MolBio-7

基因表达：从DNA到蛋白质的过程。基因调控具有时空性，是揭示生物学奥秘的钥匙基因表达调控主要表现在以下几个方面：转录水平上的调控；mRNA加工、成熟水平上的调控；翻译水平上的调控；不同生物使用不同的信号进行基因表达调控原核生物：营养状况、环境因素影响真核生物:激素水平、发育过程影响第七章基因表达调控原核生物的基因表达调控虽比真核生物简单，但也存在着复杂的调控系统，主要表现在转录调控阶段，现已搞清楚了细菌的几个操纵子模型，法国巴斯德研究所著名的科学家Jacob和Monod在实验的基础上于1961年建立了乳糖操纵子学说，现已成为经典模型原核生物的基因表达调控LacOPERON酶的诱导　　诱导酶Ecoliβ-半乳糖苷酶诱导物安慰诱导物乳糖操纵子模型大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，1ac操纵子处于阻遏状态。I基因表达产生阻遏蛋白R，R以四聚体形式与操纵子O结合，阻碍了RNA聚合酶与启动子P1ac的结合，阻止了基因的转录R的阻遏作用不是绝对的，细胞中有极低水平的β－半乳糖苷酶表达当有乳糖存在时，乳糖受β－半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖，与R结合，使R构象变化四聚体解聚，与O解离，基因转录开放，β－半乳糖苷酶在细胞内的含量增加1000倍。乳糖对1ac操纵元的诱导作用乳糖操纵子包含3个结构基因：LacZ合成β—半乳糖苷酶，lacY合成透过酶，lacA合成乙酰基转移酶。化学合成的乳糖类似物，不受β－半乳糖苷酶的催化分解，却也能与R特异性结合，使R构象变化异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)是很强的诱导剂，不被细胞代谢而十分稳定X－gal(5－溴－4－氯－3－吲哚－β－半乳糖苷)也是一种人工化学合成的半乳糖苷，可被β－半乳糖苷酶水解产生兰色化合物，因此可以用作β－半乳糖苷酶活性的指示剂。IPTG和X－gal都被广泛应用化学合成的乳糖类似物同位素实验：有S35无乳糖诱导物的培养基→培养几代后→无S35有诱导物的培养基→分离产物证明β-半乳糖苷酶是诱导产生的实验突变体研究：结构基因突变体：lacZ-突变型：lacZ-Y+A+lacZ+Y-A+组成型突变（不需诱导就可表达）：I-型　　OcI基因为调节基因如何证明其调节作用呢？结构基因和调节基因供体菌（野生菌）　　受体菌　　　HfrlacI+Z+F-lacI-Z-分别培养　　　　　　　　　　　↓　　　　　　　　　混合培养现象：1.不开放Lac操作子（无诱导物）2.混合培养1小时，Z酶活性上升，到2小时停止3.对照实验＋诱导物：活性上升I基因的调节作用实验结论：I合成抑制物，阻止Z基因表达诱导物使阻遏物失活，Z表达I无阻遏物表达，Z组成型表达Jacob-Monod→结论：负调控模型I基因产物性质的鉴定I基因产物与O的作用负调控模型　负调控模型示意图　LacrepressorcombinewithOperatorDNAIPTGcombinewithRepressor负控模型：调节基因合成阻遏蛋白，没有乳糖时阻遏蛋白识别操作子并结合，RNA聚合酶就不能与启动子结合，不能转录诱导作用：乳糖存在时，乳糖代谢产生别乳糖（alloLactose），可与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白改变构象，不能与操作子结合，于是RNA聚合酶与启动子结合，可以转录负反馈：β—半乳糖苷酶催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖，乳糖消耗完后，又造成了阻遏蛋白与操作子结合，基因关闭乳糖操纵子调控模型现象：二级生长葡萄糖含量反比于cAMP含量,但加入cAMP可克服葡萄糖对乳糖的抑制现象。正调控系统ATP减少cAMP活化的CAP失活的CAP不转录细菌中的cAMP含量与葡萄糖的分解代谢有关当细菌利用葡萄糖分解供给能量时，cAMP生成少而分解多，cAMP含量低无葡萄糖可供利用时，cAMP含量就升高细菌中有一种能与cAMP特异结合的cAMP受体蛋白CRP，CRP未与cAMP结合：无活性的CAP：CRP与cAMP结合并发生空间构象的变化而活化，以二聚体的方式与特定的DNA序列结合cAMP含量与葡萄糖关系CAPCAPσRNA聚合酶6040200-35PribnowIII两个CAP分子和RNA聚合酶分子在乳糖启动子上的排列I和II表示2个CAP位点P1ac是弱启动子，必须同时有CAP来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖P1ac上游端有一段与P1ac部分重叠的序列，能与CAP特异结合，称为CAP结合位点。CAP与这段序列结合时，可增强RNA聚合酶的转录活性，使转录提高50倍1ac操纵子的诱导：乳糖，没有葡萄糖。细菌优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才去充分利用乳糖CAP结合位点操纵基因转录起点gallacaraCAP对葡萄糖敏感的操纵子都起作用双信号调控模型双信号调控模型：葡萄糖、乳糖思考：当乳糖和葡萄糖都存在;葡萄糖存在，lac不存在葡萄糖、乳糖都不存在;乳糖存在半乳糖操纵子大肠杆菌半乳糖操纵子包括3个结构基因：异构酶(galE)，半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galT)，半乳糖激酶(galk)。这3个酶催化半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸GalR与galE、T、K及操纵区O等离得很远，galR产物作用方式与lacI-lacO的相同。双启动子模型结构特征GalGal-1-PUDP-GalGlu-1-P+激酶转移酶异构酶UDP-GlcmRNAgalKgalTgalEPOgalRgalmRNA两个启动子：Pgal1Pgal2mRNA可从两个不同的起始点开始转录两个起始转录位点：S1　S2分离的操作子：OE　OI　一个在P区上游-67--53，另一个在结构基因galE内部突变体研究：双启动子模型gal操纵子的特点现象：葡萄糖不存在，开放，葡萄糖存在，低水平开放S1起始的转录条件：半乳糖、CAP－cAMPS2起始的转录：葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制转录cAMP-CAP存在时，转录从S1开始，当无cAMP-CAP时，转录从S2开始双启动子调控半乳糖不仅可以作为碳源，也是合成尿苷二磷酸半乳糖UDPgal－大肠杆菌细胞壁合成的前体无半乳糖时，UDP-gal通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的只有S1启动子存在时，启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中无葡萄糖存在时就有能合成异构酶只有S2启动子存在时，当培养基中有葡萄糖存在下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态－资源浪费。葡萄糖存在时，需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子对合成进行调节双启动子意义................-76-60-50-40-30-20-10+1+10+20+30+40+50+60TTGTGTAAACGATTCCACTAAGalOETATGGTT-12(-10S2)-6CAP结合位点cAMP-CAP位点-10S2S-DgalO1AAATTCTTGTGTAAACGATTCCACTAATTTA-46-17TATGCTAP1P2-CAP+CAPGGAAgalE起始点-70-80-90-11双启动子调控示意图调控子：7个基因，属于3个操纵子，araBADaraEaraFG由araC调控阿拉伯糖操纵子araEaraFaraCaraBOIaraAaraD阿拉伯糖摄入所需的蛋白质基因调节基因控制基因阿拉伯糖代谢所需的酶的基因阿拉伯糖操纵子调控机理araBAD的表达调控必需条件：araC、阿拉伯糖、cAMP-CAP当araC表达太多会出现自我负反馈调节当araBAD表达太多，阿拉伯糖被快速代谢，结合型的araC下降，导致araBAD又关闭C蛋白在正常情况下结合于araBAD的operator上，量很多时才起自我负反馈araBAD的表达调控总结色氨酸是构成蛋白质的组分，细菌要经过许多步骤合成色氨酸一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负担色氨酸操纵子色氨酸操纵子负责调控色氨酸的生物合成当培养基中有足够的色氨酸时，该操纵子自动关闭；缺乏色氨酸时，操纵子被打开通过色氨酸操纵子的调控可使基因的转录在两个顺式终止子结构的某一个处终止。色氨酸在这里不是起诱导作用而是阻遏，能帮助阻遏蛋白发生作用－辅阻遏分子色氨酸操纵子色氨酸操纵子结构色氨酸的合成分5步，需5种酶催化：trpE、trpD、trpC、trpB、trpA：邻氨基苯甲酸合成酶邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距trp基因簇很远，以组成性方式低水平表达分子量为47000的调控蛋白RR本身没有活性当环境能提供足够浓度的色氨酸时，R与色氨酸结合活化，阻遏结构基因的转录阻遏-操纵机制-粗调开关trp操纵子中对应于色氨酸生物合成-细调控制已启动的转录是否继续trp操纵子的阻遏系统阻遏物的调控trpRtr ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt rpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpATrpR(无活性）蛋白辅阻遏物（Trp)现象：当色氨酸达到一定浓度，但还不足以活化R时，产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低，而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关Ptrp-o与第一个结构基因trpE之间162bp的一段前导序列(L)实验证明当色氨酸达一定浓度时，RNA聚合酶的转录终止L：含有编码由14个aa的ORF，2个Trp相连，ORF前有RBS。衰减子的调控前导序列图中1、2、3及4被转录生成mRNA时可形成发夹式结构，其中3的序列分别与2和4重叠如果2、3形成发夹结构，1和4都不能再形成发夹结构当1、2形成发夹结构时，2、3就不能形成发夹结构，但3、4可以形成发夹结构前导序列配对示意图3、4配对后面紧跟一串A(转录成RNA就是一串U)，实际上是一个强终止子结构，如果转录mRNA时3、4配对形成发夹结构，就能使RNA聚合酶停止转录而从mRNA上脱离衰减子结构示意图色氨酸浓度很低时，Ptrp开放，同时核糖体开始翻译色氨酸浓度较低时，生成的trp－tRNA量少，核糖体沿mRNA翻译移动的速度慢，赶不上RNA聚合酶沿DNA移动转录的速度，2区和3区形成双链结构（4区还未转录出来），前导序列中终止子结构不能形成，转录继续进行当色氨酸浓度较高时，trp－tRNA浓度随之升高核糖体不在色氨酸密码子处停止，2区与3区配对被破坏、3区与4区配对，终止子结构形成，前导肽合成到UGA，转录减弱衰减子调控机理衰减子的调控启动子暂停衰减子trpE前导区的转录RNApol起始RNApol暂停RNApol延伸翻译起始终止发夹形成转录终止RNApol释放无Trp进入操纵位点持续转录有Trp在衰减子处转录终止