基因工程课件第七章基因的表达与调控上-原核基因表达调控模式.ppt

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1、第七章基因的表达与调控（上）——原核基因表达调控模式2021/8/171第七章基因的表达与调控（上）自然选择倾向于保留高效率的生命过程。原核生物和单细胞真核生物直接暴露在变幻莫测的环境中，食物供应无保障，只有根据环境条件的改变合成各种不同的蛋白质，使代谢过程适应环境的变化，才能维持自身的生存和繁衍。因此，原核细胞都有一套准确地调节基因表达和蛋白质合成的机制。2021/8/172第七章基因的表达与调控（上）每个大肠杆菌细胞有约15000个核糖体，50种核糖体蛋白、糖酵解体系的酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等都是代谢过程中必需的，其合成速率不受环境变化或代谢状态的影响，这一类蛋白质被称为永久型（c

2、onstitutive）合成的蛋白质。另一类则被称为适应型或调节型（adaptiveorregulated），因为这类蛋白质的合成速率明显地受环境的影响而改变。如大肠杆菌细胞中一般只有15个β-半乳糖苷酶，但若将细胞培养在只含乳糖的培养基中，每细胞中这个酶的量可高达几万个分子。2021/8/173第七章基因的表达与调控（上）细菌中所利用的大多数基本调控机制一般执行如下规律：一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种“开-关”（on-off）活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。实际上，当我们说一个系统处于“off”状态时，也可能有本底水平的基因表达，常常是每世代每

3、个细胞只合成1或2个mRNA分子和极少量的蛋白质分子。为了方便，我们常常使用“off”这一术语，但必须明白所谓“关”实际的意思是基因表达量特别低，很难甚至无法检测。2021/8/174第七章基因的表达与调控（上）内容：原核基因表达调控总论乳糖操纵子与负控诱导系统色氨酸操纵子与负控阻遏系统其他操纵子转录水平上其它调控转录后调控2021/8/175第一节原核基因表达调控总论随着生物个体的发育，DNA分子能有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码子系统转变成蛋白质，执行各种生理生化功能。科学家把从DNA到蛋白质的过程称为基因表达（geneexpression），对这个过程的调节就称为基因表达调

4、控（generegulation，genecontrol）。基因调控是现阶段分子生物学研究的中心课题。2021/8/176第一节原核基因表达调控总论基因表达调控主要表现在以下二方面：转录水平上的调控转录后水平上的调控：mRNA加工成熟水平调控翻译水平调控不同的生物使用不同的信号来指挥基因调控。原核生物中，营养状况和环境因素对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶段是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。2021/8/177第一节原核基因表达调控总论在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配

5、基的相互作用。转录与翻译的特点：细菌的转录与翻译过程几乎发生在同一时间间隔内，转录与翻译相耦联。真核生物中，转录产物只有从核内运转到核外，才能被核糖体翻译成蛋白质。2021/8/178第一节原核基因表达调控总论1.原核基因调控分类原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控。在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白(repressor)。根据其作用特征又可分为负控诱导系统和负控阻遏系统二大类。在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(activator)。也可根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导系统和正控阻遏系统。阻遏蛋白激活蛋白转录激活负控诱导

6、正控诱导转录抑制负控阻遏正控阻遏2021/8/1792021/8/1710第一节原核基因表达调控总论1.原核基因调控分类大肠杆菌中基因表达调控最常见的蛋白质可能是σ因子，基因组序列分析后发现存在6种σ因子，并根据其相对分子质量的大小或编码基因进行命名，其中σ70是调控最基本的生理功能如碳代谢、生物合成等基因的转录所必须的。2021/8/1711第一节原核基因表达调控总论2.原核基因调控的主要特点：原核生物通过特殊代谢物调节的基因活性主要分为可诱导和可阻遏两大类:可诱导调节。是指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。这类基因中最突

7、出的例子是大肠杆菌的乳糖操纵子。可阻遏调节。这类基因平时都是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。比如大肠杆菌中的色氨酸操纵子。2021/8/1712第一节原核基因表达调控总论3.弱化子对基因活性的影响在这种调节方式中，起信号作用的是有特殊负载的氨酰-tRNA的浓度，在色氨酸操纵子中就是色氨酰-tRNA的浓度。当操纵子被阻遏，RNA合