原核生物转录调控精选PPT.ppt

关于原核生物转录调控第1页，讲稿共62张，创作于星期日Gene expression controls基因表达基因表达:从从DNA到蛋白质的过程。到蛋白质的过程。基因表达调控基因表达调控:对基因表达过程的调节。对基因表达过程的调节。基因表达调控主要表现基因表达调控主要表现:1.转录水平上的调控主要在起始，终止处。转录水平上的调控主要在起始，终止处。2.转录后水平的调控转录后水平的调控 mRNA加工成熟水平上的调控（真核生物）加工成熟水平上的调控（真核生物）翻译水平的调控起始，终止翻译水平的调控起始，终止Molecular Biology Course第2页，讲稿共62张，创作于星期日华侨大学华侨大学 1961年年,Jacob等发表等发表Lac操纵子操纵子模式模式,生物界反应之强烈可生物界反应之强烈可与与1953年发表年发表DNA双螺旋模型相媲美双螺旋模型相媲美第3页，讲稿共62张，创作于星期日操纵子操纵子对转录的调节对转录的调节 Lac操纵子 Trp操纵子 因子因子对转录的调节对转录的调节Regulation of Transcription in Prokaryotes第4页，讲稿共62张，创作于星期日典型的操纵子包括典型的操纵子包括：1.结构基因结构基因：编码那些在某一特定的生物合成途径中起编码那些在某一特定的生物合成途径中起作用的，其表达被协同调控的酶。作用的，其表达被协同调控的酶。2.调控元件调控元件：如如操纵序列操纵序列，是调节结构基因转录的是调节结构基因转录的一段一段DNA序列。序列。操纵子操纵子（Operon）：基因表达和调控基因表达和调控 的单元。的单元。Can be encoded by a gene in another operonRegulation of Transcription in Prokaryotes调节基因调节基因：其产物能够识别调控元件，如阻抑物，其产物能够识别调控元件，如阻抑物，可以结合并调控操纵序列可以结合并调控操纵序列。第5页，讲稿共62张，创作于星期日（调节基因）（调节基因）（调控元件）（调控元件）（如，阻抑物）（如，阻抑物）第6页，讲稿共62张，创作于星期日1.The operon2.The lactose operon（乳（乳糖糖操纵子）操纵子）3.The lac repressor（乳糖抑制蛋白）（乳糖抑制蛋白）4.Induction（诱导）（诱导）5.cAMP receptor protein（CRP）L1L1 乳糖乳糖（Lac)操纵子操纵子第7页，讲稿共62张，创作于星期日Lac repressor（乳糖阻抑物）（乳糖阻抑物）The lac operonTranscriptionblockedInducer(Lactose)诱导物诱导物Activate the Plac transcription Overview乳糖操纵子乳糖操纵子负调控负调控CRP+cAMP(glucose repressed)正调控正调控High level oftranscription第8页，讲稿共62张，创作于星期日L1-2 乳糖操纵子乳糖操纵子大肠杆菌能利用乳糖作为大肠杆菌能利用乳糖作为碳源碳源，而利用乳糖作为碳源的酶只有而利用乳糖作为碳源的酶只有当当乳糖成为唯一的碳源乳糖成为唯一的碳源时才会时才会被合成。被合成。Regulation of Transcription in Prokaryotes第9页，讲稿共62张，创作于星期日Lactose operon:a regulatory gene and 3 stuctural genes,and 2 control elements第10页，讲稿共62张，创作于星期日lacZ codes for-galactosidase(-半半 乳糖苷酶乳糖苷酶)for lactose hydrolysis(水解水解）lacY encodes a galactoside permease(半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶)to transport Lactose across the cell walllacA encodes a thiogalactoside transacetylase(硫代半乳糖苷乙酰硫代半乳糖苷乙酰 转移酶转移酶)-抑制抑制-半乳糖苷酶有害产物积累半乳糖苷酶有害产物积累L1:The LAC operon第11页，讲稿共62张，创作于星期日这三个结构基因被一个转录单元这三个结构基因被一个转录单元lacZYAlacZYA所编码，它有一个启动子所编码，它有一个启动子PlaclacZYA转录单元含有一个操纵基因位点转录单元含有一个操纵基因位点Olacposition between bases-5and+21 Binds with the lac repressorL1:The LAC operon第12页，讲稿共62张，创作于星期日L1-3 乳糖阻抑物乳糖阻抑物由由LacI基因编码基因编码同亚基四聚体活性形式同亚基四聚体活性形式Olac具有回文结构（具有回文结构（28bp碱基）碱基）乳糖缺乏时，阻抑物占据乳糖缺乏时，阻抑物占据OlacL1:The LAC operon第13页，讲稿共62张，创作于星期日第14页，讲稿共62张，创作于星期日 Thus,RNA polymerase binds very tightly to Plac but no transcription occur because of the bound repressor乳糖阻抑物乳糖阻抑物和和RNA聚合酶聚合酶能能同时同时结合结合到到Plac和和Olac上，且前者使后者的结合上，且前者使后者的结合能力增加了能力增加了2 2个个数量级。数量级。L1:The LAC operon第15页，讲稿共62张，创作于星期日L1-4 诱导诱导诱导物诱导物乳糖阻抑物乳糖阻抑物阻抑物四聚体阻抑物四聚体构象变化构象变化降低降低阻抑物与阻抑物与Olac亲和力亲和力聚合酶迅速转录聚合酶迅速转录乳糖，异乳糖乳糖，异乳糖第16页，讲稿共62张，创作于星期日异乳糖异乳糖RNA聚合酶聚合酶L1:The LAC operon第17页，讲稿共62张，创作于星期日L1-5 cAMP受体蛋白受体蛋白 (CRP)CRP是一种激活蛋白是一种激活蛋白(CAP)CRPcAMP复合物才能结合复合物才能结合DNAcAMP由葡萄糖控制由葡萄糖控制glucoseCRP-cAMPCRPcAMP第18页，讲稿共62张，创作于星期日 P Placlac启动子启动子：弱启动子弱启动子 没有强没有强35序列序列 弱的弱的10序列序列High level expression from this promoter requires the activity of the specific activator,CRP.L1:The LAC operon第19页，讲稿共62张，创作于星期日lacZlacYlacAPlacIPlaclacIOlacPlac/RNA polymerase-50-30-1010130-20-4020-60CRP bindingOlac/repressorstartpointmRNAlactoseCRP-cAMP第20页，讲稿共62张，创作于星期日cAMP水平上升，水平上升，CRPcAMP复合物结合在复合物结合在Plac上，上，DNA链发生链发生90度的弯曲，度的弯曲，增强了聚合增强了聚合酶与启动子的结合酶与启动子的结合，转录效率提高，转录效率提高50倍。倍。v When glucose is absentv When glucose(葡萄糖）葡萄糖）is present乳糖操纵子通常不被激活乳糖操纵子通常不被激活第21页，讲稿共62张，创作于星期日第22页，讲稿共62张，创作于星期日SummaryA:RNA polymeraseB:lac repressor C:CRP-cAMP阻抑物调控：阻抑物调控：-负调控负调控 -缺乏乳糖；乳糖存在缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受体蛋白的调控：受体蛋白的调控：-正调控正调控 -缺少葡萄糖；有葡萄糖缺少葡萄糖；有葡萄糖第23页，讲稿共62张，创作于星期日第24页，讲稿共62张，创作于星期日乳糖是唯一碳源乳糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源乳糖和葡萄糖同时存在乳糖和葡萄糖同时存在再下列几种情况下，大肠杆菌的乳糖操纵子是如何再下列几种情况下，大肠杆菌的乳糖操纵子是如何进行调控的？进行调控的？第25页，讲稿共62张，创作于星期日L2 The Trp Operon1.The trp operon（操纵子）（操纵子）2.the trp repressor(阻抑物）阻抑物）3.the attenuator（弱化子）（弱化子）4.Leader RNA structure5.The leader peptide（肽）（肽）6.Attenuation（弱化作用）（弱化作用）7.Importance of attenuation第26页，讲稿共62张，创作于星期日L2-1 The Trp Operon（色氨酸操纵子）（色氨酸操纵子）第27页，讲稿共62张，创作于星期日1.trp 操纵子操纵子：包括色氨酸合成途径中相关的：包括色氨酸合成途径中相关的5个个结构结构基因基因,一个一个启动子启动子，一个，一个操纵序列操纵序列一段一段前导序列前导序列，一个，一个调节基因调节基因。2.该操纵子编码一个转录单元，从该操纵子编码一个转录单元，从Otrp向下游转录向下游转录7kb的转录物的转录物.3.作用：当细胞缺乏色氨酸时，作用：当细胞缺乏色氨酸时，trp 操纵子操纵子 可使色氨酸可使色氨酸协同表达协同表达。4.色氨酸操纵子色氨酸操纵子RNA产物不稳定产物不稳定.L2:The trp operon第28页，讲稿共62张，创作于星期日L2-2 The Trp repressor （色氨酸阻抑物）（色氨酸阻抑物）Regulation of Transcription in Prokaryotes第29页，讲稿共62张，创作于星期日1.色氨酸阻抑物：由独立的操纵子色氨酸阻抑物：由独立的操纵子trpR编码编码，能与能与Otrp位点特异性结合。位点特异性结合。2.色氨酸阻抑物色氨酸色氨酸阻抑物色氨酸才能结合到操才能结合到操纵基因纵基因Otrp。L2:The trp operon第30页，讲稿共62张，创作于星期日3.阻抑物：二聚体（两个亚基）阻抑物：二聚体（两个亚基）一个中心区域一个中心区域 两个灵活的两个灵活的DNA解读头部解读头部L2:The trp operon第31页，讲稿共62张，创作于星期日第32页，讲稿共62张，创作于星期日4.Therefore,色氨酸操纵子所编码的酶的色氨酸操纵子所编码的酶的终产物终产物(色氨酸），可通过色氨酸），可通过终产物抑制终产物抑制自身的自身的合成。合成。5.该阻抑物可将转录的起始减少大约该阻抑物可将转录的起始减少大约70倍。倍。L2:The trp operon第33页，讲稿共62张，创作于星期日The trp operon第34页，讲稿共62张，创作于星期日L2-3 The attenuator （弱化子（弱化子/衰减子）衰减子）Repressor does not account for all the regulation:Deletion of a sequence between the operator and trpE gene coding region (attenuator)increase both the basal and the activated levels of transcription.L2:The trp operon第35页，讲稿共62张，创作于星期日1.位于位于trpE起始密码子前面起始密码子前面162nt的转录前导序列（的转录前导序列（C）的末端）的末端.2.是一个是一个-independent 终止子区域，在一小段富终止子区域，在一小段富含含GC的回文结构后使的回文结构后使8个连续的个连续的U残基。残基。3.If RNA转录物中发夹结构形成转录物中发夹结构形成，acts as 一个高效一个高效的转录终止子，的转录终止子，仅仅有一段短的转录产物倍合成。仅仅有一段短的转录产物倍合成。L2:The trp operonL2-3 The attenuator （弱化子（弱化子/衰减子）衰减子）mRNA第36页，讲稿共62张，创作于星期日L2-4 Leader RNA structure （前导（前导RNA的结构）的结构）Regulation of Transcription in ProkaryotesmRNA第37页，讲稿共62张，创作于星期日The leader RNA contains four regions(sequence 1,2,3,4)of complementary sequence that can form different structuresL2:The trp operon第38页，讲稿共62张，创作于星期日L2-5 The leader peptide （前导肽）（前导肽）1.前导前导RNA序列含有一个有效的序列含有一个有效的核糖体结核糖体结合位点合位点，并能形成有前导，并能形成有前导RNA2768号号碱基所编码的碱基所编码的14个氨基酸的前导肽个氨基酸的前导肽。2.这段前导肽的这段前导肽的10和和11个密码子是连续的个密码子是连续的色氨酸色氨酸残基残基,在序列在序列1中中;终止密码子在序终止密码子在序列列1和和2之间。之间。3.因此色氨酸决定核糖体的位置，从而控因此色氨酸决定核糖体的位置，从而控制转录。制转录。Regulation of Transcription in Prokaryotes第39页，讲稿共62张，创作于星期日第40页，讲稿共62张，创作于星期日Trp TrpTrpTrpTrp（+）Trp（）第41页，讲稿共62张，创作于星期日L2-6 Attenuation （弱化作用）（弱化作用）依赖于依赖于转录和翻译转录和翻译的紧密偶联，使翻译可的紧密偶联，使翻译可以在以在mRNA边转录时边进行边转录时边进行.Therefore,前导前导RNA转录出后，前导肽转录出后，前导肽立即被翻译出。立即被翻译出。Regulation of Transcription in Prokaryotes第42页，讲稿共62张，创作于星期日5原核细胞原核细胞转录，翻译转录，翻译相相偶联偶联真核生物真核生物5第43页，讲稿共62张，创作于星期日 在色氨酸操纵子转录进行的过程中在色氨酸操纵子转录进行的过程中,RNA Polymerease 在在 sequence 2的末端的末端停滞直到核停滞直到核糖体开始翻译前导肽糖体开始翻译前导肽L2:The trp operon调控调控弱化作用弱化作用抗终止作用抗终止作用第44页，讲稿共62张，创作于星期日L2:The trp operon第45页，讲稿共62张，创作于星期日第46页，讲稿共62张，创作于星期日第47页，讲稿共62张，创作于星期日弱化作用弱化作用：色氨酸存在使色氨酸存在使trp operon的转的转录被抑制录被抑制 10-fold(细调）细调）色氨酸阻抑物色氨酸阻抑物：70-fold(粗调）粗调）色氨酸水平对色氨酸操纵子的表达施加色氨酸水平对色氨酸操纵子的表达施加了了 700-fold 效果效果.His操纵子：弱化作用是唯一的调控机制操纵子：弱化作用是唯一的调控机制L2-7 Importance of attenuation （弱化作用的重要性）（弱化作用的重要性）L2:The trp operon第48页，讲稿共62张，创作于星期日小结小结L1 L1 乳糖操纵子乳糖操纵子 操纵子；乳糖操纵子；操纵子；乳糖操纵子；乳糖阻遏物的调控乳糖阻遏物的调控-负调控负调控 cAMP-CRPcAMP-CRP的调控的调控正调控正调控L2 L2 色氨酸操纵子色氨酸操纵子 色氨酸操纵子色氨酸操纵子；阻抑物阻抑物；弱化子；弱化子；前导前导RNARNA；前导肽；前导肽；弱化作用抗终止作用弱化作用抗终止作用第49页，讲稿共62张，创作于星期日L3 Transcriptional regulationby alternative Factors1.Sigma factor2.Promoter recognition3.Heat shock5.Bacteriophage factorsRegulation of Transcription in Prokaryotes第50页，讲稿共62张，创作于星期日L3-1&2:Sigma factor andpromoter recognitionRegulation of Transcription in Prokaryotes第51页，讲稿共62张，创作于星期日Transcriptional regulation by alternative s Factors第52页，讲稿共62张，创作于星期日Regulation of Transcription in Prokaryotes第53页，讲稿共62张，创作于星期日Many bacteria produce alternativesets of factors to meet the regulationrequirements of transcription undernormal and extreme growth conditionE.coli:Heat shockbacteriophage factors第54页，讲稿共62张，创作于星期日Confer each of them a new promoterspecificity,and allows the diversion ofthe cells basic transcription machineryto the specific transcription of differentclasses of genesDifferent factors binding to thesame core RNA Pol70 factors is the most commonfactor in E.coli under the normal growth condition第55页，讲稿共62张，创作于星期日L3-3:Heat shockRegulation of Transcription in Prokaryotes第56页，讲稿共62张，创作于星期日Comparison of the heat-shock 32 andgeneral 70 responsive promoterRegulation of Transcription in Prokaryotes第57页，讲稿共62张，创作于星期日L3-5:Bacteriophage factorsTranscriptional regulation by alternative Factors第58页，讲稿共62张，创作于星期日1.Many bacteriophages synthesizetheir own factors to endow the hostRNA Pol with a different promoterspecificity and hence to selectivelyexpress their own phage genes.L3-5:Bacteriophage factors2.B.subtilis SPO1 phage expresses acascade of factors which allow adefined sequence of expression ofdifferent phage genes.第59页，讲稿共62张，创作于星期日第60页，讲稿共62张，创作于星期日SPO1早期基因中期基因晚期基因gp28gp33gp34第61页，讲稿共62张，创作于星期日感谢大家观看第62页，讲稿共62张，创作于星期日