原核生物基因表达调控.ppt

一.原核生物基因表达调控概述1.基因表达调控的生物学意义2.原核基因表达调控的特点3.原核基因表达调控的几个概念2）结构基因和调节基因3）正调控和负调控负调控（negativecontrol)4）激活蛋白和阻遏蛋白鼠伤寒沙门氏菌（S.typhimrium）的相转变（phasevariation）2.σ因子对原核生物转录起始的调控在E.coli，不同类型的启动子需要不同类型的σ因子
2.操纵子：是原核生物在分子水平上基因表达调控的单位，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。

操纵子可视为原核生物的转录单位，它可以逐个地从原核生物基因组中分离出来，对其结构功能加以研究。3.乳糖操纵子Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，还能将乳糖转变为异构乳糖

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。

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。乳糖操纵子的控制模型，其主要内容如下：

①Z、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操纵基因（O区），而位于I与O之间的启动子区（P），不能单独启动下游mRNA分子的转录。③操纵基因（Ｏ区）是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。④当阻遏物与操纵基因结合时，lacmRNA的转录起始受到抑制。⑤诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发lacmRNA的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。
2）lac体系受调控的证据

在不含乳糖的培养基中，每个大肠杆菌细胞内大约只有1-2个利用乳糖的酶分子。如果在培养基中加入乳糖，利用乳糖的酶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。

由底物诱导合成利用该底物的酶，这种现象称为酶的诱导。
把大肠杆菌细胞放在加有放射性35S标记的氨基酸,但没有半乳糖诱导物的培养基中繁殖几代然后再将这些带有放射活性的细菌转移到不含35S、无放射性的培养基中随着培养基中诱导物的加入，β-半乳糖苷酶便开始合成。分离β-半乳糖苷酶，发现这种酶无35S标记说明酶的合成不是由前体转化而来的，而是加入诱导物后新合成的。酶的诱导酶的诱导现象是生物进化过程中出现的一种合理、经济地利用有限资源的本能。

酶诱导已证明是低等生物的普遍现象。3）乳糖操纵子可诱导的负调节机制

2627经诱导后，RNA聚合酶首先与启动区(P)结合，通过操纵区(O)向右转录。转录从O区的中间开始，按Z→Y→A方向进行，每次转录出来的一条mRNA上都带有这3个基因。
别乳糖是lac操纵子转录的活性诱导物
异丙基硫代半乳糖苷（isopropylthiogalactoside：IPTG）结构上类似于别乳糖，是乳糖操纵子非常有效的诱导物。可诱导lac操纵子表达，但不能被β-半乳糖苷酶水解。
这种能诱导酶合成，但不能被酶分解的分子称为安慰诱导物（gratuitousinducer）。安慰诱导物由于能在细胞内保持原型不变，因此很有用处。IPTG常用于诱导含有使用了lac启动子的质粒载体的细菌中的重组蛋白的表达。304）乳糖操纵子的正调控

当大肠杆菌以乳糖为唯一碳原时，lac操纵子可被乳糖诱导而表达，可是在培养基中同时加入葡萄糖时，细菌优先利用葡萄糖，只有葡萄糖耗尽时，乳糖才能诱导基因的表达，这种现象称为分解物阻遏/代谢物阻遏（cataboliterepression);

葡萄糖效应：是指当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在阻止了其它糖类的利用的现象。

细菌在富含葡萄糖的培养基上生长的时，葡萄糖可降低细菌体内cAMP的水平。

在细菌中，cAMP与CAP（cataboliteactivatorprotein）结合形成二元复合物共同发挥作用。只有cAMP存在时，CAP才有活性。

CAP是cAMP受体蛋白（cAMPreceptorprotein,CRP),其分子内有DNA结合区及cAMP结合位点，是一个正调控因子，生化和遗传学实验证明，CAP可以结合到启动子的某个部位而激活操纵子的转录。

在依赖CAP的启动子上起始转录必须有CAP参与。cAMP下降，CAP无活性不能与控制区结合，RNA聚合酶就不能启动转录。
在lac操纵元的启动子Plac上游端有一段序列与Plac部分重叠的序列，能与CAP特异结合，称为CAP结合位点（CAPbindingsite）。CAP与这段序列结合时，可增强RNA聚合酶的转录活性，使转录提高50倍。相反，当有葡萄糖