第十二章

原核生物基因的表達調(diào)控

第二節(jié)原核基因調(diào)控機制內(nèi)容提要：原核基因表達調(diào)控環(huán)節(jié)操縱子學說原核基因調(diào)控機制的類型與特點轉錄水平上調(diào)控的其他形式

一、原核基因表達調(diào)控環(huán)節(jié)1、轉錄水平上的調(diào)控（transcriptionalregulation）2、轉錄后水平上的調(diào)控（post-transcriptionalregulation）①

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控②

翻譯水平上的調(diào)控原核生物的基因調(diào)控可以發(fā)生在轉錄和翻譯等不同階段，但也是以轉錄水平為主。原核生物許多功能相關的結構基因，特別是編碼同一代謝途徑的酶的基因，一般成簇排列，能受單一啟動子的共同控制，結果是整簇基因或者都表達或者都不表達。二、操縱子學說1、操縱子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學和醫(yī)學獎1961年，Jacob和Monod提出了細菌基因表達調(diào)控的模型——操縱子學說，解釋了原核生物的基因表達在轉錄水平上是如何調(diào)控的。操縱子（operon）就是由操縱基因（operator）以及相鄰的若干結構基因所組成的功能單位。操縱子還包括一個結合RNA聚合酶的啟動子。JacobandMonod2、操縱子的定義操縱子：是基因表達的協(xié)調(diào)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成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。操縱基因是位于操縱子前端部分的順式控制元件，它能和阻抑蛋白結合，控制結構基因的轉錄。阻抑蛋白是調(diào)節(jié)基因的表達產(chǎn)物，是參與操縱子調(diào)節(jié)的反式作用因子。

原核生物操縱子中的全部結構基因從同一個啟動子開始轉錄成單個mRNA分子。

三、基因表達的調(diào)控方式

負調(diào)控（negativetranscriptionregulation）:調(diào)控蛋白+DNA序列基因表達(相應蛋白質(zhì)降低)

正調(diào)控（positivetranscriptionregulation）:調(diào)控蛋白+DNA序列基因表達(相應蛋白質(zhì)增加)負調(diào)控根據(jù)作用特征負控誘導負控阻遏正調(diào)控根據(jù)作用特征正控誘導正控阻遏

正調(diào)控與負調(diào)控并非互相排斥的兩種機制，而是生物體適應環(huán)境的需要，有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負調(diào)控；

原核生物以負調(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)控又有負調(diào)控；合成代謝途徑中一般以負調(diào)控來控制產(chǎn)物自身的合成。

1、根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的應答，可分為：正轉錄調(diào)控

負轉錄調(diào)控

四、原核基因調(diào)控機制的類型與特點調(diào)節(jié)基因操縱基因結構基因阻遏蛋白激活蛋白正轉錄調(diào)控負轉錄調(diào)控正轉錄調(diào)控如果在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是關閉的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因活性就被開啟，這樣的調(diào)控正轉錄調(diào)控。調(diào)節(jié)基因操縱基因結構基因阻遏蛋白激活蛋白正轉錄調(diào)控負轉錄調(diào)控負轉錄調(diào)控在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時基因是表達的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達活性便被關閉，這樣的調(diào)控負轉錄調(diào)控?？烧T導調(diào)節(jié)：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關閉的狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導下使基因活化。例：大腸桿菌的乳糖操縱子分解代謝蛋白的基因2、根據(jù)操縱子對某些能調(diào)節(jié)它們的小分子的應答，可分為可誘導調(diào)節(jié)和可阻遏調(diào)節(jié)兩大類：調(diào)節(jié)基因操縱基因結構基因阻遏蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結構基因阻遏蛋白誘導物mRNA酶蛋白酶合成的誘導操縱子模型誘導物如果某種物質(zhì)能夠促使細菌產(chǎn)生酶來分解它，這種物質(zhì)就是誘導物?？勺瓒粽{(diào)節(jié)：基因平時是開啟的，處在產(chǎn)生蛋白質(zhì)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關閉，阻遏了基因的表達。例：色氨酸操縱子合成代謝蛋白的基因酶合成的阻遏操縱子模型調(diào)節(jié)基因操縱基因結構基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)基因操縱基因結構基因輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質(zhì)能夠阻止細菌產(chǎn)生合成這種物質(zhì)的酶，這種物質(zhì)就是輔阻遏物。3、在負轉錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白（repressor），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負控誘導和負控阻遏：在負控誘導系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（誘導物）結合時，結構基因轉錄；在負控阻遏系統(tǒng)中，阻遏蛋白與效應物（輔阻遏物）結合時，結構基因不轉錄。4、在正轉錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白（activator）。根據(jù)激活蛋白的作用性質(zhì)分為正控誘導和正控阻遏在正控誘導系統(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)；在正控阻遏系統(tǒng)中，效應物分子（輔阻遏物）的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。原核基因調(diào)控機制的類型與特點一、正轉錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白包括:正控誘導(誘導物存在使激活蛋白激活轉錄)

正控阻遏(誘導物存在使激活蛋白失活不轉錄)二、負轉錄調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白包括：負控誘導(誘導物與阻遏蛋白結合轉錄)

負控阻遏(誘導物與阻遏蛋白結合不轉錄)InductionInducerInducerPositivecontrolNegativecontrol負調(diào)控誘導系統(tǒng)正調(diào)控誘導系統(tǒng)Trp

cAMPLacopNegativecontrolPositivecontrolRepressionCorepressorCorepressor負調(diào)控阻遏系統(tǒng)正調(diào)控阻遏系統(tǒng)Trprep四、轉錄水平上調(diào)控的其他形式1、σ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σ因子比較σ因子編碼基因主要功能σ70rpoD參與對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程基因的調(diào)控σ54rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控σ38rpoH分裂間期特異基因的表達調(diào)控σ32rpoS熱休克基因的表達調(diào)控σ28rpoF鞭毛趨化相關基因的表達調(diào)控σ24rpoE過度熱休克基因的表達調(diào)控溫度較高,誘導產(chǎn)生各種熱休克蛋白