基因的表达调控.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,不同类型的基因：,结构基因,调控基因,重叠基因,隔裂基因,跳跃基因,假基因,1,原核生物的DNA：,单个裸露的DNA,不编码占5%,转录和翻译同一时间，地点进行,基因调控主要在三个水平上进行:,DNA水平,转录水平(主),翻译水平,2,乳糖操纵子模型的建立(Jacob and Monod,1961),Francois Jacob(1920-),Jacquces Monod(1910-67),获1965年诺奖,3,正调控与负调控,调节基因 RNA 调节蛋白,正调节蛋白激活+操纵子 结构基因转录、表达,正调节蛋白失活，结构基因不表达（正控制/正调节,）,负调节蛋白激活+操纵子 结构基因转录、表达,负调节蛋白失活，结构基因表达（负控制/负调节）,6,阻遏物与辅阻遏物,阻遏物（repressor）：由调节基因产生的一种变构蛋白，当它与操纵基因结合时，能够抑制转录的进行。,辅阻遏物(corepressor)：能够与失活的阻遏蛋白结合，并恢复阻遏蛋白与操纵基因结合能力的物质。,7,诱导调控与非诱导调控,根据辅因子（小分子）结合后调控效果，可分：,开启调控系统中结构基因的转录活性 诱导,关闭调控系统中结构基因的转录活性 阻遏,8,操纵子调控系统的基本类型,可诱导负控制系统,可诱导正控制系统,可阻遏负控制系统,可阻遏正控制系统,9,10,负调控：,没有调节蛋白（阻遏物）存在下，,操纵基因是开启的（表达）,调节蛋白（阻遏物）存在下,操纵基因是关闭的（不表达）,11,正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而是生物体适应环境的需要，有的系统既有正调控又有负调控；原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主；降解代谢途径中既有正调控又有负调控；合成代谢途径中一般以负调控来控制产物自身的合成。,12,大肠杆菌乳糖操纵子模型,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,P,LacZ,LacY,LacA,mRNA,阻遏蛋白（有活性）,基 因 关 闭,启动子,O,R,P,LacZ,LacY,LacA,调节基因,操纵基因,乳糖结构基因,启动子,O,R,mRNAZ,mRNAY,mRNAa,阻遏蛋白（无活性）,基 因 表达,mRNA,A、乳糖操纵子的结构,B、乳糖酶的诱导,乳糖,阻遏蛋白（有活性）,13,乳糖操纵子的分解代谢物阻遏,R,LacZ,LacY,LacA,mRNA,mRNAZ,mRNAY,mRNAa,基 因 表达,CAP基因,结构基因,T,CAP,O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP,-CAP,P,葡萄糖,分解代谢产物,腺苷酸环化酶,磷酸二酯酶,ATP,cAMP,5-AMP,抑制,激活,葡萄糖降解物与cAMP的关系,cAMP,CAP：分解代谢物激活蛋白,环腺苷酸受体蛋白,降低,cAMP,浓度,使,CAP,呈失活状态,14,葡萄糖效应,葡萄糖为大肠杆菌生长提供能量，葡萄糖过量时，lac操纵子中半乳糖苷酶等一组酶合成出现受阻的现象。,高浓度葡萄糖,代谢物cAMP水平下降CAP不能单独与CAP位点结合基因表达受阻,低浓度葡萄糖,cAMP水平上升CAP与cAMP结合CAP-cAMP与CAP位点结合基因转录效率增加50倍,15,大肠杆菌乳糖操纵子的正调控,当即有大量乳糖又有葡萄糖时，,基因表达将是怎样？,16,阿拉伯糖操纵子的双向控制,Ara操纵子是控制分解代谢途径的另一调控系统。,特点：调节蛋白既可起正调控作用，又可起负调控作用。,17,18,色氨酸操纵子的转录调控,1色氨酸操纵子模型：由雅各布（Jacob F.）和莫诺（Monod J.）提出，具有合成代谢途径典型的操纵子模型。操纵子：包括色氨酸合成有关的5种酶的结构基因；大量色氨酸时：大肠杆菌5种酶的转录同时受到抑制；色氨酸不足时：这种酶的基因开始转转录；色氨酸：作为阻遏物而不是诱导物参与调控结构基因的转录。trp操纵子是一个典型的可阻遏操纵元模型(repressible operon)。,19,色氨酸操纵子模型结构：5种结构基因：trpE、D、C、B、A；调控结构：启动子、操纵基因、前导序列、弱化子；阻遏物trpR基因：与trp操纵子相距较远；,20,2.色氨酸操纵子的负调控：,.阻遏调控：trpR基因编码无辅基阻遏物 与色氨酸结合 形成有活性的色氨酸阻遏物 与操纵子结合 阻止转录；,色氨酸不足：阻遏物三维空间结构发生变化，不能与操纵子结合，操纵元开始转录；色氨酸浓度升高：色氨酸与阻遏物结合，空间结构发生变化，可与操纵子结合，阻止转录。,21,.,弱化子调控：,当有色氨酸存在而trp操纵子受抑制时，仍有一段前导序列发生转录，可能存在另一种的机制来抑制trp操纵元的转录。色氨酸高浓度存在时，转录的前导序列140bp长，其中有一28bp的弱化子区域；形成发夹结构，为内部终止子，RNA酶从DNA上脱落，不能转录；色氨酸低浓度或不存在时，RNA聚合酶能通过弱化子区域，转录完整的多顺反子mRNA序列；,22,弱化子如何进行调控？,前导序列可翻译出一段14个氨基酸的短肽，在该短肽的第10、11位置上是两个色氨酸密码子；两个密码子之后是一段mRNA序列，该序列可分为四个区段，区段间可互补配对，形成不同的二级结构。,原核生物为边转录边翻译，前导序列中核糖体位置决定形成哪种二级结构,从而决定弱化子是否可形成终止信号。,23,.,当有色氨酸时，完整翻译短肽 核糖体停留在终止密码子处，邻近区段2位置 阻碍了2,3配对 使3,4区段配对 形成发夹结构终止子 RNA酶在弱化子处终止，不能向前移动。,24,.如缺乏色氨酸，核糖体到达色氨酸密码子时 由于没有色氨酰tRNA的供应 停留在该密码子位置，位于区段1 使区段2与区段3配对 区段4无对应序列配对呈单链状态 RNA聚合酶通过弱化子，继续向前移动，转录出完整的多顺反子序列。,25,缺乏色氨酸,有色氨酸,26,衰减作用的生物学意义,从衰减机制的分析来看，它不仅能够把几种水平如DNA和RNA的构象变化、mRNA上内部终止(衰减)子的重建以及核糖体上tRNA对终止密码的识别等统一起来，严格控制表达，而且衰减子还可依细胞内某一氨基酸水平的高低而行止。所以它是一种应答灵敏、调节灵活的多重调控方式。,27,比较,大肠杆菌乳糖操纵子负调控和色氨酸操纵子负调控,28,真核生物的基因调控,DNA水平,转录水平和转录后的修饰,翻译水平和翻译后的修饰,29,（,一）DNA的改变,基因剂量,DNA重排,DNA的甲基化,30,（二）转录水平的调控,31,（三）翻译水平的调控,蛋白质折叠,蛋白酶切割,蛋白质的化学修饰,蛋白质内含子,32,