基因的表达和调控原核生物的基因调控.ppt

一、绪论假如在大肠杆菌内，平均一个基因1000bp，一个细胞中约有2500-3000个基因。正常情况下，可带有107个蛋白质，平均每个基因产生3000多个蛋白质分子。
但实验却表明，每细胞中有些蛋白质少之10个分子，而有一些却多达500000个分子。
一个大肠杆菌中只有15个分子的β－半乳糖苷酶，若将细胞培养在只含乳糖的培养基中，每细胞中酶量可高达几万个分子，其合成的速度和总量随环境的变化而改变。
表明基因的表达受到调控。细菌在进行调控时：
一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种“开-关”（on-off）活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。1、基因表达及基因表达调控
是指生物体基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定生物学功能的全过程,称为基因表达（geneexpression）。
对这个过程的调节就称为基因表达调控（generegulation或genecontrol）。基因表达调控主要表现在以下几个方面：①转录水平上的调控(transcriptionalregulation)；②mRNA加工成熟水平上的调控(differentialprocessingofRNAtranscript)；③翻译水平上的调控(differentialtranslationofmRNA)。
2、基因表达调控的基本原理
多级调控:主要是转录水平的调控

四个基本的调控点：
基因的结构活化
转录起始：最有效的调节环节
转录后加工及转运
翻译及翻译后加工
3、基因表达的调控方式
负调控（negativetranscriptionregulation）:调控蛋白+DNA序列基因表达(相应蛋白质降低)
正调控（positivetranscriptionregulation）:调控蛋白+DNA序列基因表达(相应蛋白质增加)
负调控基因的表达和调控原核生物的基因调控正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而是生物体适应环境的需要，有的系统既有正调控又有负调控；原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主；降解代谢途径中既有正调控又有负调控；合成代谢途径中一般以负调控来控制产物自身的合成。主要环节在转录，起始σ因子决定RNA聚合酶识别特异性。1、乳糖操纵子的发现：
葡萄糖充分时：
葡萄糖代谢有关的酶基因---表达
其他糖代谢有关的酶基因---关闭
葡萄糖耗尽时,乳糖存在：
乳糖代谢有关的酶基因---表达
葡萄糖代谢有关的酶基因---关闭
说明酶可以诱导
基因的表达和调控原核生物的基因调控乳糖的利用及其相关的酶:
乳糖(在通透酶作用下进入细菌）

别位乳糖

葡萄糖+半乳糖

基因的表达和调控原核生物的基因调控乳糖确实可诱导LacmRNA的合成安慰诱导物（gratuitousinducer）基因的表达和调控原核生物的基因调控诱导物的加入和去除对lacmRNA的影响2、结构基因顺序
乳糖操纵子包括三个结构基因：Z、Y、AA模型的提出J.Lederberg1948

不同Lac-突变型

细菌结合转移和转导试验

证明三基因紧密连锁LacZ-Y+A+：β-半乳糖苷酶基因突变Z编码β-半乳糖苷酶；Y编码β-半乳糖苷透过酶；A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶。
β-半乳糖苷酶是一种β-半乳糖苷键的专一性酶，除能将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，还能水解其他β-半乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。
β-半乳糖苷透过酶的作用是使外界的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。
β-半乳糖苷乙酰基转移酶的作用是把乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。在这些突变体中，有一类突变体，它体内的半乳糖苷酶的形成不依赖于诱导物的存在，即没有乳糖或别的半乳糖苷存在时也能合成β-半乳糖苷酶，这种突变体称为组成型突变。分为两类：I型和O型。
I型：野生型为I+，突变型为I-；
O型：野生型为O+，突变型为Oc。I+→I-或O+→Oc后，Z、Y、A结构基因均表现为永久表达，所以I基因被称为调节基因(regulatorygene)。
I基因是一个产生阻遏物的调节基因，其产物使体系关闭。I-突变体由于不能产生阻遏物，使细胞成为lac永久表达型。I-/I+局部二倍体由于带有一个正常阻遏物，使细胞中的lac仍然被抑制。
基因的表达和调控原核生物的基因调控①I型组成型突变基因的表达和调控原核生物的基因调控说明：
◆I+合成特异的阻遏物，无诱导物时可阻止Z基
因表达
◆诱导物可作为阻遏物的拮抗物，使阻遏物失活，
Z基因表达
◆I-不产生无活性阻遏物，因而无需诱导物，Z基
因就可表达，阻遏物起负调控作用基因的表达和调控原核生物的基因调控▲I基因产物及其功能lacI+的离体反应液（35S标记的I基因的