1、第七章 基因的表達與調控(上) 原核基因表達調控模式DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯逆轉錄RNA復制Contents基因表達調控的基本概念原核基因調控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控第一節(jié)第一節(jié) 基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念 ：基因轉錄及翻譯的過程。對這個過程的調節(jié)就稱為gene regulationgene regulation 。rRNA、tRNA編碼基因轉錄合成RNA的過程也屬于基因表達 永久型性表達(constitutive expression) 適應型表達(adaptive expression）二、基因表達的方式二、基因表達的方式 1 1、永久

2、型表達：、永久型表達： 指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為通常被稱為管家基因管家基因(housekeeping gene)(housekeeping gene)。 2 2、適應性表達、適應性表達指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。 應環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為應環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為誘導誘導(induction)(induction)，這類基因被稱為，這類基因被稱為可誘

3、導的基因可誘導的基因(inducible (inducible gene)gene)； 相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱相反，隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱為為阻遏阻遏(repression)(repression)，相應的基因被稱為，相應的基因被稱為可阻遏的基因可阻遏的基因(repressible gene)(repressible gene)。 三、基因表達的規(guī)律 時間性和空間性1 1、時間特異性（、時間特異性（temporal specificitytemporal specificity）按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特

4、定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達的特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達的時間時間特異性。特異性。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階階段特異性段特異性(stage specificity)(stage specificity)。 2 2、空間特異性、空間特異性(spatial specificity)(spatial specificity)基因表達伴隨空間順序所表現(xiàn)出的這種分基因表達伴隨空間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱所以空間特異性又稱細胞或組織特異性細胞或組織特異性

5、(cell or (cell or tissue specificity)tissue specificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達的稱之為基因表達的空間特異性空間特異性。四、基因表達調控的生物學意義 適應環(huán)境、維持生長和增殖適應環(huán)境、維持生長和增殖（原核、真核）（原核、真核） 維持個體發(fā)育與分化維持個體發(fā)育與分化（真核）（真核）第二節(jié) 原核基因調控機制內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：原核基因表達調控環(huán)節(jié)原核基因表達調控環(huán)節(jié)操縱子學說操縱子學說原核基因調控機制的類型與特點原核基因調控機制的類

6、型與特點轉錄水平上調控的其他形式轉錄水平上調控的其他形式 一、基因表達調控環(huán)節(jié)1 1、轉錄水平上的調控、轉錄水平上的調控（transcriptional regulationtranscriptional regulation）2 2、轉錄后水平上的調控、轉錄后水平上的調控（post-transcriptional regulationpost-transcriptional regulation） mRNAmRNA加工成熟水平上的調控加工成熟水平上的調控 翻譯水平上的調控翻譯水平上的調控二、操縱子學說二、操縱子學說1 1、操縱子模型的提出、操縱子模型的提出19611961年，年，MonodM

7、onod和和JacobJacob提出提出獲獲19651965年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎Jacob and Monod2、操縱子的定義操縱子操縱子：是基因表達的協(xié)調單位，由啟動子、操縱是基因表達的協(xié)調單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受調節(jié)基因產(chǎn)物的控制。成。操縱基因受調節(jié)基因產(chǎn)物的控制。1 1、根據(jù)操縱子對調節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）、根據(jù)操縱子對調節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的應答，可分為：的應答，可分為： 正轉錄調控正轉錄調控 負轉錄調控負轉錄調控 三、原核基因調控機制的類型與特點調

8、節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正轉錄調控正轉錄調控負轉錄調控負轉錄調控正轉錄調控正轉錄調控如果在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是如果在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是關閉關閉的，加的，加入這種調節(jié)蛋白質后基因活性就被入這種調節(jié)蛋白質后基因活性就被開啟開啟，這樣的，這樣的調控正轉錄調控。調控正轉錄調控。調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正轉錄調控正轉錄調控負轉錄調控負轉錄調控負轉錄調控在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是表達的，加入這種調節(jié)蛋白質后基因表達活性便被關閉，這樣的調控負轉錄調控。 可誘導調節(jié)（可誘導調節(jié)（P23

9、5P235）：指一些基因在特殊的代謝：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來物或化合物的作用下，由原來關閉關閉的狀態(tài)轉變?yōu)榈臓顟B(tài)轉變?yōu)楣ぷ鞴ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質的誘導下使基因活化。狀態(tài)，即在某些物質的誘導下使基因活化。 例：例：大腸桿菌的乳糖操縱子大腸桿菌的乳糖操縱子 分解代謝蛋白的基因分解代謝蛋白的基因2 2、根據(jù)操縱子對某些能調節(jié)它們的小分子的應答，、根據(jù)操縱子對某些能調節(jié)它們的小分子的應答，可分為可分為可誘導調節(jié)可誘導調節(jié)和和可阻遏調節(jié)可阻遏調節(jié)兩大類：兩大類：調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋白阻遏蛋白調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因阻遏蛋

10、白阻遏蛋白誘導物誘導物mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的誘導操縱子模型酶合成的誘導操縱子模型誘導物如果某種物質能夠促使細菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質就是誘導物。 可阻遏調節(jié)（可阻遏調節(jié)（P235P235）：）：基因平時是基因平時是開啟開啟的，處在產(chǎn)的，處在產(chǎn)生蛋白質或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物生蛋白質或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其或化合物的積累而將其關閉關閉，阻遏了基因的表達。，阻遏了基因的表達。 例：例：色氨酸操縱子色氨酸操縱子 合成代謝蛋白的基因合成代謝蛋白的基因酶合成的阻遏操縱子模型酶合成的阻遏操縱子模型調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因mRNAm

11、RNA酶蛋白酶蛋白調節(jié)基因調節(jié)基因操縱基因操縱基因結構基因結構基因輔阻遏物輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質能夠阻止細菌產(chǎn)生合成這種物質的酶，這種物質就是輔阻遏物。3 3、在、在負轉錄調控系統(tǒng)負轉錄調控系統(tǒng)中，調節(jié)基因的產(chǎn)物是中，調節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白阻遏蛋白（repressorrepressor），起著阻止結構基因轉錄的作用。），起著阻止結構基因轉錄的作用。 根據(jù)其作用特征又可分為根據(jù)其作用特征又可分為負控誘導負控誘導和和負控阻遏負控阻遏： 在在負控誘導負控誘導系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（誘導物）系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（誘導物）結合時，結構基因轉錄；結合時，結構基因轉錄； 在在負控阻遏負控阻遏系

12、統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（輔阻遏物）系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（輔阻遏物）結合時，結構基因不轉錄。結合時，結構基因不轉錄。負轉錄調控系統(tǒng)負轉錄調控系統(tǒng)負控誘導負控誘導負控阻遏負控阻遏4 4、在、在正轉錄調控正轉錄調控系統(tǒng)中，調節(jié)基因的產(chǎn)物是系統(tǒng)中，調節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋激活蛋白白（activator）。）。 根據(jù)激活蛋白的作用性質分為根據(jù)激活蛋白的作用性質分為正控誘導正控誘導和和正控阻遏正控阻遏 在在正控誘導正控誘導系統(tǒng)中，效應物分子（誘導物）的存在系統(tǒng)中，效應物分子（誘導物）的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)；使激活蛋白處于活性狀態(tài)； 在在正控阻遏正控阻遏系統(tǒng)中，效應物分子（系統(tǒng)中，效應物分子（輔阻遏

13、物）輔阻遏物）的存的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。正轉錄調控系統(tǒng)正轉錄調控系統(tǒng)正控誘導正控誘導正控阻遏正控阻遏四、轉錄水平上調控的其他形式四、轉錄水平上調控的其他形式1、因子的更換 在E.coli中,當細胞從基本的轉錄機制轉入各種特定基因表達時，需要不同的因子指導RNA聚合酶與各種啟動子結合。大腸桿菌中的各種因子比較因子因子編碼基因編碼基因主要功能主要功能70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調控基因的調控54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調控參與多數(shù)氮源利用基因的調控38rpoH分裂間期特異基因的表達調控分裂間期特異基因的

14、表達調控32rpoS熱休克基因的表達調控熱休克基因的表達調控28rpoF鞭毛趨化相關基因的表達調控鞭毛趨化相關基因的表達調控24rpoE過度熱休克基因的表達調控過度熱休克基因的表達調控 溫度較高溫度較高, ,誘導產(chǎn)生各種熱休克蛋白誘導產(chǎn)生各種熱休克蛋白 由由 3232參與構成的參與構成的RNARNA聚合酶與熱休克應答基聚合酶與熱休克應答基因啟動子結合因啟動子結合, ,誘導產(chǎn)生大量的熱休克蛋白誘導產(chǎn)生大量的熱休克蛋白, ,適應環(huán)境需要適應環(huán)境需要 枯草芽孢桿菌芽孢形成枯草芽孢桿菌芽孢形成 有序的有序的 因子的替換因子的替換,RNA,RNA聚合酶識別不同基因的聚合酶識別不同基因的啟動子啟動子, ,

15、使芽孢形成有關的基因有序地表達使芽孢形成有關的基因有序地表達 70與與 54的比較（的比較（P234） 與與DNA結合區(qū)域不同結合區(qū)域不同 70 -35區(qū)和區(qū)和-10區(qū)區(qū) 54 -24區(qū)和區(qū)和-12區(qū)區(qū) 與啟動子結合順序不同與啟動子結合順序不同 70 在核心酶結合到在核心酶結合到DNA鏈上后才能與啟動子結合鏈上后才能與啟動子結合 54 可在無核心酶的情況下獨立結合到啟動子上，可在無核心酶的情況下獨立結合到啟動子上，類似于真核類似于真核TATA區(qū)結合蛋白。區(qū)結合蛋白。2 2、弱化子對基因活性的影響、弱化子對基因活性的影響 起信號作用的是：起信號作用的是：有特殊負載的氨酰有特殊負載的氨酰-tRNA

16、-tRNA的濃度的濃度 例：大腸桿菌中的色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、例：大腸桿菌中的色氨酸操縱子、苯丙氨酸操縱子、蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子和纈氨酸操縱子；沙蘇氨酸操縱子、異亮氨酸操縱子和纈氨酸操縱子；沙門菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱門菌的組氨酸操縱子和亮氨酸操縱子、嘧啶合成操縱子等子等 弱化子：弱化子：當操縱子被阻遏，當操縱子被阻遏，RNARNA合成被終止時，起終合成被終止時，起終止轉錄信號作用的那一段核苷酸被稱為弱化子。止轉錄信號作用的那一段核苷酸被稱為弱化子。 屬于轉錄調節(jié)中的屬于轉錄調節(jié)中的微調整微調整。3、降解物對基因活性的調節(jié) 降解物抑制作用的調節(jié)：提高基因的轉

17、錄水平，降解物抑制作用的調節(jié)：提高基因的轉錄水平，使它由原來的低水平表達變成高水平表達。使它由原來的低水平表達變成高水平表達。 葡萄糖效應葡萄糖效應（降解物抑制作用）：有葡萄糖存（降解物抑制作用）：有葡萄糖存在時，即使加入乳糖、半乳糖或其他的誘導物，在時，即使加入乳糖、半乳糖或其他的誘導物，與其相應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代與其相應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象就稱謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象就稱。Why?P236 降解物抑制作用是通過提高轉錄強度來調節(jié)基降解物抑制作用是通過提高轉錄強度來調節(jié)基因表達的，是一種積極的調節(jié)方式。因表達的，是一種積極的調節(jié)方式。4、細菌

18、的應急反應 應急反應的信號是：應急反應的信號是：鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸。 產(chǎn)生這兩種物質的誘導物是：產(chǎn)生這兩種物質的誘導物是：空載空載tRNA 當當AA饑餓饑餓時，空載時，空載tRNA大量存在，激活焦磷大量存在，激活焦磷酸轉移酶，使鳥苷四磷酸大量合成，而鳥苷四酸轉移酶，使鳥苷四磷酸大量合成，而鳥苷四磷酸的出現(xiàn)會磷酸的出現(xiàn)會關閉許多基因關閉許多基因，也會打開一些合，也會打開一些合成成AA的基因，以應付這種緊急狀況。的基因，以應付這種緊急狀況。 鳥苷四磷酸作用原理有待深入研究鳥苷四磷酸作用原理有待深入研究 影響一大批操縱子，屬于影響一大批操縱子，屬于超級調控因子超級調控因子。

19、習題1、基因表達調控主要表現(xiàn)在兩個方面、基因表達調控主要表現(xiàn)在兩個方面：和和。其中，。其中，后者又包括后者又包括mRNA加工成熟水平上的調控和加工成熟水平上的調控和。2、不同生物使用不同的信號來指揮基因調控。原核生物、不同生物使用不同的信號來指揮基因調控。原核生物中，中，和和對基因表達起主要影響。在高等真核生對基因表達起主要影響。在高等真核生物中，物中，和和是基因表達調控的最主要手段。是基因表達調控的最主要手段。3、原核生物的基因調控主要發(fā)生在轉錄水平上，根據(jù)調控、原核生物的基因調控主要發(fā)生在轉錄水平上，根據(jù)調控機制的不同可分為機制的不同可分為和和兩面大類。在第二種調控兩面大類。在第二種調控系

20、統(tǒng)中，調節(jié)基因的產(chǎn)物是系統(tǒng)中，調節(jié)基因的產(chǎn)物是。根據(jù)其性質可分為。根據(jù)其性質可分為和和系統(tǒng)。系統(tǒng)。4、在葡萄糖存在的情況下，即使在細菌中加入乳糖、半、在葡萄糖存在的情況下，即使在細菌中加入乳糖、半乳糖或其他的誘導物，與其相應的操縱子也不會啟動，乳糖或其他的誘導物，與其相應的操縱子也不會啟動，不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象稱為不會產(chǎn)生出代謝這些糖的酶來，這種現(xiàn)象稱為或或稱為降解物抑制作用。稱為降解物抑制作用。5、細菌實施應急反應的信號是、細菌實施應急反應的信號是和和。 產(chǎn)生這兩種產(chǎn)生這兩種物質的誘導物是物質的誘導物是。6、原核生物調節(jié)基因表達的意義是為適應環(huán)境，維持（）、原核生物調節(jié)基因表

21、達的意義是為適應環(huán)境，維持（）A、細胞分裂、細胞分裂 B、細胞分化、細胞分化 C 器官分化器官分化 D 組織分化組織分化7、原核生物的基因調控主要發(fā)生在（）。、原核生物的基因調控主要發(fā)生在（）。A 轉錄水平轉錄水平 B 轉譯水平轉譯水平 C 轉錄后水平轉錄后水平 D 轉譯后水平轉譯后水平Contents基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念原核基因調控機制原核基因調控機制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控一、乳糖操縱子的結構一、乳糖操縱子的結構-半乳糖苷酶透過酶 乙?；D移酶阻遏蛋白 Z Z編碼編碼-半乳糖苷酶：半乳糖苷酶

22、：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y Y編碼編碼-半乳糖苷透過酶：半乳糖苷透過酶：使外界的使外界的-半乳糖苷（如乳糖）半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質膜進入細胞內(nèi)。能透過大腸桿菌細胞壁和原生質膜進入細胞內(nèi)。 A A編碼編碼-半乳糖苷乙酰基轉移酶：半乳糖苷乙?；D移酶：乙酰輔酶乙酰輔酶A A上的乙酰基轉上的乙?；D到到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。二、酶的誘導lac體系受調控的證據(jù) 安慰誘導物：安慰誘導物： 如果某種物質能夠促使細菌產(chǎn)生酶而本身又不如果某種物質能夠促使細菌產(chǎn)生酶而本身又不被分解，這種物質被稱為安慰誘導物，如被分解，這

23、種物質被稱為安慰誘導物，如IPTGIPTG（異丙基異丙基- - D-D-硫代半乳糖苷）。硫代半乳糖苷）。三、乳糖操縱子調控模型三、乳糖操縱子調控模型主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分分子所編碼子所編碼 這個這個mRNA分子的啟動子緊接著分子的啟動子緊接著O區(qū)，而位于區(qū)，而位于I與與O之間之間的啟動子區(qū)（的啟動子區(qū)（P），不能單獨起動合成），不能單獨起動合成-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和透過酶的生理過程。透過酶的生理過程。 操縱基因是操縱基因是DNA上的一小段序列（僅為上的一小段序列（僅為26bp），是阻遏物），是阻遏物的結合位點。的結

24、合位點。RNA聚合酶結合部位聚合酶結合部位阻遏物結合部位阻遏物結合部位 操縱位點的回文序列 當阻遏物與操縱基因結合時，當阻遏物與操縱基因結合時，lac mRNAlac mRNA的轉的轉錄起始受到抑制。錄起始受到抑制。誘導物通過與阻遏物結合，改變它的三維構象，誘導物通過與阻遏物結合，改變它的三維構象，使之不能與操縱基因結合，從而激發(fā)使之不能與操縱基因結合，從而激發(fā)lac mRNA的的合成。當有誘導物存在時，操縱基因區(qū)沒有被阻合成。當有誘導物存在時，操縱基因區(qū)沒有被阻遏物占據(jù)，所以啟動子能夠順利起始遏物占據(jù)，所以啟動子能夠順利起始mRNA的合的合成。成。永久型突變： lacOc 永久型突變： la

25、cI- 不可誘導突變（超阻遏）：四、影響因子1 1、laclac操縱子的本底水平表達操縱子的本底水平表達有兩個矛盾是操縱子理論所不能解釋的：有兩個矛盾是操縱子理論所不能解釋的：誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結合，而轉運誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結合，而轉運誘導物需要透過酶，后者的合成又需要誘導。誘導物需要透過酶，后者的合成又需要誘導。解釋：解釋：一些誘導物可以在透過酶不存在時進入細胞？一些誘導物可以在透過酶不存在時進入細胞？ 一些透過酶可以在沒有誘導物的情況下合成？一些透過酶可以在沒有誘導物的情況下合成？真正的誘導物是異構乳糖而非乳糖，前者是在真正的誘導物是異構乳糖而非乳糖，前者是在-

26、 -半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有需要有- -半乳糖甘酶的預先存在。半乳糖甘酶的預先存在。解釋：解釋：本底水平的組成型合成：非誘導狀態(tài)下有少量的本底水平的組成型合成：非誘導狀態(tài)下有少量的lac mRNA合成。合成。2、大腸桿菌對乳糖的反應 培養(yǎng)基：甘油培養(yǎng)基：甘油 按照按照lac操縱子本底水平的表達，每個細胞內(nèi)有幾個操縱子本底水平的表達，每個細胞內(nèi)有幾個分子的分子的-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透過酶；半乳糖苷透過酶；培養(yǎng)基：加入乳糖培養(yǎng)基：加入乳糖少量乳糖少量乳糖透過酶透過酶進入細胞進入細胞-半乳糖苷酶半乳糖苷酶異構乳糖異構乳糖誘導物

27、誘導物誘導誘導lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖進入細胞大量乳糖進入細胞多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多數(shù)被降解為葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）異構乳糖異構乳糖乳糖誘導物的加入和去除對lac mRNA的影響-半乳糖苷酶活性半乳糖苷酶活性3、阻遏物lac I基因產(chǎn)物及功能 Lac Lac 操縱子阻遏物操縱子阻遏物mRNAmRNA是由弱啟動子控制下組成是由弱啟動子控制下組成型合成的，每個細胞中有型合成的，每個細胞中有5-105-10個阻遏物分子。個阻遏物分子。 當當I I基因由弱啟動子突變成強啟動子，細胞內(nèi)就不基因由弱啟動子突變成強啟動子，細胞內(nèi)就不可能產(chǎn)生足夠的誘導物來克服阻遏

28、狀態(tài)，整個可能產(chǎn)生足夠的誘導物來克服阻遏狀態(tài)，整個laclac操縱子在這些突變體中就不可誘導。操縱子在這些突變體中就不可誘導。4、葡萄糖對lac操縱子的影響 如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中如果將葡萄糖和乳糖同時加入培養(yǎng)基中， laclac操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導；一旦耗盡操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能被誘導；一旦耗盡外源葡萄糖，乳糖就會誘導外源葡萄糖，乳糖就會誘導laclac操縱子表達分操縱子表達分解乳糖所需的三種酶。解乳糖所需的三種酶。 代謝物阻遏效應代謝物阻遏效應5、cAMP與代謝物激活蛋白 代謝物激活蛋白代謝物激活蛋白CRPCRP由由CrpCrp基因編碼，它可與基因編碼，它可與cAM

29、PcAMP形成復合形成復合物（物（ cAMPcAMP -CRP-CRP），此復合物是激活），此復合物是激活laclac的重要組成部分，細的重要組成部分，細菌對它的需要是獨立的，與菌對它的需要是獨立的，與阻遏體系阻遏體系無關，轉錄必需有無關，轉錄必需有cAMPcAMP CRPCRP復合物復合物結合在啟動子區(qū)域上。結合在啟動子區(qū)域上。 cAMP-CRPcAMP-CRP復合物復合物是一個不同于阻遏物的是一個不同于阻遏物的正調控因子正調控因子。LacLac操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調控體系作用下實現(xiàn)操縱子的功能是在這兩個相互獨立的調控體系作用下實現(xiàn)的。的。ZYAOPDNA 調控區(qū)調控區(qū)CAP結合

30、位點結合位點啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列 結構基因結構基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙?；D移酶：乙?；D移酶cAMPCRP復合物P244圖圖7-15ATPATP腺甘酸環(huán)化酶腺甘酸環(huán)化酶cAMP（環(huán)腺甘酸）（環(huán)腺甘酸） 大腸桿菌中，大腸桿菌中，cAMP的濃度受到的濃度受到葡萄糖代謝葡萄糖代謝的調節(jié)：的調節(jié)： 缺乏碳源，缺乏碳源， cAMP濃度高濃度高有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低濃度低只有甘油或乳糖等不進行糖酵解途徑的碳源，只有甘油或乳糖等不進行糖酵解途徑的碳源，cAMP濃度高；濃度高；推測糖酵解途徑中位于葡糖推測糖酵解途徑中位于葡糖-6-磷酸與甘油之間的某些代謝產(chǎn)

31、磷酸與甘油之間的某些代謝產(chǎn)物是腺苷酸環(huán)化酶活性的抑制劑。物是腺苷酸環(huán)化酶活性的抑制劑。 + + + + + + + + 轉錄轉錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時促進轉錄促進轉錄有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時不促進轉錄不促進轉錄ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正調控的正調控The Lac Operon:When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepresso

32、r mRNAHey man, Im constitutiveCome on, let me throughNo wayJose!CAPCAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBi

33、nd to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RepressorRepressor mRNAHey man, Im constitutiveRepressorSTOPRight therePolymeraseAlright, Im off to the races

34、 . . .Come on, let me through!五、五、LacLac操縱子中的其他問題操縱子中的其他問題1、A基因及其生理功能半乳糖苷分子-半乳糖苷酶分解產(chǎn)物（體內(nèi)積累，抑制生長）-半乳糖苷乙酰基轉移酶半乳糖苷分子乙?；阴；肴榘肴樘擒辗肿犹擒辗肿?半乳糖苷酶2、lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較-半乳糖苷酶：透過酶：乙酰基轉移酶=1：0.5：0.2，Why?不同的酶在數(shù)量上的差異是由于在翻譯水平上受到調節(jié)所致。（1）lac mRNA可能與翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質鏈的翻譯；（后續(xù)的AUG密碼子再度起始翻譯的概率）（2）在 lac mRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更容易受內(nèi)

35、切酶作用發(fā)生降解。3、操縱子的融合與基因工程（基因融合技術）P OZYAtsxPOpur結構基因缺失lac operonpur operon控制細胞對T6噬菌體敏感性Contents基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念原核基因調控機制原核基因調控機制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控一、色氨酸操縱子的結構一、色氨酸操縱子的結構 調控基因調控基因 結構基因結構基因 催化催化分枝酸分枝酸轉變?yōu)檗D變?yōu)樯彼嵘彼?的酶（的酶（P247P247圖圖7-777-77）GF 分支酸 鄰氨基苯甲酸 磷酸核糖基 CDRP 吲哚甘油-磷酸

36、 色氨酸 鄰氨基苯甲酸 鄰氨基苯甲酸合成酶 吲哚甘油 色氨酸合成酶 硼酸合成酶 鏈 鏈 60，000 60，000 4 5，000 50，000 29，000 P O l a trpE trpD P trpC trpB trpA t t 1560 1620 1353 1191 804 36P：起動子；O：操縱子； l：前導序列； a：衰減子； t,t ：終止子 圖 16-15 E.coli trpO 的結構及其產(chǎn)物所催化的色氨酸合成反應 特點: (1) trpR和trpABCDE不連鎖； (2) 操縱基因在啟動子內(nèi) (3) 有衰減子(attenuator)/弱化子 (4) 啟動子和結構基因不直

37、接相連，二者被 前導序列(Leader)所隔開 trpR trpP trpO trpE trpD trpC trpB trpA 蛋白 TrpR(無活性) 活化的 阻遏蛋白 阻遏物 (Trp) 圖 16-27 TrpR 被 Trp 激活后可阻遏trp 操縱子的轉錄 (仿 B.Lewin:GENES，1990, Fig .13.16) 二、trp 操縱子的阻遏系統(tǒng)三、trp 操縱子的弱化機制衰減子（attenuator）/弱化子前導序列（leader sequence）1、弱化子： DNA中可導致轉錄過早終止的一段核甘酸序列（123-150區(qū)）。123150 研究引起終止的研究引起終止的mRNAm

38、RNA堿基序列堿基序列，發(fā)現(xiàn)該區(qū)發(fā)現(xiàn)該區(qū)mRNAmRNA通過自通過自我配對可以形成我配對可以形成莖莖- -環(huán)環(huán)結構，有典型的結構，有典型的終止子終止子特點。特點。2、前導序列：在trp mRNA5端trpE基因的起始密碼前一個長162bp的mRNA片段。 鄰氨基苯 吲哚甘油 色氨酸合成酶 甲酸合成酶 硼酸合成酶 TrpE terpD trpC trpB trpA t t 啟動子 操縱基因 前導順序 衰減子 pppN26AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGAN43A UUUUUUUU 富含 G-C 的發(fā) G C Leader peptide 夾結

39、構 / 富含 C G U 的單鏈末端 C G Aaaaaa C G Met Lys Aly Ile Phe Val Leu Lys Gly Trp Trp Arg Thr Ser A G C C G A C G U U A A 圖 16-28 trp 操縱子含有 5 個結構基因和 1 個控制區(qū)?？刂茀^(qū)由啟動子、操縱基因、前導順序和衰減子構成。前導區(qū)編碼 14 個氨基酸，其中有 2 個是色氨酸。(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .12.38) 3、弱化機制、弱化機制前導肽前導肽轉錄終止結構轉錄終止結構Contents基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念原核基因調控機制

40、原核基因調控機制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控第五節(jié) 其他操縱子一、半乳糖操縱子(galactose operon)(galactose operon)異構酶異構酶(galE)乳糖乳糖-磷酸尿嘧啶核苷轉移酶磷酸尿嘧啶核苷轉移酶(galT)半乳糖激酶半乳糖激酶(galk)。二、阿拉伯糖操縱子（二、阿拉伯糖操縱子（arabinose operon)arabinose operon) araB基因、araA基因和araD, 形成一個基因簇，簡寫為araBAD 三個基因的表達受到ara操縱子中araC基因產(chǎn)物AraC蛋白的調控。Co

41、ntents基因表達調控的基本概念基因表達調控的基本概念原核基因調控機制原核基因調控機制乳糖操縱子乳糖操縱子色氨酸操縱子色氨酸操縱子其他操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控一、翻譯起始的調控 RBS（核糖體結合位點）：mRNA鏈上起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。 RBS的結合強度取決于SD序列的結構及其與起始密碼子AUG之間的距離。 SD- 4-10（9）-AUG第六節(jié)第六節(jié) 轉錄后水平上的調控轉錄后水平上的調控幾種蛋白質中異亮氨酸密碼子使用頻率比較蛋白質AUU/%AUC%AUA%結構蛋白37621亞基26740DnaG蛋白363232三、重疊基因對翻譯的影響三、重疊基因對

42、翻譯的影響TrpB 谷氨酸- 異亮氨酸-終止 GAA - AUC - UGA - UGG - AA AUG - GAA 甲硫氨酸 谷氨酸t(yī)rpAtrpE蘇氨酸苯丙氨酸終止 ACU - UUC - UGA - UGG - CU AUG AUG GCU 甲硫氨酸 - 丙氨酸- trpD 翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼子保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行翻譯的機制。1、關于管家基因敘述錯誤的是、關于管家基因敘述錯誤的是 (A) 在生物個體的幾乎各生長階段持續(xù)表達在生物個體的幾乎各生長階段持續(xù)表達 (B) 在生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達在生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達 (C)

43、 在生物個體全生命過程的幾乎所有細胞中在生物個體全生命過程的幾乎所有細胞中表達表達 (D) 在生物個體的某一生長階段持續(xù)表達在生物個體的某一生長階段持續(xù)表達 (E) 在一個物種的幾乎所有個體中持續(xù)表達在一個物種的幾乎所有個體中持續(xù)表達 D2、一個操縱子（元）通常含有、一個操縱子（元）通常含有 (A) 數(shù)個啟動序列和一個編碼基因數(shù)個啟動序列和一個編碼基因 (B) 一個啟動序列和數(shù)個編碼基因一個啟動序列和數(shù)個編碼基因 (C) 一個啟動序列和一個編碼基因一個啟動序列和一個編碼基因 (D) 兩個啟動序列和數(shù)個編碼基因兩個啟動序列和數(shù)個編碼基因 (E) 數(shù)個啟動序列和數(shù)個編碼基因數(shù)個啟動序列和數(shù)個編碼基因 B3、下列情況不屬于基因表達階段特異性的是，、下列情況不屬于基因表達階段特異性的是，一個基因在一個基因在 (A) 分化的骨骼肌細胞表達，在未分化的心肌分化的骨骼肌細胞表達，在未分化的心肌細