基因表达调控 (6)讲稿.ppt
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1、关于基因表达调控(6)第一页,讲稿共九十九页哦第十二章 基因表达调控第二页,讲稿共九十九页哦教学目的与要求:教学目的与要求:了解:真核生物和原核生物基因表达调控的特点。了解:真核生物和原核生物基因表达调控的特点。理解:真核生物基因表达调控方式。理解:真核生物基因表达调控方式。掌握:原核生物基因表达调控的规律。掌握:原核生物基因表达调控的规律。教学重点:教学重点:原核生物操纵子的正负调控及突变。原核生物操纵子的正负调控及突变。第三页,讲稿共九十九页哦第四页,讲稿共九十九页哦Jacquces MonodFrancois Jacob第一节 原核生物基因表达调控1.大肠杆菌乳糖操纵子第五页,讲稿共九十
2、九页哦1)乳糖操纵子的结构(lactose operon,lac)lacZ 编码-半乳糖苷酶结构基因 lacY 编码乳糖透性酶 lacA 编码乙酰基转移酶 lacO 操纵基因调控元件 lacP 启动子 CAP 结合位点 lacI第六页,讲稿共九十九页哦2)乳糖操纵子的表达机制第七页,讲稿共九十九页哦有乳糖没有葡萄糖有乳糖没有葡萄糖操纵子被诱导,基因表达操纵子被诱导,基因表达第八页,讲稿共九十九页哦乳糖操纵的负调控乳糖操纵的负调控负调控系统负调控系统(negative regulation system):没有调节蛋白存在时基因表达,加入某没有调节蛋白存在时基因表达,加入某种调节蛋白后基因活性就
3、关闭的控制系种调节蛋白后基因活性就关闭的控制系统。统。第九页,讲稿共九十九页哦既有葡萄糖又有乳糖培养基中有葡萄糖存在时培养基中有葡萄糖存在时-半乳糖苷酶半乳糖苷酶-半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶 含量很低含量很低 第十页,讲稿共九十九页哦为什么葡萄糖不能诱导三种酶的产生?为什么葡萄糖不能诱导三种酶的产生?第十一页,讲稿共九十九页哦分解物基因激活蛋白第十二页,讲稿共九十九页哦 腺苷环化酶腺苷环化酶 ATP cAMP葡萄糖抑制腺苷环化酶活性第十三页,讲稿共九十九页哦AYZOPI无葡萄糖,cAMP浓度高时CAPcAMPRNA polmRNAcAMP浓度高第十四页,讲稿共九十九页
4、哦AYZOPIRNA polCAP葡萄糖通过抑制腺苷环化酶活性而抑制 乳糖操纵子的表达有葡萄糖时cAMP浓度低第十五页,讲稿共九十九页哦乳糖操纵的正调控乳糖操纵的正调控正调控系统正调控系统(negative regulation system):没有调节蛋白存在时基因关闭,加入某没有调节蛋白存在时基因关闭,加入某种调节蛋白后基因活性就被开启的控制种调节蛋白后基因活性就被开启的控制系统。系统。第十六页,讲稿共九十九页哦乳糖操纵子的正负调控的比较乳糖操纵子的正负调控的比较 条件条件 调节蛋白调节蛋白 基因活性基因活性 无乳糖 阻遏蛋白基因关闭有乳糖无基因表达负调控有葡萄有乳糖cAMP受体蛋白基因关
5、闭基因表达正调控无cAMP-CAPcAMP-CAP第十七页,讲稿共九十九页哦3)乳糖操纵子的基因突变乳糖操纵子的基因突变 lacI基因的突变基因的突变 lacI第十八页,讲稿共九十九页哦第十九页,讲稿共九十九页哦 lacI基因的突变基因的突变 LacI+LacI:阻遏物不能结合在阻遏物不能结合在lacO 上,上,lac操纵子活动失控,有无乳糖,均有操纵子活动失控,有无乳糖,均有酶的产生,酶的产生,组成型突变组成型突变LacI+LacIs :阻遏物不能和乳糖结合,:阻遏物不能和乳糖结合,操纵子活动被抑制,有无乳糖均不产生操纵子活动被抑制,有无乳糖均不产生酶酶超阻遏突变超阻遏突变第二十页,讲稿共九
6、十九页哦 4)乳糖操纵子的基因突变)乳糖操纵子的基因突变 lacO基因的突变基因的突变 lacI第二十一页,讲稿共九十九页哦第二十二页,讲稿共九十九页哦 LacO 基因的突变基因的突变 LacO LacOc阻遏物不能和操纵基因结合,操纵子处于开放状态第二十三页,讲稿共九十九页哦 LacP 基因的突变基因的突变 阻碍阻碍RNA聚合酶与自身的结合,使操纵子不能转聚合酶与自身的结合,使操纵子不能转录录第二十四页,讲稿共九十九页哦LacZ LacZ 不能合成-半乳糖苷酶结构基因突变:LacY LacY 丧失浓缩乳糖的能力LacA LacA 合成乙酰化酶的能力丢失第二十五页,讲稿共九十九页哦思考思考 操
7、纵子的突变类型中,那些突变在有操纵子的突变类型中,那些突变在有无乳糖存在的情况下均能表达三种酶?无乳糖存在的情况下均能表达三种酶?LacI+LacILacO LacOc lacI第二十六页,讲稿共九十九页哦 XGal是是半乳糖苷酶的底物,水解后呈半乳糖苷酶的底物,水解后呈蓝色。蓝色。应用应用第二十七页,讲稿共九十九页哦 用于鉴定目的基因是否插入载体。用于鉴定目的基因是否插入载体。第二十八页,讲稿共九十九页哦应用 用于特异性表达目的基因。用于特异性表达目的基因。第二十九页,讲稿共九十九页哦1 1)色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构结构基因调控元件邻氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油酸合成酶色氨酸合成酶链
8、 链P O L E D C B A trpR无活性的阻遏物第三十页,讲稿共九十九页哦1 1)色氨酸操纵子模型结构:色氨酸操纵子模型结构:5种结构基因种结构基因:trpE、D、C、B、A;调控结构:调控结构:启动子、操纵子、前导序列启动子、操纵子、前导序列阻遏物阻遏物trpR基因:基因:与与trp操纵子相距较远操纵子相距较远,编码编码没有活性的阻遏物。没有活性的阻遏物。第三十一页,讲稿共九十九页哦Trp Trp 浓度高时 Trp浓度低时 mRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 第三十二页,讲稿共九十九页哦第三十三页,讲稿共九十九页哦trpAtrpBtrpCtrpEtr
9、pD前导序列 aRNAtrpE trpD trpC trpB trpAtrpR第三十四页,讲稿共九十九页哦色氨酸操纵子调控机制色氨酸操纵子调控机制培养基中培养基中有足够色氨酸有足够色氨酸 操纵子关闭操纵子关闭 色氨酸合成停止色氨酸合成停止缺乏色氨酸缺乏色氨酸 操纵子被打开操纵子被打开 色氨酸合成开始色氨酸合成开始第三十五页,讲稿共九十九页哦3 3)应用应用对色氨酸生物合成途径中的关键基因对色氨酸生物合成途径中的关键基因trpR进行改造进行改造。敲除敲除trpR基因解除基因组上色氨酸合成和基因解除基因组上色氨酸合成和转运关键酶受到的反馈阻遏调控,获得转运关键酶受到的反馈阻遏调控,获得高产菌株高产
10、菌株.第三十六页,讲稿共九十九页哦调节基因AYZOPI结构基因调控元件P O L E D C B A trpR操纵子:包含结构基因和控制区的整个核 苷酸序列。小 结第三十七页,讲稿共九十九页哦调节基因操纵基因结构基因mRNA酶蛋白.辅阻遏蛋白操纵子模型的内容:在调节基因产物的作用下,通过操纵基因控制结在调节基因产物的作用下,通过操纵基因控制结构基因的转录,从而发生酶的诱导或阻遏。构基因的转录,从而发生酶的诱导或阻遏。第三十八页,讲稿共九十九页哦思考思考如何利用乳糖操纵子的突变类型,进行如何利用乳糖操纵子的突变类型,进行转基因动物的培育?转基因动物的培育?请查阅相关资料列举操纵子的研究进展。请查
11、阅相关资料列举操纵子的研究进展。第三十九页,讲稿共九十九页哦第二节第二节 真核基因表达调控真核基因表达调控第四十页,讲稿共九十九页哦原核生物真核生物操纵子调控。多样化调控,更为复杂。基因组小,大肠杆菌:总长4.6106bp,编码4288个基因,每个基因约1100bp。基因组大,人类基因组全长3109 bp,编码10万个基因,其余为重复序列。基因分布在同一染色体上,操纵子控制。DNA与组蛋白结合成染色质,染色质的变化调控基因表达;基因分布在不同的染色体上,存在不同染色体间基因的调控问题。适应外界环境,操纵子调控表达。基因差别表达是细胞分化和功能的核心。转录和翻译同时进行,大部分为转录水平调控。转
12、录和翻译在时间和空间上均不同,从DNA到蛋白质的各层次上都有调控,但多数为转录水平调控真核生物与原核生物的调控差异第四十一页,讲稿共九十九页哦真核基因表达调控的特点真核基因表达调控的特点 与原核生物比较它具有一些明显的特点:与原核生物比较它具有一些明显的特点:真核基因表达调控的环节更多真核基因表达调控的环节更多真核基因的转录与染色质的结构变化相关真核基因的转录与染色质的结构变化相关。真核基因表达以正调控为主真核基因表达以正调控为主 第四十二页,讲稿共九十九页哦真核基因表达调控的特点真核基因表达调控的特点 与原核生物比较它具有一些明显的特点:与原核生物比较它具有一些明显的特点:真核基因表达调控的
13、环节更多真核基因表达调控的环节更多真核基因的转录与染色质的结构变化相关真核基因的转录与染色质的结构变化相关。真核基因表达以正调控为主真核基因表达以正调控为主 第四十三页,讲稿共九十九页哦第四十四页,讲稿共九十九页哦1.DNA水平调控水平调控DNA水平调控是通过改变基因组中有关基因的数量、水平调控是通过改变基因组中有关基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达结构顺序和活性而控制基因的表达调控机制包括:调控机制包括:基因丢失基因丢失 基因的扩增基因的扩增 重排重排 化学修饰化学修饰第四十五页,讲稿共九十九页哦1)基因丢失)基因丢失:在个体发育过程中,某些原生动在个体发育过程中,某些原生动物、线虫
14、、昆虫和甲壳类动物的一些体细胞常常物、线虫、昆虫和甲壳类动物的一些体细胞常常丢失整条或部分染色体,而分化产生生殖细胞的丢失整条或部分染色体,而分化产生生殖细胞的那一部分细胞却保留着完整染色体的现象。那一部分细胞却保留着完整染色体的现象。马蛔虫受精卵的早期分裂第四十六页,讲稿共九十九页哦2)基因扩增)基因扩增:在真核细胞中,某些特定基因的拷在真核细胞中,某些特定基因的拷贝数有选择性地大量增加的现象贝数有选择性地大量增加的现象如蟾蜍卵母细胞基因扩增如蟾蜍卵母细胞基因扩增 癌细胞基因扩增癌细胞基因扩增 第四十七页,讲稿共九十九页哦3)基因重排:基因重排:DNA分子中核苷酸序列的重新排分子中核苷酸序列
15、的重新排列列 酵母菌不同类型的转换酵母菌不同类型的转换第四十八页,讲稿共九十九页哦第四十九页,讲稿共九十九页哦4)DNA甲基化:甲基化:真核真核DNA中的胞嘧啶约有中的胞嘧啶约有5%被甲基被甲基化为化为5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(5 methylation,m5C),甲基化可能甲基化可能阻碍转录因子与阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录。特定部位的结合从而影响转录。如果用基因打靶的方法除去主要的如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶,甲基化酶,小鼠的胚胎就不能正常发育而死亡,可见小鼠的胚胎就不能正常发育而死亡,可见DNA的甲基的甲基化对基因表达调控是重要的。化对基因表达调控是重要
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