第七原核基因表达调控PPT课件
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第七讲原核生物的基因调控科学家把这个从DNA到蛋白质的过程称为基因表达(gene expression),对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation或gene control)。
要了解动、植物发展发育的规律、形态布局特征和生物学功能,就必需弄清楚基因表达调控的时间和空间概念,掌握了基因表达调控的奥秘,我们手中就有了一把揭示生物学微妙的金钥匙。
基因表达调控主要暗示在以下几个方面:①转录程度上的调控(transcriptional regulation);②mRNA加工成熟程度上的调控(differential processing of RNAtranscript);③翻译程度上的调控(differential translation of mRNA).原核生物中,营养状况(nutritionalstatus)和环境因素(environmental factor)对基因表达起着举足轻重的影响。
在真核生物尤其是高等真核生物中,激素程度(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。
二、基因表达调控的底子道理〔一〕基因表达的多级调控基因的布局活化、转录起始、转录后加工及转运、mRNA降解、翻译及翻译后加工及蛋白质降解等均为基因表达调控的控制点。
可见,基因表达调控是在多级程度长进行的复杂事件。
此中转录起始是基因表达的底子控制点。
四个底子的调控点:〔1〕基因布局的活化。
DNA表露碱基后RNA聚合酶才能有效结合。
活化状态的基因暗示为:1.对核酸酶敏感;2.结合有非组蛋白及修饰的组蛋白;3.低甲基化。
〔2〕转录起始。
最有效的调节环节,通过DNA元件与调控蛋白彼此作用来调控基因表达。
〔3〕转录后加工及转运。
RNA编纂、剪接、转运。
〔4〕翻译及翻译后加工。
翻译程度可通过特异的蛋白因子阻断mRNA 翻译翻译后对蛋白的加工、修饰也是底子调控环节。
7原核生物基因表达调控7.1基因表达的调控7.2转录水平的调控7.3翻译水平的调控7.1基因表达的调控基因表达包括:①基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质的过程。
②rRNA 或tRNA 的基因经转录和加工产生成熟的rRNA 或tRNA 的过程。
生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞内的DNA (或RNA )分子中的。
随着个体的发育,DNA 有序地将遗传信息,通过转录和翻译的过程转变成蛋白质,执行各种生理生化功能,完成生命的全过程。
从DNA 到蛋白质或RNA 的过程,叫做基因表达(gene expression),对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation 或gene control)。
原核生物基因表达调控的层次DNA水平的调控:通过DNA重排等机制来调节基因表达。
转录水平的调控:调控DNA模板上转录特异mRNA的速度,这是生物在进化过程中选择的最经济的调控方式。
翻译水平的调控:mRNA合成后,通过控制多肽链的形成速度调控。
原核中,操纵子是调控表达的基本单位,调控主要在转录水平。
7.1.1基因表达适应环境的变化生物只有适应环境才能生存,当环境条件变化时,生物体就要改变自身基因表达状况,以调整体内执行相应功能蛋白质的种类和数量,从而改变自身的代谢、活动等以适应环境。
细胞中有些蛋白质的数量几乎不受环境变化影响,称为组成性蛋白,如糖酵解中的酶。
随环境变化而变化的蛋白为适应性蛋白,这是由基因表达调控的。
①组成性表达(constitutive expression) 指不随环境变化而变化的基因表达。
组成性表达的产物为组成性蛋白,是细胞或生物体整个生命过程中必不可少的,这类基因可称为看家基因(housekeeping gene)。
基因表达几乎不受环境影响的原因可能是由于操纵子或调节基因突变造成的:即形成的有活性的阻遏蛋白不能与操纵子结合,或不能形成有活性的阻遏蛋白。
这类基因中大多数是在生物个体其它组织细胞、甚至在同一物种的细胞中都是持续表达的,是细胞基本的基因表达,这是生物在进化过程中形成的遗传特性。
因此只有在没有葡萄糖的时候,同时又有半乳糖的时候,启动子1才是开放的为什么gal 操纵子需要两个转录起始位点?(涉及半乳糖在细胞代谢中的双重功能)半乳糖两个作用: 可以作为唯一碳源供细胞生长; 与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖(UDPgal )是大肠杆菌细胞壁合成的前体。
而启动子也有两个: galP1起始的转录——无内源葡萄糖、有外源半乳糖时进行,以保证碳源的供应。
galP2起始的转录——有内源葡萄糖、无外源半乳糖时进行,以保证细胞壁的合成需要。
生理功能(可以理解为生物学意义?)无论从必要性和经济性考虑,都要有一个不依赖于cAMP-CAP 的启动子(s2) 进行本底水平的组成型合成,以及一个依赖于cAMP-CAP 的启动子(s1),进行高水平的调节,这样既可以满足细胞最基本的需要(细胞壁),又可以满足在没有葡萄糖而有半乳糖时,细胞能够利用半乳糖进行生长。
进一步解释:gal P2是不依赖于cAMP-CRP 的,相反: cAMP-CRP 对gal P2还起到一种抑制作用,这是因为其与结合位点的结合,会影响到RNA 聚合酶对gal P2的利用。
因此教材上(page257)认为:只有S2活性完全被抑制时,(S1)的调控作用才是有效的。
7.4.2 阿拉伯糖操纵子(arabinose operon)araB 基因、araA 基因和araD, 形成一个基因簇,简写为araBAD三个基因的表达受到ara 操纵子中araC 基因产物AraC 蛋白的调控。
C 蛋白有三个结合位点O2、O1和 I 。
I BADCRPO2O1C结构基因调节基因P BADaraC 基因是araBAD 的调节基因L核酮糖激酶L阿拉伯糖异构酶L核酮糖-5-磷酸-4-差相异构酶结合到ara I 的时候,由于araBAD的启动子本身与ara I有部分重叠,另外还可以引起上游序列回折弯曲,使得AraC同时与O2结合,从而使CRP 聚合酶也不能结合到启动子上,araBAD基因不转录。