第五章 基因表达调控

调控机理
operon on
Repressor (inactive ) can not bind
on the O site (trp absent)
PO
EDCB A
operon off
repressor + trp active repressor
tryptophan
Operator
第26页
C、Positive—inducible operon (多为分解酶类)
（激活蛋白） 无辅基诱导物
不加入I基因产物 加入I基因产物
（阻遏蛋白）
operon on operon off
不加入I基因产物 加入I基因产物
（激活蛋白）
operon off operon on
生物基因表达调专家讲座
Negative Positive
Neg.
Pos.
第12页
● Repressor binding on O site 阻遏蛋白
阻止转录开启
Expressor binding front p site
激活蛋白
激活转录开启
● Negative control 普通是原核生物利用调控方式，使原 核生物更加好适应外界营养条件改变。
● Positive control 普通是真核生物喜欢利用调控方式。 是一个灵活，严格，经济调控机制
正转录调 控系统
调整基因产物是激 活蛋白 （activator）。
生物基因表达调专家讲座
正控诱导调整 正控阻遏调整
效应物分子（诱导物） 存在使失去活性激活蛋 白处于活性状态；
效应物分子（辅阻遏物） 存在使有活性激活蛋白 处于非活性状态。
第15页

b. 调节蛋白识别结构模序中常含Asn，Gln， Lys或Arg，可与碱基形成氢键；
2. 调节蛋白与DNA结合motif的结构类型 a. 螺旋－转角－螺旋（Helix-Turn-Helix） 这种结构含两个α-螺旋（7－9个氨基酸) 由β-转角（20个氨基酸）连系，其中一 个螺旋为识别螺旋，通常含有许多与 DNA接触的氨基酸残基，位于大沟之中； b. 锌指（Zinc Finger） 真核生物调节蛋白常含有许多由30个氨
噬菌体λ 九. 噬菌体λ的发育调控 λ 的转录调控用级联（cascade）调控方 法，为了有序地组装噬菌体颗粒，把基 因分组分阶段表达； λ 决定溶源化或溶菌命运的调控，为了 解真核生物的发育调控提供了一种模式。
1. 溶菌（Lysis）和溶源化（Lysogeny） λ 进入细菌细胞后的两种命运： 溶菌周期（lytic cycle）：新一代噬菌体 颗粒产生并导致细胞溶解； 溶源化：噬菌体DNA在寄主染色体上整 合，并随寄主DNA复制传代的过程。
第五章 基因表达的调节 （Gene regulation） regulation）
基因表达（gene expression）：基因被转 录产生RNA，编码着蛋白质结构信息的 mRNA被翻译成蛋白质，总之，基因的 信息被转录，翻译成终产物的过程称为 基因表达。 一. 引论 a. 基因的多样性及表达的差异性 细胞在任何给定的时间内都表达的基因 只有一小部分；
肽链延长因子，细菌细胞中大量存在的蛋白 质（基因产物）之一； DNA损伤修复酶，每个细胞只有几个拷贝； 代谢途径的酶，因食物来源不同而变化数量； 一些影响细胞分化的蛋白只存在极短时间。 b. 基因表达的调节是细胞代谢平衡及维持发育 期间不同细胞的结构和功能差异的关键； c. 蛋白质（或RNA）在细胞内浓度可以在六个 水平上被调节；

26
4．转录起始的复合调控
在大肠杆菌的许多操纵子中，基因 的转录不是由单一因子调控的，而是通 过负调控因子和正调控因子进行复合调 控。典型例子：糖代谢有关的操纵子，
如lac 操纵子。
19
2.转录起始的负调控
操纵子（operon）：一个多顺反子转 录单位与其调控序列即构成操纵子。
乳糖操纵子（lactose operon,lac）
是原核生物基因转录负调控的最典型模式。
20
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区
结构基因
P OZ YA
DNA
阻遏基因I
操纵元件 启动子
CAP结合位点
第五章 基因表达的调控
( Regulation and control of gene expression )
1
概述
2
一、基因表达的概念 基因表达 ( gene expression)
生物基因组中结构基因所携带的遗 传信息，经过转录、翻译等一系列过程， 合成具有特定的生物学功能和生物学效 应的蛋白质的全过程。
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
21
仅有葡萄糖 葡萄糖耗完， 有乳糖存在
22
-10
+1
+10
+20
+30
.
.
.
.
.
5′ATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAA 3′
3′TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT 5′
要识别相当数量的启动区，需依赖数目繁多的辅助
蛋白（如б因子）完成这些功能。 启动区序列：保守序列

第五章原核生物基因表达调控一、名词解释：1. 操纵子2. 基因表达3. 看家基因4. 正调控和负调控5. 安慰诱导物6. 衰减子（弱化子）7. 魔斑8. 结构基因和调节基因9. 本底水平表达二、填空1. 操纵子的基因表达调节系统属于水平的调节,乳糖操纵子模型由和1961年提出的。

色氨酸操纵子包括和两方面的调控。

2. 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为诱导物。

能够诱导乳糖操纵子的化合物就是其中一例。

这种化合物同蛋白质结合，并使之与分离。

乳糖操纵子的体内功能性诱导物是。

3. 色氨酸是一种调节分子，被视为。

它与一种蛋白质结合形成。

通过控制起作用。

色氨酸操纵子受另一种系统------ 的调控，它涉及到第一个结构基因被转录前的转录。

4. 大肠杆菌乳糖操纵子调节基因编码的与结合，对Lac结合，对Lac表达实施负调控；与复合物结合于上游部分，对Lac表达实施正调控。

5. 操纵子中没有基因产物的是和三、选择题1. 下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物？（BDE）A. 乳糖B. 蜜二糖C. O- 硝基苯酚-β-半乳糖苷（ONPG）D. 异丙基-β-巯基-半乳糖苷E. 异乳糖2. 色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，下面哪一种调控这个系统？（B）A. 色氨酸B. 色氨酰-tRNA TrpC. 色氨酰-tRNAD. cAMPE. 以上都不正确3. 阻遏蛋白(阻抑蛋白)识别操纵子中的（ C ）A. 启动基因B. 结构基因C. 操纵基因D. 内含子E. 外显子4. 乳糖、阿拉伯糖、色氨酸等小分子物质在基因表达调控中作用的共同特点是A. 与启动子结合B. 与DNA结合影响模板活性C. 与RNA聚合酶结合影响其活性D. 与蛋白质结合影响该蛋白质结合DNAE. 与操纵基因结合5. 下面那项不属于原核生物操纵元的结构A. 启动子B. 终止子C. 操纵子D. 内含子6. 下列有关操纵子的论述哪个是错误的（）A. 操纵子是由启动基因、操纵基因与其所控制的一组功能上相关的结构基因组成的基因表达调控单位B. 操纵子不包括调节基因C. 代谢底物往往是该途径的可诱导酶的诱导物，代谢终产物往往是可阻遏酶的辅阻遏物D. 真核细胞的酶合成也存在诱导和阻遏现象，因此也是由操纵子进行调控的7. 操纵子调节系统属于哪一种水平的调节？A 复制水平的调控B 转录水平调控C 转录后加工的调控D 翻译水平的调控8. 对调节基因下述哪些论述哪些是对的（）A 是编码阻遏蛋白的结构基因B 各种操纵子的调节基因都与启动基因相毗邻C 调节基因是操纵子的组成部分D 调节基因的表达另有转移的调控区9. 以下有关阻遏蛋白的哪些是对的（）A 阻遏蛋白是调节基因表的的产物B 可诱导操纵子的阻遏蛋白具有直接与操纵子基因结合的活性，与诱导物相互作用后丧失活性C 可阻遏操纵子的阻遏蛋白没有直接与操纵子基因结合的活性，与辅阻遏物结合后才有此活性D 阻遏蛋白可与RNA聚合酶竞争同一结合部位10. 关于启动基因的下述论点哪些是错误的（）A 启动基因是RNA聚合酶识别并最县结合的一段DNA序列B 启动基因是最先被RNA聚合酶转录的DNA 序列C 启动基因是DNA上富含A-T碱基对的部分D 启动基因是引发DNA复制的特殊序列11. 下列有关降解物基因活化蛋白（CAP）的哪些论点是正确的（）A CAP-cAMP可专一地与启动基因结合，促进结构基因的转录B CAP可单独与启动子相互作用，促进转录C CAP-cAMP可与调节基因结合，控制阻遏蛋白的合成D CAP-cAMP可与RNA聚合酶竞争地结合于启动基因，从而阻碍结构基因的转录12. 与乳糖操纵子操纵基因结合的物质是（）A RNA聚合酶B DNA聚合酶C 阻遏蛋白D 反密码子四、是非题1. 葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用乳糖并启动乳糖操纵子（）2. 小分子物质如ITPG诱导乳糖操纵子表达时起负调控作用与操纵基因相结合阻抑结构基因的表达（）3. 色氨酸操纵子中含有衰减子区，其调控作用主要受Trp浓度高低影响（）4. 色氨酸操纵子（trpoperon）中含有衰减子序列（）5. cAMP在laz操纵子中起正调控作用，其浓度受环境中的葡萄糖影响，与其浓度成正比（）6. 大肠杆菌乳糖操纵子真正的诱导物不是乳糖，而是它的异构体别乳糖（）7. 操纵基因又称操纵子，如同启动基因又称启动子一样（）8. 可诱导操纵子是负责调节糖分解代谢的，可阻遏操纵子是负责调节氨基酸代谢的（）五、问答题：1. 试述乳糖操纵子的结构及负控诱导的调控机理2. 如何区别可诱导和可阻遏的基因调控。