原核基因表达调控 (7)精选PPT.ppt

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1、关于原核基因表达调控(7)第1页，讲稿共77张，创作于星期日第四节第四节 色氨酸操纵子色氨酸操纵子（trpoperon）内容提要：内容提要：n色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构n色氨酸操纵子的色氨酸操纵子的阻遏系统阻遏系统n色氨酸操纵子的弱化机制色氨酸操纵子的弱化机制第2页，讲稿共77张，创作于星期日 调控基因调控基因 结构基因结构基因 催化分枝酸转变为色氨酸的酶催化分枝酸转变为色氨酸的酶trpRtrp一、色氨酸操纵子的结构一、色氨酸操纵子的结构第3页，讲稿共77张，创作于星期日ntrpR,阻遏蛋白阻遏蛋白nP，-40+18 nO,-21+1nL,+1+162n结构基因结构基因t,A下游下游

2、36bp,t,t下游下游250bp，基因组成基因组成第4页，讲稿共77张，创作于星期日磷第5页，讲稿共77张，创作于星期日n特点特点:(1)(1)trpRtrpR和和trpABCDEtrpABCDE不连锁不连锁（相距很远）（相距很远）；(2)(2)操纵基因在启动子内操纵基因在启动子内；(3)(3)有衰减子有衰减子(attenuatorattenuator)/)/弱化子弱化子；(4)(4)启动子和结构基因不直接相连，二者被启动子和结构基因不直接相连，二者被 前导序列前导序列(Leader)(Leader)所所隔开隔开。第6页，讲稿共77张，创作于星期日二、二、trp trp 操纵子的阻遏系统操纵

3、子的阻遏系统低低Trp时：时：阻遏物不结合操阻遏物不结合操纵基因；纵基因；高高Trp时：时：阻遏物阻遏物+Trp 结合操纵基因结合操纵基因第7页，讲稿共77张，创作于星期日1 1、TrpR 四聚体四聚体第8页，讲稿共77张，创作于星期日阻遏蛋白阻遏蛋白trp 有活性的阻遏物有活性的阻遏物nSNE299trpO不转录不转录第9页，讲稿共77张，创作于星期日2 2、阻遏蛋白的结合位点、阻遏蛋白的结合位点 ntrpO-21+1，反向重复序列反向重复序列ntrpP-40+18n活性阻遏物与活性阻遏物与trpO的结合与的结合与RNApol与启动子与启动子的结合发生竞争。的结合发生竞争。操纵子操纵子第10

4、页，讲稿共77张，创作于星期日3 3、阻遏系统、阻遏系统n主管转录是否启动主管转录是否启动 粗调开关粗调开关第11页，讲稿共77张，创作于星期日三、三、trp操纵子的弱化机制操纵子的弱化机制衰减子衰减子（attenuator）/弱化子弱化子前导序列前导序列（leadersequence）1 1.弱化子：弱化子：DNA中可导致转录过早终止的一中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（段核甘酸序列（123-150bp区区）。）。第12页，讲稿共77张，创作于星期日123150RepressormRNAtrprepressor第13页，讲稿共77张，创作于星期日 研研究究引引起起终终止止的的mRNA碱碱

5、基基序序列列，发发现现该该区区mRNA通通过过自自我我配配对对可可以以形形成成茎茎-环环结结构构，有典型的终止子特点。有典型的终止子特点。第14页，讲稿共77张，创作于星期日POE4321LDNARNAATGTGA2trpcodons14322.2.前导肽前导肽第15页，讲稿共77张，创作于星期日前导肽前导肽14aa第16页，讲稿共77张，创作于星期日第17页，讲稿共77张，创作于星期日第18页，讲稿共77张，创作于星期日3.3.前导序列：在前导序列：在trpmRNA5端端trpE基因的起基因的起始密码前一个长始密码前一个长162bp的的mRNA片段片段。第19页，讲稿共77张，创作于星期日4

6、 4、弱化机制、弱化机制 研研究究发发现现，在在高高浓浓度度Trp和和低低浓浓度度Trp时时，Trp操操纵纵子子的的表表达达水水平平相相差差600倍倍，然然而而阻阻遏遏作作用用仅仅使使转转录录降降低低70倍倍。另另外外使使阻阻遏遏物物失失活活突突变变不不能能完完全全消消除除Trp对对 TrpTrp操操纵纵子子表表达达的的影影响响。说说明明Trp操操纵纵子子的的这这种种调调控控与阻遏物的控制无关。这就是弱化作用。与阻遏物的控制无关。这就是弱化作用。第20页，讲稿共77张，创作于星期日 阻阻遏遏系系统统是是一一个个粗粗调调开开关关，主主管管转转录录是是否否启启动动；TrpTrp操操纵纵子子对对应应

7、于于TrpTrp的的生生物物合合成成还还有有另另一一个个系系统统进进行行细细微微调调控控，并并决决定定已已经经启启动动的的转转录录是是否否进进行行下下去去。在在这这个个系系统统中中酶酶的的浓浓度度根根据据氨氨基基酸酸浓浓度度的的变变化化而而受受到到调调节节。这这个个细细微微调调控控是是通通过过转转录录达达到到第第一一个个结结构构基基因因之之前前的的过过早早终终止止来来实实现现的的，细细胞胞中中色色氨酸的浓度是实现过早终止的根本原因。氨酸的浓度是实现过早终止的根本原因。第21页，讲稿共77张，创作于星期日第22页，讲稿共77张，创作于星期日12暂停结构暂停结构23抗终止构型抗终止构型34终止构型

8、终止构型第23页，讲稿共77张，创作于星期日第24页，讲稿共77张，创作于星期日UUUU34UUUU334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1.1.当色氨酸浓度高时当色氨酸浓度高时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNAUUUU3 RNARNA聚合酶聚合酶 终止终止第25页，讲稿共77张，创作于星期日UUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA15 trp 密码子密码子结构基因结构基因前导前导DNA RNARNA聚合酶聚合酶 2.2.当色氨酸浓度低时当色氨酸浓度低时 T

9、rp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 第26页，讲稿共77张，创作于星期日为什么需要阻遏体系？为什么需要阻遏体系？当大量当大量Trp存在时，阻遏系统起作用，阻遏物存在时，阻遏系统起作用，阻遏物与之结合，阻止非必需的先导与之结合，阻止非必需的先导mRNA合成，使这合成，使这个合成系统更加经济。个合成系统更加经济。trp操纵子具有双重调节体系？操纵子具有双重调节体系？阻遏作用与弱化作用的协调阻遏作用与弱化作用的协调第27页，讲稿共77张，创作于星期日为什么需要弱化系统？为什么需要弱化系统？当当trp浓度低时，阻遏物从有活

10、性变为无活性，浓度低时，阻遏物从有活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发速度极慢，不能很快引发trp合成。因此需要一合成。因此需要一个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当的的Trp水平。水平。弱化子能较快地通过抗终子的方法来增加弱化子能较快地通过抗终子的方法来增加Trp基基因表达，迅速提高内源色氨酸的浓度。因表达，迅速提高内源色氨酸的浓度。第28页，讲稿共77张，创作于星期日 细细菌菌通通过过弱弱化化作作用用弥弥补补阻阻遏遏作作用用的的不不足足，因因为为阻阻遏遏作作用用只只能能使使转转录录不不起起始始，对对于于已已经经起起始始的的转转录录，只只能能

11、通通过过弱弱化化作作用用使使之之中中途途停停下下来来。阻阻遏遏作作用用的的信信号号是是细细胞胞内内色色氨氨酸酸的的多多少少；弱弱化化作作用用的的信信号号则则是是细细胞胞内内载载有有色色氨氨酸酸的的tRNAtRNA的的多多少少。它它通通过过前前导导肽肽的的翻翻译译来来控控制制转转录录的的进进行行，在在细细菌菌细细胞胞内内这这两两种种作作用用相相辅辅相相成成，体体现现着着生生物物体内周密的调控作用。体内周密的调控作用。第29页，讲稿共77张，创作于星期日细菌演化出弱化系统的生物学意义细菌演化出弱化系统的生物学意义n 通过通过tRNA荷载与否进行调控，更为灵敏；荷载与否进行调控，更为灵敏；n氨基酸的

12、主要用途是合成蛋白质，因而以氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而以tRNA荷载荷载为标准进行调控更为恰当；为标准进行调控更为恰当；n两个调控系统，避免浪费提高效率：两个调控系统，避免浪费提高效率：阻遏系统阻遏系统 高水平高水平trp时，不转录时，不转录 低水平低水平trp时，转录时，转录 弱化系统弱化系统 细调细调 原核生物细致的精细调控机制原核生物细致的精细调控机制增强原核生物对环境的适应性增强原核生物对环境的适应性 经济经济第30页，讲稿共77张，创作于星期日第31页，讲稿共77张，创作于星期日Contentsv基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念v原核基因调控机制原核基因调控机制v

13、乳糖操纵子乳糖操纵子v色氨酸操纵子色氨酸操纵子v其他操纵子其他操纵子v转录后水平上的调控转录后水平上的调控第32页，讲稿共77张，创作于星期日第五节第五节 其他操纵子其他操纵子一、半乳糖操纵子一、半乳糖操纵子(galactoseoperon)异构酶异构酶(galE)乳糖乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galT)半乳糖激酶半乳糖激酶(galk)第33页，讲稿共77张，创作于星期日第34页，讲稿共77张，创作于星期日gal操纵子的特点：操纵子的特点：它有两个启动子，其它有两个启动子，其mRNA可从两个可从两个不同的起始点开始转录；不同的起始点开始转录；它有两个它有两个O区，一个在区

14、，一个在P区上游，另区上游，另一个在结构基因一个在结构基因galE内部。内部。第35页，讲稿共77张，创作于星期日n因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡萄糖存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有萄糖存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有葡萄糖存在时，葡萄糖存在时，gal操纵子仍可被诱导。操纵子仍可被诱导。n现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（gal结构结构基因高效表达）；基因高效表达）；n而另一类突变株中而另一类

15、突变株中gal基因的表达完全依赖于葡萄糖，基因的表达完全依赖于葡萄糖，培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的gal基因不表基因不表达，不合成半乳糖代谢酶类。达，不合成半乳糖代谢酶类。第36页，讲稿共77张，创作于星期日n分析分析gal操纵子操纵子P-O区的区的DNA序列发现序列发现，该操纵子确该操纵子确实存在两个相距仅实存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合聚合酶结合位点酶结合位点S1和和S2。n从从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能起始的转录只有在培养基

16、中无葡萄糖时，才能顺利进行，顺利进行，RNA聚合酶与聚合酶与S1的结合需要半乳糖、的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的和较高浓度的cAMP。n从从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从时，转录从S1开始，当无开始，当无cAMP-CAP时，时，转录从转录从S2开始。开始。第37页，讲稿共77张，创作于星期日S1S2S1起始的转录不依赖于葡萄糖起始的转录不依赖于葡萄糖S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖起始的转录则完全依赖于葡萄糖第38页，讲稿共77张

17、，创作于星期日为什么为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？操纵子需要两个转录起始位点？n半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质长，而且与之相关的物质-尿苷二磷酸尿苷二磷酸半乳糖半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，成的前体。在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶（来是通过半乳糖差向异构酶（来源？）的作用由源？）的作用由UDP-葡萄糖合成的，该葡萄糖合成的，该酶是酶是galE基因的产物。基因的产物。第39页，讲稿共77张，创作于星期日n生长过程中的所有时间里细胞必

18、须能够合生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。现在设想只有成差向异构酶。现在设想只有S1一个启动一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时当培养基中有葡萄糖存在时就不能合成异构酶。就不能合成异构酶。S1S2半乳糖存在、葡萄糖不存在时，半乳糖存在、葡萄糖不存在时，S1启动启动第40页，讲稿共77张，创作于星期日S1S2n 假如唯一的启动子是假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或也将使操纵

19、子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于经济性考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子的启动子（S2）进行进行本底水平的组成型合成，以及一个依赖于本底水平的组成型合成，以及一个依赖于cAMP-CAP的启动子的启动子（S1）对高水平合成进行调节。即只有在对高水平合成进行调节。即只有在S2活性完全被活性完全被cAMP-CAP抑制时，调控作用才是有效的。抑制时，调控作用才是有效的。半乳糖、葡萄糖存在时半乳糖、葡萄糖存在时，S2启动，启动，浪费浪费半乳糖不存在、葡萄糖存在时半乳糖不存在、葡萄糖存在时，S2启动，启动，组成型合成组成型合成第41页，讲稿共

20、77张，创作于星期日二、阿拉伯糖操纵子二、阿拉伯糖操纵子（arabinoseoperon)naraBaraB基因、基因、araAaraA基因和基因和araD,araD,形成一个基形成一个基因簇，简写为因簇，简写为araBADaraBAD。三个基因的表达受到三个基因的表达受到araara操纵子中操纵子中araCaraC基因产基因产物物AraCAraC蛋白的调控蛋白的调控。第42页，讲稿共77张，创作于星期日第43页，讲稿共77张，创作于星期日araara操纵子的调控特点操纵子的调控特点：n第一，第一，araCaraC表达受到表达受到AraCAraC的自身调控。的自身调控。n第二，第二，AraCA

21、raC既是既是araara操纵子的正调节蛋白，又是其操纵子的正调节蛋白，又是其负调节蛋白。这种双重功能是通过负调节蛋白。这种双重功能是通过AraCAraC蛋白的两蛋白的两种异构体来实现的（种异构体来实现的（Pi Pi和和Pr)Pr)。n第三，第三，AraCAraC与与CAPCAP结合可充分诱导结合可充分诱导araara操纵子。操纵子。第44页，讲稿共77张，创作于星期日l与与araBADaraBAD相邻的是一个复合的启动子区域和一个相邻的是一个复合的启动子区域和一个调节基因调节基因araCaraC，这个这个AraCAraC蛋白同时显示正、负调节因蛋白同时显示正、负调节因子的功能。子的功能。Ar

22、aBADAraBAD和和araCaraC基因的转录是分别在两条基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进行的。在标准的遗传学图谱上，链上以相反的方向进行的。在标准的遗传学图谱上，araBADaraBAD基因簇从启动子基因簇从启动子P PBADBAD开始向左进行转录，而开始向左进行转录，而araCaraC基因则是从基因则是从P Pc c向右转录。向右转录。第45页，讲稿共77张，创作于星期日第46页，讲稿共77张，创作于星期日高葡萄糖，低阿拉伯糖高葡萄糖，低阿拉伯糖有阿拉伯糖，无葡萄糖有阿拉伯糖，无葡萄糖无无araC蛋白时蛋白时第47页，讲稿共77张，创作于星期日第48页，讲稿共77张，创作于星期

23、日nAraCAraC蛋白作为蛋白作为P PBADBAD活性正、负调节因子的双重功能是活性正、负调节因子的双重功能是通过该蛋白的两种异构体来实现的。通过该蛋白的两种异构体来实现的。Pr是起阻遏作是起阻遏作用的形式，可以与现在尚未鉴定的类操纵区位点相用的形式，可以与现在尚未鉴定的类操纵区位点相结合，而结合，而Pi是起诱导作用的形式，它通过与是起诱导作用的形式，它通过与P PBADBAD启动子结启动子结合进行调节。合进行调节。n 在没有阿拉伯糖时，在没有阿拉伯糖时，Pr形式占优势；一旦有阿拉伯糖形式占优势；一旦有阿拉伯糖存在，它就能够与存在，它就能够与AraCAraC蛋白结合，使平衡趋向于蛋白结合，

24、使平衡趋向于Pi形形式。这样，阿拉伯糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与式。这样，阿拉伯糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与Pr的结合，使的结合，使Pr离开它的结合位点，然后，产生大量的离开它的结合位点，然后，产生大量的Pi，并与启动子结合。并与启动子结合。第49页，讲稿共77张，创作于星期日n培养基中含有葡萄糖，没有阿拉伯糖：培养基中含有葡萄糖，没有阿拉伯糖：cAMP-CAPcAMP-CAP没有与操纵区位点没有与操纵区位点相结合，相结合，AraCAraC蛋白处于蛋白处于PrPr形式并与形式并与A A位点结合，位点结合，RNARNA聚合酶很少再聚合酶很少再与与P Pc c结合，结合，araCara

25、C基因虽然仍有转录，但受到抑制，只有少量基因虽然仍有转录，但受到抑制，只有少量 AraCAraC蛋白形成，整个系统几乎处于静止状态。蛋白形成，整个系统几乎处于静止状态。n没有葡萄糖，也没有阿拉伯糖：因为没有诱导物，尽管有没有葡萄糖，也没有阿拉伯糖：因为没有诱导物，尽管有cAMP-CAPcAMP-CAP与操纵区位点相结合，与操纵区位点相结合，AraCAraC蛋白仍以蛋白仍以PrPr形式为主，无法形式为主，无法与操纵区与操纵区B B位点相结合，无位点相结合，无araBAD mRNAaraBAD mRNA转录。转录。n无葡萄糖，有阿拉伯糖时：大量无葡萄糖，有阿拉伯糖时：大量araCaraC基因产物以

26、基因产物以Pi Pi形式存在，并分形式存在，并分别与操纵区别与操纵区B B、A A位点相结合，在位点相结合，在cAMP-CAPcAMP-CAP的共同作用下，的共同作用下，araCaraC和和araBADaraBAD基因大量表达，操纵子充分激活。基因大量表达，操纵子充分激活。第50页，讲稿共77张，创作于星期日A位点位点B位点位点第51页，讲稿共77张，创作于星期日araCaraC的表达受到自身产物的表达受到自身产物AraCAraC的自动调的自动调控。当没有阿拉伯糖时，控。当没有阿拉伯糖时，AraCAraC起着一个起着一个转录阻遏物的作用。转录阻遏物的作用。细胞中细胞中AraCAraC蛋白质稳态

27、水平的测量表明，蛋白质稳态水平的测量表明，阻遏阻遏araCaraC转录大约需要转录大约需要4040个个AraCAraC。因此因此当当AraCAraC蛋白水平低时（就是说在细胞刚蛋白水平低时（就是说在细胞刚分裂之后），分裂之后），araCaraC将表达直至存在足够的将表达直至存在足够的AraCAraC去阻遏它的转录。去阻遏它的转录。第52页，讲稿共77张，创作于星期日n阿拉伯糖作为阿拉伯糖作为E.ColiE.Coli的碳源，可以诱导的碳源，可以诱导araara操纵子的转操纵子的转录。当细胞中葡萄糖水平高（导致录。当细胞中葡萄糖水平高（导致cAMPcAMP处于低浓度）处于低浓度）和阿拉伯糖水平低时

28、，和阿拉伯糖水平低时，AraCAraC阻遏阻遏araBaraB，araAaraA，araDaraD的的转录。转录。n然而当阿拉伯糖水平高，而葡萄糖水平低（然而当阿拉伯糖水平高，而葡萄糖水平低（cAMPcAMP高）高）时，时，CAP-cAMPCAP-cAMP复合物能够与复合物能够与araara操纵子中的操纵子中的CAPCAP结合部结合部位结合，使位结合，使DNADNA环打开。环打开。第53页，讲稿共77张，创作于星期日n阿拉伯糖的作用象阿拉伯糖的作用象AraCAraC的一个调控器，可将的一个调控器，可将AraCAraC由一由一个阻遏物转换为一个激活剂。阿拉伯糖与个阻遏物转换为一个激活剂。阿拉伯糖

29、与AraCAraC结结合似乎改变了合似乎改变了AraCAraC同源二聚体化特性和促进了同源二聚体化特性和促进了AraC-CAPAraC-CAP复合物的形成。在这样的条件下，复合物的形成。在这样的条件下，AraCAraC阿阿拉伯糖的作用象是一个转录激活剂，这正是拉伯糖的作用象是一个转录激活剂，这正是CAP-CAP-cAMPcAMP诱导诱导araBaraB，araAaraA，araDaraD转录所需要的。转录所需要的。第54页，讲稿共77张，创作于星期日n当由于当由于araBADaraBAD编码的蛋白质的代谢使得阿拉编码的蛋白质的代谢使得阿拉伯糖水平下降时，伯糖水平下降时，AraCAraC又转换成

30、一个阻遏物，又转换成一个阻遏物，同时同时araBADaraBAD转录减少，此时尽管转录减少，此时尽管CAP-cAMPCAP-cAMP复合物仍然存在于细胞中。有趣的是，当葡复合物仍然存在于细胞中。有趣的是，当葡萄糖和阿拉伯糖都很丰富时，萄糖和阿拉伯糖都很丰富时，araara操纵子被阻操纵子被阻遏，但阻遏的道理现在还不完全清楚，但这遏，但阻遏的道理现在还不完全清楚，但这个结果表明个结果表明araBADaraBAD诱导与诱导与AraC-AraC-阿拉伯糖和阿拉伯糖和CAP-cAMPCAP-cAMP复合物都有关。复合物都有关。第55页，讲稿共77张，创作于星期日第56页，讲稿共77张，创作于星期日三、

31、阻遏蛋白三、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的的降解与细菌中的SOS应答应答 SOS SOS反应的机理：反应的机理：由由 RecA RecA 蛋白和蛋白和 LexA LexA 阻遏物的相互作用引起的。阻遏物的相互作用引起的。LexALexA阻遏物：是阻遏物：是SOS DNASOS DNA修复系统所有基因的阻遏物修复系统所有基因的阻遏物RecARecA蛋白：是蛋白：是SOSSOS反应的最初的发动因子。在单链反应的最初的发动因子。在单链DNADNA和和ATPATP存在时，存在时，RecARecA蛋白被激活，表现出水解酶活性，蛋白被激活，表现出水解酶活性，分解分解LexALexA阻遏物。阻遏物。当当R

32、ecARecA水解水解LexALexA阻遏物后，导致阻遏物后，导致SOSSOS体系（包括体系（包括recArecA基因）基因）高效表达，高效表达，DNADNA得到修复。得到修复。第57页，讲稿共77张，创作于星期日四、二组分调控系统和信号转导四、二组分调控系统和信号转导传感激酶传感激酶P P环境信号环境信号P应答调节蛋白应答调节蛋白P结构基因结构基因 trpROPRNARNA聚合酶聚合酶既可以诱导又可以阻碍既可以诱导又可以阻碍第58页，讲稿共77张，创作于星期日Contentsv基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念v原核基因调控机制原核基因调控机制v乳糖操纵子乳糖操纵子v色氨酸操纵子色

33、氨酸操纵子v其他操纵子其他操纵子v转录后水平上的调控转录后水平上的调控第59页，讲稿共77张，创作于星期日一、翻译起始的调控一、翻译起始的调控 RBSRBS（核糖体结合位点）（核糖体结合位点）：mRNAmRNA链上起始密码链上起始密码子子AUGAUG上游的一段非翻译区。在上游的一段非翻译区。在RBSRBS中有中有SDSD序列，序列，长度一般为长度一般为5 5bpbp，核糖体核糖体1616S rRNAS rRNA与与SDSD序列互补配序列互补配对，促使核糖体结合到对，促使核糖体结合到mRNAmRNA上，有利于翻译的起上，有利于翻译的起始。始。RBSRBS的结合强度取决于的结合强度取决于SDSD序

34、列的结构及其与起序列的结构及其与起始密码子始密码子AUGAUG之间的距离。之间的距离。SDSD-4-10-4-10（9 9）-AUGAUG第六节第六节 转录后水平上的调控转录后水平上的调控第60页，讲稿共77张，创作于星期日 mRNAmRNA的二级结构也是翻译起始调控的重要的二级结构也是翻译起始调控的重要因素因素：核糖体：核糖体3030S S 亚基必须与亚基必须与mRNAmRNA结合，要结合，要求求mRNAmRNA 5 5端有一定的空间结构。端有一定的空间结构。SDSD序列的微序列的微小变化，往往会导致表达效率上百倍甚至上千小变化，往往会导致表达效率上百倍甚至上千倍的差异。这是因为核苷酸的变化

35、影响了核糖倍的差异。这是因为核苷酸的变化影响了核糖体体3030S S 亚基与亚基与mRNAmRNA结合，从而造成了蛋白质合成结合，从而造成了蛋白质合成效率上的差异。效率上的差异。第61页，讲稿共77张，创作于星期日二、稀有密码子对翻译的影响二、稀有密码子对翻译的影响 dnaG dnaG、rpoDrpoD和和rpsUrpsU属于大肠杆菌基因组属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子；上的同一个操纵子；50 50个拷贝的个拷贝的dnaGdnaG蛋白、蛋白、28002800个拷贝的个拷贝的rpoDrpoD和和4000040000个拷贝的个拷贝的rpsUrpsU。第62页，讲稿共77张，创作于星期日几种蛋白

36、质中异亮氨酸密码子使用频率比较几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较蛋白质蛋白质AUU/%AUU/%AUC%AUC%AUA%AUA%结构蛋白结构蛋白373762621 1亚基亚基262674740 0DnaGDnaG蛋白蛋白363632323232 细胞内对应于稀有密码子的细胞内对应于稀有密码子的tRNAtRNA较少，高频率使用较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。成的总量。第63页，讲稿共77张，创作于星期日TrpB TrpB 谷氨酸谷氨酸-异亮氨酸异亮氨酸-终止终止 GAA GAA-AUC AUC-UG U

37、GA A -UGG UGG AA AA A AUG UG GAA GAA 甲硫氨酸甲硫氨酸 谷氨酸谷氨酸trpAtrpAtrpEtrpE苏氨酸苏氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸终止终止 ACU -UUC -UGACU -UUC -UGA A -UGG -CU -UGG -CU A AUG UG GCU GCU 甲硫氨酸甲硫氨酸 -丙氨酸丙氨酸-trpDtrpD翻译终止时核糖体立即处在起始环境中，这种重叠的密翻译终止时核糖体立即处在起始环境中，这种重叠的密码子保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。这样码子保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。这样可以保证可以保证2个基因的产物数量上相等。个基

38、因的产物数量上相等。三、重叠基因对翻译的影响三、重叠基因对翻译的影响第64页，讲稿共77张，创作于星期日四、四、poly(A)对翻译的影响对翻译的影响 研究发现：细胞中蛋白质合成旺盛时，研究发现：细胞中蛋白质合成旺盛时，mRNAmRNA链上核糖体数量多，链上核糖体数量多，mRNAmRNA链上的链上的poly(A)poly(A)较长；当某些较长；当某些mRNAmRNA不再翻译时，核不再翻译时，核糖体就被释放出来，糖体就被释放出来，poly(A)poly(A)也相应缩短。也相应缩短。第65页，讲稿共77张，创作于星期日一个操纵子（元）通常含有一个操纵子（元）通常含有(A)数个启动序列和一个编码基因

39、数个启动序列和一个编码基因(B)一个启动序列和数个编码基因一个启动序列和数个编码基因(C)一个启动序列和一个编码基因一个启动序列和一个编码基因(D)两个启动序列和数个编码基因两个启动序列和数个编码基因(E)数个启动序列和数个编码基因数个启动序列和数个编码基因B第66页，讲稿共77张，创作于星期日乳糖操纵子（元）的直接诱导剂是乳糖操纵子（元）的直接诱导剂是(A)葡萄糖葡萄糖(B)乳糖乳糖(C)一半乳糖苷酶一半乳糖苷酶(D)透酶透酶(E)异构乳糖异构乳糖E第67页，讲稿共77张，创作于星期日Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的(A)CAP结合位点结合位点(B)O序列序

40、列(C)P序列序列(D)Z基因基因(E)I基因基因B第68页，讲稿共77张，创作于星期日cAMP与与CAP结合、结合、CAP介导正性调节发生在介导正性调节发生在(A)葡萄糖及葡萄糖及cAMP浓度极高时浓度极高时(B)没有葡萄糖及没有葡萄糖及cAMP较低时较低时(C)没有葡萄糖及没有葡萄糖及cAMP较高时较高时(D)有葡萄糖及有葡萄糖及cAMP较低时较低时(E)有葡萄糖及有葡萄糖及CAMP较高时较高时C第69页，讲稿共77张，创作于星期日Lac阻遏蛋白由阻遏蛋白由(A)Z基因编码基因编码(B)Y基因编码基因编码(C)A基因编码基因编码(D)I基因编码基因编码(E)以上都不是以上都不是D第70页，

41、讲稿共77张，创作于星期日色氨酸操纵子（元）调节过程涉及色氨酸操纵子（元）调节过程涉及(A)转录水平调节转录水平调节(B)转录延长调节转录延长调节(C)转录激活调节转录激活调节(D)翻译水平调节翻译水平调节(E)转录翻译调节转录翻译调节E第71页，讲稿共77张，创作于星期日 (A)Lac阻遏蛋白阻遏蛋白(B)RNA聚合酶聚合酶(C)环一磷酸腺苷环一磷酸腺苷(D)CAP-cAMP(E)异构乳糖异构乳糖9、与、与O序列结合序列结合10、与、与P序列结合序列结合11、与与CAP结合结合12、与、与CAP位点结合位点结合ABCD第72页，讲稿共77张，创作于星期日13、乳糖、阿拉伯糖、色氨酸等小分子物

42、、乳糖、阿拉伯糖、色氨酸等小分子物质在基因表达调控中作用的共同特点是质在基因表达调控中作用的共同特点是A与启动子结合与启动子结合B与与DNA结合影响模板活性结合影响模板活性C与与RNA聚合酶结合影响其活性聚合酶结合影响其活性D与蛋白质结合影响该蛋白质结合与蛋白质结合影响该蛋白质结合DNAE与操纵基因结合与操纵基因结合D第73页，讲稿共77张，创作于星期日14、以下关于、以下关于cAMP对原核基因转录的调控作对原核基因转录的调控作用的叙述错误的是用的叙述错误的是AcAMP可与分解代谢基因活化蛋白可与分解代谢基因活化蛋白(CAP)结合成复合结合成复合物物BcAMP-CAP复合物结合在启动子前方复合

43、物结合在启动子前方C葡萄糖充足时，葡萄糖充足时，cAMP水平不高水平不高D葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用乳糖葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用乳糖E葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用葡萄糖葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用葡萄糖D第74页，讲稿共77张，创作于星期日15、Trp操纵子的精细调节包括操纵子的精细调节包括_及及_两种机制。两种机制。阻遏机制阻遏机制弱化机制弱化机制第75页，讲稿共77张，创作于星期日思考题思考题n操纵子，调节基因，阻遏蛋白，辅阻遏物，诱导物，正控阻操纵子，调节基因，阻遏蛋白，辅阻遏物，诱导物，正控阻遏，正控诱导，负控阻遏，负控诱导，衰减子，衰减作用遏，正控诱导，负控阻遏

44、，负控诱导，衰减子，衰减作用n什么是操纵子（什么是操纵子（operon)?operon)?试说明试说明TrpTrp操纵子在原核基因表达操纵子在原核基因表达调控中的调控机制和重要作用。调控中的调控机制和重要作用。n乳糖操纵子有哪些部分构成？各有何功能？乳糖操纵子有哪些部分构成？各有何功能？n衰减作用如何调控衰减作用如何调控E.coliE.coli中色氨酸操纵子的表达中色氨酸操纵子的表达?n区别可诱导和可阻遏的基因调控。区别可诱导和可阻遏的基因调控。n乳糖操纵子的正调控及负调控？乳糖操纵子的正调控及负调控？n为什么为什么galgal操纵子需要两个转录起始位点？操纵子需要两个转录起始位点？ntrp trp 操纵子有什么结构特点？操纵子有什么结构特点？n 第76页，讲稿共77张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看第77页，讲稿共77张，创作于星期日