原核生物基因表达的调控启动子教学提纲

第六章基因的调控1：原核生物基因表达调控第一节概述机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控，如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。

转录的调控主要发生在起始阶段，这样可避免浪费能量合成不必要的转录产物。

通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。

RNA的初级转录产物本身是一个受调控的靶分子，转录物作为一个整体其有效性可以受到调控，例如，它的稳定性可以决定它是否保存下来用于翻译。

此外，初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA分子的组成和功能。

在真核细胞中，还可对RNA从核到胞浆中的转运进行调控。

但是在细菌中，mRNA只要一合成，就可用于翻译。

翻译也像转录一样，在起始阶段和终止阶段进行调控。

DNA转录的起始和RNA翻译的起始路线也很相似。

在原核生物和真核生物最常见的调控是转录过程的调控。

因此本章先讨论转录调控，然后，再介绍翻译水平的调控。

为了便于理解，在介绍具体的调控过程之前，先介绍一些基本概念。

1．顺式作用组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)与顺式作用组件(通常在DNA上)相互作用而实现。

基因是编码可扩散产物的DNA序列，基因所编码的产物可以是蛋白质(大多数基因都编码蛋白质)，也可以是RNA(tRNA和rRNA)。

其最重要的特点是基因产物将从合成的场所扩散到其发挥作用的其他场所。

游离基因产物扩散至其目标场所的过程称为反式作用trans-acting)。

因此反式作用因子(trans-actingfactor)的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上。

顺式作用(cis-acting)的概念用于任一不转变为任何其他形式的DNA序列，它只在原位发挥DNA 序列的作用，它仅影响与其在物理上相连的DNA。

有时顺式调节序列最终发挥作用的分子不是DNA，而是RNA。

因此，顺式作用组件(cis-actingelement)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。

第14章原核生物基因的表达调控重点：操纵子的结构特点和功能；乳糖操纵子的正负调控；色氨酸操纵子的衰减作用。

难点：色氨酸操纵子的衰减作用。

第一节基因调控的基本定律一、基因调控水平二、基因和调控元件三、DNA结合蛋白一、基因调控水平基因表达的调控可以发生在DNA到蛋白质的任意节点上，如基因结构、转录、mRNA 加工、RNA的稳定性、翻译和翻译后修饰。

二、基因和调控元件基因：是指能转录成RNA的DNA序列。

结构基因：编码代谢、生物合成和细胞结构的蛋白质。

调节基因：产物是RNA或蛋白质，控制结构基因的表达。

其产物通常是DNA结合蛋白。

调控元件：不能转录但是能够调控基因表达的DNA序列。

三、DNA结合蛋白调控蛋白通常含有与DNA结合的结构域，一般由60-90个氨基酸组成。

在一个结构域中，只有少数氨基酸与DNA接触。

这些氨基酸（包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸）常与碱基形成氢键，或者与磷酸核糖骨架结合。

根据DNA结合结构域内的模体，可以将DNA结合分成几种类型（图16.2）。

第二节大肠杆菌的乳糖操纵子一、操纵子结构二、正负调控三、乳糖操纵子四、lac突变五、正控制一、操纵子结构原核和真核生物基因调控的主要差异在于功能相关的基因的组成。

细菌的功能相关的基因常常排列在一起，并且由同一启动子控制。

一群一起转录的细菌的结构基因（包括其启动子和控制转录的额外序列）称为操纵子。

二、正负调控转录水平上的调控主要有两种类型：负调控：gene ON 阻遏蛋白 OFF正调控：gene OFF 激活蛋白 ON诱导：活性阻遏蛋白 失活诱导因子＋非活性激活蛋白 活性阻遏：失活阻遏蛋白 活性共阻遏蛋白＋活性激活蛋白 失活三、乳糖操纵子乳糖操纵子是诱导型操纵子，当诱导物不存在时，阻遏蛋白结合到操纵序列上并阻止转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白与诱导物结合后失去活性，转录才得以进行。

四、lac突变为了鉴定乳糖操纵子各个成分的功能，Jacob和Monod做了细菌的接合实验，其中供体菌的F’因子上也带有乳糖操纵子。

第九章原核生物的基因表达调控调控第一节转录起始调控一、乳糖操纵子1961年Jacob和Monod，提出了操纵子模型。

操纵子是原核生物基因表达和调控的单元。

典型的操纵子包括一组结构基因和调节结构基因转录所需的顺式作用序列，这些序列包括启动子（promoter）、操纵基因（operator）以及其他与转录调控有关的序列。

一个操纵子的所有结构基因均由同一启动子起始转录并受到相同调控元件的调节，所以从结构上可以把它们看作一个整体。

操纵子的结构基因编码在某一特定代谢途径中起作用的酶，它们被转录成一条多顺反子mRNA，这是原核生物的典型特征。

1、乳糖操纵子的结构乳糖操纵子具有三个结构基因：lacZ编码β－半乳糖苷酶，它可将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖；lacY编码乳糖转移酶，该蛋白插入细胞膜中，将乳糖转运到细胞内；lacA编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶，该酶的作用是消除同时被乳糖转移酶转运到细胞内的硫代半乳糖苷对细胞造成的毒性。

2、乳糖操纵子的阻遏与诱导lacI编码的阻遏蛋白以四聚体的形式与操纵基因结合，关闭三个结构基因的表达。

由于阻遏蛋白偶尔会脱离操纵子基因，所以操纵子的转录并非完全关闭，仍会有本底水平的表达，细胞内会有几个分子的β－半乳糖苷酶和透性酶。

当培养基中加入乳糖后，细胞中所含的少量的透性酶，使细胞能够吸收乳糖，β－半乳糖苷酶则催化一些乳糖转化为异乳糖。

异乳糖可作为诱导物结合到阻遏蛋白上，从而引起阻遏物四聚体构象的变化，降低了阻遏蛋白与操纵基因的亲和力，导致阻遏蛋白从操纵序列上脱离下来。

RNA聚合酶迅速开始lacZYA基因的转录。

3、葡萄糖对lac操纵子表达的影响葡萄糖是细菌优先利用的糖类。

当葡萄糖和其他糖类（比如乳糖）同时存在时，细菌只利用葡萄糖而不代谢别的糖类。

因此，乳糖操纵子只有在乳糖存在，同时葡萄糖缺乏时才会高水平表达。

原因是乳糖操纵子除了受阻遏蛋白的调节，还要受到分解代谢活化子蛋白（catabolic activator protein，CAP）的调节。