第五章原核生物基因表达调控

3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
3
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（transcriptional regulation); 2、mRNA加工成熟水平上的调控（differential processing of RNA transcription); 3、翻译水平上的调控（differential translation of mRNA)
16
调节机理：
细胞中某一氨基酸或嘧啶的浓度发生改变
氨酰 – tRNA的浓度变化
核糖体在转录产物RNA上的结合位置不同， 使得RNA形成特定的二级结构 由RNA的二级结构判断基因能否继续转录
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
17
色氨酸含量和核糖体位置对弱化子结构的影响
当色氨酸充足时，前导序 列的合成正常进行，核糖 体占据 1 区和部分2 区， 2、3 不能有效配对； 3、4 配对形成终止子的 发卡结构，转录终止。
有色氨酸存在时， 转录在弱化子区域
终止
第五章原核生物基因表达调控
20
3、降解物对基因活性的调节
葡萄糖效应或降解物抑制作用：细菌培养基中在 葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等 诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现 象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
葡萄糖
抑制
导致 腺苷酸环化酶的活性
环腺苷酸的合成 减少
- 10 TATAAT
5-9 bp
σ54 因子识别并结合在所调控基因上游的区域
Startpoint
- 24
- 12
CTGGNA 6-8 bp TTGCA 7 - 9 bp
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
12
二、原核基因调节的主要特点
1 、 特殊代谢物对基因活性的调节
可诱导调节：是指一些基因在某些代谢物的诱导 下使其活化，由原来的关闭状态转变为开放状态。
第五章 原核基因表达调控模式
蛋白质合成的类型：
永久型：是指蛋白质的合成不受环境变化或代 谢状态的影响，始终维持在恒定水平。 适应型或调节型：是指蛋白质的合成速度明显 地受环境的影响。
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
1
第一节 原核生物基因表达调控的概述 第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统 第三节 色氨酸操纵子与负控阻遏系统 第四节 其它操纵子 第五节 转录后的调控
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
2
第一节 原核生物基因表达调控的概述
基因表达（gene expression)：是指DNA分子所承 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分子的过程，称为基因表达。
基因表达调控（gene regulation or gene control): 是指对基因表达过程的调节。
Trp+ 转录终止
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
18
当缺乏色氨酸时， 翻译 在双色氨酸密码子处中 止；核糖体仅占据 1 区， 2、3 区配对； 3、4 区不能形成发卡结 构，转录继续。
Trp- 转录继续
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
19
3/29/2021
前导区的转录
无色氨酸时，转 录可持续进行
6 种σ 因子： σ70、 σ54、 σ38、 σ32、 σ28、 σ24。
除σ54 外，其余5种σ 因子在结构上均具有同源 性，统称为σ70 家族。
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
11
σ70 因子识别并结合在所调控基因上游的区域
Startpoint
- 35 TTGACA 16-19 bp
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
6
根据作用特征：
诱导（induction）：调节因子与效应物结合后，开 启基因的转录活性称为 诱导（induction）；
阻遏（repression）：调节因子与效应物结合后， 关闭基因的转录活性称为 阻遏（repression）。
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
7
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
8
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
9
调节基因产物
调节基因产物与效应物结合 基因表达 基因不表达
阻遏蛋白 负控诱导系统 负控阻遏系统
激活蛋白 正控诱导系统 正控阻遏系统
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
10
σ 因子是参与大肠杆菌基因表达调控最常见 的蛋白质。
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
4
基因调控的指挥系统：
原核生物 真核生物
营养水平（nutritional status) 环境因素( environmental factors) 激素水平（hormone level) 发育阶段（developmental stage)
3/29/2021
如：大肠杆菌的乳糖操纵子
可阻遏调节：是指一些基因由于某些代谢物的积 累，而使其由原来的开放状态转变为关闭状态。
如：色氨酸操纵子
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
13
可诱导的操纵子：是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白 的基因；
无诱导物时， 基因关闭
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
环腺苷酸 复合物 复合物结合在启动子区域是乳
代谢物激活蛋白
糖、半乳糖等糖类mRNA转录
所必源自文库的。
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
21
4、细菌的应急反应
是指细菌在供给物全面匮乏的情况下，难以找 到代用物，所作出的一种反应，帮助细菌渡过难关。
第五章原核生物基因表达调控
5
一、原核基因调控机制的类型与特点
根据调控机制的不同： 正转录调控（positive transcription regulation）： 调节基因的产物是激活蛋白（activator），起着提高 结构基因转录水平的作用。
负转录调控（negative transcription regulation）： 调节基因的产物是阻遏蛋白（reppressor），起着 阻止结构基因转录的作用。
诱导物开启 基因
14
可阻遏的操纵子：是一些合成各种细胞代谢过程中所 必须的小分子物质。
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控
15
2、弱化子对基因活性的调节 弱化子(attenuator)：是指起转录终止信号的一段核 苷酸序列。
trp 操纵子mRNA 前导序列结构
3/29/2021
第五章原核生物基因表达调控