原核生物基因的表达及其调控ppt课件.ppt

原核生物基因的表达及其调控第一节原核生物基因的转录和翻译一、转录的起始
转录是原核生物基因表达的主要调控点，主要涉及两个方面：
1、RNA合成的酶系；
2、RNA合成起始和终止信号，即DNA分子上的特定序列。
通过RNA聚合酶、转录因子和启动子的相互作用实现转录调控，改变细胞的表型，从而实现细胞生理状态和环境的变化。
（一）RNA聚合酶(RNApolymerase)：在启动子与终止子之间是一个转录单位，通常将mRNA开始的一个核苷酸定为o点(即+1)．由此向右常称为下游(downstream)，其核苷酸依次编为正序号；起始点左例称为上游(upstream)．其核苷酸则依次以负号表示．紧接起始点左侧的核苷酸为-1。
离体实验表明：全酶所转录的RNA和细胞内所转录出的RNA，其起始点相同，序列相同，若仅用核心酶进行转录，则模板链和起始点的选择都有很大的随意性，而且往往同一段DNA的两条链都被转录。
由此可见：σ亚基对识别DNA链上的转录信号是不可缺少的，它是核心酶和启动子之间的桥梁。σ因子的取代在细胞发育和对环境应答的反应中起主导作用。如在枯草杆菌中就有不同相对分子质量的σ因子
（二）启动子(promoter)：原核生物启动子结构含有同源序列。整个启动子包括两个部分：其上游部分是CAP-cAMP结合位点，下游部分是RNA聚合酶的进入位点。二、转录的终止
（一）终止子及其结构：
1、概念：DNA上提供转录停止信号的一段序列称为终止子(terminator)，是一个基因的末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。
2、类型：强终止子和弱终止子
强终止子：不依赖于Rho蛋白质辅助因子而能实现终止作用，这类终止子属于强终止子；
弱终止子：依赖于Rho蛋白质辅助因子才能实现终止作用，这类终止子属于弱终止子。蛋白质辅助因子称为释放因子，通常称为ρ因子。回文顺序
(Palindromicsequence)
5‘GTGAGCTCAC3’

3’CACTCGAGTG5’
所有原核生物的终止子共同的序列特征第二节大肠杆菌乳糖操纵子的正负调控调控（节）蛋白操纵子正调控与负调控
调节基因RNA调节蛋白

正调节蛋白激活+操纵子结构基因转录、表达
正调节蛋白失活，结构基因不表达（正控制/正调节）

负调节蛋白激活+操纵子结构基因转录、表达
负调节蛋白失活，结构基因表达（负控制/负调节）

阻遏物与辅阻遏物诱导调控与非诱导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。如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加:
①.β-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖
②.渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖
③.转乙酰酶：β-半乳糖转变成乙酰半乳糖
大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地增加.
乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止.
大肠杆菌乳糖操纵子的负调控(可诱导)P四、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控
当即有大量乳糖又有葡萄糖时，
基因表达将是怎样？
阿拉伯糖操纵子的双向控制色氨酸操纵子的转录调控色氨酸操纵子模型结构：5种结构基因：trpE、D、C、B、A；调控结构：启动子、操纵基因、前导序列、弱化子；阻遏物trpR基因：与trp操纵子相距较远；2.色氨酸操纵子的负调控：⑴.阻遏调控：trpR基因编码无辅基阻遏物与色氨酸结合形成有活性的色氨酸阻遏物与操纵子结合阻止转录；
色氨酸不足：阻遏物三维空间结构发生变化，不能与操纵子结合，操纵元开始转录；色氨酸浓度升高：色氨酸与阻遏物结合，空间结构发生变化，可与操纵子结合，阻止转录。⑵.弱化子调控：当有色氨酸存在而trp操纵子受抑制时，仍有一段前导序列发生转录，可能存在另一种的机制来抑制trp操纵元的转录。色氨酸高浓度存在时，转录的前导序列140bp长，其中有一28bp的弱化子区域；形成发夹结构，为内部终止子，RNA酶从DNA上脱落，不能转录；色氨酸低浓度或不存在时，RNA聚合酶能通过弱化子区域，转录完整的多顺反子mRNA序列；问题：弱化子如何进行调控？
前导序列可翻译出一段14个氨基酸的短肽，在该短肽的第10、11位置上是两个色氨酸密码子；两个密码子之后是一段mRNA序列，该序列可分为四个区段，区段间可互补配对，形成不同的二级结构。
原核生物为边转录边翻译，前导序列中核糖体位置决定形成哪种二级结构,从而决定弱化子是否可形成终止信号。
①.当有色氨酸时，完整翻译短肽核糖体停留在终止密码子处，邻近区段2位置阻碍了2,3配对使3,4区段配对形成发夹结构终止子RNA酶在弱化子处终止，不能向前移动。②.如缺