基，銅綠假單胞菌為非乳糖發(fā)酵菌，100編輯課件ppt100編輯課件ppt

銅綠假單胞菌生物膜的形成受到群體效應(yīng)的調(diào)控,這種生物膜對(duì)包裹其中的銅綠假單胞菌起到一定的保護(hù)作用(避免了暴露于人體免疫反應(yīng)中,減少了與抗菌藥物的直接接觸),使得感染持久而且難以治愈。在感染早期通過基因手段切除了銅綠假單胞菌中的信息素合成酶后發(fā)現(xiàn)感染癥狀明顯減輕了。因此,自誘導(dǎo)劑的生物合成酶及自誘導(dǎo)劑感應(yīng)部位為新的抗菌藥物的開發(fā)提供了有潛力的靶點(diǎn)。策略2101編輯課件ppt銅綠假單胞菌生物膜的形成受到群體效應(yīng)的調(diào)控,這種植物病害玉米絲黑穗病Maizeheadsmut102編輯課件ppt植物病害玉米絲黑穗病Maizeheadsmut102編玉米大斑病

NorthernLeafBlightofCorn103編輯課件ppt玉米大斑病

NorthernLeafBlightof玉米大斑病菌對(duì)玉米的致病性主要是產(chǎn)生致病毒素和一些酶類。早在1975年，Yoka等就曾報(bào)道病原菌在活體外（invitro）可以產(chǎn)生果膠甲酯酶、纖維素酶等酶類物質(zhì)和對(duì)熱穩(wěn)定的毒素，毒素明顯抑制感病幼苗葉綠素的生物合成且活性與致病能力呈正相關(guān)。

104編輯課件ppt玉米大斑病菌對(duì)玉米的致病性主要是產(chǎn)生致病毒素和一些酶類。早在N-acyl-L-homoserinelactones(AHLs)?；呓z氨酸內(nèi)酯策略2：高絲氨酸內(nèi)酯水解酶轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物105編輯課件pptN-acyl-L-homoserinelactones(㈢真核生物轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)106編輯課件ppt㈢真核生物轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)106編輯課件ppt1．轉(zhuǎn)錄因子

①順式作用成分與反式作用成分順式作用元件：轉(zhuǎn)錄其始點(diǎn)上游30bp處的TATA序列上游幾百bp的CCAAT序列或GGGCGG序列(GCbox)在基因上或下游遠(yuǎn)端或內(nèi)含子內(nèi)增強(qiáng)子(enhancer)序列負(fù)調(diào)控序列抑制子(silencer)其它特異調(diào)控序列以上各種特異的核苷酸序列都是反式作用因子蛋白質(zhì)的靶位點(diǎn)。107編輯課件ppt1．轉(zhuǎn)錄因子

①順式作用成分與反式作用成分107編輯課件p反式作用因子：通用轉(zhuǎn)錄因子：結(jié)合在TATA附近的：TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE.轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子：結(jié)合在上游特異核苷酸序列上的因子如SPI、CTF、AP-1、

CREB

還有些蛋白質(zhì)因子，它們自身并不與DNA相結(jié)合，卻能激活基因的轉(zhuǎn)錄，可能在兩種不同的調(diào)控因子中起橋梁作用。108編輯課件ppt反式作用因子：108編輯課件ppt2.轉(zhuǎn)錄因子的功能域(domain)

a.轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合區(qū)

Helix-turn-helix(orhelix-loop-helix)motif109編輯課件ppt2.轉(zhuǎn)錄因子的功能域(domain)

a.轉(zhuǎn)錄因子D最早在λ噬菌體CI和Cro蛋白及大腸桿菌的CAP蛋白中發(fā)現(xiàn)。雖然在氨基酸序列上有很大的可變性，但在高級(jí)結(jié)構(gòu)上是高度保守的。在兩個(gè)helix中，一個(gè)為識(shí)別螺旋，它的氨基酸殘基直接與靶DNA大溝的堿基專一結(jié)合。真核生物中最早在控制果蠅早期發(fā)育的同源域（homeodomain)蛋白中發(fā)現(xiàn)。110編輯課件ppt最早在λ噬菌體CI和Cro蛋白及大腸桿菌的CAP蛋白中發(fā)現(xiàn)CAP-cAMP

111編輯課件pptCAP-cAMP

111編輯課件pptCAP-cAMP-DNA112編輯課件pptCAP-cAMP-DNA112編輯課件pptZincfingermotifH2C2最早發(fā)現(xiàn)于TFIIA的DNA結(jié)合區(qū)，是RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄5SRNA基因的必需的因子。含有堿性和極性氨基酸的的區(qū)域是識(shí)別特異DNA序列的位點(diǎn)。哺乳細(xì)胞的SP-1有類似的結(jié)構(gòu)。C4：酵母細(xì)胞的GAL-4,哺乳動(dòng)物甾體激素受體，這一類蛋白質(zhì)中的鋅指對(duì)DNA的結(jié)合是必需的，但對(duì)結(jié)合的專一性并不重要，在鋅指附近的其他氨基酸殘基與DNA直接作用形成專一結(jié)合。113編輯課件pptZincfingermotifH2C2最早發(fā)現(xiàn)于TFIIZincfinger(H2C2)motif114編輯課件pptZincfinger(H2C2)motif114編輯課件Zincfinger(C4)motif115編輯課件pptZincfinger(C4)motif115編輯課件ppZincfinger(C4)116編輯課件pptZincfinger(C4)116編輯課件pptZinefinger-DNA117編輯課件pptZinefinger-DNA117編輯課件pptZinefinger-DNA118編輯課件pptZinefinger-DNA118編輯課件pptZinefingerDNA119編輯課件pptZinefingerDNA119編輯課件pptP53-DNA(exampleofzincfinger)120編輯課件pptP53-DNA(exampleofzincfingerLeuzippermotif121編輯課件pptLeuzippermotif121編輯課件ppt酵母的GCN4，哺乳動(dòng)物的fos,jun,mys等蛋白質(zhì)DNA結(jié)合區(qū)都含有4－5個(gè)Leu，它們之間相距7個(gè)氨基酸，在helix上每?jī)扇Τ霈F(xiàn)一個(gè)Leu,它們排成了一行。這類蛋白質(zhì)因子都是以雙體形式與DNA靶位點(diǎn)結(jié)合，兩個(gè)蛋白質(zhì)分子相應(yīng)的helix之間靠Leu殘基的疏水作用形成一條拉鏈，對(duì)雙體的形成十分重要，但參與于DNA作用的使該區(qū)域以外的氨基酸殘基。在Leu重復(fù)區(qū)N端的鄰近的30個(gè)氨基酸片段中有許多堿性氨基酸。當(dāng)Leu拉鏈?zhǔn)箒喕纬呻p體時(shí)，堿性區(qū)處于適當(dāng)位置，決定了與DNA序列的專一結(jié)合。122編輯課件ppt酵母的GCN4，哺乳動(dòng)物的fos,jun,mys等蛋白質(zhì)DNGCN4-DNA123編輯課件pptGCN4-DNA123編輯課件pptTrprepressor124編輯課件pptTrprepressor124編輯課件pptβ–sheetmotif125編輯課件pptβ–sheetmotif125編輯課件pptMetrepressor126編輯課件pptMetrepressor126編輯課件pptb.轉(zhuǎn)錄因子激活基因轉(zhuǎn)錄的功能區(qū)

酵母的GAL4,GCN4：GAL4有兩個(gè)激活轉(zhuǎn)錄的功能區(qū)，分別在147-196和768-881aa的范圍內(nèi)。GCN4的在106-125aa的肽段內(nèi)。共同特點(diǎn)是含有很多帶負(fù)電荷的α螺旋，但在aa序列上很少有同源性，aa的替換實(shí)驗(yàn)表明激活轉(zhuǎn)錄的水平與凈負(fù)電荷變化有關(guān)，增加激活區(qū)的負(fù)電荷數(shù)能提高激活轉(zhuǎn)錄的水平。哺乳動(dòng)物的AP-1、fos、jun、及糖皮質(zhì)激素受體也有類似的酸性激活區(qū)。酵母和哺乳動(dòng)物的酸性激活區(qū)可以互換。用GAL4的DNA結(jié)合區(qū)與fos的酸性激活區(qū)融合成的雜蛋白具有激活GAL基因表達(dá)的功能，同樣用fos的DNA結(jié)合區(qū)與GAL4酸性激活區(qū)融合也具有促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的功能。127編輯課件pptb.轉(zhuǎn)錄因子激活基因轉(zhuǎn)錄的功能區(qū)酵母的GAL4,GCN4SP1：結(jié)合于GCbox上，其中在N端的兩個(gè)主要結(jié)合區(qū)含有25%的谷氨酰胺。類似的有：

果蠅的Antennapedia和Zeste蛋白酵母的HAP-1、HAP-2和GAL11

哺乳動(dòng)物的Oct-1、Oct-2、jun、fos、SRF等。128編輯課件pptSP1：結(jié)合于GCbox上，其中在N端的兩個(gè)主要結(jié)合區(qū)含有CTF-1、CTF-、CTF-3和AP-2

蛋白質(zhì)羧基端具有激活基因轉(zhuǎn)錄的功能，這一區(qū)域含有20-30%的脯氨酸殘基。129編輯課件pptCTF-1、CTF-、CTF-3和AP-2129編輯課件pp3.轉(zhuǎn)錄因子的作用規(guī)律

一種蛋白質(zhì)因子可以結(jié)合多個(gè)順式作用元件。一種順式作用元件可以作為多種蛋白質(zhì)因子的作用靶區(qū)。有些蛋白質(zhì)因子經(jīng)物理或化學(xué)誘導(dǎo)后才具有活性。磷酸化作用對(duì)一些蛋白質(zhì)因子的功能作用是很重要的。蛋白質(zhì)因子與特異DNA序列相互作用涉及蛋白質(zhì)因子之間的反應(yīng)。130編輯課件ppt3.轉(zhuǎn)錄因子的作用規(guī)律一種蛋白質(zhì)因子可以結(jié)合多個(gè)順式作用元4.轉(zhuǎn)錄因子與生物的性狀

同源異型突變和同源域l

指發(fā)育過程中軀體的一部分發(fā)育成另外一部分，最早在果蠅中發(fā)現(xiàn)，說明不同蛋白質(zhì)或者幾種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的不同組合可以控制細(xì)胞的發(fā)育。131編輯課件ppt4.轉(zhuǎn)錄因子與生物的性狀

同源異型突變和同源域l

指發(fā)育132編輯課件ppt132編輯課件ppt133編輯課件ppt133編輯課件ppt134編輯課件ppt134編輯課件ppt

現(xiàn)已證明，有兩類8個(gè)同源異形基因控制胚胎最早期的空間方位，這些基因從果蠅到人類都是基本相同的。這些基因都含有180個(gè)核苷酸的序列，稱homeobox（同源域），高度保守，編碼蛋白質(zhì)羧基末端的60個(gè)氨基酸。135編輯課件ppt現(xiàn)已證明，有兩類8個(gè)同源異形基因控制胚胎最早

這些同源異型基因編碼的都是區(qū)域特異性的轉(zhuǎn)錄因子。動(dòng)物的發(fā)育過程開始由少數(shù)幾個(gè)主基因(mastergene)控制胚胎分化的方向性，然后由不同的器官特異性基因決定器官的發(fā)生。基因與基因間存在明顯的等級(jí)關(guān)系。136編輯課件ppt這些同源異型基因編碼的都是區(qū)域特異性的轉(zhuǎn)錄因同源域-DNA（Helix-turn-helix）137編輯課件ppt同源域-DNA（Helix-turn-helix）137編5.真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的例子：

GalactoseMetabolismIsRegulatedbySpecificPositiveandNegativeControlFactorsinYeast138編輯課件ppt5.真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的例子：

GalactoseMetabMetabolismofgalactose139編輯課件pptMetabolismofgalactose139編輯課件Metabolismofgalactose140編輯課件pptMetabolismofgalactose140編輯課件Evenwhenfunctionallyrelatedgenesareclustered,theyusuallygiverisetoseparatetranscripts.Threeofthefourgenes(GAL7:transferase,GAL10:epimerase,GAL1;kinase)associatedwithgalactoseutilizationareclusteredonchromosomeXI,whereasthefourth,forgalactosetransport,isspecifiedbyagene(GAL2)locatedonchromosomeXII.141編輯課件pptEvenwhenfunctionallyrelatedExpressionofthefourstructuralgenesisbyspecificpostiveandnegativecontrols.EachofthestructuralgenesisassociatedwithadistinctmRNA.TheGAL7andGSL10genesaretranscribedfromthesameDNAstrand,whereastheGAL1gene,approximately600bpfromGAL10,istr