【生物化学】原核生物的基因表达调控

原核基因表达调控特点原核生物是生物界中最原始的一类生物，其特点是细胞内没有真核细胞核和细胞器。

原核生物的基因表达调控机制相对简单，但也具有一些独特的特点。

原核生物的转录和翻译是同时进行的。

在真核生物中，转录发生在细胞核内，然后mRNA进入细胞质进行翻译。

而在原核生物中，由于没有细胞核，转录和翻译可以同时进行，转录的mRNA可以立即被核糖体翻译成蛋白质。

这种同时进行的特点使得原核生物的基因表达速度相对较快。

原核生物基因的调控主要通过转录水平的调控。

原核生物的基因组相对较小，基因之间的距离较短，不存在真核生物中的染色质结构和组蛋白修饰等复杂机制。

因此，原核生物的基因调控主要通过转录因子和RNA聚合酶的相互作用来实现。

转录因子可以结合到DNA上的特定位点，促进或抑制RNA聚合酶的结合和转录启动。

这种转录因子和RNA聚合酶的相互作用是原核生物基因表达调控的核心机制。

原核生物的基因调控还涉及到环境信号的感知和响应。

由于原核生物生活在复杂多变的环境中，需要根据外界环境的变化来调整基因的表达。

原核生物通过感知环境中的化学物质、温度、光照等信号，并通过转录因子的活性调控基因的表达。

例如，大肠杆菌中的Lac操作子就是一个典型的例子，其转录因子LacI可以结合到Lac启动子上，当环境中存在乳糖时，乳糖和LacI结合形成复合物，使得LacI无法结合到Lac启动子上，从而促进Lac基因的表达。

原核生物基因的调控还包括转录因子的共同作用和互作。

原核生物的基因组中存在一些共同调控的元件，这些元件可以结合到多个转录因子上，实现基因的协同调控。

例如，细菌中的两个转录因子Crp和Fis可以共同作用于某些基因的调控，通过它们的相互作用来调整基因的表达水平。

原核生物的基因表达调控具有以下特点：转录和翻译同时进行、主要通过转录水平的调控、受环境信号的调控、转录因子的共同作用和互作。

这些特点使得原核生物能够快速响应环境变化，并调整基因的表达水平，适应不同的生存条件。

《原核生物基因表达调控》练习题及答案一、名词解释1.基因表达调控答案：所有生物的信息，都是以基因的形式储存在细胞内的DNA（或RNA）分子中，随着个体的发育，DNA分子能有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码子系统，转变成蛋白质或功能RNA分子，执行各种生理生物化学功能。

这个从DNA到蛋白质或功能RNA的过程被称之为基因表达，对这个过程的调节称之为基因表达调控。

2.组成性基因表达答案：是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。

其基因表达产物通常是对生命过程必须的或必不可少的，一般只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，且较少受环境因素的影响及其他机制调节，也称为基本的基因表达。

3.管家基因答案：某些基因产物对生命全过程都是必须的获必不可少的。

这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中均表达，被称为管家基因。

4.诱导表达答案：是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。

5.阻遏表达答案：是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。

6.反式作用因子答案：又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。

它们由某一基因表达后通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录。

7.操纵子答案：是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。

8.SD序列答案：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保守片段，它与16S rRNA 3’端反向互补，所以可将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。

根据首次识别其功能意义的科学家命名。

9.阻遏蛋白答案：是一类在转录水平对基因表达产生负控作用的蛋白质，在一定条件下与DNA结合，一般具有诱导和阻遏两种类型。

在诱导类型中，信号分子（诱导物）使阻遏蛋白从DNA释放下来；在阻遏类型中，信号分子使阻遏蛋白结合DNA，不管是哪一种情况，只要阻遏蛋白与DNA结合，基因的转录均将被抑制。

原核生物基因表达调控概述基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制，使细胞中基因表达的过程在时间，空间上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。

1.基因表达调控意义在生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达，还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。

2.原核基因表达调控特点原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。

这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达即经济又有效，保证其生命活动的需要。

调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制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、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。

细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。

细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平，有两条途径：（1）细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度，这是一条经济的途径，可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗，这是生物长期进化过程中自然选择的结果，这种控制称为转录水平调控。

（2）在mRNA合成后，控制从mRNA翻译肽链速度，包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。

这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。

二.原核生物表达调控的概念（1）细菌细胞对营养的适应细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。

这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度，pH等。

而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞生长的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。

（2）顺式作用元件和反式作用元件基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。

反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。

RNA聚合酶是典型的反式作用因子。

一、原核生物：主要是转录水平调控（一）操纵子模型：包括结构基因和控制部位。

大肠杆菌的乳糖操纵子包括三个结构基因：b半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和b半乳糖苷转乙酰酶。

操纵基因可与调节基因编码的阻遏蛋白结合，抑制转录。

乳糖等诱导物可使阻遏蛋白变构，解除抑制。

（二）降解物阻遏：有些调节基因起正调节作用，如腺苷酸受体蛋白，可被环腺苷酸活化，作用于启动子，促进转录。

分解葡萄糖的酶是组成酶，葡萄糖的降解物对乳糖、阿拉伯糖等操纵子有阻遏作用，称为降解物阻遏。

降解物可抑制腺苷酸环化酶，活化磷酸二酯酶，降低环腺苷酸浓度，抑制转录。

（三）衰减子：可终止和减弱转录。

色氨酸操纵子的转录需要使核糖体结合在转录产物的特定部位，才能产生合适的构象以继续转录。

前导RNA可合成前导肽，当只缺少色氨酸时，核糖体停留在色氨酸密码子处，破坏衰减子的终止作用，转录可继续。

（四）生长速度的调节：生长速度由蛋白质合成速度控制，快速生长时核糖体数量增加。

缺乏氨基酸时核糖体RNA和转运RNA的合成显著下降，关闭大部分代谢活性，称为严紧控制。

未负载转运RNA与核糖体结合后引起鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸的合成，抑制核糖体RNA的转录起始，并增加RNA聚合酶在转录中的暂停，减缓转录。

（五）基因表达的时序控制：λ噬菌体的发育阶段由几个调节蛋白作用于不同的启动子和终止子而调控，早期基因的表达可打开后期基因，在后期又可关闭早期基因，使遗传信息按时序表达。

（六）翻译水平的调控：1.翻译能力的差异：由5’端的核糖体结合部位(SD序列)决定，而且用常见密码子的信使RNA翻译较快。

多顺反子RNA各个编码区的翻译频率和速度可以不同。

2.翻译阻遏：核糖体游离蛋白对自身的翻译有阻遏作用，可以使其蛋白与RNA相适应。

3.反义RNA：与信使RNA序列互补，结合后抑制其翻译。

可用于抑制有害基因的表达。

二、真核生物多级调节，特有长期调控。

（一）转录前调节：通过改变DNA序列和染色质结构而影响基因表达。