微生物遗传育种绪论上.pptx

微生物遗传育种绪论上第一章 绪论主要内容:工业微生物菌种遗传得物质基础、遗传信息得复制遗传信息得传递遗传信息得表达与调控微生物遗传育种技术微生物菌种选育发展简史第一节工业微生物菌种工业微生物菌种:在大规模培养条件下,批量商业性获得微生物细胞或其代谢产物过程中所使用得微生物菌株;或利用微生物特定代谢过程,规模化加工或转化特定底物或环境物料得微生物菌株。工业微生物菌种基本特征非致病性;适合大规模培养工艺要求;利于规模化产品加工工艺;具有相对稳定得遗传性能和生产性状;形成具有商业价值得产品或具有商业应用价值。工业微生物菌种得来源选种(自然选育):从自然样本中通过筛选与分离获得;育种(遗传育种):在实验室中对保藏得微生物菌株进行遗传改良获得工业微生物菌种得分类天然菌种(Native strain):通过自然筛选和分离获得得工业菌种;诱变菌种(Mutagenized strain):通过物理、化学等诱变剂在实验室人工诱变自然筛选与分离得菌株所获得产量或/和性状改善得工业菌种;重组菌种(Recombinant strain)就是通过遗传重组技术对菌种进行定向遗传改良获得得工业菌种;遗传修饰生物体(Genetic modification organisms,GMOs):经外源基因导入并因此发生遗传整合和性状改变得生物体育种得遗传学基础遗传学(Genetics)就是研究生物遗传与变异规律得一门科学。目得就是掌握和利用这些规律,主动地控制、改造生物,使其为人类服务。遗传(Inheritance)指亲代得性状在子代表现得现象。(生物繁殖过程中,子代与亲代在各方面得相似现象)变异(Variation)指同种生物世代之间或同代不同个体之间得性状得差异。(子代个体发生了改变,在某些方面不同于原来亲代得现象)遗传与变异就是生物界得共同特征,她们之间就是辩证统一得。第二节 微生物育种得遗传学原理一、遗传物质化学本质得确证1、肺 炎 链 球 菌 转 化 实 验2、噬 菌 体 感 染 实 验3、病 毒 重 建 实 验二、遗传物质得结构与存在状态三、遗传物质得复制结论？肺炎链球菌转化实验转化:一个品系得生物吸收了来自另一品系生物得遗传物质,从而获得后一品系得某些遗传性状得现象。Griffith实验1928S活菌,致死小白鼠S死菌,不致死小白鼠R活菌,不致死小白鼠R活菌+S死菌,致死小白鼠,分离出S活菌10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流体内转化实验DNA就是遗传物质得证明1928年,英国微生物学家Griffith、F做了肺炎双球菌得转化实验Avery实验1944S型活菌 提取蛋白质+R活菌 无S活菌类脂+R活菌 无S活菌多糖+R活菌 无S活菌RNA+R活菌 无S活菌DNA+R活菌 有S活菌S DNA 蛋白酶处理 具转化能力S DNA DNase处理无转化能力结论:转化因子得化学本质为DNA。1944年 Avery、O、Macleod、C、McCarty、M、J揭开了转化因子得化学本质。体外转化实验DNA就是遗传物质得证明2、噬 菌 体 感 染 实 验Hershey&Chase1952年T2 35S+E、coli培养液 吸附10分钟后,振荡细胞,离心分离,放射性在上清中,子代噬菌体无35S标记T2 32P+E、coli培养液 吸附10分钟后,振荡细胞,离心分离,放射性在沉淀中,子代噬菌体有32P标记解释:35S放射性标记留在宿主细胞外,32P放射性标记进入宿主细胞内结论:DNA就是遗传物质。3、病毒重建实验Heinz Fraenkel-Conrat and B、Singre,1957TMV烟草花叶病毒HR霍氏车前病毒TMV外壳+HR病毒RNA 重组病毒感染植株病灶表现HR病毒特征从病灶中分离得病毒具有HR病毒RNA 和HR病毒蛋白质TMV RNA+HR病毒外壳 重组病毒感染植株病灶表现TMV病毒特征从病灶中分离得病毒具有TMV病毒RNA 和TMV 病毒蛋白质结论:HR病毒得遗传物质就是RNA病毒重建实验1957年,HeinzFraenkelConrat和B、Singre得杂合病毒实验:HR(HolmesRibGrassStrain)M(MaskedStrain)TMV结论:生物得遗传物质得化学本质就是核酸,在绝大多数生物中就是DNA,在少数病毒中就是RNA。二、遗传物质得结构与存在状态碱基核糖脱氧核糖核苷、核苷酸磷酸二酯键核酸序列碱基配对双链DNA双螺旋结构2、DNA得存在状态细菌核DNA(拟核)细菌质粒真核细胞染色体(Chromosome)存在于真核生物细胞核内,由DNA、蛋白质及少量RNA组成得嗜碱性丝状或杆状小体。在细胞分裂间期时又称染色质(chromatin)。1)染色体得形态与构造细胞分裂中期得染色体具有典型得形态结构,一般包括着丝粒、臂和端粒等结构。染色单体染色体随体2)染色体得特点:各条染色体得长度、着丝粒位置,随体及次级溢痕数目、大小、位置各不相同;不同生物染色体数目不同;物种人金丝猴黄牛马驴小家鼠大家鼠果蝇洋葱玉米水稻豌豆向日葵衣藻染色体数目2n=462n=442n=602n=642n=622n=402n=422n=82n=162n=202n=242n=142n=342n=163)染色体得化学组成与结构化学组成:1/3 DNA,1/3 Histones(组蛋白)1/3Nonhistons(非组蛋白)及少量RNA和磷脂。DNA:携带传递遗传信息,染色体得功能体现者。组蛋白:染色体中与DNA联结得碱性蛋白质,就是染色体主要得结构蛋白。近乎所有得染色体中都含有5种组蛋白,除H1外,无种或组织特异性。非组蛋白:染色体中除组蛋白外得其她蛋白,其种类比组蛋白复杂得多,具种和组织特异性。组蛋白类型碱性氨基酸氨基酸数分子量(Da)LysArgH129%1%21523,000H2A11%9%12913,960H2B16%6%12513,775H310%13%13515,340H411%14%10211,280小牛胸腺染色体组蛋白得特点染色体得结构分子生物学和生物化学研究表明,染色体基本结构单位为核小体,核小体连接成染色质丝,经卷曲形成螺线管solenoid,(中期)后者进一步卷曲成超粗纤维,再进一步浓缩即为染色体。高度浓缩得染色体长度只有DNA双螺旋得1/万左右。H32-H42八聚体2H2A-H2B核心颗粒染色质小体(166bp)146bp166bp核小体(200bp)DNAH120bpDNA 连接区(常为 3234bp)核小体得组成三、遗传物质得复制1、DNA得半保留复制模型2、DNA得二向复制模型(模型)3、DNA得滚环复制模型DNA复制得半保留模型DNA复制叉DNA得二向复制模型(模型)DNA滚环复制模型第三节 RNA和蛋白质得合成一、转录:DNARNA转录就是在一个DNA模板上合成一个与之互补得RNA链。转录产物有三种形式:信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)和转运RNA(tRNA)一、翻译:RNA蛋白质翻译就是在一个mRNA指导下合成蛋白质得过程,即将核酸语言翻译成蛋白质语言。mRNA语言就是以密码子得形式存在得,密码子由三个核苷酸组成。一个mRNA分子上得密码子序列决定着被合成蛋白质里得氨基酸序列。每一个密码子编码一个特殊得氨基酸,这就就是遗传密码。共有64种可能得密码子。在64个密码子里,61个就是有义密码子,3个就是无义密码子。有义密码子编码氨基酸,无义密码子(也叫终止密码子,Stop codon)则不编码氨基酸。密码子具有兼并性。引导蛋白质分子合成得起始密码子(Startcodon)就是AUG,该密码子也就是合成蛋氨酸得密码子。起始得蛋氨酸有时在后加工过程中被去掉,所以不就是所有成熟得蛋白质得氨基酸链都就是以蛋氨酸开始。翻译位点就是核糖体,由tRNA识别特殊得密码子并运输必需得氨基酸。第四节 基因表达规则一、基因表达得方式一、基因表达得方式按对刺激得反应性按对刺激得反应性,基因表达得方式分为基因表达得方式分为:(一一)组成性表达组成性表达 无论表达水平高低无论表达水平高低,管家基因较少受环境因素影管家基因较少受环境因素影响响,而就是在个体各个生长阶段得大多数或几乎全而就是在个体各个生长阶段得大多数或几乎全部组织中持续表达部组织中持续表达,或变化很小。区别于其她基因或变化很小。区别于其她基因,这类基因表达被视为组成性表达。这类基因表达被视为组成性表达。某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达表达,通常被称为管家基因。通常被称为管家基因。(housekeeping gene housekeeping gene)(二二)诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下在特定环境信号刺激下,相应得基因被激活相应得基因被激活,基基因表达产物增加因表达产物增加,这种基因称为可诱导基因。这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强得过程可诱导基因在特定环境中表达增强得过程,称称为诱导为诱导(induction)。如果基因对环境信号应答就是被抑制如果基因对环境信号应答就是被抑制,这种基这种基因就是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低因就是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低得过程称为阻遏得过程称为阻遏(repression)。在一定机制控制下在一定机制控制下,功能上相关得一组基因功能上相关得一组基因,无论无论其为何种表达方式其为何种表达方式,均需协调一致、相互配合、共均需协调一致、相互配合、共同表达同表达,即为协调表达即为协调表达(coordinate expressioncoordinate expression)这种调节称为协调调节这种调节称为协调调节(coordinate regulationcoordinate regulation)(三三)协调表达协调表达二、基因表达得多级调控二、基因表达得多级调控 基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰(一一)DNADNA水平得调控水平得调控 包括基因扩增包括基因扩增(拷贝数增多拷贝数增多)、基因重排、基因结、基因重排、基因结构得活化等。构得活化等。DNADNA必须部分暴露才能使必须部分暴露才能使RNApolRNApol有效得结合有效得结合,转录起始前基因必须进入活性状态才能起始转录。转录起始前基因必须进入活性状态才能起始转录。(二二)转录水平得调控转录水平得调控 转录水平得调控就是基因表达调控中最重要得环转录水平得调控就是基因表达调控中最重要得环节节,转录得起始就是基本得控制点。这就是因为转录得起始就是基本得控制点。这就是因为:在所有生物合成途径中在所有生物合成途径中,第一步反应通常就是最有效第一步反应通常就是最有效得调节环节得调节环节,控制反应途径得第一步反应通常可减少控制反应途径得第一步反应通常可减少不必要得生物合成不必要得生物合成,节约原料节约原料,合理用能合理用能;在功能方在功能方面相互依赖得数个蛋白质编码基因串联为复合基因面相互依赖得数个蛋白质编码基因串联为复合基因(如如LacLac操纵子操纵子),),此时通过转录起始阶段调节这些基因此时通过转录起始阶段调节这些基因产物得表达就是最有效得。产物得表达就是最有效得。(三三)转录后水平得调控转录后水平得调控 指转录起始后对转录产物进行得一系列修饰、指转录起始后对转录产物进行得一系列修饰、加工过程。包括转录提前终止、加工过程。包括转录提前终止、mRNAmRNA前体得加前体得加工、剪接、工、剪接、RNARNA编辑等。对某些基因来说编辑等。对某些基因来说,转录后转录后水平得调控在决定细胞得表型多样化和蛋白质结水平得调控在决定细胞得表型多样化和蛋白质结构与功能上也就是十分关键得。构与功能上也就是十分关键得。(四四)翻译水平得调控翻译水平得调控 通过特异得蛋白质阻断某些通过特异得蛋白质阻断某些mRNAmRNA翻译起始翻译起始,就就是一种特异性调节。翻译得起始调控就是翻译水是一种特异性调节。翻译得起始调控就是翻译水平调控得主要阶段。平调控得主要阶段。(五五)翻译后水平得调控翻译后水平得调控 蛋白质合成后蛋白质合成后,使蛋白质活化并发挥生物学功能得使蛋白质活化并发挥生物学功能得调节过程称为翻译后水平得调控。调节过程称为翻译后水平得调控。三、原核基因表达调控三、原核基因表达调控1 1 影响原核基因转录得因素影响原核基因转录得因素(顺式元件和调控蛋白顺式元件和调控蛋白顺式元件和调控蛋白顺式元件和调控蛋白)1 1、启动子、启动子 启动子就是启动子就是DNADNA链上能与链上能与RNApolRNApol结合并能结合并能有效起始有效起始RNARNA转录得转录得DNADNA序列。她就是基因表序列。她就是基因表达不可缺少得调控序列达不可缺少得调控序列,没有启动子没有启动子,基因就不能基因就不能转录。转录。(一一)转录水平得调控转录水平得调控 启动子决定转录得方向及模板链启动子决定转录得方向及模板链5 TTGACA TATATT AGGTCCACG 3-35-10+1 3 AACTGT ATATAA TCCAGGTGC 5AGGUCCACG 启动子决定转录得效率启动子决定转录得效率2 2、因子因子 因子控制因子控制RNApolRNApol与与DNADNA结合结合 因子得作用就是确保因子得作用就是确保RNApolRNApol与特异与特异得启动子而不就是与其她位点结合得启动子而不就是与其她位点结合 核心酶核心酶 core enzymecore enzyme全酶全酶 holoenzymeholoenzyme 因子控制特定基因表达因子控制特定基因表达 因子使得因子使得RNApolRNApol选择特定得启动区起始转选择特定得启动区起始转录。一旦一种录。一旦一种 因子被另一种因子被另一种 因子代替因子代替,即引起即引起原来一套基因得关闭和新得一套基因转录得开始。原来一套基因得关闭和新得一套基因转录得开始。如环境温度升高或其她应激变化引起如环境温度升高或其她应激变化引起 3232与核心与核心酶结合酶结合,RNApolRNApol全酶结合全酶结合HspHsp基因得启动区基因得启动区,起始起始HspHsp基因转录基因转录,而原先许多基因得转录关闭。而原先许多基因得转录关闭。3 3、操纵序列和阻遏蛋白操纵序列和阻遏蛋白 操纵元件又称操纵基因操纵元件又称操纵基因,就是阻遏蛋白识别就是阻遏蛋白识别与结合得一小段与结合得一小段DNADNA序列。序列。阻遏蛋白指一类在转录水平对基因表达产生阻遏蛋白指一类在转录水平对基因表达产生负调控作用得蛋白。她主要通过抑制开放性启负调控作用得蛋白。她主要通过抑制开放性启动子复合物得形成而控制基因转录。动子复合物得形成而控制基因转录。阻遏阻遏阻遏阻遏(repressionrepressionrepressionrepression):有活性得阻遏蛋白与操纵基因有活性得阻遏蛋白与操纵基因有活性得阻遏蛋白与操纵基因有活性得阻遏蛋白与操纵基因结合时结合时结合时结合时,阻止阻止阻止阻止RNApolRNApolRNApolRNApol与启动子结合或阻止开放性与启动子结合或阻止开放性与启动子结合或阻止开放性与启动子结合或阻止开放性启动子复合物形成而抑制转录得作用启动子复合物形成而抑制转录得作用启动子复合物形成而抑制转录得作用启动子复合物形成而抑制转录得作用去阻遏去阻遏(derepressionderepression):一类特定得小分子物质一类特定得小分子物质与阻遏蛋白结合与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白失活使阻遏蛋白失活,从从DNADNA脱脱落下来得作用。落下来得作用。辅阻遏辅阻遏:一类特定得小分子物质与阻遏蛋白一类特定得小分子物质与阻遏蛋白结合结合,使阻遏蛋白活化使阻遏蛋白活化,抑制转录。抑制转录。可诱导得操纵子可诱导得操纵子如如E E、coli lac coli lac,当阻遏蛋白与操纵基因结合时当阻遏蛋白与操纵基因结合时,则则抑制转录。有乳糖或乳糖类似物抑制转录。有乳糖或乳糖类似物(IPTG)(IPTG)存在时存在时,阻遏蛋白与乳糖结合而变构阻遏蛋白与乳糖结合而变构,变构得阻遏蛋白变构得阻遏蛋白不能与操纵基因结合不能与操纵基因结合,引起结构基因转录。引起结构基因转录。可阻遏得操纵子可阻遏得操纵子 如如E E、coli Trpcoli Trp,无色氨酸时无色氨酸时,阻遏蛋白不能阻遏蛋白不能与操纵基因结合与操纵基因结合,RNApolRNApol与启动子结合启动基与启动子结合启动基因转录。有色氨酸时因转录。有色氨酸时,阻遏蛋白与色氨酸形成阻遏蛋白与色氨酸形成复合物后与操纵基因结合复合物后与操纵基因结合,阻止阻止RNApolRNApol与启动与启动子结合而抑制转录。子结合而抑制转录。4 4、正调控蛋白及其结合位点正调控蛋白及其结合位点正调控蛋白正调控蛋白:一类与一类与DNADNA结合后结合后,促进基因转录得调控蛋促进基因转录得调控蛋白。她主要通过改变启动子得起始效率而控制白。她主要通过改变启动子得起始效率而控制基因得转录。基因得转录。乳糖操纵子得结构乳糖操纵子得结构调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA分解代谢基因激活蛋白分解代谢基因激活蛋白(catabolite gene catabolite gene activator protein,CAPactivator protein,CAP)CAPCAP与与CAPCAP位点结合后位点结合后,才能促使才能促使RNApolRNApol与启与启动子结合动子结合,启动基因转录启动基因转录,这样一个操纵子中得一组这样一个操纵子中得一组基因就有两道开关基因就有两道开关,只有两道开关同时打开时基因只有两道开关同时打开时基因才能转录。才能转录。大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白(nitrogen nitrogen metabolism gene activator protein,ntrCmetabolism gene activator protein,ntrC)ntrCntrCpntrBntrB激酶激酶ntrBntrB磷酸酶磷酸酶 5、增强子与激活蛋白增强子与激活蛋白6 6、倒位蛋白、倒位蛋白(inversion protein)(inversion protein)就是一种位点特异性得重组酶。可使就是一种位点特异性得重组酶。可使DNADNA得得某一段序列发生倒位。倒位蛋白可使启动子得方某一段序列发生倒位。倒位蛋白可使启动子得方向发生倒位向发生倒位,而控制基因转录。而控制基因转录。7 7、转录终止子与、转录终止子与 因子因子转录终止子转录终止子(teminater)(teminater)定义定义:指基因得指基因得33末端或者操纵子得末端或者操纵子得33得得一段具有终止转录功能得核苷酸序列。一段具有终止转录功能得核苷酸序列。分类分类:依赖依赖 因子得转录终止子因子得转录终止子 不依赖不依赖 因子得转录终止子因子得转录终止子序列特征序列特征相同点相同点:终止点之前有一段回文结构终止点之前有一段回文结构,两重复序列两重复序列之间有间隔序列之间有间隔序列,终止子被转录出来得终止子被转录出来得RNARNA可形成可形成发夹结构。发夹结构。不同点不同点:不依赖不依赖 因子得转录终止子回文序列中有较因子得转录终止子回文序列中有较多多G-CG-C碱基对碱基对,回文序列下游有回文序列下游有6-8A-T6-8A-T碱基对碱基对;依赖依赖 因子得转录终止子回文序列中因子得转录终止子回文序列中G-CG-C含量较少含量较少,回文回文序列下游没有固定特征。序列下游没有固定特征。不依赖不依赖 因子因子(E E、coli,Trpcoli,Trp)终止子终止子依赖依赖 因子因子(TR1)得终止子得终止子发夹结构得作用发夹结构得作用发夹结构得作用发夹结构得作用:阻碍阻碍阻碍阻碍RNARNARNARNA链从三元复合物进链从三元复合物进链从三元复合物进链从三元复合物进一步向外释放一步向外释放一步向外释放一步向外释放,造成转录作用高度搁置。造成转录作用高度搁置。造成转录作用高度搁置。造成转录作用高度搁置。回文序列下游回文序列下游A/UA/U序列得作用序列得作用:dAdA和和rUrU之间氢键之间氢键力和碱基堆积力很弱力和碱基堆积力很弱,造成造成RNARNA和和DNADNA杂交部分杂交部分很容易拆开很容易拆开,三元复合物解体三元复合物解体,RNApolRNApol与与RNARNA解离解离,转录终止。转录终止。因子因子 因子具有两种活性因子具有两种活性:促进转录促进转录终止终止;具有具有NTPNTP酶活性酶活性,后一种活后一种活性就是实现前一种活性必不可少性就是实现前一种活性必不可少得。得。ATP8 8、衰减子、衰减子(attenuator)(attenuator)就是一个受翻译控制得转录终止子结构。就是一个受翻译控制得转录终止子结构。就是一段能减弱转录作用得序列。由于翻译作就是一段能减弱转录作用得序列。由于翻译作用得影响用得影响,衰减子下游得基因或者继续被转录衰减子下游得基因或者继续被转录,或者在衰减子处实现转录得终止。或者在衰减子处实现转录得终止。2 2、原核基因转录得调节机制、原核基因转录得调节机制 通过负调控因子和正调控因子所进行得复通过负调控因子和正调控因子所进行得复合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合,防碍防碍RNApolRNApol与与P P结合形成开放性启动子复合物结合形成开放性启动子复合物,阻止基因转阻止基因转录录;当阻遏蛋白与操纵基因解离时当阻遏蛋白与操纵基因解离时,RNARNA聚合酶与聚合酶与启动子结合启动子结合,起始基因转录。起始基因转录。1 1、乳糖操纵子调控得机制、乳糖操纵子调控得机制乳糖操纵子得结构乳糖操纵子得结构:Z Z、Y Y、A A三个结构基因三个结构基因,逆逆流而上依次为流而上依次为:操纵基因操纵基因(O)(O)、启动子、启动子(P)(P)、CAPCAP结结合位点和调节基因合位点和调节基因,O O与与P P有一定程度重叠。有一定程度重叠。乳糖操纵子得结构乳糖操纵子得结构调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA操纵序列操纵序列 阻遏蛋白得结合位点阻遏蛋白得结合位点 当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时,会会阻阻碍碍RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列得得结结合合,或或就就是是RNA RNA 聚聚合合酶酶不不能沿能沿DNADNA向前移动向前移动,阻碍转录。阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白 乳糖操纵子得转录调控机制乳糖操纵子得转录调控机制 通过负调控因子和正调控因子所进行得复合通过负调控因子和正调控因子所进行得复合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合,防碍防碍RNApolRNApol与与P P结合形成开放性启动子复合物结合形成开放性启动子复合物,阻止基因转录阻止基因转录;CAPCAP与与CAPCAP结合位点结合促进结合位点结合促进RNApolRNApol与与P P结合结合,引起有引起有效转录。效转录。乳糖操纵子结构基因转录需具备两个条件乳糖操纵子结构基因转录需具备两个条件:阻遏蛋白与操纵基因解离阻遏蛋白与操纵基因解离CAPCAP与与CAPCAP结合位点结合结合位点结合mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时 阻遏蛋白得负性调节阻遏蛋白得负性调节阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶+转录转录无葡萄糖无葡萄糖,cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖有葡萄糖,cAMPcAMP浓度低时浓度低时 CAPCAP得正性调节得正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP 当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系统不能对该系统不能发挥作用；发挥作用；如无如无CAPCAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时单纯乳糖存在时,细菌利用乳糖作碳源细菌利用乳糖作碳源;若有葡萄若有葡萄糖或葡萄糖糖或葡萄糖/乳糖共同存在时乳糖共同存在时 ,细菌首先利用葡萄糖。细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对葡萄糖对 lac lac 操纵子得阻遏作用称分解代谢阻遏操纵子得阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repressioncatabolic repression)。2 2、色氨酸操纵子得调控机制、色氨酸操纵子得调控机制色氨酸操纵子得结构色氨酸操纵子得结构阻遏蛋白得调控作用阻遏蛋白得调控作用trptrp 高时高时trp 低时低时mRNAOPI调节区调节区结构基因结构基因前导肽前导肽衰减子衰减子 色氨酸色氨酸 操纵子操纵子色氨酸操纵子得调控机制色氨酸操纵子得调控机制 衰减子得调控作用衰减子得调控作用 L L基因得基因得33端有一个衰减子序列。前导序列转端有一个衰减子序列。前导序列转录得录得mRNAmRNA具有如下特性及功能具有如下特性及功能:1 1)内含内含4 4段特殊得短序列段特殊得短序列2 2)序列序列就是一个开放阅读框就是一个开放阅读框:转录后立即翻译成转录后立即翻译成1414氨基酸得短肽称作前导肽氨基酸得短肽称作前导肽,前导肽第前导肽第1010,1111位就是位就是两个连续得色氨酸。两个连续得色氨酸。衰减子结构衰减子结构 (attenuator)核糖体核糖体新生肽链新生肽链mRNADNA1234UUUU 3 1、当色氨酸浓度高时、当色氨酸浓度高时 trp 密码子密码子转录衰减机制转录衰减机制:512345核糖体核糖体2、当色氨酸浓度低时、当色氨酸浓度低时(二二)翻译水平得调控翻译水平得调控 1 1、SDSD序列对翻译得影响序列对翻译得影响1 1、SDSD序列得定义序列得定义:SDSD序列就是位于序列就是位于mRNAmRNA起始密码起始密码子子AUGAUG上游由上游由3-93-9碱基组成得一段核苷酸序列碱基组成得一段核苷酸序列,她就她就是核糖体结合得位点。是核糖体结合得位点。2 2、SDSD序列得顺序及位置对翻译得影响序列得顺序及位置对翻译得影响 SDSD序列得存在与否就是序列得存在与否就是mRNAmRNA在细胞中翻译得决在细胞中翻译得决定因素定因素 SDSD序列得位置就是影响翻译效率得重要因素序列得位置就是影响翻译效率得重要因素 2 2、隐蔽、隐蔽SDSD序列对翻译得影响序列对翻译得影响 如如SDSD序列处于序列处于mRNAmRNA得二级结构中得二级结构中,核糖体不核糖体不能与之结合能与之结合,只有打破这种结构只有打破这种结构,核糖体才能结合。核糖体才能结合。2 2、mRNAmRNA寿命对翻译得得调控作用寿命对翻译得得调控作用不同得不同得mRNAmRNA有不同得降解速度有不同得降解速度1、降解降解mRNAmRNA得外切酶主要就是得外切酶主要就是33外切核酸酶外切核酸酶 mRNA mRNA 分子末端得二级结构能阻止分子末端得二级结构能阻止33外切酶外切酶进攻进攻,凡降解终止子发夹结构得突变都造成凡降解终止子发夹结构得突变都造成mRNAmRNA稳定性降低稳定性降低,终止子除转录终止功能外终止子除转录终止功能外,还决定还决定mRNAmRNA得稳定性。得稳定性。2 2、降解、降解mRNAmRNA得内切酶主要就是得内切酶主要就是RNaseRNase 发挥作用需要一定得二级结构特征发挥作用需要一定得二级结构特征,如如RNaseRNase对对 整合酶基因整合酶基因(intint)得得mRNAmRNA降解时就需要转录终止子降解时就需要转录终止子序列所形成得发夹结构上又增添一个发夹结构序列所形成得发夹结构上又增添一个发夹结构,这个这个附加得发夹结构恰好构成了附加得发夹结构恰好构成了RNaseRNase得识别位点和得识别位点和切割位点。切割位点。