第四章原核基因表达调控讲课课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《第四章原核基因表达调控讲课课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四 章原核 基因 表达 调控 讲课 课件
- 资源描述:
-
1、第四章原核基因表达调控优选第四章原核基因表达调控基因表达调控基本概念和特征基因表达调控基本概念和特征乳糖操纵子乳糖操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子半乳糖操纵子半乳糖操纵子阿拉伯糖操纵元阿拉伯糖操纵元原核基因调控的其他机制原核基因调控的其他机制第一节第一节 基因表达调控的基本概念和特征基因表达调控的基本概念和特征基因转录及翻译的过程叫做,对这个过程的调节就称为基因表达调控。(一)时间特异性(一)时间特异性 按功能需要某一特定基因表达严格按特定的时间顺序发生,如病毒感染。(二)空间特异性(二)空间特异性 指在个体生长全过程,某种基因产物在个体不同组织器官表达存在差异,又称细胞或组织特异性。组成性表达
2、组成性表达(constitutive expression)适应性表达适应性表达(adaptive expression)3 3、基因表达的方式、基因表达的方式 组成性表达组成性表达 (constitutive gene expression)(constitutive gene expression)基因较少受环境因素影响,而是在基因较少受环境因素影响,而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达,或变化很小。如管家基因。织中持续表达,或变化很小。如管家基因。管家基因管家基因(housekeeping gene)(housekeeping gen
3、e)某些基因在一个个体的几乎所有细胞某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达。中持续表达。Xa21-actin1 2常用的管家基因常用的管家基因中文名称中文名称 英文缩写英文缩写Beta肌动蛋白肌动蛋白 -actin甘油醛甘油醛3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 GAPDHTATA Box结合蛋白结合蛋白 TBP微管蛋白微管蛋白 -Tubulin诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下,有些基因的表达在特定环境信号刺激下,有些基因的表达表现为开放或增强。表现为开放或增强。诱导表达诱导表达(induction expression)在特定环境信号刺激下,有些基因的表达在特定环境信号刺激下,有些
4、基因的表达表现为关闭或下降。表现为关闭或下降。阻遏表达阻遏表达(repression expression)4 4、基因表达的调控因子、基因表达的调控因子 蛋白质蛋白质 (主要主要 )小分子小分子RNA(RNA(某些环节某些环节 )5 5、基因表达的调控水平、基因表达的调控水平v 基因组基因组v 转录转录v 转录后转录后v 翻译翻译v 翻译后翻译后DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制中心法则中心法则(central dogma)原核生物基因表达的特点原核生物基因表达的特点 1.1.只有一种只有一种RNARNA聚合酶。聚合酶。RNARNA聚合酶用来识别原聚合酶用来识别原核细胞的启动子,
5、催化所有核细胞的启动子,催化所有RNARNA的合成。的合成。2.2.基因表达以操纵子为基本单位。原核基因一基因表达以操纵子为基本单位。原核基因一般不含内含子,基因是连续的。原核基因转录般不含内含子,基因是连续的。原核基因转录单位多为多顺反子。单位多为多顺反子。多顺反子多顺反子(polycistron)原核基因中多个功能相关的结构基因串联在一原核基因中多个功能相关的结构基因串联在一起构成一个转录单位。通常依赖同一调控序列对其起构成一个转录单位。通常依赖同一调控序列对其转录进行调节,使这些相关基因实现协同表达。转录进行调节,使这些相关基因实现协同表达。操纵子(操纵子(operonoperon)一个
6、多顺反子转录单位与其调控序列即构成操纵子。一个多顺反子转录单位与其调控序列即构成操纵子。一个多顺反子转录单位与其调控序列即构成操纵子。可诱导调节指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下,由原来关闭的状态转变为工作状态,即在某些物质的诱导下使基因活化。诱导表达(induction expression)第四章原核基因表达调控转录,然后AraC蛋白(Pr)结合araO1,转录马上被抑制;2、基因表达的时间性及空间性指在个体生长全过程,某种基因产物在个体不同组织器官表达存在差异,又称细胞或组织特异性。此时也可激活AraC蛋白的大量表达.AraC蛋白同时显示正、负调节因子的功能。55(分子量55kD)
7、识别营养阶段的启动子可阻遏调节基因平时是开启的,处在产生蛋白质或酶的工作过程中,由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭,阻遏了基因的表达。大部分因子转换的例子都发生在孢子形成(sporulation)中,孢子形成分为三个阶段:3,G片断的倒位由gin基因编码的酶催化.3存在前导序列和衰减子序列,便于对参与阿拉伯糖代谢酶的基因分布于3个操纵子中,但由一个调节基因(araC)的产物调控。5、cAMP与受体蛋白 腺苷酸环化酶将ATP转变为cAMP,cAMP与其受体蛋白结合,形成cAMPCAP复合物,四、乳糖操纵子调控模型H2基因与另一个基因rH1紧密连锁,同属于一个操纵子,并协同表达。半乳糖表异
8、构酶(galE)3 活性阻遏物决定基础水平的控制系统,(主旋钮)衰减子在此基础上进行微细调节(细旋钮),避免浪费,提高效率。tayz opStructural genepromoter启动子启动子 promoter terminator终止子终止子 terminatoroperator操纵元件操纵元件 operator操纵子结构示意图操纵子结构示意图3.3.转录和翻译偶联进行:原核生物裸露的转录和翻译偶联进行:原核生物裸露的环形环形DNADNA,在拟核内转录成,在拟核内转录成 mRNA mRNA 后,直接后,直接在胞浆中与核糖体结合翻译为蛋白质。在胞浆中与核糖体结合翻译为蛋白质。4.mRNA4
9、.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列翻译起始部位有特殊的碱基序列-SD-SD序列。序列。5.5.原核生物基因表达的调控主要在转录水原核生物基因表达的调控主要在转录水平,即对平,即对RNARNA合成的调控。合成的调控。通常有两种方式:通常有两种方式:(1)(1)起始调控,即启动子调控;起始调控,即启动子调控;(2)(2)终止调控,即衰减子调控。终止调控,即衰减子调控。第二节第二节 乳糖操纵子乳糖操纵子 内容提要内容提要 操纵子学说的基本概念操纵子学说的基本概念 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构 酶的诱导酶的诱导lac体系受调控的证据体系受调控的证据 乳糖操纵子调控模型乳糖操纵子调控模型 影响因
10、子影响因子 Lac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题一、基本概念一、基本概念1 1、操纵子模型的提出、操纵子模型的提出19611961年,年,MonodMonod和和JacobJacob提出提出获获19651965年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖2、操纵子的定义、操纵子的定义操纵子:是基因表达的协调单位,由调节基因、启操纵子:是基因表达的协调单位,由调节基因、启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。根据操纵子对调节蛋白(阻遏蛋白或激活根据操纵子
11、对调节蛋白(阻遏蛋白或激活蛋白)的应答,可分为正转录调控和蛋白)的应答,可分为正转录调控和 负转录调控负转录调控 调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正转录调控正转录调控负转录调控负转录调控正转录调控如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的,加入这种调节蛋白质后基因活性就被开启,这样的调控正转录调控。调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白正转录调控正转录调控负转录调控负转录调控负转录调控在没有调节蛋白质存在时基因是表达的,加入这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭,这样的调控负转录调控。如果H2基因和rHl基因被
12、关闭不表达,这时H1基因便表达,合成Hl鞭毛蛋白。获1965年诺贝尔生理学和医学奖半乳糖转移酶(galT)半乳糖激酶(galk)如果某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质的酶,这种物质就是辅阻遏物。酶合成的阻遏操纵子模型半乳糖转移酶(galT)半乳糖激酶(galk)和U(G-:能吸附KC,不能吸附K12品系);3存在前导序列和衰减子序列,便于对微管蛋白 -Tubulin当发生倒位以后,这个启动子便被移到序列的另一方,且方向改为朝左,H2和rH1失去启动子而失活.(3)有衰减子(attenuator)/弱化子枯草芽胞杆菌芽胞的形成过程基因启动顺序:通常有两种方式:操纵元件 operator如果某种
13、物质能够阻止细菌产生合成这种物质的酶,这种物质就是辅阻遏物。Beta肌动蛋白 -actin前导序列(Leader)所隔开操纵子(operon)管家基因(housekeeping gene)此时也可激活AraC蛋白的大量表达.不可诱导突变(超阻遏):可诱导调节指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下,由原来关闭的状态转变为工作状态,即在某些物质的诱导下使基因活化。例大肠杆菌的乳糖操纵子 根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答,可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类:调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物
14、诱导物mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的诱导操纵子模型酶合成的诱导操纵子模型诱导物如果某种物质能够促使细菌产生酶来分解它,这种物质就是诱导物。可阻遏调节基因平时是开启的,处在产生蛋可阻遏调节基因平时是开启的,处在产生蛋白质或酶的工作过程中,由于一些特殊代谢白质或酶的工作过程中,由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭,阻遏了基因物或化合物的积累而将其关闭,阻遏了基因的表达。的表达。例色氨酸操纵子例色氨酸操纵子 酶合成的阻遏操纵子模型酶合成的阻遏操纵子模型调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物辐阻遏
15、物如果某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质的酶,这种物质就是辅阻遏物。(色氨酸)色氨酸)二、乳糖操纵子的结构二、乳糖操纵子的结构 Z编码半乳糖苷酶将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖 Y编码半乳糖苷透过酶使外界的半乳糖苷(如乳糖)能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。A编码半乳糖苷乙酰基转移酶乙酰辅酶A上的乙酰基转到半乳糖苷上,形成乙酰半乳糖。三,酶的诱导三,酶的诱导laclac体系受调控的证据体系受调控的证据 安慰诱导物 如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解,这种物质被称为安慰诱导物,如IPTG(异丙基D硫代半乳糖苷)。四、乳糖操纵子调控模型四、乳糖操纵子调控模型主要内容主要内容 Z、Y
16、、A基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码分子所编码 Mu噬菌体的G片断倒位蛋白Mot取代原来的亚基原核基因一般不含内含子,基因是连续的。诱导物通过与阻遏物结合,改变它的三维构象,使之不能与操纵基因结合,从而激发lac mRNA的合成。多数被降解为葡萄糖和半乳糖(碳源和能源)2、前导序列在trp mRNA5端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段,把此片段叫做前导序列。只有一种RNA聚合酶。半乳糖表异构酶(galE)为什么gal操纵子需要两个启动子?(重要基因)55(分子量55kD)识别营养阶段的启动子(3)分离的基因组外包上一层外壳。当有c
17、AMPCAP时,转录从S1开始,当无cAMPCAP时,转录从S2开始。ADP-核糖基(ADPR)修饰亚基,降低与亚基的亲和力,而与蛋白Mot结合,启动晚期基因的表达当阻遏蛋白封闭转录时,CAP对该系统不能发挥作用3,G片断的倒位由gin基因编码的酶催化.1 转录和翻译是紧密耦连的糖体蛋白与rRNA基因的协调表达的特点 这个这个mRNA分子的启动子紧接着分子的启动子紧接着O区,而位于区,而位于I与与O之间的启动子区(之间的启动子区(P),不能单独启动合),不能单独启动合成成半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。操纵基因是操纵基因是DNA上的一小段序列(仅为上的一小段序列(仅
18、为26bp),),是阻遏物的结合位点。是阻遏物的结合位点。RNA聚合酶结合部位聚合酶结合部位阻遏物结合部位阻遏物结合部位 操纵位点的回文序列 当阻遏物与操纵基因结合时,当阻遏物与操纵基因结合时,lac mRNAlac mRNA的转的转录起始受到抑制。录起始受到抑制。未诱导:结构基因被阻遏 阻遏物 四聚体 LacI P O lacZ lacY lacA 图16-当无 诱导 物时 阻遏 物结 合在操 纵 基因 上 诱导物通过与阻遏物结合,改变它的三维构象,诱导物通过与阻遏物结合,改变它的三维构象,使之不能与操纵基因结合,从而激发使之不能与操纵基因结合,从而激发lac mRNA的合成。当有诱导物存在
19、时,操纵基因区没有被的合成。当有诱导物存在时,操纵基因区没有被阻遏物占据,所以启动子能够顺利起始阻遏物占据,所以启动子能够顺利起始mRNA的的合成。合成。诱导:基因被打开 -半乳糖苷酶 透性酶 乙酰转移酶 图 16-7 诱导物和阻遏物成为调节操纵子的开关 组成型突变:lacOc 组成型突变:lacI-Repressor has lost lacI S genesythesizes Iducer-binding site defective repressor that cannot bind inducer;it binds permanently to operator lacI S Ope
20、rantor lacI+wild-type repressor does not influence DNA-binding of LacS repressor 图图 16-Uninducible lac S mutations are dominant 不可诱导突变(超阻遏):五、影响因子五、影响因子1、lac操纵子的本底水平表达有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合,而转运诱导物需要透过酶,后者的合成有需要诱导。真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖,前者是在真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖,前者是在半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的,因此,半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的
21、,因此,需要有需要有半乳糖甘酶的预先存在。半乳糖甘酶的预先存在。解释解释本底水平的组成型合成非诱导状态下有少量的本底水平的组成型合成非诱导状态下有少量的lac lac mRNAmRNA合成。合成。2、大肠杆菌对乳糖的反应 培养基甘油培养基甘油 按照按照lac操纵子本底水平的表达,每个细胞内有几个操纵子本底水平的表达,每个细胞内有几个分子的分子的半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和半乳糖苷透过酶;半乳糖苷透过酶;培养基加入乳糖培养基加入乳糖少量乳糖少量乳糖透过酶透过酶进入细胞进入细胞-半乳糖苷酶半乳糖苷酶异构乳糖异构乳糖诱导物诱导物诱导诱导lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞
22、多数被降解为葡萄糖和半乳糖(碳源和能源)多数被降解为葡萄糖和半乳糖(碳源和能源)异构乳糖异构乳糖 H OH HO H OH H H CH2OH H O OH HO O H O CH2 CH2OH H OH OH H HO O H 别乳糖 H O OH H H H OH OH H H H2O H H H O OH CH2OH CH2OH H OH CH2OH H O OH HO O OH H H OH H OH H HO H H H H OH H OH 葡萄糖 半乳糖 图 16-乳糖分解的不同产物乳糖诱导物的加入和去除对lac mRNA的影响3、阻遏物lac I基因产物及功能 Lac Lac 操
23、纵子阻遏物操纵子阻遏物mRNAmRNA是由弱启动子控制下组成是由弱启动子控制下组成型合成的,每个细胞中有型合成的,每个细胞中有510510个阻遏物分子。个阻遏物分子。当当I I基因由弱启动子突变成强启动子,细胞内就基因由弱启动子突变成强启动子,细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态,整个不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态,整个laclac操纵子在这些突变体中就不可诱导。操纵子在这些突变体中就不可诱导。4、葡萄糖对lac操纵子的影响 如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中,laclac操纵子处于阻遏状态,不能被诱导;一旦耗尽操纵子处于阻遏状态,不能被诱导;一
展开阅读全文