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微生物基因表达的调控优秀课件

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第五章 基因的表达与调控 PPT课件

第五章 基因的表达与调控 PPT课件
70
5、cAMP与代谢物激活蛋白p242
• cAMP是在腺苷酸环化酶的作用下由ATP转变而来的 ，在真核生物的激素调节过程中也起着十分重要的作 用。
• 将细菌放在含葡萄糖的培养基中培养，cAMP的浓度 就低；如果培养基中只有甘油或乳糖等不进行糖酵解 途径的碳源，cAMP的浓度就会很高。
71
72
大肠杆菌中的代谢物激活蛋白，由Crp基 因编码，能与cAMP形成复合物。
16
17
18
二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学或医学奖
19
Jacob and Monod
20
2、操纵子的定义 操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵 基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组 成。操纵基因受调节基因产物的控制。
分子所编码
47
48
② 这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于 I与O之间的启动子区（P），不能单独启动合 成β-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。
49
50
③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）， 是阻遏物的结合位点。
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RNA聚合酶结合部位
阻遏物结合部位
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操纵位点的回文序列
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组成型突变： lacOc
58
组成型突变： lacI-
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不可诱导突变（超阻遏）：
60
四、影响因子240 1、lac操纵子的本底水平表达 有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的： ①诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运
诱导物需要透过酶，后者的合成也需要诱导。 解释：一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？
• 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物） 结合时，结构基因转录；

微生物的基因表达调控

微生物的基因表达调控

GAL81 (16)
49
小
• 基因表达调控背景 • 微生物酶活性的调节
结
• 基因表达的诱导和阻遏* • 微生物基因表达调控的基本方式*＃ • 酵母菌基因表达的调控
50
思考题
1. 微生物基因表达调控的基本方式有哪些？
51
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第四节 酵母菌基因表达的调控
45
一. 真核生物基因表达调控的特点 1. 表达调控的环节多 2. 转录与翻译不偶联 3. 基因的转录与染色质的结构变化相关 4. 表达以正调控为主
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真核生物转录水平的调控 顺式作用元件、反式作用因子 顺式作用元件 反式作用因子
RNA聚合 RNA聚合 酶II 结构基因 终止子 沉默子 mRNA
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二. 酶的阻遏
阻遏（repression） 多见于合成代谢 当培养基或环境中存在某种营养物质时，催化 该物质合成的酶类不合成。 如精氨酸合成酶，精氨酸为辅阻遏物
13
三. 效应物
诱导物、辅阻遏物
总蛋白 细胞数 β-半乳糖苷酶 细胞数
总蛋白
精氨酸合成酶 添加精氨酸 添加乳糖 或 IPTG
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第三节 微生物基因表达调控的 基本方式
——由阻遏蛋白参与的基因转录调控作用 阻遏蛋白 (repressive protein)：与操纵位点结合后 protein) 能减弱或阻止所调控基因转录的调控蛋白。 如：乳糖操纵子阻遏蛋白的负调控
23
24
1. 乳糖不存在时，阻遏蛋白I 结合在O上，阻碍转录起始
25
2. 乳糖存在时，阻遏蛋白I 从 O解离，转录起始
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第一节 微生物酶活性的调节
5
一. 反馈抑制（Feedback inhibition ）

微生物基因表达的调控PPT课件

微生物基因表达的调控PPT课件
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基因表达的时间性及空间性
(temporal and spatial specificity)
• 时间特异性(temporal specificity)
• 某一基因的表达严格按特定的时间顺序 发生
• Hb (hemoglobin)
• α珠蛋白基因簇：ζ（胚胎型） 、 α • β珠蛋白基因簇：ε（胚胎型）、 γ（胎儿
条件4: 高葡萄糖 低cAMP 高乳糖
O
Lac 阻遏蛋白不封闭转录时, 没有CAP存在,也无高效转录活性。
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• 协调调节(coordinate regulation) • 负性调节与正性调节协调合作
• 阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用 • 如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从P上
第9页/共60页
• 基因表达的调控方式:
阻遏
负调控:调控蛋白+DNA序列
基因的表达
(相应蛋白质降低)
促进
正调控:调控蛋白+DNA序列
基因的表达
(相应蛋白质增加)
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基因表达调控的生物学意义 五、基因表达调控的基本原理
适应环境、维持生长和增殖
维持个体发育与分化
基因表达的多级调控
• 在转录水平上对基因表达的调控决定于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。
第13页/共60页
•
因为细菌mRNA在形成
过程中与核糖体混合在一起，
所以，细菌的转录与翻译过程
几乎发生在同一时间间隔内，
转录与翻译相耦联
（coupled transcription
and translation）。
• 管家基因--在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。 • 奢侈基因（luxury gene）—只在特定的细胞类型中表达的基因

第十三章基因表达调控ppt课件

第十三章基因表达调控ppt课件
物关闭
2021/1/29
三、乳糖操纵子和色氨酸操纵子
2021/1/29
乳糖操纵子
• 操纵子的三个结构基因为-半乳糖苷酶 、-半乳糖苷通透酶和-半乳糖苷乙酰转 移酶。
• 在无乳糖时，阻遏蛋白与O区结合，阻 止RNA聚合酶的转录
• 在有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合后， 改变了阻遏蛋白的结构，使其不能与O 区结合。
• 有一个调控成分。 • 是原核生物的转录单位。
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第一节、原核生物的操纵子调控模式
一、酶的诱导（enzyme induction） 二、操纵子（operon）的结构与功能 三、乳糖操纵子（Lac operon）与色氨
酸操纵子（Trp operon） 四、 cAMP对转录的调控 五、原核生物转录的整体调控模式
二、操纵子的结构与功能
Lac operon的启 动子 Plac的-10
Trp operon的启 动子Ptrp的-35
Ptac
2021/1/29
Ptac-17
二、操纵子的结构与功能
• 操纵基因是结合阻遏物的部位，位于启 动子和结构基因之间，可与启动子部分 重叠。是RNA聚合酶是否能通过的开关 。
• 无阻遏物时，O区开放让酶通过并转录 下游的结构基因
• 有阻遏物时酶就不能通过
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二、操纵子的结构与功能
• 阻遏物基因 ： 产生阻遏物，位于离操纵 子较远的上游区。
• 负调控：起调控作用的蛋白质分子抑制 转录
关闭的基因由代谢底物开放（诱导）-----阻遏物失活 开放的基因由代谢底物关闭（阻遏）-----阻遏物激活
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二、操纵子的结构与功能
• 培养基中葡萄糖不足时： cAMP水平升 高， cAMP-CAP复合物生成， cAMP使 CAP变构，而与CAP位点结合，促进乳 糖操纵子基因的转录，以便细胞利用乳 糖。

基因表达调控PPT课件

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多数调节蛋白结合DNA 前要形成二聚体/多聚体
（四）RNA聚合酶与基因的启动序列/启动子 相结合（可删除）
1、原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性 RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。
2、调节蛋白与RNA聚合酶活性
一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激 下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋 白质相互作用影响RNA聚合酶活性。
➢ 由某一基因表达产生的蛋白质因子，通 过与另一基因的特异的顺式作用元件相 互作用，调节其表达。这种调节作用称 为反式作用。
DNA
a
mRNA
蛋白质A
A
反式调节
A
b
➢ 还有蛋白质因子可特异识别、结合自身 基因的调节序列，调节自身基因的表达， 称顺式作用。
C
c
顺式调节
C
图13-3 反式与顺式作用蛋白
➢ 有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚 合酶很少或完全不能结合启动序列。
真核生物的特异DNA序列
顺式作用元件(cis-acting element)
——可影响自身基因表达活性的DNA序列
转录起始点
DNA
RNA聚合酶Ⅱ
B
A
编码序列
mRNA
DNA
转录起始点
RNA聚合酶Ⅱ
A
B
mRNA
图13-2 顺式作用元件
真核结构基因两侧存在有不被转录的非 编码序列，往往是基因表达的调控区。在编 码基因内部尚有内含子（intron）、外显子 （exon）之分，因此真核基因是不连续的。
二、真核基因表达调控更为复杂
（一）真核细胞内含有多种RNA聚合酶
RNA
聚 合 酶
RNA聚合酶polⅠ RNA聚合酶polⅡ RNA聚合酶polШ

第3章基因表达调控课件

第3章基因表达调控课件

1. 基本表达（constitutive expression） 一些基因的表达产物对机体的全过程都是
必需的，这些基因在所有空间（几乎全部 细胞）和时间（持续）表达。这些基因称 为管家基因（house keeping gene），这种 表达称为基本表达或组成性表达。 2. 调节表达（ regulative expression） 一些基因仅在一定的环境信号刺激下表达， 这些基因称为调节基因(regulative gene)， 这种表达称为调节表达。受环境刺激表达 增强的称为诱导（induction），受环境刺 激表达降低的称为阻遏（repression ）。
2. 按照功能需要,某一特定基因的表达严格 按一定的时间顺序发生，这就是基因表 达的时间特异性。
3. 在多细胞生物，同一基因不仅可以表现 出时间的特异性，而且在同一时间在不 同的组织器官的表达并非一致和同步， 这种按一定组织和器官分布的基因表达 称之为基因表达的空间特异性。
1. 时间特异性（temporal specificity） 依功能的需要，某一个特定基因 的表达严格按一定的时间顺序发 生，这就是基因表达的时间特异 性。 2.空间特异性（spatial specificity） 在机体的生长发育过程中，基因 在个体的不同组织或器官表达， 这就是基因表达的空间特异性。
4. 熟悉真核生物基因转录调节的特点，熟悉顺式作 用元件和反式作用因子的概念，相互作用的机理 与复杂性。
一. 基因和基因组
一 基因
1. 基因的概念 2. 基因的结构 3. 真核细胞基因的特点
二 基因组
1. 基因组 2. 人类基因组计划
1. 基因的概念
1.遗传学的基因是遗传的基本单 位或单元,是编码一个功能分子 (RNA或多肽)的信息单位。

基因表达的调控PPT课件

基因表达的调控
-
1
• 在生物个体发育过程中，基因的表达是受到严格的时空控制。
• 无论原核生物还是真核生物，任一时期的细胞只有部分基因发 生表达。
• 在所有组织细胞中均表达的基因称之为持家基因（house keeping gene），它们为组成型（constitute）的表达；
• 只在部分发育时期或特定组织细胞中表达的基因为奢侈基因 （luxury gene），它们是组织特异性（tissue specific）的表达。
-
3
• 在葡萄糖、乳糖都存在的条件下，细菌优先利 用葡萄糖，当其耗尽时，细菌再利用乳糖，这 个效应叫葡萄糖效应.
在细菌的细胞膜上有一种ATP环化酶，该酶可使胞 内的ATP环化产生cAMP，该酶的活性受到环境中葡萄 糖浓度的调节，在高浓度的葡萄糖存在时，该酶的活 性被抑制，无葡萄糖时，该酶被激活，产生的大量 cAMP作为第二信使与CAP蛋白结合形成cAMP-CAP复 合物，进一步与乳糖及其它糖类的操纵子中的启动子 结合，促进RNA聚合酶与启动子区的结合、启始转录， 因而对糖类操纵子是正调控作用。事实上乳糖操纵子 的有效转录必须依赖cAMP-CAP蛋白的结合，这种蛋 白的突变，乳糖操纵子的转录水平很低。
苯丙氨酸
Met Thr Ala Leu Leu Arg Val Ile Ser Leu Val Val Ile Ser Val Val Val Ile Ile Ile……Pro Pro Cys Gly Ala Ala Leu Gly Arg Gly Lys Ala
-
9
色氨酸操纵子
•色氨酸操纵子属于可阻遏的操纵子，由调节 基因trpR产生的阻遏蛋白四聚体，只有与色氨 酸结合后才有活性，结合到其操纵区trpO上， 因trpP（- 40—+18）包括trpO（-21—+1），因 而活性阻遏蛋白的结合可以排斥RNA聚合酶的 结合，抑制色氨酸结构基因的转录。
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翻译水平的调控translation level： 翻译的起始;
翻译后水平的调控post-translation level 翻译后的加工、转运、多肽链的分解.
原核生物中，营养状况（nutritional status）和 环境因素（environmental factor）对基因表达 起着举足轻重的影响。
原核生物的共有序列
原核生物的启动序列，在距离转录起始点－10区和－35区往 往含有一些重要的保守序列（共有序列）。
－10区：含TATAAT序列，又称Pribnow盒。 －35区：含TTGACA序列。
RNA聚合酶结合部位 决定转录起始点
共有序列(consensus sequence) 决定启动 序列的转录活性大小。
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现
同形异位现象(homeosis):
果蝇头部长触角部位长出脚来 同形异位盒基因(homeobox) :高度保守的一段
核苷酸序列（180bp）,控制胚胎发育的基因
基因表达的方式-1
组成性基因表达(constitutive gene expression)：指不大受环境变动而变化的一类基
基因表达的方式-3
协调表达
协调表达 在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，
无论其为何种表达方式，均需协调一致、 共 同 表 达 ， 即 为 协 调 表 达 (coordinate expression)
基因表达的调控方式:
阻遏
负调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达
(相应蛋白质降低)
促进
正调控:调控蛋白+DNA序列
微生物基因表达的调控优秀 课件
概述 (Introduction)
中心法则(the central dogma)：
RNA
复 制
复 制
转 录
DNA
RNA 翻 译
蛋 白 质
逆 转 录
–基因表达(gene expression)--基因转 录及翻译的过程。
–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
因表达。——管家基因与奢侈基因
产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而
必不可少的，这类基因也称为看家基因(house-
keeping gene)；
管家基因--在一个生物个体的几乎所有细胞中持 续表达的基因。
奢侈基因（luxury gene）—只在特定的细胞类型异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶 对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能 力。
操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍
RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶 不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
启动po序列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列 l
适应性表达(adaptive expression)：指环境 的变化容易使其表达水平变动的一类基因 表达。
诱导和阻遏表达
诱导（induction）--可诱导基因在特定环境信 号刺激下表达增强的过程。 DNA损伤 →修复酶基因激活 乳糖 → 利用乳糖的三种酶表达
阻遏（repression）--可阻遏基因表达产物水平 降低的过程 色氨酸 —色氨酸合成酶系
因为细菌mRNA在形成过
程中与核糖体混合在一起，所
以，细菌的转录与翻译过程几
乎发生在同一时间间隔内，转
录与翻译相耦联（coupled
transcription and
translation）。
真核生物中，转录产物 （primary transcript）只有 从核内运转到核外，才能被 核糖体翻译成蛋白质。
人的基因组约含有10万个基因，但在一个组织细 胞中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状 态，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在1万个 上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高 的肝细胞，一般也只有不超过20%的基因处于表达状 态。
基因表达的时间性及空间性
(temporal and spatial specificity)
原核生物基因表达调控主要在转录水平，其次是 翻译水平。
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，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的调控决定于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。
激活蛋白(activator)
可结合启动序列邻近的DNA序列，促进 RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚 合酶活性。
激活蛋白 启动p序o列l 操纵序列 编码序列
有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA 聚合酶很少或完全不能结合启动序列。
激活蛋白
启p动o序列 操纵序列 编码序列 l
基因表达＝转录＋翻译
但是
不是所有的基因表达都产生蛋白质， rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产 生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA的 基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白 质翻译方面的功能。
基因表达是受调控的
生物基因组的遗传信息 并不是同时全部都表达出来的
大肠杆菌基因组（约4000个基因)，一般情况下只 有5－10%在高水平转录状态，其它基因有的处于较 低水平的表达，或者暂时不表达。
基因的表达
(相应蛋白质增加)
基因表达调控的生物学意义 五、基因表达调控的基本原理
适应环境、维持生长和增殖
维持个体发育与分化
基因表达的多级调控
转录水平的调控transcriptional level: 转录激活、转录起始;
转录后水平的调控post-transcriptional level： 转录后加工、运输、mRNA降解;
时间特异性(temporal specificity) 某一基因的表达严格按特定的时间顺序发 生 Hb (hemoglobin)
α珠蛋白基因簇：ζ（胚胎型） 、 α β珠蛋白基因簇：ε（胚胎型）、 γ（胎儿型）、
β、δ ζ2ε2 →α2γ2 →α2β2
空间特异性(spatial specificity)