最新基因表达调节教学讲义PPT.ppt

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1、基因表达调节16.1原核生物基因表达的调节转录的调控，主要是对转录起始和终止进行调控；翻译的调控，主要也发生在起始和终止。2操纵子模型（operonstructuralmodel）操纵子（operon）是指原核生物基因表达的调节序列或功能单位，有共同的控制区（controlregion）和调节系统（regulationsystem）。操纵子包括在功能上彼此相关的结构基因及在结构基因前面的控制部位。控制部位由调节基因（regulatorygene）、启动子（promoter，P）和操纵基因（operator，O）

2、组成。一个操纵子的全部基因都排列在一起，其中调节基因可远离结构基因，控制部位可接受调解基因产物的调节。3(3)大肠杆菌的乳糖操纵子1)模型的提出没有乳糖时，与其分解代谢有关的β-半乳糖苷酶只有0.5-5个分子/细胞；有乳糖时，在2-3分钟内开始出现β-半乳糖苷酶，很快达到5000个分子/细胞。如撤除底物，合成迅速停止，就象当初加入底物时迅速合成一样。酶的诱导现象是一种有效、经济的调控。Monod和Jacob提出乳糖操纵子模型成功地解释了β-半乳糖苷酶诱导合成的机理，于1965年获得Nobel奖。72)乳糖操纵子

3、的结构主要有结构基因区和上游的调控区。调控区Promoter（P）启动子Operator（O）操纵基因结构区lacZ-------β-半乳糖苷酶lacY-------透性酶lacA-------转乙酰酶83)乳糖操纵子的负调控和正调控负调控系统中主要的作用因子是阻遏蛋白，诱导物乳糖的结合可使之失活。阻遏蛋白由四个相同亚基组成为4聚体，每个亚基含360个氨基酸。可与Lac操纵基因结合，然而与诱导物结合后，使其与操纵基因的亲和力大大降低。正调控系统中主要的作用因子是cAMP-CAP，葡萄糖通过降低细胞内的cAMP的

4、含量来抑制它的作用。CAP（Catabolitegeneactivatorprotein）分解代谢物基因激活蛋白，又称cAMP受体蛋白（CRP）。是一个二聚体，与cAMP结合后，其构象改变，极大增加了与DNA位点的亲和力。9乳糖操纵子的负调控机制10Lac阻遏蛋白结构DNA结合的序列为N端的α-螺旋-转角-α-螺旋（helix-turn-helix）结构。11乳糖操纵子的正调控在葡萄糖存在时，E.coli优先利用葡萄糖；此时即使培养基中含有乳糖，乳糖操纵子蛋白仍然含量很低。这一选择是通过阻止乳糖操纵子表达来完成

5、的。这种效应称为降解物抑制（cataboliterepression）。12乳糖操纵子的正调控机制13cAMPAMP磷酸二酯酶腺苷酸环化酶ATP葡萄糖XcAMP葡萄糖对其它糖的代谢抑制，是通过对cAMP的抑制完成的。抑制激活14cAMP的受体：CAP（Catabolitegeneactivatorprotein）或（cAMPreceptorprotein,CRP）是一些启动子起始转录必需的正调控因子。CAP只有与cAMP结合后才能与其结合区域结合。15(4)大肠杆菌的色氨酸操纵子被最终合成产物所阻遏，是一个典型

6、的可阻遏操纵子。1)结构结构基因：trpE，trpD，trpC，trpB，trpA，分别编码色氨酸合成过程中的五个酶。调控区:启动子、operator、前导肽和弱化子。与trpO结合的阻遏蛋白由相距甚远的trpR编码。16trpR2)色氨酸操纵子负调控基本模式与结构基因远离的trpR表达，合成阻遏蛋白；在无色氨酸时，阻遏蛋白无活性；当存在色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸（辅阻遏物）结合，阻遏活性被激活，与操作子结合，阻断trp操纵子基因表达。17183)衰减子对基因表达的调节除阻遏蛋白对色氨酸操纵子调控外，在存在其它

7、调控机制。阻遏发生时，转录的起始频率下降到1/70，但trp酶系统活性却下降到1/700。衰减（attenuation）：参与控制一些细菌操纵子表达的转录终止的调节。衰减子/弱化子（attenuator）：衰减发生的终止子序列。19trpmRNA前导序列结构20当缺乏色氨酸时，翻译在双色氨酸密码子处中止；核糖体仅占据1区，2、3区配对；3、4区不能形成发卡结构，转录继续。Trp-转录继续色氨酸含量和核糖体位置对衰减子结构的影响21当色氨酸充足时，前导序列的合成正常进行，核糖体占据1区和部分2区，2、3不能有效配

8、对；3、4配对形成终止子的发卡结构，转录终止。Trp+转录终止22低浓度色氨酸高浓度色氨酸23衰减子的生物学意义1）tRNA载荷可能比阻遏物活性转变更灵敏；2）氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因此以tRNA载荷为标准进行控制可能更恰当；3）衰减子仍然要合成一段肽链，因此当氨基酸浓度比较高时，直接使用阻遏蛋白阻断转录更加经济。24(5)翻译水平的调控反义RNA（antisenseRNA）R