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第四章+原核基因表达调控_PPT幻灯片

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第4章原核生物基因表达调控的应用

第4章原核生物基因表达调控的应用
Lac启动子的转录也受CAP的正调控。
葡萄糖浓度低，乳糖浓度高，转录水平高。
Trp启动子通过色氨酸-trp阻遏蛋白复合物 进行负调控，复合物与trp操纵基因结合从 而阻遏操纵子的转录。
在培养基中去掉色氨酸或者加入吲哚丙烯 酸，就能去除阻遏。
பைடு நூலகம்
常用的杂合型启动子是tac和trc，它们彼此 相似，只相差一个碱基，这两个启动子都含 有来自于trp启动子的-35区和来自于lac的10区，这两个区域之间分别相差16bp(tac) 或17bp(trc) 。这两个启动子都可以通过在 培养基中加入IPTG诱导（和lac启动子一 样）。
从T7 RNA聚合酶基因的诱导克隆到目的基因的转 录，通常会延迟1h或更多的时间，现在已经发展了 一系列T7启动子的pET质粒载体。
阻遏蛋白失活导致转录激活的效率取决于阻遏蛋白分 子数与启动子序列拷贝数的比值。
如果阻遏蛋白分子过多，转录就很维诱导；反之，阻 遏蛋白分子很少（尽管阻遏分子比启动子拷贝数 多），在没有诱导时转录也能进行。这种情况称为启 动子“渗漏”。
pL启动子受到λ噬菌体的cI阻遏蛋白控制。
一种cI阻遏蛋白温度敏感型的突变体cI857 常常用于调节pL启动子引导的转录。带有温 度敏感型cI阻遏物的细胞先在28~30 oC进行 培养，此时，cI阻遏物阻止pL启动子引导的 转录。当细胞培养达到理想的生长阶段，一 般为对数中期时，将温度调整到42 oC。此 时，热敏感的cI阻遏物失活，转录开始。
Tac启动子，是一个包括lac启动子-10区和 trp启动子-35区的体外构建物。
启动子pL，是从λ噬菌体中获得的。 基因10启动子是从T7噬菌体获得的。
在不含乳糖的培养基中，大肠杆菌的lac启 动子受到lac阻遏蛋白的抑制，阴止lac操纵 子的转录。

基因表达调控PPT课件

基因表达调控PPT课件
全球第一例中国人标准基因组序列图谱的一部分
基因表达
是基因转录及翻译的过程，即：生成具有生物学 功能产物的过程。
（激活）
基因表达调控
（功能及形态表型）
控制基因表达的调节机制，细胞或生物体在接受 内外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在
基因表达水平做出应答的分子机制。
例如：人类基因组含2-2.5万个编码基因，在某一特定时 期或生长阶段，只有一小部分基因处于表达状态。
① 真核基因组比原核基因组大得多 ② 原核基因组的大部分序列都为编码基因，而哺
乳 类 基 因 组 中 只 有 10% 的 序 列 编 码 蛋 白 质 、 rRNA、tRNA等，其余90%的序列，包括大量 的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控 ③ 真核生物编码蛋白质的基因是不连续的，转录 后需要剪接去除内含子，这就增加了基因表达 调控的层次
④ 原核生物的基因编码序列在操纵子中，多顺反子 mRNA使得几个功能相关的基因自然协调控制； 而真核生物则是一个结构基因转录生成一条 mRNA ， 即 mRNA 是 单 顺 反 子 （ monocistron ） ，许多功能相关的蛋白、即使是一种蛋白的不同 亚基也将涉及到多个基因的协调表达
⑤ 真核生物DNA在细胞核内与多种蛋白质结合构 成染色质，这种复杂的结构直接影响着基因表 达；
整理
❖ 掌握操纵子的概念。 ❖ 掌握乳糖操纵子的结构，阻遏蛋白的负性调
节，CAP的正性调节，协调调节。 ❖ 了解原核基因表达转录终止阶段的调控机制。 ❖ 了解原核基因表达翻译水平的调控。
第四节
真核基因表达调节
Regulation of Gene Expression in Eukaryote
一、真核细胞基因表达的特点

基因表达调控PPT课件

基因表达调控PPT课件
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
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原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
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酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
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在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
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40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
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2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白

第6讲 原核基因表达调控PPT幻灯片

第6讲 原核基因表达调控PPT幻灯片
• 绪论 • 一、 乳糖操纵子的调控模式 • 二、 色氨酸操纵子的调控模式 • 三、 其他操纵子的调控机制 • 四、 原核生物种的转录后调控
绪论
• 原核生物和单细胞真核生物直接暴露在变幻莫 测的环境中，食物供应毫无保障，只有能根据 环境条件的改变合成各种不同的蛋白质，使代 谢过程适应环境的变化，才能维持自身的生存 和繁衍。自然选择倾向于保留高效率的生命过 程。在一个每30min增殖一倍的109细菌群体中， 若有一个细菌变成了29.5min增殖一倍，大约 经过80天的连续生长后，这个群体中的99.9% 都将具有29.5min增殖一倍的生长速度。
• 1． 酶的诱导-lac体系受调控的证据在 不含乳糖及β-半乳糖苷的培养基中， lac+基因型每个大肠杆功细胞内大约只 有1-2个酶分子。如果在培养基中加入乳
糖，酶的浓度很快达到细胞总蛋白量的 6%或7%，每个细胞中可有超过105个 酶分子。
• 科学家把大肠杆菌细胞放在加有放射性 35S标记的氨基酸但没有任何半乳糖诱导
2. 操纵子模型
Jacob和Monod认为 诱导酶（他们当时称 为适应酶）现象是个 基因调控问题，可以 用实验方法进行研究， 因此选为突破口，终 于通过大量实验及分 析，建立了该操纵子 的控制模型。
① Z、Y、A基因的子紧接着O区，而位于I 与O之间的启动子区（P），不能单独起动合成β半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。
会很低；如果将细菌置于甘油或乳糖等不
进行糖酵解的碳源培养基中，细菌中 cAMP的浓度也会很高。
• 研究证实，葡萄糖所引起的代谢物抑制 (Catabolite repression)现象的实质是该代谢物 降低了细胞中cAMP的含量.事实上，cAMP-CAP复合 物是lac体系的positive regulator，它们不能代 替lacI和lacO的功能(negative regulator)。

最新原核基因表达调控1分子生物学_图文PPT课件

最新原核基因表达调控1分子生物学_图文PPT课件

•
活化子以其一个表面结合到启动子附近的某一DNA位点
；同时以另一表面与RNA聚合酶相互作用，将聚合酶带
到启动子（图16-1c）。
•
活化子与RNA聚合酶的相互作用，以及活化子与DNA的
相互作用，只起到黏合作用：活化子只是将酶带到启动子
附近。
某些活化子通过变构和调控RNA聚合酶或DNA的 构象改变而起作用
即使室内环境保持稳定的高等哺乳类，也经常 要变动基因的表达来适应环境。例如与适宜温 度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的 动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不 同。
长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情 况也会有所不同。
基因表达调控是生物适应环境生存所必需的。
•
基因表达调控主要表现在以下几个方面：
终止子(terminator T)是给予RNA聚合酶转录 终止信号的DNA序列。
操纵子中结构基因群最后一个基因的末端 存在一个终止子。
终止子按其作用可分为不依赖ρ因子的强终 止子和依赖ρ因子的弱终止子。
⑤ 调控基因
调控基因(regulatory gene)是编码能与操作子 结合的调控蛋白的基因。
• 在有些情况下，RNA聚合酶不需要协助就可 以结合在DNA上并形成稳定的闭合复合体， 但是这一闭合复合体却不能自动转变为开放复 合体（图16-2a）。在这种启动子上，必须由 活化子刺激闭合复合体转变为开放复合体，因 此，这一转变就是限速步骤。
活化子与稳定的闭合复合体相互 作用诱导构象发生改变，引起闭 合复合体向开发复合体的转变。
参与调控基因转录效率的蛋白质因子，可以直接或间 接识别或者结合顺式作用元件核心序列，可对基因表 达产生激活或阻遏的作用。
结构基因与调控基因

第四章 原核基因表达调控模式(共62张PPT)

第四章 原核基因表达调控模式(共62张PPT)
在负控诱导系统中，阻遏蛋白不与效应物（诱导物）结合时，结构基因不转录；
基因表达(gene expression)是指储存遗传信息的 基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。 典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生 物活性的蛋白质的过程。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。
结构基因是编码蛋白质或RNA的任何基因。结构基因编码大量 结构和功能各异的蛋白质，包括结构蛋白、具有催化活性的酶 和调控蛋白。调控基因是参与其它基因表达调控的蛋白质的结 构基因。
调控的关键是调控基因编码的蛋白质通过与 DNA 上的特异位点的结合来调控转录。
这种相互作用可以通过正(Positive)调控的方 式(打开基因的作用)和负(Negative)调控的 形式(关闭基因的作用)来调控一个靶基因 (Target gene)。
其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码子 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因是可诱导的，称为诱导。
这种相互作用可以通过正(Positive)调控的方式(打开基因的作用)和负(Negative)调控的形式(关闭基因的作用)来调控一个靶基因(Target gene) 。
系统转变成蛋白质，执行各种生理生化功能。 图示： 在正调控中，为了能使RNA 聚合酶在启动子处起始转录，反式作用因子必须与顺式作用元件结合。
阻遏蛋白通过与lacZYA 基因簇开始处的操纵基因结合发挥功能。操纵基因位于启动子和结构基因(lacZYA)
在无葡萄糖有乳糖的培养基中，lac+细菌 中将同时合成β-半乳糖苷酶和透过酶。
用32P标记的mRNA与模板DNA进行定量 分子杂交，表明培养基中加入乳糖1～2分 钟后，编码β-半乳糖苷酶和透过酶的 lacmRNA量就迅速增加，去掉乳糖后， lac mRNA量立即下降。

原核基因表达调控资料讲解62页PPT

原核基因表达调控资料讲解62页PPT
原核基因表达调控资料讲解
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
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• A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的 乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
三，酶的诱导——lac体系受调控的证据
CH2OH
CH3
HO
O S－C－CH3
H
CH3
OH
H
H
H
H
OH
图 16-6 异丙基-β-硫代半乳糖苷的分子结构
• 安慰诱导物：
如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不 被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如IPTG （异丙基-β–D-硫代半乳糖苷）。
finished 为什么还要学习表达调控?
基因表达调控基本概念和特征 乳糖操纵子 色氨酸操纵子 半乳糖操纵子 阿拉伯糖操纵元 原核基因调控的其他机制
第一节 基因表达调控的基本概念和特征
1、基因表达调控的概念 基因转录及翻译的过程叫做基因表达,对这个 过程的调节就称为基因表达调控。
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达
正转录调控 负转录调控
负转录调控 在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种 调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控 负转录调控。
根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可 分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：
• 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合 物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态， 即在某些物质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子
细菌的状况
0
营养期细菌
Ⅰ
DNA 复制
Ⅱ
隔膜形成
Ⅲ
孢子内陷
Ⅳ
孢子外壳形成
Ⅴ
母细胞裂解
Ⅵ
孢子释放
图16-33 细菌孢子的形成和释放 (仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .11.23)
2、操纵子的定义
操纵子：是基因表达的协调单位，由调节基因、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。
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使 细菌产生酶来分解它， 这种物质就是诱导物。
阻遏蛋白 诱导物
mRNA 酶蛋白
• 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生 蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代 谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基 因的表达。
多顺反子(polycistron)
原核基因中多个功能相关的结构基因串联在一 起构成一个转录单位。通常依赖同一调控序列对其 转录进行调节，使这些相关基因实现协同表达。
启动子 promoter
终止子 terminator
操纵元件 operator
promoter
terminator
po z
y
at
operator
在特定环境信号刺激下，有些基因的表达 表现为开放或增强。
阻遏表达(repression expression)
在特定环境信号刺激下，有些基因的表达 表现为关闭或下降。
4、基因表达的调控因子：
• 蛋白质 ( 主要 )
• 小分子RNA ( 某些环节 )
5、基因表达的调控水平 中心法则(central dogma)
❖ 基因组 ❖ 转录 ❖ 转录后 ❖ 翻译 ❖ 翻译后
原核生物基因表达的特点
1.只有一种RNA聚合酶。RNA聚合酶用来识别原 核细胞的启动子，催化所有RNA的合成。
2.基因表达以操纵子为基本单位。原核基因一 般不含内含子，基因是连续的。原核基因转录 单位多为多顺反子。
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。
管家基因(housekeeping gene)
某些基因在一个个体的几乎所有细胞
中持续表达。
12
Xa21
β-actin
常用的管家基因
中文名称
英文缩写
Beta－肌动蛋白
β-actin
甘油醛3-磷酸脱氢酶 GAPDH
TATA Box结合蛋白 TBP
微管蛋白α
α-Tubulin
诱导和阻遏表达 诱导表达(induction expression)
Structural gene
操纵子结构示意图
3.转录和翻译偶联进行：原核生物裸露的 环形DNA，在拟核内转录成 mRNA 后，直接 在胞浆中与核糖体结合翻译为蛋白质。
4.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列Байду номын сангаас--SD序列。
5.原核生物基因表达的调控主要在转录水 平，即对RNA合成的调控。
通常有两种方式： (1) 起始调控，即启动子调控； (2) 终止调控，即衰减子调控。
3、基因表达的方式
组成性表达(constitutive expression) 适应性表达(adaptive expression）
组成性表达 (constitutive gene expression)
基因较少受环境因素影响，而是在 个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组 织中持续表达，或变化很小。如管家基因。
根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活 蛋白）的应答，可分为：正转录调控和 负转录调控
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
正转录调控 如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入 这种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控 正转录调控。
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
例：色氨酸操纵子
酶合成的阻遏操纵子模型
调节基因
结构基因 操纵基因
调节基因 操纵基因 结构基因
mRNA 酶蛋白
辅阻遏物
辐阻遏物 如果某种物质能够阻止细菌产生合成这种物 质的酶，这种物质就是辅阻遏物。（色氨酸）
二、乳糖操纵子的结构
• Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳 糖
• Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷 （如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入 细胞内。
四、乳糖操纵子调控模型
主要内容： ① Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA
分子所编码
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。
第二节 乳糖操纵子
• 内容提要： • 操纵子学说的基本概念 • 乳糖操纵子的结构 • 酶的诱导——lac体系受调控的证据 • 乳糖操纵子调控模型 • 影响因子 • Lac操纵子中的其他问题
一、基本概念
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
阶段