第六章 细菌的基因调控

第一节概述围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都通称为基因表达调控（gene regulation或gene control）。

几个基本概念1、顺式作用元件和反式作用因子：基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）与顺式作用元件（通常在DNA 上）相互作用而实现。

顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；同时，这种DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如启动子和终止子，都是典型的顺式作用元件。

反式作用因子是能调节与它们接触的基因的表达的各种扩散分子（通常是蛋白质），如RNA聚合酶、转录因子。

2、结构基因和调节基因:结构基因(structural gene)是编码蛋白质或RNA的基因。

细菌的结构基因一般成簇排列，多个结构基因受单一启动子共同控制，使整套基因或都表达或都不表达。

调节基因(regulator gene)是编码合成那些参与其他基因表达调控的RNA或蛋白质的特异DNA 序列。

调节基因编码的调节物质通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键。

比如：它能使结构基因在需要某种酶时就合成某种酶,不需要时,则停止合成，它对不同染色体上的结构基因有调节作用。

调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式（启动或增强基因表达活性）调节靶基因，也能以负调控的方式（关闭或降低基因表达活性）调节靶基因。

DNA位点通常位于受调节基因的上游，但也有例外.3、操纵基因和阻遏蛋白操纵基因(operator)是操纵子中的控制基因，在操纵子上一般与启动子相邻，通常处于开放状态，使RNA聚合酶能够通过并作用于启动子启动转录。

但当它与调节基因所编码的阻遏蛋白结合时，就从开放状态逐渐转变为关闭状态，使转录过程不能发生。

阻遏蛋白(aporepressor)是负调控系统中由调节基因编码的调节蛋白，它本身或与辅阻遏物(corepressor)一起结合于操纵基因，阻遏操纵子结构基因的转录。

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第七章原核生物的基因调控思考题答案一、填空题1. 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为春基_诱导物•能够诱导乳糖操纵子的化合物IPTG 就是其中一例.这种化合物同塑遏_蛋白质结合.并使之与操纵基因分离。

乳糖操纵子的体内功能性诱导物是异乳糖.2O色氨酸是一种调节分子，被视为辅阻遏物。

它与一种蛋白质结合形成全阻遏物；乳糖操纵子和色氨酸操纵子是两个控制的例子.cAMP-cAP蛋白通过正控制起作用。

色氨酸操纵子受另一种系统弱化作用的调控.它涉及到第一个结构基因被转录前的转录竺止作用。

二、选择题(单选或多选)1o标出以下所有正确表述：(C )(a) 转录是以半保留方式获得序列相同的两条DNA链的过程(b) 依赖DNA的DNA聚合酶是多亚基酶，它负责DNA的转录(c) 细菌的转录物(mBNA)是多基因的(d) 。

因子指导真核生物hnRNA的转录后加工，最后形成mRNA(e) 促旋酶在模板链产生缺口，决定转录的起始和终止2. 下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物？ ( (c) (d))(a)乳糖(b) 0—硝基苯酚一B -半乳糖昔(0NPG)(c) 异丙基既基半乳糖昔(d) 异乳糖3. 氨酸操纵子的调控作用是受两个相互独立的系统控制的，其中一个需要前导肽的翻译，下面哪一个调控这个系统？( (b))(a) 色氨酸(b) 色氨酰一tRNA Trp(c) 色氨酰—tRNA(d) cAMP(e)以上都不是三、判断题1. 下面哪些说法是正确的？(a) LacA的突变体是半乳糖昔透性酶的缺陷(b) 在非诱导的情况下，每个细胞大约有4分子的p—半乳糖昔酶(c) 乳糖是一种安慰诱导物(d) RNA聚合酶同操纵因子结合(e)多顺反子mRNA是协同调节的原因(f) Lac阻遏物是一种由4个相同的亚基组成的四聚体(g) 腺昔酸环化酶将cAMP降解成AMP(h) CAP和CRP蛋白是相同的(i) —35和一10序列对于RNA聚合酶识别启动子都是很重要的(j)色氨酸的合成受基因表达、阻遏、弱化作用和反馈抑制的控制(k) Trp的引导mRNA能够同时形成三个“茎一环”结构(l)在转录终止子柄部的A-T碱基对可以增强结构的稳定性(m)真核生物和原核生物的转录和翻译都是偶联的(n)在色氨酸浓度的控制下,核糖体停泊在Trp引导区一串色氨酸密码，但并不与之脱离(o) Ara c蛋白既可作为激活蛋白，又可作为阻遏蛋白起作用(p) Ara c的表达不受调控正确：b, e, f, h, i, j, n, o四、简答题1.为什么只有DNA双螺旋中的一条链能被正常的转录？答：如果两条链都被转录，每个基因就能编码两个不同的多肽。

细菌生长调控中的基因表达调控机制细菌是一种广泛存在于自然界中的微生物，其中一些细菌可以引起人类和动植物的多种疾病。

在细菌的生长过程中，基因表达调控机制起着至关重要的作用，它可以控制细菌细胞的生理功能和代谢过程，使其适应不同的生存环境。

本文将重点讨论细菌生长调控中的基因表达调控机制。

一、概述基因表达是指基因从DNA中转录成RNA，再由RNA翻译出来的蛋白质的过程。

基因表达调控机制是指通过一系列分子信号、调控因子和机械途径来影响基因表达的过程，以适应外部环境的要求，并使细胞生长、分化和发育等过程正常进行。

在细菌的基因表达调控中，主要涉及到转录调控、翻译调控和RNA稳定性调控等多个方面。

二、转录调控机制转录调控是指通过控制RNA聚合酶（RNAP）和转录因子（TF）的结合来调控基因转录的过程。

在细菌中，转录因子可以采用正向调控或负向调控的方式，来影响基因的转录水平。

正向调控是指转录因子结合在DNA序列上促进基因转录，而负向调控则是指转录因子结合在DNA上阻碍RNAP的结合和基因转录。

另外，细菌中还存在着全局调节基因，如cAMP受体蛋白（CRP）和RNA聚合酶结合蛋白（RBP），它们可以通过调控整个基因组的转录水平，使细菌适应不同的环境变化。

例如，当细菌处于低氧环境下时，会激活全局调节基因fnr，从而促进某些基因的转录，同时抑制其他基因的转录，以适应这种环境。

三、翻译调控机制除了转录调控，翻译调控也是一种重要的细菌基因表达调控方式。

翻译调控可以通过控制RNA结构、依赖FMRP的转录水平和转录后修饰等多种方式来影响基因的翻译水平。

RNA结构：一些RNA序列在特定条件下可以产生结构变化，这些结构变化可以影响转录复合物、转录因子的结合和翻译起始的位置等，从而影响基因的翻译水平。

例如，在低温条件下，一些RNA会形成“结”状结构，从而促进基因的翻译，以维持正常的生长和代谢。

FMRP依赖性调控：FMRP是一种含有KH结构域和RGG区域的RNA调控蛋白质，可以通过结合和调控特定的RNA，来控制基因的翻译水平。

微生物学中的基因调控微生物是指单细胞或多细胞微小生物，包括细菌、真菌、原生生物和病毒等。

它们占据了地球上大量的生命空间，同时在生态循环、生产和医学等方面也有着重要的作用。

微生物的生命过程由内部的遗传信息控制，而基因调控是重要的调节机制之一。

本文将介绍微生物基因调控的基本原理、方法以及应用。

一、基本原理基因是控制生物体性状和遗传信息传递的基本单位，基因调控是指对基因表达的调节。

基因的表达受到多个因素的影响，包括细胞外环境、细胞内信号传递和其它基因调控因素等。

微生物中基因调控机制分为转录水平和翻译水平两个层次。

转录水平的基因调控，主要是通过转录因子控制基因的转录率，从而间接地控制蛋白质的表达量。

微生物中广泛应用的基因调控元件有启动子、转录因子结合位点、转录终止子等。

例如大肠杆菌，一类调控转录因子的集合体被称为激活子（activator），另一类则被称作重慢唤醒子（repressor），它们通过与DNA特定序列的结合来调节转录起始复合物的组装。

翻译水平的基因调控，则是通过转录后的RNA的不同处理或其它机制来影响蛋白质的表达。

这些机制包括RNA剪接、RNA 修饰、转录后调控区域（UTRs）的作用等。

例如细菌中一个小的启动子RNA（sRNA）称为毒素-抗毒素（toxin-antitoxin）系统，可通过RNA相互作用和调控抑制蛋白质的合成从而控制微生物生长和存活。

二、基本方法微生物基因调控的研究方法主要包括生物学实验和计算模拟两个方面。

1. 生物实验常见的实验方法包括：（1）构建质粒和表达体系。

用于实现多种功能基因的表达和响应调控信号，构建目的基因和调控元件的合成启动子、带有启动子和转录因子等。

（2）挖掘新型调控元件。

通过比较基因组、转录组和蛋白质组等手段，并利用多种模型分析等技术，来鉴定并验证新的调控元件等。

（3）分子生物学检测。

包括基因克隆、蛋白质表达纯化和定量、PCR检测等，以验证微生物基因表达量和调控状态。

细菌耐药性的基因调控机制研究细菌耐药性一直是医学界和科研界的头疼问题。

细菌通过基因变异和水平转移等机制来形成耐药性，使得常规的抗生素在治疗感染病例时存在抵抗性。

针对细菌耐药性这一问题，科研人员开展了大量的基因调控机制研究，希望能够揭示细菌耐药性的形成机制，以便寻找到有效的治疗方案。

细菌基因调控机制是指调控基因表达的一系列过程，包括转录、翻译和调节等环节。

这些过程中，一些特殊的基因序列扮演着重要的作用，比如启动子、结构基序和调控因子等。

这些基因序列和因子的作用机制与细菌耐药性的形成密切相关。

首先，我们来讨论一下启动子的作用机制。

在细菌基因中，启动子通常位于转录起始点上游，它是一段较短的DNA序列，能够吸引RNA聚合酶等转录因子的结合。

启动子的区域非常重要，因为它决定了DNA序列是否会被转录成RNA。

同时，在启动子区域中，存在着一些结构基序，比如启动子序列和结构域等，它们能够与RNA聚合酶等转录因子相互作用，从而调控转录的启动速率。

根据相关研究发现，一些耐药性相关基因的启动子区域与其它序列比较不同。

例如，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）中存在着mecA基因，是产生耐甲氧西林抗性的关键基因。

其启动子位于mecI基因的上游区域，同时包含着多个反应性元件（repressor element），这些元件能够在有甲氧西林存在时，和mecI基因产物结合成复合物，从而阻碍mecA基因的转录。

因此，其转录活性的抑制与基因的启动子序列和反应性元件密切相关。

其次，我们来分析一下结构基序的作用机制。

结构基序是一些特殊的DNA片段，通常由一些高度保守的DNA序列重复组合而成。

结构基序在细菌中有着广泛的作用，能够调节基因的表达。

针对细菌耐药性的研究中，结构基序通常存在于抗生素的靶位点，以及重要的调节元件上。

以β-内酰胺类抗生素为例。

β-内酰胺酶是一类催化β-内酰胺类抗生素水解的酶。

研究发现，许多β-内酰胺酶突变位点与结构基序有关。

细菌的遗传调控机制研究细菌是一类单细胞微生物，其数量不计其数，广泛存在于自然界中各种环境中。

每个细菌细胞都有其自身特有的代谢和生存能力。

细菌的代谢和生存能力是由其基因表达调控所决定的。

细菌的遗传调控机制是指负责控制细菌基因表达的生物学机制。

了解细菌的遗传调控机制对于理解细菌的生存、生长、分化以及代谢等方面的生物学过程具有重要意义。

细菌的基因组结构在了解细菌的遗传调控机制之前，我们需要了解细菌的基因组结构。

细菌的基因组通常是由单环的DNA分子组成的，该分子通常被包含在一个细胞结构中。

与真核生物不同，细菌的基因组大小和复杂性要小得多，它通常由数百万个碱基对（bp）组成。

细菌的基因组大多数情况下位于细胞核区或叫核质中。

细菌的基因组通常包含大量反映其生物学适应性和适应性的基因，如代谢、转运、感应、感应等。

同时，细菌的基因组中还存在一些它们自身所需要的信息，如重复序列、转座子、质粒等基因。

细菌的转录和翻译细菌是通过转录和翻译来表达基因，并将其转化为蛋白质，从而实现其生存和繁衍的。

细菌的基因转录由RNA聚合酶（RNAP）负责，它将DNA转录成RNA。

每一种细菌中至少存在一种RNAP，可以产生不同种类的RNA分子，包括mRNA、rRNA和tRNA。

mRNA是最广泛的RNA，其主要功能是作为基因表达中的信息转录到蛋白质上，rRNA则组成核糖体，tRNA主要作用是将氨基酸从细胞质通过氨基酸载体转运到根据其密码子匹配到的mRNA中，并将其嵌入于蛋白质合成的过程中。

细菌的转录调控细菌的基因转录是由一种特定的化合物或细胞外环境刺激引起的，即具有感觉和适应性。

细菌中常见的调控机制包括启动子元件（促进转录），阻止转录，mRNA稳定性的控制以及基因产物的修饰和降解等。

这些机制可以控制细菌是否表达给定的基因，以及在什么时候、以什么方式表达这些基因。

细菌的启动子是一段特异的双链DNA序列，其控制着细菌在特定条件下是否开始转录，如在高温下、缺氧或低pH等条件下对基因进行启动的可能性。

细菌的遗传演化和基因表达调节机制从科学角度来看，细菌是一种具有高度适应性的生物，它们可以在不同环境下存活并繁殖。

这种适应性的来源在于细菌的遗传演化和基因表达调节机制。

想要深入了解这一话题，我们需要先了解细菌的基本概念。

细菌是一种原核生物，即不具备真核生物的核膜和细胞器，其基因组以环形DNA分子的方式存在于细胞质中。

与真核生物相比，细菌的基因组非常紧凑，一个细菌细胞中的基因数目通常为数百个到几千个不等，而真核生物的基因数目可能达到数万个。

这种紧凑的基因组结构为细菌提供了适应各种环境变化的优势。

细菌的遗传演化机制细菌的遗传演化主要包括基因突变、重组和水平基因转移。

基因突变是指基因序列的改变，这种改变可能发生在DNA复制过程中，也可能由外部环境因素引起。

细菌的繁殖速度非常快，其复制速度可以达到每20分钟分裂一次，因此细菌群体的基因突变在短时间内积累起来，从而形成了细菌的遗传多样性。

重组是指细菌的DNA序列通过横向基因转移来进行重组。

细菌可以通过生殖和代谢的过程来直接交换基因信息，这种基因转移方式被称为“共轭转移”。

细菌还可以通过外源DNA的摄取和吸收来进行基因重组，这种机制称为“转化”。

此外，细菌还可以通过病毒感染来进行基因重组，这种机制被称为“转导”。

水平基因转移是细菌遗传演化的另一种重要机制。

在这种机制下，细菌可以将基因序列和其他细胞之间的短片段DNA直接传递，这种传递方式称为“转座子移动”。

转座子是一个可以自主移动到基因组的不同位置的DNA序列，它可以在不同细菌中进行传递。

转座子移动不受制于细菌中的限制酶，也不受限制于基因重组的限制位点，因此它在水平基因转移中的作用非常重要。

基因表达调节机制除了基因组学上的适应性之外，细菌还拥有一种基因表达调节机制，这种机制使得细菌可以在不同的环境中通过启动或关闭不同的基因而产生不同的表型。

这种机制可以使得细菌在特定环境下更加适应，并且发挥更好的生存竞争能力。

细菌基因表达的调节主要是通过转录调节实现的。