第七章原核生物基因的表达调控课件.pptx

第七章 原核生物基因的表达调 控 主讲：陈兆贵 1 § 生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞 内的DNA(或RNA)分子中的。随着个体的发 育， DNA有序地将遗传信息，通过转录和翻 译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化 功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质 的过程，叫做基因表达(gene expression) ， 对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation或gene control)。 2 § 基因调控是现阶段分子生物学研究 的中心课题。要了解动、植物生长 发育的规律、形态结构特征和生物 学功能，就必须弄清楚基因表达调 控的时间和空间概念 3 基因表达调控在两个水平上体现 (1)转录水平上的调控(transcriptional regulation); (2)转录后水平上的调控(post-transcriptional regulation)，包括①mRNA加工成熟水平上 的调控(differential processing of RNA transcript);②翻译水平上的调控(differential translation of mRNA)。 4 § 对于原核生物，以营养状况(nutritional status)和环境因素(environmental factor) 为主要的基因表达影响因素。在真核生物尤 其是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育阶段(developmental stage)是 基因表达调控的最主要手段，而营养和环境 因素的影响力大为下降。 § 在转录水平上对基因表达调控取决于DNA的 结构、 RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他 小分子配基的相互作用。 5 第一节 大肠杆菌乳糖操纵子的正负调 控 一、 操纵子与操纵子模型 原核生物基因表达调控主要发生在转录水 平，转录调控的基本单元是操纵子。 1、操纵子的概念：根据操纵子学说，很多功能 上相关的结构基因在染色体上串连排列，由 一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。 包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序 列就称为操纵子(operon)。 6 § 2、操纵子结构 由启动子(P)、操纵基因(O)、调节基因、 结构基因所组成。 7 二、正调控与负调控 § 1、在正转录调控系统中，调节基因的产物是 激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与DNA 的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。 (1)在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活 蛋白处于活性状态，转录进行。 (2)在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使 激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。 8 2、在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻 遏蛋白(repressor)－－阻止结构基因转录。 其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转 录受阻。 (1)负控诱导系统－－阻遏蛋白不与诱导物结 合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因 不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋 白与操纵区分离，结构基因转录。 9 (2)负控阻遏系统－－阻遏蛋白与效应物结合 时，结构基因不转录。 10 调控模式 1、可诱导负调控 2、可诱导正调控 3、可阻遏负调控 4、可阻遏正调控 11 12 三、大肠杆菌乳糖操纵子的负调 控 (一)大肠杆菌的乳糖利用系统 大肠杆菌的乳糖代谢需要有β-半乳糖苷酶 (β-galactosidase)的催化 。这种酶能把乳 糖水解为半乳糖和葡萄糖 .另外有半乳糖苷透 性酶 和巯基半乳糖苷转乙酰酶。三种酶协同 作用，使得乳糖得以分解和利用。 13 项目 功 能 结构 基因 3个不同结构基因能够产生3种不同的酶. 操纵 基因 是结构基因的开关.通过对RNA聚合酶阻 抑与否来控制结构基因的转录或停止. 启动 子 是RNA聚合酶与DNA结合的部位,可识别 转录起始点. 调节 基因 能产生阻抑物.通过阻抑物与操纵基因的 结合与否来控制操纵基因的关闭和开启 乳糖操纵子的结构和功能 14 (二)乳糖操纵子的调控机制 1、没有乳糖时，具有活性的阻遏物和操纵基 因结合，转录不能进行。 2、有乳糖时，乳糖与阻遏物结合，使阻遏物 发生构象变化而失活，不能与操纵子结合， 结构基因正常转录，进而再翻译出蛋白质。 15 RNA聚合酶 R P O lacZ lacY lacA 乳糖代谢基因表达调控图解： (没有乳糖时) 阻抑物与 操纵基因 结合，结 构基因转 录受阻． 原核生物基因表达的调控 转录 信使RNA 翻译 调节基因 启动子 操纵基因 结构基因 阻抑物 16 阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变， 因而不能与操纵基因结合，使得结构