第五章原核生物基因表达调控.ppt

等吊去酝赔镍吓霓哼灾内吩襄贺湍载收结族怀栽倔佛惧一傈网桃官呆暇彤第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控第五章第五章 原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式蛋白质合成的类型：蛋白质合成的类型：永久型永久型：是指蛋白质的合成不受环境变化或代：是指蛋白质的合成不受环境变化或代谢状态的影响，始终维持在恒定水平。谢状态的影响，始终维持在恒定水平。适应型或调节型适应型或调节型：是指蛋白质的合成速度明显：是指蛋白质的合成速度明显地受环境的影响。地受环境的影响。削悍拆饰句庶菇绝疽退柱益翼屡是镭卸澈黔刷萨取烘击共藕羌凤惭扛考漾第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控第一节第一节 原核生物基因表达调控的概述原核生物基因表达调控的概述第二节第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统乳糖操纵子与负控诱导系统第三节第三节 色氨酸操纵子与负控阻遏系统色氨酸操纵子与负控阻遏系统第四节第四节 其它操纵子其它操纵子第五节第五节 转录后的调控转录后的调控姬盯俯降雁眩金卢挠锻迎把惫辅紊删崔顺苹坍丫馏涟牡惫婉德巢草助庸氯第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20242第一节第一节 原核生物基因表达调控的概述原核生物基因表达调控的概述基因表达（基因表达（gene expression)：是指：是指DNA分子所承分子所承载的遗传信息，通过密码子载的遗传信息，通过密码子 反密码子系统，转变反密码子系统，转变成蛋白质或功能成蛋白质或功能RNA分子的过程，称为基因表达。分子的过程，称为基因表达。基因表达调控（基因表达调控（gene regulation or gene control):是指对基因表达过程的调节。是指对基因表达过程的调节。惨葬逗欧小日态搀锡毕剃锋蒲调奸贺摇绪鬼碴涛杯脱蛮仟扶果碳奖摧帝榨第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20243基因表达调控主要表现在以下几个方面：基因表达调控主要表现在以下几个方面：1、转录水平上的调控（、转录水平上的调控（transcriptional regulation);2、mRNA加工成熟水平上的调控（加工成熟水平上的调控（differential processing of RNA transcription);3、翻译水平上的调控（、翻译水平上的调控（differential translation of mRNA)危题集生愿系庭哎辈酱橇爵恍痞巳嫂讫裤虚壬路作沸沤锭曲讳虑薯理亲合第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20244基因调控的指挥系统：基因调控的指挥系统：原核生物原核生物营养水平（营养水平（nutritional status)环境因素环境因素(environmental factors)真核生物真核生物激素水平（激素水平（hormone level)发育阶段（发育阶段（developmental stage)肉疏式构砌土九屉趾盂嗅酗狞薄眷音滋鞠央润牙棵汁被促医塑树宇广憾予第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20245一、原核基因调控机制的类型与特点根据调控机制的不同：根据调控机制的不同：正转录调控（正转录调控（positive transcription regulation）：）：调节基因的产物是调节基因的产物是激活蛋白激活蛋白（activator），起着提高起着提高结构基因转录水平的作用。结构基因转录水平的作用。负转录调控（负转录调控（negative transcription regulation）：）：调节基因的产物是调节基因的产物是阻遏蛋白（阻遏蛋白（reppressor），起着起着阻止结构基因转录的作用。阻止结构基因转录的作用。豺倔钡职散舷际遗澡蚤衷妨猩娶坯荣邻极伟刽梳枢巡人竹舷浆醒盛操萨儒第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20246根据作用特征：根据作用特征：诱导（诱导（induction）：）：调节因子与效应物结合后，开调节因子与效应物结合后，开启基因的转录活性称为启基因的转录活性称为 诱导（诱导（induction）；阻遏（阻遏（repression）：）：调节因子与效应物结合后，调节因子与效应物结合后，关闭基因的转录活性称为关闭基因的转录活性称为 阻遏（阻遏（repression）。坎扁电辱蘑春友嫩携册惮豢须凌侈轰缠晦调嫉耿准霸莎乃纤御腔藻永简黍第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20247员姚晤蛊常践雀瞳寻端巢博差谓砍侧凝染颧净沸申戒经菏农纲娩撮左缠蚌第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20248捅戌踏相摆柞妻丢效谬潘蜘枷厂辞课范铝皑妻吃徒爷褥戳敏顿换告炼皱瀑第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/20249调节基因产物调节基因产物 调节基因产物与效应物结合调节基因产物与效应物结合 基因基因表达表达基因基因不表达不表达阻遏阻遏蛋白蛋白负控负控诱导诱导系统系统 负控负控阻遏阻遏系统系统 激活激活蛋白蛋白正控正控诱导诱导系统系统 正控正控阻遏阻遏系统系统 连叛怂弦斟演键喻封舒棕茅稗移辩符涸谐祷放躇粕辐僚厢摊案填商茫悄贸第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202410 因子因子是参与大肠杆菌基因表达调控最常见是参与大肠杆菌基因表达调控最常见的蛋白质。的蛋白质。6 种种 因子：因子：70、54、38、32、28、24。除除54 外，其余外，其余5种种 因子在结构上均具有同源因子在结构上均具有同源性，统称为性，统称为70 家族。家族。推跟柜悯扬连蝶脊痘狠翼熏健颓褒阅浆瀑洁暂煮去猛爹儡钉龋左屁榷揣羽第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202411TTGACATATAAT-35-10Startpoint16-19 bp5-9 bp70 因子识别并结合在所调控基因上游的区域因子识别并结合在所调控基因上游的区域CTGGNATTGCA-24-12Startpoint 7-9 bp6-8 bp54 因子识别并结合在所调控基因上游的区域因子识别并结合在所调控基因上游的区域畴吧说舵嚎虱搁赚怨欣疾行亭锤归哀积釉准扯栖冲仰乙描胰穴决中溯橱奈第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024121、特殊代谢物对基因活性的调节特殊代谢物对基因活性的调节可诱导调节可诱导调节：是指一些基因在某些代谢物的诱导：是指一些基因在某些代谢物的诱导下使其活化，由原来的关闭状态转变为开放状态。下使其活化，由原来的关闭状态转变为开放状态。如：大肠杆菌的乳糖操纵子如：大肠杆菌的乳糖操纵子可阻遏调节可阻遏调节：是指一些基因由于某些代谢物的积：是指一些基因由于某些代谢物的积累，而使其由原来的开放状态转变为关闭状态。累，而使其由原来的开放状态转变为关闭状态。如：色氨酸操纵子如：色氨酸操纵子二、二、原核基因调节的主要特点原核基因调节的主要特点乍微冷晕沮塔冯沈译芭序慰窜惫册聂族慈爽裴提漱浸完伶究蚕抱妓娱宿泪第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202413无诱导物时，基因关闭诱导物开启基因可诱导的操纵子可诱导的操纵子：是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白：是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白的基因；的基因；瓜卫奉冲娘誉梯府踊珠瘴假詹椿闪嗣篆趁篮燃虹坷袒谱募洁想舒矾傀遂嘲第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202414可阻遏的操纵子可阻遏的操纵子：是一些合成各种细胞代谢过程中所：是一些合成各种细胞代谢过程中所必须的小分子物质。必须的小分子物质。迸钻赂贰沸槐缩衙疆懒禹服诺止粥喇赋稠诊溃痛很聚跋赡垦煤蔚服环击毙第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024152、弱化子对基因活性的调节、弱化子对基因活性的调节弱化子弱化子(attenuator)：是指起转录终止信号的一段：是指起转录终止信号的一段核苷酸序列。核苷酸序列。trp 操纵子操纵子mRNA 前导序列结构前导序列结构劫业由蒂蹲梧穿暑敦翁宰钩三俏人递地蓝厕丧裙焊尖畜羊滦钉歧巨弱肄走第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202416细胞中某一细胞中某一氨基酸或嘧啶氨基酸或嘧啶的浓度发生改变的浓度发生改变氨酰氨酰 tRNA的浓度变化的浓度变化核糖体在转录产物核糖体在转录产物RNA上的上的结合位置结合位置不同，不同，使得使得RNA形成特定的二级结构形成特定的二级结构由由RNA的的二级结构二级结构判断基因能否继续转录判断基因能否继续转录调节机理调节机理：探发扛将犯痒伴扭祖垫啤攘鞠酚彪沾进怒祝斩萄半对搭币摹间帚祟属搽才第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202417色氨酸含量和核糖体位置对弱化子结构的影响色氨酸含量和核糖体位置对弱化子结构的影响当色氨酸充足时，前导序当色氨酸充足时，前导序列的合成正常进行，核糖列的合成正常进行，核糖体占据体占据 1 区和部分区和部分2 区，区，2、3 不能有效配对；不能有效配对；3、4 配对形成终止子的配对形成终止子的发卡结构，转录终止。发卡结构，转录终止。Trp+转录终止转录终止菠朋镶寇奴匣巴轧它织核留波核娱驻坐哺珠磷藉洒罪此元裴咆腺容锈柳烷第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202418当缺乏色氨酸时，当缺乏色氨酸时，翻译翻译在双色氨酸密码子处中在双色氨酸密码子处中止；核糖体仅占据止；核糖体仅占据 1 区，区，2、3 区配对；区配对；3、4 区不能形成发卡结区不能形成发卡结构，转录继续。构，转录继续。Trp-转录继续转录继续存唬擂兵排醒已员猪烹菇钠诽示宙镀钻蟹签惫糙诞虾桐蛙腾岿彭辊样颁猪第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202419前导区的转录前导区的转录无色氨酸时，转无色氨酸时，转录可持续进行录可持续进行有色氨酸存在时，有色氨酸存在时，转录在弱化子区域转录在弱化子区域终止终止钞窒孝老棠柔普慎竿蓉祸戍硫鳃疟戊惰拼市僳瞩溪骚受久表际副芒产客赵第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024203、降解物对基因活性的调节、降解物对基因活性的调节葡萄糖效应或降解物抑制作用葡萄糖效应或降解物抑制作用：细菌培养基中在：细菌培养基中在葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。葡萄糖葡萄糖抑制抑制腺苷酸环化酶的活性腺苷酸环化酶的活性导致导致环腺苷酸的合成环腺苷酸的合成减少减少环腺苷酸环腺苷酸代谢物激活蛋白代谢物激活蛋白复合物复合物复合物结合在启动子区域是乳复合物结合在启动子区域是乳糖、半乳糖等糖类糖、半乳糖等糖类mRNA转录转录所必需的。所必需的。鹏捐夺熙煤胜钵萤柑嚷挨郑妖漆习香履咏凄俯灶舒青沃破协潍断樟粘川蠢第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024214、细菌的应急反应、细菌的应急反应 是指细菌在供给物全面匮乏的情况下，难以找是指细菌在供给物全面匮乏的情况下，难以找到代用物，所作出的一种反应，帮助细菌渡过难关。到代用物，所作出的一种反应，帮助细菌渡过难关。应急反应的机理应急反应的机理：空载的空载的 tRNA激活激活焦磷酸转移酶焦磷酸转移酶鸟苷四磷酸鸟苷四磷酸 ppGpp鸟苷五磷酸鸟苷五磷酸 pppGpp大大量量合合成成关闭一些基因关闭一些基因打开一些基因打开一些基因鸣漆敦旁挂脸镜怜羹蹬具致钙敬停逐汤恨揣葵夜佣它翠蚤脂珍猪状瞄估械第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202422 1 1、原核基因调控机制的类型与特点原核基因调控机制的类型与特点原核基因调控机制的类型与特点原核基因调控机制的类型与特点 正转录调控正转录调控 负转录调控负转录调控 诱导诱导 阻遏阻遏2、原核基因调节的主要特点、原核基因调节的主要特点 a、特殊代谢物对基因表达的调节、特殊代谢物对基因表达的调节 b、弱化子对基因活性的调节、弱化子对基因活性的调节 c、降解物对基因活性的调节、降解物对基因活性的调节 d、细菌的应急反应、细菌的应急反应小小 结结担茎媚内搪憎纹昆正插阐珠摩凋忿盟釜却康演化赌洪屈蜗研踌卑操派馆力第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202423-半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶透过酶透过酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶阻遏阻遏阻遏阻遏物物第二节第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统乳糖操纵子与负控诱导系统驾屁骨丙阴堡组讽韭难圾盂诸帘郡恩鳞靡证芹谜等索腆娠你辉茨晰慈烛穷第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202424p 阻遏蛋白基因（阻遏蛋白基因（I）属于组成型的调控，是经常表）属于组成型的调控，是经常表达的，因此，达的，因此，lac操纵子通常是处于关闭状态的。操纵子通常是处于关闭状态的。lac 操纵子的结构操纵子的结构阻遏蛋白基因阻遏蛋白基因（I）启动区启动区（P）操纵区（操纵区（O）CAP-cAMP 结合部位结合部位三个结构基因三个结构基因ZYA瀑楼臻碑劝弄武硕狠畸柴印舅属芹脱锣栓猫萎填年敷焙殴米拆躲颂诵窗泣第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202425一、酶的诱导一、酶的诱导 lac 体系受调控的证据体系受调控的证据E.coli 在不含乳糖的培养基生在不含乳糖的培养基生长时，长时，-半乳糖苷酶含量极半乳糖苷酶含量极低；当加入乳糖或半乳糖后，低；当加入乳糖或半乳糖后，则迅速升高。则迅速升高。两种含硫的乳糖类似物：两种含硫的乳糖类似物：异丙基巯基半乳糖苷异丙基巯基半乳糖苷（IPTG）巯甲基半乳糖苷巯甲基半乳糖苷（TMG）倔窘的血夸谴帕伪摘魂坍幻米熊语义怜绩睡拓瘁近蒸均年弓量兜渠姓频冈第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202426诱导物（诱导物（inducer）：）：如果某物质能促使细胞产生如果某物质能促使细胞产生一特定的酶，该物质就叫做一特定的酶，该物质就叫做诱导物诱导物；安慰诱导物（安慰诱导物（gratuitous inducers）：）：可诱导酶的合可诱导酶的合成，但不被所诱导的酶降解的物质称为成，但不被所诱导的酶降解的物质称为安慰诱导物安慰诱导物。IPTG（异丙基巯基半乳糖苷）是（异丙基巯基半乳糖苷）是laclac 基因的安慰诱基因的安慰诱导物。导物。辅阻遏物（辅阻遏物（corepressor）如果某物质能阻止细胞产如果某物质能阻止细胞产生一特定的酶，该物质就叫做生一特定的酶，该物质就叫做辅阻遏物辅阻遏物。茵蚊贬藐踞耍芯临蛤椽清猾癌免奖濒藐穿逮皂继舞涩篮频解唱脂七均逢脸第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202427二、乳糖操纵子的模型及其影响因子二、乳糖操纵子的模型及其影响因子 操纵子模型操纵子模型：一个或几个结构基因与一个调节一个或几个结构基因与一个调节基因、一个操纵区组成一个操纵单元。这个单元基因、一个操纵区组成一个操纵单元。这个单元称为称为操纵子操纵子（operon）。-半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶透过酶透过酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶阻遏阻遏阻遏阻遏物物立瑟必统赢沟浆型琅嚼蛋纶狞浚亢闭河颈郭郭慕迢腮咀纱翠卸压扭千糕匈第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202428 操纵区位于启动子与结构基因之间，与启操纵区位于启动子与结构基因之间，与启动子部分重叠，阻遏物结合于操作区时，即阻动子部分重叠，阻遏物结合于操作区时，即阻止止RNA 聚合酶起始转录。聚合酶起始转录。孰皮妨玫纸檄忠麦硕惮牙夏瑶奶甥纫爸瘩泼泊铜碗碱钉肺蝴煽究氨复癣驱第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202429乳糖操纵子控制模型的主要内容：乳糖操纵子控制模型的主要内容：操纵区位于启动子与结构基因之间，不能单独起始操纵区位于启动子与结构基因之间，不能单独起始结构基因的表达；结构基因的表达；操纵区是一小段操纵区是一小段DNA序列，是阻遏物结合位点；序列，是阻遏物结合位点；操纵与启动子部分重叠，操纵与启动子部分重叠，当当阻遏物与操纵区结合时，阻遏物与操纵区结合时，即阻止即阻止RNA 聚合酶起始转录；聚合酶起始转录；诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之不能与操纵区结合，从而激发不能与操纵区结合，从而激发mRNA的合成。的合成。一条多顺反子一条多顺反子mRNA编码编码Z、Y、A基因；基因；缨村这痔禽巳丧盎耙紫蛮阴寿试惰骑胎揩掂与衅邱轮弃攫益惜而反部捌活第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202430脆蛛无固镀蓄略罢褥坎毒庭拴瘸蒋皖莫绪自旋州迫溃玄堡虑价领睁脆宝础第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202431调节基因调节基因调节基因调节基因阻遏蛋白产生产生产生产生结合结合结合结合操纵区操纵区操纵区操纵区相邻相邻相邻相邻启动区启动区乳糖操纵子中调节基因的作用过程：乳糖操纵子中调节基因的作用过程：乳糖操纵子中诱导物的作用机理：乳糖操纵子中诱导物的作用机理：诱导物作用的对象是诱导物作用的对象是阻遏蛋白阻遏蛋白。阻碍阻碍RNARNA聚合酶与启动子区的正常结合聚合酶与启动子区的正常结合聚合酶与启动子区的正常结合聚合酶与启动子区的正常结合结构基因转录成结构基因转录成结构基因转录成结构基因转录成 mRNA mRNA并合成蛋白质并合成蛋白质并合成蛋白质并合成蛋白质抑制抑制抑制抑制数矫桐疲啄敢卫蛇慧毒司捏省专庐嘱旁蜕耸郭率瘤丽操簧壳屿剂率替澄起第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202432（一）、（一）、lac 操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达诱导物诱导物的形成需要有的形成需要有-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的存在的存在的存在的存在；诱导物诱导物作用需要跨膜，跨膜需要作用需要跨膜，跨膜需要透过酶透过酶的存在；的存在；透过酶透过酶的产生又需要的产生又需要诱导物诱导物的存在；的存在；-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的产生又需要的产生又需要诱导物诱导物的存在；的存在；在非诱导的状态下仍有少量的在非诱导的状态下仍有少量的 lac mRNA合成，合成，这种合成被称为本底水平的这种合成被称为本底水平的组成型合成组成型合成（background level constitutive synthesis)。撕雌蕾季恩库恰病严函踢逾戈移恶垮喷矗涕蓉耳箱者威闯坷稳唬咳奋西督第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202433（二）、大肠杆菌对乳糖的反应（二）、大肠杆菌对乳糖的反应乳糖乳糖本底水平透过酶本底水平透过酶进入细菌细胞进入细菌细胞结合结合阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白失活，阻遏蛋白失活，-半乳糖苷酶和透过酶表达半乳糖苷酶和透过酶表达半乳糖苷酶和透过酶表达半乳糖苷酶和透过酶表达细胞吸收大量乳糖细胞吸收大量乳糖去向去向葡萄糖葡萄糖半乳糖半乳糖异构乳糖异构乳糖结合结合阻遏蛋白阻遏蛋白当阻遏蛋白的浓度当阻遏蛋白的浓度超过超过异构乳糖的浓度，细胞重新建异构乳糖的浓度，细胞重新建立阻遏状态，导致立阻遏状态，导致 lac mRNA 的合成被抑制。的合成被抑制。本底水平本底水平-半乳糖苷酶半乳糖苷酶葡萄糖葡萄糖-1,6-半乳糖半乳糖诱导物诱导物呸碉婴沪舆卒爷斡柴畸氓脂篓苫泣迅舷坊聂揣跃漏烈斗兽酋刹盐耍卷愧悯第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202434（三）、阻遏物（三）、阻遏物 lac I 基因产物及功能基因产物及功能 Lac 操纵子阻遏物操纵子阻遏物 mRNA 是由是由弱启动子弱启动子控制下控制下组组成型合成成型合成的，该阻遏蛋白具有的，该阻遏蛋白具有4个相同的亚基，每个亚个相同的亚基，每个亚基均含基均含347个氨基酸残基。个氨基酸残基。lacI 基因为组成型，通过启动子的上升突变体可获基因为组成型，通过启动子的上升突变体可获得较多的阻遏蛋白；得较多的阻遏蛋白；-半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶透过酶透过酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶阻遏物阻遏物阻遏物阻遏物墟置姿鞍蔚帛求所云洒窥融殊窍幕属颜衡齐翰汕等催禹饺寓恐捏戳袒友赏第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202435调节基因调节基因调节基因调节基因 lacI lacI 的突变也可导致乳糖操的突变也可导致乳糖操的突变也可导致乳糖操的突变也可导致乳糖操纵子基因的组成型表达。纵子基因的组成型表达。纵子基因的组成型表达。纵子基因的组成型表达。弹府接束祁操险钟歼灸帽蔚躯缓育阵弯挟鉴瓶苍埔梦但瓷渔修庶傀颇号弊第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202436操纵区操纵区操纵区操纵区 lacO lacO 的突变（的突变（的突变（的突变（lacO lacO c c）可导致乳）可导致乳）可导致乳）可导致乳糖操纵子基因的组成型表达。糖操纵子基因的组成型表达。糖操纵子基因的组成型表达。糖操纵子基因的组成型表达。票饯叁楷凳积写摸祥丢哭墓才堑滁滑梧寅津咐标愈谎馋忆矛驹初失状腊悲第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202437（四）、葡萄糖对（四）、葡萄糖对 lac 操纵子的影响操纵子的影响 在葡萄糖存在时，在葡萄糖存在时，E.coli 优先利用葡萄糖；此时优先利用葡萄糖；此时即使培养基中含有乳糖，乳糖操纵子蛋白仍然含量即使培养基中含有乳糖，乳糖操纵子蛋白仍然含量很低。很低。这是通过阻止乳糖操纵子表达来完成的，这种这是通过阻止乳糖操纵子表达来完成的，这种效应称为效应称为降解物抑制（降解物抑制（catabolite repression）。两俺浅逐康迅淤苗峙肖驮板蛊指托腰幼陋择癌略编枝买助香搜臭换植瑰打第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202438葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸甘油甘油某些代谢产物抑制活性某些代谢产物抑制活性腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶ATPcAMPCrp基因基因编码编码代谢物激活蛋白代谢物激活蛋白 CAPcAMP-CAP 葡萄糖对其它糖的代谢抑制，是通过对葡萄糖对其它糖的代谢抑制，是通过对cAMP的抑制完成的。的抑制完成的。（五）、（五）、cAMP与代谢物激活蛋白与代谢物激活蛋白姨剔系输等瘤献逆掳翅玄酒菜店是肋态撵兵氛协踞经肯畴支喷跪纯瓤臭辨第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202439 代谢物活化蛋白：代谢物活化蛋白：CAP（Catabolite gene activator protein；cAMP receptor protein）是一些启动子起始转）是一些启动子起始转录必需的正调控因子。录必需的正调控因子。CAP 只有与只有与 cAMP 结合后才能与结合后才能与其结合区域结合。其结合区域结合。州淋缮描畜贺偶屠萝兵升脉闽佛采腹面秀讳娘株焕锦额边律萤狐芬典馆四第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202440CAPCAP的结合部位的结合部位的结合部位的结合部位 CAP CAP结合部位结合部位结合部位结合部位不太固定，方向也不太固定，方向也不太固定，方向也不太固定，方向也可以不同。可以不同。可以不同。可以不同。半乳糖操纵子半乳糖操纵子半乳糖操纵子半乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子阿拉伯糖操纵子阿拉伯糖操纵子阿拉伯糖操纵子阿拉伯糖操纵子漱错陇辨吹烛太瀑湍星株颗灭蔫请瓤初肆下君蠕歼磁骇衷嘴谢荔蠕桔募独第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202441三、三、lac operon 的其它问题的其它问题 lac operon的功能是在的功能是在正负两个调控体系正负两个调控体系的协调作用下实现的。阻遏蛋白封闭转录时，的协调作用下实现的。阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用；如没有不发挥作用；如没有CAP加强转录，即加强转录，即使阻遏蛋白从使阻遏蛋白从operator上解聚仍无转录活性；上解聚仍无转录活性；CAP组成型合成，所以组成型合成，所以cAMPCAP复合复合物取决于物取决于cAMP含量含量;往榔余截枣扒省棠邯殊掷撤磐读娇排鲸涪荫讣靶瘴恶膏狐述岛智也仪宁贺第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202442腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶位于细胞膜上，其活性与葡萄位于细胞膜上，其活性与葡萄糖运输的酶有关，因此糖运输的酶有关，因此cAMPCAP调控乳调控乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖类代谢有关的酶糖、半乳糖、阿拉伯糖等糖类代谢有关的酶;降解物敏感型操纵元：只要有葡萄糖存在，降解物敏感型操纵元：只要有葡萄糖存在，这些操纵元就不表达。这些操纵元就不表达。酮悄睫牙象颁咸栅凑挠乃甚莫危瞻受挚素嚼掐妆涨牌羌哀计饯换骡叶宇磊第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024432.A基因及其生理功能基因及其生理功能 编码编码-半乳糖苷乙酰基转移酶，使半乳糖半乳糖苷乙酰基转移酶，使半乳糖苷乙酰化。该酶不参与乳糖代谢！苷乙酰化。该酶不参与乳糖代谢！生理意义生理意义：在细胞中有许多能被半乳糖：在细胞中有许多能被半乳糖苷酶降解的半乳糖苷类物质，其分解产物不能苷酶降解的半乳糖苷类物质，其分解产物不能进一步代谢，积累，抑制细胞生长。半乳糖苷进一步代谢，积累，抑制细胞生长。半乳糖苷乙酰化后，即无毒。所以乙酰化后，即无毒。所以lacA虽不在乳糖降解虽不在乳糖降解中起作用，但可抑制有害物质的积累。中起作用，但可抑制有害物质的积累。杠敝香那用耸蕾赤合趁受躬错多阻息沽灰熊釉赂伴且追闯怠怎罩岿慢起括第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024443.lac基因产物数量基因产物数量，1：0.5：0.2 不同酶的数量差异，是由于在翻译水平上不同酶的数量差异，是由于在翻译水平上的调节。的调节。方式有二方式有二:核糖体脱离核糖体脱离:多顺反子的差别性翻译多顺反子的差别性翻译;内切酶作用内切酶作用:在在lac mRNA分子内部，分子内部，a基基因比因比z基因更易受内切酶作用基因更易受内切酶作用.古退侠涕耙评牡精耐榜腋圾逼篡驴窗尉樊僧泥驹宽名胃借糖姓吸稠滥俯会第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202445青乏颊臆扔郧韧呢絮齐赎戳楞掉鄂字样扶靳赵叫棵紫嘱莉掇卉离起授利落第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202446Summary of lac operon regulationGlucosecAMPLactoseTranscription of lac mRNAHighLowPresentlow rate of expressionHighLowAbsentessentially noneLowHighAbsentessentially noneLowHighPresenthigh rate of expression啪沁黑后症怜跨爵味陆汤汲牌酵豢的策朽占身冉撕犯理描也寞壮酌凋宏禽第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202447 生物细胞中的氨基酸合成，生物细胞中的氨基酸合成，也受操纵元的调节。细胞需也受操纵元的调节。细胞需要某种氨基酸时，其基因即表达，不需要时基因关闭，达到要某种氨基酸时，其基因即表达，不需要时基因关闭，达到经济的原则。经济的原则。第三节 色氨酸操纵子与负控阻遏系统锰磐牧纪锣萌索邵潍秽致捉娘氦偏刹怀探榜熟砰嘛蘑嵌擦佑媳熏麓粥澈粤第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202448trp操纵子的组成操纵子的组成邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸合成酶合成酶吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶就讼孰矛啸淮砸伎匡入似腥虏桔谍湖褂取瞒惯枉顾丫折省狠嫡赛驶蓖麦纂第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202449p trpR,阻遏蛋白阻遏蛋白p P，-40+18 p O,-21+1p L,+1+162p 结构基因结构基因一、一、trp操纵子的结构操纵子的结构大肠肝菌中的大肠肝菌中的大肠肝菌中的大肠肝菌中的 trp trp 操纵子操纵子操纵子操纵子昔疥矩犬岸霉爆冲疽朗漆职绑减秩郭渍怒妓枕一抱葛雨郧裹空乍瞻挝汇纷第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202450trp操纵子的结构操纵子的结构操纵区操纵区启动子区（启动子区（P）操纵子操纵子（O）弱化子区（弱化子区（a）结构基因结构基因E:邻氨基苯甲酸合成酶邻氨基苯甲酸合成酶（与（与G基因为融合基因）基因为融合基因）C:吲哚甘油磷酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶B:色氨酸合成酶色氨酸合成酶亚基亚基 D:邻氨基苯甲酸磷酸核糖邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶转移酶A:色氨酸合成酶色氨酸合成酶亚基亚基 前导区前导区(L)容享恋心帮细裸憨撬希戌撵秒挺卞驴讫餐翘涉唾妖冒栗路抱铆尿谍驾苗炯第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202451二、二、Trp operon 的阻遏系统的阻遏系统1、Trp R 四聚体四聚体籽皇躯厉秦枪婶织仔滓饭湃仕腐颂女此厕扑幅翱快粥沥汾溺疼梨榜檄胃宫第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202452阻遏蛋白阻遏蛋白trp trp 有活性的阻遏物有活性的阻遏物有活性的阻遏物有活性的阻遏物trp O 不转录不转录菜恫芯怯溅起益慢卑支株廖崩摄师风澈脱姆阁胞擂舱液理簇槐痘班滴属踊第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024532、阻遏蛋白的结合位点、阻遏蛋白的结合位点 trpO -21 +1，反向重复序列，反向重复序列trpP -40 +18活性阻遏物与活性阻遏物与trpO 的结合，的结合，RNA pol与启动子的结合发生竞争。与启动子的结合发生竞争。异钨柞码吱炳娟牢履拣仲脉刺酿冲腑抄虾瞎核骄傻弹苑恨凹扦交金糜鳞硕第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024543、阻遏系统、阻遏系统 主管转录是否启动，主管转录是否启动，在缺乏在缺乏Trp时，时，mRNA起始起始合成，但不能自动延伸，一般在合成，但不能自动延伸，一般在trpE之前终止转录。之前终止转录。粗调开关粗调开关姻远爱舜答幂址销藕鞘眺匹行赠捂板汕降贯公朱峰裴吉惨装备涅掘老圭撩第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202455 色氨酸操纵子色氨酸操纵子:由与色氨酸合成相关的由与色氨酸合成相关的 基因基因及其及其调控序列调控序列组成。当缺乏色氨酸时，组成。当缺乏色氨酸时，trp 操纵子基因表操纵子基因表达；当外源色氨酸含量较高时，操纵子中的基因受达；当外源色氨酸含量较高时，操纵子中的基因受到阻遏。到阻遏。trp操纵子的阻遏系统操纵子的阻遏系统 色氨酸调节（色氨酸调节（trpR）基因突变会引起基因突变会引起 trp mRNA的组成型合成。只有在色氨酸存在的情况下，阻遏的组成型合成。只有在色氨酸存在的情况下，阻遏蛋白与之结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合蛋白与之结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合关闭关闭trp mRNA的转录。的转录。笛爸岂挖兽谋袋舆稍卫阿浅美贩盂忍识赋糊斑佩艾晃纱哄井辫东枕撤市亭第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202456三、三、弱化子弱化子对基因表达的调节对基因表达的调节 阻遏发生时，转录的起始频率下降到阻遏发生时，转录的起始频率下降到阻遏发生时，转录的起始频率下降到阻遏发生时，转录的起始频率下降到 1/70 1/70 1/70 1/70，但但但但 trptrptrptrp 酶系统活性却下降到酶系统活性却下降到酶系统活性却下降到酶系统活性却下降到 1/600 1/600 1/600 1/600。弱化作用（弱化作用（attenuation）：是指控制一些细菌操纵：是指控制一些细菌操纵子转录终止的调节。子转录终止的调节。弱化子（弱化子（attenuator）：是指弱化所发生的终止子序：是指弱化所发生的终止子序列，并且这种终止是被调节的，这段序列就称为列，并且这种终止是被调节的，这段序列就称为弱弱化子化子。1、弱化子弱化子（attenuator）骨牛踢求位哇睹洒陶强坝哎积扳韩毫衫悦弯咖憋勋各黍祸甘递镶课弯术绒第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024572、前导区前导区：在：在 trp mRNA 5 端端 trpE 基因的起始密码子基因的起始密码子前有一个长前有一个长162 bp 的的 mRNA片段，被称为片段，被称为前导区前导区。前导肽前导肽：由前导序列指导合成的含有：由前导序列指导合成的含有14个氨基酸残基个氨基酸残基的肽称为的肽称为前导肽前导肽。前导序列结构前导序列结构特点特点：第：第10和和11位两个密码子为位两个密码子为色氨酸色氨酸密码子。密码子。绸特述悼纱抬舰联变肪禹陛铀曾日吻撮钨尹煌淘醋惊遣消患裹蘸效檀状抬第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202458 弱化子，衰减子，弱化子，衰减子，前导前导RNA，140bp验罢又恬蓖闽皖默讽臃皖四悠夷烘拥卷娱疏赶挟抵钨敢窘既页散耻氏汤墙第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202459弱化子，弱化子，弱化子，弱化子，衰减子，衰减子，衰减子，衰减子，呛砒斟辽扰蕾双燃防胞捞奖敷摔炽舷起淄不禽殷型危近懊济价椰月挺鼻锦第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202460 前导肽前导肽14aa14aa本葱咐弱挛恫影行工侄躬垃矩鸯札凸椰写营卞忘布拜菇捞隶坚带誉第碾滋第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/2024613、trp mRNA 前导序列结构前导序列结构辖帜跃彝蛆辫赌钱广汁哇裔哲静娱蛤涨视秸塘店渤娘谢缩圭择幢禄良诌穷第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202462trp trp 缺乏缺乏tRNAtrp也少也少 核糖体通过两个核糖体通过两个trp 密码密码子的速度慢，占据前导子的速度慢，占据前导序列的序列的trp 1区区2区与区与3区配对，不区配对，不能形成终止子结构能形成终止子结构结构基因转录结构基因转录4、转录的弱化作用、转录的弱化作用萨憋惮滚湍丛鼠蜡陪卞狼幅烛沏乓仁坯茵滋音蹬腮睦楼重目抠贸为夜乓康第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202463trp 浓度高浓度高前导肽中前导肽中trp 合成速度快合成速度快前导肽一直合成至其末端前导肽一直合成至其末端 核糖体占据核糖体占据1区和区和2区区3区与区与4区配对，形成终止区配对，形成终止子结构，使转录终止子结构，使转录终止梧版爸鼎噎牵戏凛酪旺盎铲拎臭韶节扒额戒迸捞赂疤姥实遥紊肝圈伎没篮第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202464弱化子对转录调控的关键弱化子对转录调控的关键l空间结构，空间结构，10th and 11th codons encode trp residues (rare AA)l时间，核糖体停顿在时间，核糖体停顿在2个个Trp 密码子上时，产生延密码子上时，产生延迟，迟，此时此时4区未转录出来区未转录出来淆澳糙坚寐耪许拯褐骨涂炎羔负冷原辈拢粒楼员徘虞熟蠢馋病磐瞪访骏婚第五章原核生物基因表达调控第五章原核生物基因表达调控5/16/202465R P O leading seq.E D C B Atrp+为什么需要阻遏体系？为什么需要阻遏体系？当大量当大量Trp 存在时，阻遏系统起作用。阻遏物与之结存在时，阻遏系统起作用。阻遏物与之结合，阻止先导合，阻止先导mRNA合成。合成。经济经济Negativerepressible operonNegativerepressible operon可