原核生物的转录与调控精选PPT.ppt

关于原核生物的关于原核生物的转录与与调控控第1页，讲稿共60张，创作于星期日第2页，讲稿共60张，创作于星期日转录转录(transcription)生物体以生物体以DNA为模板按为模板按53方向方向合成合成RNA的过程的过程转转录录RNADNA 第3页，讲稿共60张，创作于星期日参参 与与 转转 录录 的的 物物 质：质：原料原料:4种种NTP (ATP,UTP,GTP,CTP)模板模板:DNA 酶酶 :RNA聚合酶聚合酶其他蛋白质因子其他蛋白质因子第4页，讲稿共60张，创作于星期日A.原核生物的转录原核生物的转录一、转录概述一、转录概述二、转录的基本过程二、转录的基本过程三、大肠杆菌三、大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶四、转录的机制四、转录的机制第5页，讲稿共60张，创作于星期日一、转录概述一、转录概述第6页，讲稿共60张，创作于星期日起始点起始点(start point)：合成第一个：合成第一个RNA碱基的位置，用碱基的位置，用“+1”表示。表示。启动子启动子(promoter)：位于转录起始点前，和：位于转录起始点前，和RNA聚合酶结合的一段聚合酶结合的一段DNA序列。序列。终止子终止子(terminator)：使：使RNA聚合酶终止转录的一段聚合酶终止转录的一段DNA序列。序列。转录单位转录单位(transcription unit)：从启动子到终止子间的一段：从启动子到终止子间的一段DNA序列。序列。1.基本术语：基本术语：第7页，讲稿共60张，创作于星期日上游序列：基因中起始点前面的序列，用“-”表示下游序列：在起始点后面的序列，用“+”表示初级转录本：刚转录完成的RNA产物转录泡：RNA聚合酶与启动子结合后形成的DNA解旋区。转录泡可和RNA聚合酶一起沿DNA链移动，RNA合成在转录泡内进行。1.基本术语：基本术语：第8页，讲稿共60张，创作于星期日转录泡的结构转录泡的结构当当RNA聚聚合合酶酶沿沿DNA模模板板移移动动时时，它它打打开开泡泡前前的的DNA双双螺螺旋旋（在在解解链链点点打打开开），并并在在复复链链点点使使DNA复原。复原。转转录录泡泡的的长长度度随随增增长长反反应应阶阶段段而而异异，在在12-20bp之之间间(17 bp)，但但其其中中的的RNA-DNA杂杂合合双双螺螺旋旋区区域域比比这这个个长长度度要要短短(12 bp)。第9页，讲稿共60张，创作于星期日二、转录的基本过程二、转录的基本过程1.1.识别启动子识别启动子识别启动子识别启动子RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶识识识识别别别别启启启启动动动动子子子子，并并并并在在在在启启启启动动动动子子子子处处处处结结结结合合合合形形形形成成成成一一一一个个个个“转转转转录录录录泡泡泡泡”，转录泡内的，转录泡内的，转录泡内的，转录泡内的DNADNA双链解开，为双链解开，为双链解开，为双链解开，为RNARNA合成提供模板。合成提供模板。合成提供模板。合成提供模板。转录泡转录泡有义链有义链模板链，反义链模板链，反义链第10页，讲稿共60张，创作于星期日2.2.转录起始转录起始转录起始转录起始a.a.转录起始无需引物。转录起始无需引物。转录起始无需引物。转录起始无需引物。b.b.流产起始：流产起始：流产起始：流产起始：转录起始后直到形成转录起始后直到形成转录起始后直到形成转录起始后直到形成9 9个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，个核苷酸短链的过程是通过启动子阶段，此时此时此时此时RNARNA聚合酶一直处于启动子区域，新生聚合酶一直处于启动子区域，新生聚合酶一直处于启动子区域，新生聚合酶一直处于启动子区域，新生RNARNA链与链与链与链与DNADNA模板链的结模板链的结模板链的结模板链的结合不够牢固，很容易从合不够牢固，很容易从合不够牢固，很容易从合不够牢固，很容易从DNADNA链上掉下来并导致转录重新开始，这一过程链上掉下来并导致转录重新开始，这一过程链上掉下来并导致转录重新开始，这一过程链上掉下来并导致转录重新开始，这一过程称为称为称为称为流产起始流产起始流产起始流产起始。c.c.启动子清除：启动子清除：启动子清除：启动子清除：一旦一旦一旦一旦RNARNA聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成聚合酶成功地合成9 9个以上核苷酸并离开启动子个以上核苷酸并离开启动子个以上核苷酸并离开启动子个以上核苷酸并离开启动子区域，转录就进入正常的延伸阶段，这一过程称为启动子清除。区域，转录就进入正常的延伸阶段，这一过程称为启动子清除。区域，转录就进入正常的延伸阶段，这一过程称为启动子清除。区域，转录就进入正常的延伸阶段，这一过程称为启动子清除。d.d.通过启动子的时间代表一个启动子的强弱，时间越短表明该基因转录起始通过启动子的时间代表一个启动子的强弱，时间越短表明该基因转录起始通过启动子的时间代表一个启动子的强弱，时间越短表明该基因转录起始通过启动子的时间代表一个启动子的强弱，时间越短表明该基因转录起始的频率越高。的频率越高。的频率越高。的频率越高。第11页，讲稿共60张，创作于星期日3.链的延伸链的延伸RNA聚聚合合酶酶沿沿DNA模模板板链链移移动动并并使使新新生生RNA链链不不断断伸伸长长的的过过程程。大大肠肠杆杆菌菌RNA聚聚合合酶酶的的活活性性一一般般为为每每秒秒50-90个个核核苷苷酸酸。酶酶移移动动时时局局部部解解旋旋DNA；酶酶经经过过之之后后，DNA又又重重新形成双螺旋。新形成双螺旋。第12页，讲稿共60张，创作于星期日4.链的终止和释放链的终止和释放当当当当RNARNA链延伸到转录终止位点时，链延伸到转录终止位点时，链延伸到转录终止位点时，链延伸到转录终止位点时，RNARNA聚合酶不再形成新的聚合酶不再形成新的聚合酶不再形成新的聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，磷酸二酯键，磷酸二酯键，磷酸二酯键，RNA-DNARNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，杂合物分离，转录泡瓦解，杂合物分离，转录泡瓦解，杂合物分离，转录泡瓦解，DNADNA恢复成恢复成恢复成恢复成双链状态，而双链状态，而双链状态，而双链状态，而RNARNA聚合酶和聚合酶和聚合酶和聚合酶和RNARNA链都从模板上释放出来，这就是链都从模板上释放出来，这就是链都从模板上释放出来，这就是链都从模板上释放出来，这就是转录的终止。转录的终止。转录的终止。转录的终止。第13页，讲稿共60张，创作于星期日三、大肠杆菌三、大肠杆菌RNA聚合酶聚合酶1.RNA聚合酶的功能聚合酶的功能a.RNA合成合成b.合成起始和终止位点的识别合成起始和终止位点的识别c.确定与确定与DNA结合位点的结合与脱离的时间等结合位点的结合与脱离的时间等第14页，讲稿共60张，创作于星期日核心酶核心酶 core enzyme全酶全酶 holoenzyme 全酶至少含全酶至少含5 5个亚基：个亚基：2 2、，是转录起始所必需的。是转录起始所必需的。2 2、和和 亚基组成核心酶，种间基本没有变化亚基组成核心酶，种间基本没有变化；因子存在广泛的种间变异因子存在广泛的种间变异，用于识别不同的启动子用于识别不同的启动子。2.RNA聚合酶的结构第15页，讲稿共60张，创作于星期日2)因子的功能：因子的功能：使使使使RNARNA聚合酶特异性地与启动子结合。聚合酶特异性地与启动子结合。聚合酶特异性地与启动子结合。聚合酶特异性地与启动子结合。大肠杆菌中最常见的大肠杆菌中最常见的大肠杆菌中最常见的大肠杆菌中最常见的 因子是因子是因子是因子是 7070核核核核心心心心酶酶酶酶不不不不能能能能区区区区分分分分DNADNA的的的的启启启启动动动动子子子子和和和和其其其其它它它它序序序序列列列列，它它它它与与与与DNADNA非非非非选选选选择择择择性性性性结结结结合合合合形形形形成成成成松松松松散散散散型型型型复复复复合合合合体体体体。因因因因子子子子是是是是通通通通过过过过将将将将核核核核心心心心酶酶酶酶对对对对非非非非特特特特异异异异序序序序列列列列的的的的亲亲亲亲和和和和力力力力降降降降低低低低10104 4倍倍倍倍，同同同同时时时时增增增增加加加加其其其其对对对对启启启启动动动动子子子子的的的的亲亲亲亲和和和和力力力力来来来来帮帮帮帮助助助助启启启启动动动动子识别的。子识别的。子识别的。子识别的。RNARNA链链链链延延延延伸伸伸伸至至至至8-9nt8-9nt时时时时，因因因因子子子子会会会会从从从从RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶中中中中释释释释放放放放出出出出来来来来，它它它它可可可可以以以以再再再再与与与与其其其其他他他他核核核核心酶心酶心酶心酶结合重新起始转录。结合重新起始转录。结合重新起始转录。结合重新起始转录。第16页，讲稿共60张，创作于星期日3.RNA聚合酶在细胞内的分布形式聚合酶在细胞内的分布形式1)1)很少有游离的核心酶和全酶很少有游离的核心酶和全酶很少有游离的核心酶和全酶很少有游离的核心酶和全酶2)细细胞胞内内 因因因因子子子子数数数数量量量量只只只只有有有有核核核核心心心心酶酶酶酶的的的的30%，因因因因此此此此在在在在任任任任何何何何时时时时刻刻刻刻只只只只有有有有1/31/3的聚合酶能以全酶的形式存在。的聚合酶能以全酶的形式存在。第17页，讲稿共60张，创作于星期日四、转录的机制四、转录的机制1.1.启动子识别和转录起始启动子识别和转录起始启动子识别和转录起始启动子识别和转录起始1)1)在在在在RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶开开开开始始始始链链链链延延延延长长长长前前前前，它它它它与与与与DNADNA的的的的相互作用经历了相互作用经历了相互作用经历了相互作用经历了4 4个阶段：个阶段：个阶段：个阶段：a.a.RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶与与与与处处处处于于于于碱碱碱碱基基基基配配配配对对对对状状状状态态态态的的的的启启启启动动动动子子子子序序序序列列列列结合形成结合形成结合形成结合形成闭合复合物闭合复合物闭合复合物闭合复合物。b.b.DNADNA的的的的初初初初始始始始解解解解旋旋旋旋导导导导致致致致DNADNA与与与与聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶形形形形成成成成开开开开放复合物，这一过程称为放复合物，这一过程称为放复合物，这一过程称为放复合物，这一过程称为紧密结合紧密结合紧密结合紧密结合。c.c.进行多次流产起始进行多次流产起始进行多次流产起始进行多次流产起始d.d.起起起起始始始始成成成成功功功功后后后后，聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶释释释释放放放放 因因因因子子子子，形形形形成成成成聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶-DNA-DNA-新新新新生生生生RNARNA的的的的三三三三聚聚聚聚复复复复合合合合物物物物，RNARNA链开始延伸。链开始延伸。链开始延伸。链开始延伸。第18页，讲稿共60张，创作于星期日RNA RNA pol pol 是如何发现正确的起点而启动基因转录的呢？是如何发现正确的起点而启动基因转录的呢？第19页，讲稿共60张，创作于星期日1)1)启动子的识别取决于共有序列启动子的识别取决于共有序列启动子的识别取决于共有序列启动子的识别取决于共有序列保保保保守守守守性性性性序序序序列列列列：每每每每个个个个启启启启动动动动子子子子都都都都包包包包括括括括一一一一个个个个能能能能被被被被RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶识识识识别别别别的的的的特征特征特征特征DNADNA序列序列序列序列。共共共共有有有有序序序序列列列列：是是是是根根根根据据据据保保保保守守守守性性性性序序序序列列列列总总总总结结结结出出出出的的的的一一一一种种种种理理理理想想想想序序序序列列列列，它它它它的的的的每每每每一一一一个个个个位位位位置置置置代代代代表表表表了了了了很很很很多多多多实实实实际际际际序序序序列列列列中中中中最最最最经经经经常常常常发发发发现现现现的的的的碱碱碱碱基基基基。典典典典型型型型的的的的启启启启动动动动子有子有子有子有3 3个共有序列：个共有序列：个共有序列：个共有序列：-35-35序列、序列、-10序列和起始点序列序列和起始点序列序列和起始点序列序列和起始点序列-35序列序列-10序列序列起始点起始点TTGACATATAATACTG16-18bp5-8bp+1Pribnow框框Sextama框框第20页，讲稿共60张，创作于星期日细菌启动子有个保守性特征：细菌启动子有个保守性特征：细菌启动子有个保守性特征：细菌启动子有个保守性特征：1)1)转录起始点：转录起始点：转录起始点：转录起始点：开始碱基开始碱基开始碱基开始碱基90%90%是嘌呤，是嘌呤，是嘌呤，是嘌呤，GG比比比比A A更常见。更常见。更常见。更常见。2)2)-10-10序序序序列列列列：起起起起始始始始点点点点上上上上游游游游一一一一个个个个6bp6bp区区区区，这这这这个个个个六六六六聚聚聚聚体体体体的的的的中中中中心心心心靠靠靠靠近近近近起起起起始始始始点点点点上上上上游游游游的的的的第第第第1010碱碱碱碱基基基基对对对对，它它它它的的的的共共共共有有有有序序序序列列列列是是是是TATAATTATAAT。-10-10序序序序列列列列是是是是RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶的的的的牢牢牢牢固固固固结结结结合合合合位位位位点点点点，是是是是聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶启启启启动动动动DNADNA解解解解旋旋旋旋的的的的序序序序列列列列。因因因因此此此此，-10-10序序序序列列列列可可可可通通通通过过过过影影影影响响响响开开开开放放放放复合物的形成速度而控制转录。复合物的形成速度而控制转录。复合物的形成速度而控制转录。复合物的形成速度而控制转录。3)3)-35-35序序序序列列列列：也也也也是是是是一一一一个个个个六六六六聚聚聚聚体体体体，其其其其中中中中心心心心位位位位于于于于-35-35碱碱碱碱基基基基对对对对处处处处，它它它它的的的的共共共共有有有有序序序序列列列列是是是是TTGACATTGACA，是，是，是，是RNARNA聚合酶的识别位点。聚合酶的识别位点。聚合酶的识别位点。聚合酶的识别位点。4)4)-35-35和和和和-10-10序序序序列列列列之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离十十十十分分分分重重重重要要要要，在在在在90%90%的的的的启启启启动动动动子子子子中中中中变变变变动动动动在在在在1616和和和和1818个个个个碱碱碱碱基之间，两序列间为基之间，两序列间为基之间，两序列间为基之间，两序列间为17bp17bp时转录效率最高。时转录效率最高。时转录效率最高。时转录效率最高。-35序列序列-10序列序列起始点起始点TTGACATATAATACTG16-18bp5-8bp+1第21页，讲稿共60张，创作于星期日启动子的突变影响它所控制的基因的转录水平而不改变转录产物启动子的突变影响它所控制的基因的转录水平而不改变转录产物启动子的突变影响它所控制的基因的转录水平而不改变转录产物启动子的突变影响它所控制的基因的转录水平而不改变转录产物：下降突变下降突变下降突变下降突变：T TATAATATAAT A AATAATATAAT上升突变上升突变上升突变上升突变：TATTATGGTT TT TATTATA ATTTT-35-35序序序序列列列列的的的的作作作作用用用用是是是是为为为为RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶的的的的识识识识别别别别提提提提供供供供信信信信号号号号，而而而而-10-10序序序序列列列列使使使使复复复复合合合合物物物物由由由由闭闭闭闭合合合合转转转转化化化化为为为为开开开开放放放放。所所所所以以以以我我我我们们们们可可可可以以以以认认认认为为为为-35-35序序序序列列列列包包包包括括括括一一一一个个个个识识识识别别别别结结结结构构构构域域域域，而而而而-10-10序序序序列列列列包包包包括括括括一一一一个个个个解解解解链结构域链结构域链结构域链结构域。起起起起始始始始点点点点周周周周围围围围的的的的碱碱碱碱基基基基序序序序列列列列对对对对起起起起始始始始作作作作用用用用也也也也有有有有影影影影响响响响，起起起起始始始始转转转转录录录录区区区区间间间间（+1+30+1+30）影影影影响响响响RNARNA聚聚聚聚合合合合酶沿启动子滑动的速度从而影响启动子的强度。酶沿启动子滑动的速度从而影响启动子的强度。酶沿启动子滑动的速度从而影响启动子的强度。酶沿启动子滑动的速度从而影响启动子的强度。第22页，讲稿共60张，创作于星期日4)转录起始的效率转录起始的效率a.不不同同启启动动子子的的起起始始效效率率有有差差异异。不不同同启启动动子子与与全全酶酶的的结结合合紧紧密密程程度度不不同同，结结合合的的紧紧密密程程度度与与启启动动子子起起始始转转录录的的效效率率有关。有关。b.转录起始受调节蛋白控制。转录起始受调节蛋白控制。c.启动子上游序列可能增强启动子的活性。启动子上游序列可能增强启动子的活性。d.负负超超螺螺旋旋状状态态有有利利于于转转录录起起始始，是是因因为为负负超超螺螺旋旋结结构构需需较较少少的的自由能，就可使起始复合物中的双链解开。自由能，就可使起始复合物中的双链解开。第23页，讲稿共60张，创作于星期日5)特定类型基因的转录由不同的特定类型基因的转录由不同的 因子控制因子控制 在细胞中不止一种在细胞中不止一种在细胞中不止一种在细胞中不止一种 因子因子 RNARNA聚合酶起始一些基因的转录需要特殊的聚合酶起始一些基因的转录需要特殊的聚合酶起始一些基因的转录需要特殊的聚合酶起始一些基因的转录需要特殊的 因子因子因子因子 不同大肠杆菌不同大肠杆菌不同大肠杆菌不同大肠杆菌 因子识别不同的启动子因子识别不同的启动子因子识别不同的启动子因子识别不同的启动子在噬菌体中通过在噬菌体中通过 因子的改变控制不同时期基因的表达因子的改变控制不同时期基因的表达因子的改变控制不同时期基因的表达因子的改变控制不同时期基因的表达。第24页，讲稿共60张，创作于星期日2.RNA链的延伸链的延伸a.全全酶酶结结合合在在启启动动子子后后，开开始始不不断断的的流流产产起起始始，直直至至移移出出启启动动子子区区域域，才才进进行行链的延伸。链的延伸。b.当当RNA聚聚合合酶酶全全酶酶刚刚结结合合上上DNA时时，它它覆覆盖盖75-80bp，从从-55延延伸伸至至+20，在在起起始始阶段它保持着这个位置。阶段它保持着这个位置。c.进进入入链链延延伸伸阶阶段段后后，因因子子被被释释放放，RNA聚聚合合酶酶不不再再覆覆盖盖-55到到-35的的DNA，只剩下约只剩下约60bp被被RNA聚合酶所覆盖。聚合酶所覆盖。第25页，讲稿共60张，创作于星期日3.链的终止链的终止RNARNA链停止增长，并与链停止增长，并与链停止增长，并与链停止增长，并与DNA模板链分离。模板链分离。模板链分离。模板链分离。终终终终止止止止子子子子：促促促促进进进进转转转转录录录录终终终终止止止止的的的的DNADNA序序序序列列列列，在在在在RNARNA水水水水平平平平上上上上通通通通过过过过转转转转录录录录出出出出的的的的终止子序列形成终止子序列形成终止子序列形成终止子序列形成茎环结构茎环结构茎环结构茎环结构而起作用。可分为两类：而起作用。可分为两类：(1)(1)不依赖于不依赖于不依赖于不依赖于 因子的终止子因子的终止子因子的终止子因子的终止子（内在终止子内在终止子）(2)(2)依赖于依赖于依赖于依赖于 因子的终止子因子的终止子第26页，讲稿共60张，创作于星期日（1）不依赖于不依赖于 因子的终止子因子的终止子核心酶可以在没有任核心酶可以在没有任何其它辅助因子的情况下，何其它辅助因子的情况下，在某些终点终止，这些位在某些终点终止，这些位点称为不依赖于点称为不依赖于 因子的终因子的终因子的终因子的终止子止子止子止子 。特征：转录产物中包含特征：转录产物中包含特征：转录产物中包含特征：转录产物中包含发卡状发卡状的二级结构（的二级结构（的二级结构（的二级结构（7-20 7-20 bpbp）和）和）和）和33末端连续末端连续末端连续末端连续4个或更个或更个或更个或更多的多的多的多的U U残基残基残基残基，发卡茎部结构中，发卡茎部结构中，发卡茎部结构中，发卡茎部结构中富含富含富含富含G-CG-C。第27页，讲稿共60张，创作于星期日2)依赖于依赖于 因子（因子（rho）的终止子）的终止子需要需要需要需要RhoRho的存在才能终止反应。的存在才能终止反应。的存在才能终止反应。的存在才能终止反应。特特特特征征征征：在在在在终终终终止止止止点点点点前前前前有有有有一一一一段段段段富富富富含含含含C C但但但但缺缺缺缺乏乏乏乏GG的的的的区区区区段段段段。这这这这段段段段碱碱碱碱基基基基越越越越长长长长，终止效率越高。终止效率越高。终止效率越高。终止效率越高。第28页，讲稿共60张，创作于星期日 因因子子：46 KD的的蛋蛋白白，功功能能形形式式是是六六聚聚体体，是是RNA聚聚合合酶酶的的一一个个辅辅助助因因子子，只在链终止时起作用。只在链终止时起作用。因因子子具具有有ATPase的的活活性性，结结合合在在终终止止点点上上游游的的RNA新新生生链链的的某某个个位位置置，然然后后可可能能沿沿RNA链链向向RNA聚聚合合酶酶移移动动，如如果果赶赶上上暂暂停停在在终终止止点点的的RNA聚聚合合酶酶，合合成就终止。成就终止。如如果果没没有有 因因子子因因子子存存在在，聚聚合合酶酶暂暂停停在在终止子后，又继续终止子后，又继续RNA合成。合成。第29页，讲稿共60张，创作于星期日B.原核生物的转录调控原核生物的转录调控一、一、基因表达的基因表达的调控调控水平水平二、转录水平的调控操纵子二、转录水平的调控操纵子三三、操纵子的一般类型操纵子的一般类型四四、乳糖、乳糖操纵子操纵子五、色氨酸操纵子五、色氨酸操纵子第30页，讲稿共60张，创作于星期日一、一、基因表达的基因表达的调控调控水平水平1.DNA1.DNA水平：水平：水平：水平：基因丢失、扩增、重排、甲基化等基因丢失、扩增、重排、甲基化等基因丢失、扩增、重排、甲基化等基因丢失、扩增、重排、甲基化等2.2.转转转转录录录录水水水水平平平平：转转转转录录录录起起起起始始始始和和和和转转转转录录录录终终终终止止止止的的的的调调调调控控控控。转转转转录录录录起起起起始始始始调调调调节节节节是是是是最最最最为为为为经经经经济的一种方式。济的一种方式。济的一种方式。济的一种方式。3.3.转录后转录后转录后转录后加工水平：加工水平：加工水平：加工水平：RNARNA初级转录本本初级转录本本初级转录本本初级转录本本身可以是调节的目标。例如身可以是调节的目标。例如身可以是调节的目标。例如身可以是调节的目标。例如，它的稳定性与它能否被翻译有关。它的稳定性与它能否被翻译有关。它的稳定性与它能否被翻译有关。它的稳定性与它能否被翻译有关。4.4.翻翻翻翻译译译译水水水水平平平平：和和和和转转转转录录录录水水水水平平平平一一一一样样样样，翻翻翻翻译译译译水水水水平平平平的的的的调调调调控控控控也也也也包包包包括括括括起起起起始始始始和和和和终终终终止止止止的的的的调控调控调控调控。机体可以在基因表达过程的任何阶段进行调控，一般以机体可以在基因表达过程的任何阶段进行调控，一般以转转转转录水平录水平录水平录水平上的调控为主。上的调控为主。第31页，讲稿共60张，创作于星期日二、转录水平的调控操纵子二、转录水平的调控操纵子操纵子是原核生物基因结构、表达和调控的基本形式。操纵子是原核生物基因结构、表达和调控的基本形式。一个操纵子包括一个上游的一个操纵子包括一个上游的调控区调控区和一个以上的和一个以上的结构基因结构基因组成。组成。调控区调控区包含启动子和操纵基因两部分。该区控制连锁在一起包含启动子和操纵基因两部分。该区控制连锁在一起的多个基因的转录。的多个基因的转录。1.操纵子操纵子第32页，讲稿共60张，创作于星期日2.结构基因：结构基因：编码蛋白质或编码蛋白质或RNA产物的任何基因。产物的任何基因。1)细菌的结构基因常以基因簇的形式存在。细菌的结构基因常以基因簇的形式存在。2)基基因因簇簇中中基基因因的的编编码码产产物物功功能能上上是是相相关关的的。例例如如，编编码码同一代谢途径中酶的基因常存在于同一基因簇。同一代谢途径中酶的基因常存在于同一基因簇。3)基基因因簇簇中中基基因因能能受受单单一一启启动动子子的的共共同同控控制制，结结果果是是整整簇簇基基因或者都表达或者都不表达。因或者都表达或者都不表达。二、转录水平的调控操纵子二、转录水平的调控操纵子第33页，讲稿共60张，创作于星期日例例如如：lac基因簇（乳糖操纵子中的三个结构基因）基因簇（乳糖操纵子中的三个结构基因）-半乳糖苷分解酶-半乳糖苷透性酶硫代半乳糖苷乙酰转移酶Plac原核生物操纵子中的全部结构基因从同一个启动子开始原核生物操纵子中的全部结构基因从同一个启动子开始转录成一个转录成一个多顺反子多顺反子多顺反子多顺反子的的mRNA分子。分子。分子。分子。第34页，讲稿共60张，创作于星期日二、转录水平的调控操纵子二、转录水平的调控操纵子3.操操纵纵基基因因：是是原原核核生生物物的的操操纵纵子子中中调调节节蛋蛋白白的的结结合合位位点点，为控制结构基因转录的为控制结构基因转录的DNA序列。序列。4.调调节节基基因因：仅仅指指参参与与其其他他基基因因表表达达调调控控的的RNA和和蛋蛋白白质质的的编码基因。编码基因。调调节节基基因因编编码码的的调调节节蛋蛋白白通通过过与与DNA上上的的操操纵纵基基因因结结合合而而控控制结构基因的转录，是基因表达调控的关键制结构基因的转录，是基因表达调控的关键。第35页，讲稿共60张，创作于星期日5.5.反式作用因子与顺式作用元件反式作用因子与顺式作用元件反式作用因子与顺式作用元件反式作用因子与顺式作用元件基基基基因表达的产物（蛋白质或因表达的产物（蛋白质或因表达的产物（蛋白质或因表达的产物（蛋白质或RNARNA）从合成的场所扩散到目标场）从合成的场所扩散到目标场）从合成的场所扩散到目标场）从合成的场所扩散到目标场所而发挥作用的过程称为所而发挥作用的过程称为所而发挥作用的过程称为所而发挥作用的过程称为反式作用反式作用反式作用反式作用（trans-actingtrans-acting），此基因表达），此基因表达），此基因表达），此基因表达产物被称为产物被称为产物被称为产物被称为反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子（trans-acting factortrans-acting factor）。反式作用因子通常为蛋白质或反式作用因子通常为蛋白质或反式作用因子通常为蛋白质或反式作用因子通常为蛋白质或RNARNA，其特征为可以从合成地扩散到，其特征为可以从合成地扩散到，其特征为可以从合成地扩散到，其特征为可以从合成地扩散到目标场所发挥作用。目标场所发挥作用。目标场所发挥作用。目标场所发挥作用。二、转录水平的调控操纵子二、转录水平的调控操纵子第36页，讲稿共60张，创作于星期日顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件（cis-acting factorcis-acting factor）是指对结构基因表达有调节）是指对结构基因表达有调节）是指对结构基因表达有调节）是指对结构基因表达有调节活性的活性的活性的活性的DNADNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个序列，其活性只影响与其自身同处在一个序列，其活性只影响与其自身同处在一个序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因。分子上的基因。分子上的基因。分子上的基因。顺式作用元件通常不编码蛋白质，多位于基因顺式作用元件通常不编码蛋白质，多位于基因顺式作用元件通常不编码蛋白质，多位于基因顺式作用元件通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中旁侧或内含子中旁侧或内含子中旁侧或内含子中。顺式作用顺式作用顺式作用顺式作用（cis-actingcis-acting）的概念用于任一不转变为任何其他形式）的概念用于任一不转变为任何其他形式）的概念用于任一不转变为任何其他形式）的概念用于任一不转变为任何其他形式的的的的DNADNA序列，它只在序列，它只在序列，它只在序列，它只在原位原位原位原位发挥发挥发挥发挥DNADNA序列的作用，仅影响与其序列的作用，仅影响与其序列的作用，仅影响与其序列的作用，仅影响与其物理上相连的物理上相连的物理上相连的物理上相连的DNADNA序列的活性。序列的活性。序列的活性。序列的活性。基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）和顺式作用元件（通常在和顺式作用元件（通常在DNADNA上）相互作用而实现。上）相互作用而实现。上）相互作用而实现。上）相互作用而实现。第37页，讲稿共60张，创作于星期日位于转录开始和结束位置上的位于转录开始和结束位置上的DNA序列序列序列序列如启动子、终止子如启动子、终止子如启动子、终止子如启动子、终止子都是典型的都是典型的顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件，能受同一类反式作用因子，能受同一类反式作用因子，能受同一类反式作用因子，能受同一类反式作用因子RNARNA聚合聚合聚合聚合酶的识别。酶的识别。酶的识别。酶的识别。操纵基因（操纵基因（O）是位于操纵子前端部分的是位于操纵子前端部分的是位于操纵子前端部分的是位于操纵子前端部分的顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件，它，它，它，它能和调节蛋白结合，控制结构基因的转录。能和调节蛋白结合，控制结构基因的转录。能和调节蛋白结合，控制结构基因的转录。能和调节蛋白结合，控制结构基因的转录。调节蛋白调节蛋白调节蛋白调节蛋白是调节基因的表达产物，是参与操纵子调节的是调节基因的表达产物，是参与操纵子调节的是调节基因的表达产物，是参与操纵子调节的是调节基因的表达产物，是参与操纵子调节的反式作反式作反式作反式作用因子用因子用因子用因子。第38页，讲稿共60张，创作于星期日6.负负调控调控与正与正调控调控负负负负调调调调控控控控：基基因因的的表表达达处处于于启启动动状状态态，但但是是调调节节节节蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与操操操操纵纵纵纵基基基基因的结合关闭了基因的表达。因的结合关闭了基因的表达。因的结合关闭了基因的表达。因的结合关闭了基因的表达。第39页，讲稿共60张，创作于星期日正调控正调控：基因的表达处于：基因的表达处于关闭关闭状态状态，调调节节蛋白与操纵基因结合蛋白与操纵基因结合，结构基因才能表达。结构基因才能表达。第40页，讲稿共60张，创作于星期日7.诱导作用和阻抑作用诱导作用和阻抑作用细菌应答某种特定物质出现而合成特定酶的过程，细菌应答某种特定物质出现而合成特定酶的过程，称为诱称为诱导作用导作用（induction）。）。大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子是这种机制最好的是这种机制最好的范例。范例。如果某种小分子物质能够开启操纵子的转录，这种小分子如果某种小分子物质能够开启操纵子的转录，这种小分子物质就叫做物质就叫做诱导物诱导物（inducer）。）。诱导物在诱导物抑制子复合体中使抑制子失去抑制作用诱导物在诱导物抑制子复合体中使抑制子失去抑制作用。二、转录水平的调控操纵子二、转录水平的调控操纵子第41页，讲稿共60张，创作于星期日三三、操纵子的一般类型操纵子的一般类型1.诱导型操纵子诱导型操纵子1)调节调节基因基因（R）组成组成型型表达抑制子表达抑制子2)与与抑抑制制子子作作用用的的的的小小分分子子物物质质是是诱诱导导物物，通通常常是是即即将将被被分分解的糖或代谢物。解的糖或代谢物。3)只只有有当当诱诱导导物物存存在在时时，抑抑制制子子被被失失活活，操操纵纵子子才才表表达达，表达的产物表达的产物(酶酶)分解该诱导物。分解该诱导物。利用利用类似自然诱导物的物质可以诱导基因表达，但不能被酶类似自然诱导物的物质可以诱导基因表达，但不能被酶分解，这类诱导物称为义务诱导物分解，这类诱导物称为义务诱导物（安慰诱导物安慰诱导物），如如IPTG（异丙基（异丙基-D-硫代半乳糖苷）硫代半乳糖苷）。第42页，讲稿共60张，创作于星期日mRNARP O ABCDNARI产物产物RP O ABCDNARmRNAIABC不表达不表达RI:无活性的抑制子无活性的抑制子表达表达R:有活性的抑制子有活性的抑制子无无I例如：例如：诱导物诱导物存在时：存在时：诱导物诱导物缺乏时：缺乏时：第43页，讲稿共60张，创作于星期日2.阻遏型操纵子阻遏型操纵子1)调节调节基因组成基因组成型型表达能被表达能被辅阻遏辅阻遏物激活的抑制物激活的抑制子。子。2)和和抑抑制制子子相相互互作作用用的的小小分分子子物物质质是是辅辅阻阻遏遏物物，通通常常是是合合成代谢的末端产物，例如氨基酸。成代谢的末端产物，例如氨基酸。3)只只有有当当缺缺乏乏辅辅阻阻遏遏物物时时，操操纵纵子子才才表表达达；表表达达产产物物是是合合成该成该辅阻遏辅阻遏物所必需的。物所必需的。三三、操纵子的一般类型操纵子的一般类型第44页，讲稿共60张，创作于星期日例如：例如：mRNARP OABCDNAR产物产物RP OABCDNACo-RmRNAABC不表达不表达表达表达+Co缺乏缺乏辅阻遏辅阻遏物时：物时：辅阻遏辅阻遏物存在时：物存在时：Co-R:有活性的抑制子有活性的抑制子R:无活性的抑制子无活性的抑制子第45页，讲稿共60张，创作于星期日四四、乳糖、乳糖操纵子操纵子1.结构结构基因基因：a.乳糖乳糖操纵子包括操纵子包括-6000 bp of DNA。b.乳糖操纵子（乳糖操纵子（lactose operon，lac）的三个结构基因成簇排）的三个结构基因成簇排列，编码参与列，编码参与-半乳糖苷（如乳糖）分解代谢所需的三半乳糖苷（如乳糖）分解代谢所需的三种蛋白质：种蛋白质：lacZ编码编码-半乳糖苷酶，半乳糖苷酶，lacY编码编码-半乳糖苷透半乳糖苷透性酶，性酶，lacA编码编码-半乳糖苷转乙酰基酶。半乳糖苷转乙酰基酶。第46页，讲稿共60张，创作于星期日lacI基基因因（调调调调节节节节基基基基因因因因）正正正正好好好好与与与与结结结结构构构构基基基基因因因因相相相相邻邻邻邻，但但但但它它它它不不不不与与与与结结结结构构构构基基基基因因因因属属属属于于于于同同同同一一一一转转转转录录录录单单单单位位位位，它它它它有有有有自自自自己己己己独独独独立立立立的的的的转转转转录录录录单单单单位位位位，含含含含有有有有自自自自己己己己的的的的启启启启动动动动子和终止子。子和终止子。子和终止子。子和终止子。lacIlacI编编码码可可扩扩散散的的产产物物，理理论论上上它它不不必必位位于于结结构构基基因因附附近近。将将lacIlacI基基基基因因因因转转转转移移移移到到到到其其其其他他他他任任任任何何何何地地地地方方方方都都都都能能能能很很很很好好好好地地地地发发发发挥挥挥挥作作作作用用用用，因因因因此此此此lacIlacI的的的的表达产物属于表达产物属于表达产物属于表达产物属于反式作用因子。反式作用因子。反式作用因子。反式作用因子。Lac阻阻抑抑蛋蛋白白的的单单体体结结构构：包包含含几个独立的结构域几个独立的结构域第47页，讲稿共60张，创作于星期日lacIlacI基因的表达产物称为乳糖操纵子阻抑蛋白（基因的表达产物称为乳糖操纵子阻抑蛋白（基因的表达产物称为乳糖操纵子阻抑蛋白（基因的表达产物称为乳糖操纵子阻抑蛋白（lac repressor）。）。）。）。LacI阻抑蛋白通过与操纵基因结合使阻抑蛋白通过与操纵基因结合使Lac操纵子处于不活跃状态操纵子处于不活跃状态。因此，乳糖操纵子的调控属于负调控因此，乳糖操纵子的调控属于负调控因此，乳糖操纵子的调控属于负调控因此，乳糖操纵子的调控属于负调控。第48页，讲稿共60张，创作于星期日3.诱诱导导物物的的添添加加影影响响了了阻阻抑抑蛋蛋白白与与操操纵纵基基因因的的结结合合能能力力，使