《《生物基因表达调》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《生物基因表达调》ppt课件（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章：生物基因表达调控,主要内容,一、基因表达调控的基本概念： 二、 基因表达调控的理论与模式； 三、真核生物基因调控表达的特异性；,一、基因表达调控的基本概念：,1、基因表达调控的意义： 原核生物对环境的适应、对营养条件改变适应的相关应答，都是基因表达的结果； 真核生物的细胞分化, 组织特化 , 个体发育以及环境对个体表型的影响都是通过基因表达实现的。,2、 基因表达的调控的方式：,transcriptional level； posttranscriptional level； translational level； posttranslational level 。,3、 遗传信息表
2、达的方式,组成型表达（constitutive expression）,Housekeeping gene,适应性表达(adaptive expression）,Luxury gene,指其表达几乎不随环境变动而变化的一类基因表达。该类型基因通常被称为管家基因(housekeeping gene)。,2）、适应性表达： 指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 应环境条件变化，基因表达水平增高的现象称为诱导(induction)，这类基因被称为可诱导的基因(inducible gene)。 如果某种物质能够促使细菌产生某种酶来分解它，这种物质就是诱导物。（分解代谢）,1）、组成性表达：
3、,随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因(repressible gene)。 如果某种物质能够阻止细菌产生与该物质合成相关的酶，这种物质就是辅阻遏物。（合成代谢）,安慰诱导物： 如果某种物质能够诱导细菌产生某种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）。,4、顺式作用(cis-acting)元件：指在原位发挥调控作用，仅影响与其相连的基因表达的一段DNA序列。,经常与启动子相邻的一个顺式作用元件称为操纵基因(Operator)，它是调控蛋白：阻遏蛋白或激活蛋白的结合位点。,当阻遏蛋白（或
4、激活蛋白）和操纵基因结合时，就会阻止（或激活）RNA 聚合酶启动转录，操纵基因下游的结构基因表达会因此被关闭（或开放）。,5、结构基因(Structural gene)和调控基因(Regulator gene) 的概念。 结构基因：编码蛋白质或RNA的任何基因。包括结构蛋白、具有催化活性的酶等。 调控基因：是编码调控蛋白的基因，该蛋白可以调控其它基因的表达。,6、调控的关键是调控蛋白质与顺式作用元件的结合来调控靶基因的转录。,这种相互作用可以通过两种方式进行： 正(Positive) 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被转录表达，这样的调控是正转录调控。
5、该调节蛋白称为激活蛋白。,负(Negative) 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，这样的调控称为负转录调控。该调节蛋白称为阻遏蛋白。,一）、 transcriptional level control,Prok. operon stringent response应急反应 attenuator 衰减子,1、Operon control (1961 Jacob. & Monod.),二、 基因表达调控的理论与模式, 各结构基因按一定比例协调翻译 ( Z : Y : A = 5 : 2 : 1 ), P & O基因(cis)紧密连锁 或 彼此
6、重叠 I 基因(trans) 位点不固定，编码一种反式作用因子，可以调控Z、Y、A结构基因的表达。含自己的启动子和终止子。,1）、 operon concept,定义：是基因表达的协调单位，由启动子、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。,特点：,2）、 operon control type Negative & Positive,I gene,Neg.,Pos.,repressor,Negative,Positive,expressor (apoinducer),无辅基诱导物,（激活蛋白）,（阻遏蛋白）,（阻遏蛋白）,（激活蛋白）, Negati
7、ve control 一般是原核生物利用的调控方式，使原核生物更好的适应外界营养条件的变化。, Positive control 一般是真核生物喜欢利用的调控方式。是一种灵活，严格，经济的调控机制,阻遏蛋白,激活蛋白,（辅阻遏物）,（诱导物）,负转录调控系统,负控诱导调节,负控阻遏调节,调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor）,阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合，使阻遏蛋白失活，结构基因转录；,阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合，使阻遏蛋白产生活性，结构基因不转录。,正转录调控系统,正控阻遏调节,正控诱导调节,调节基因的产物是激活蛋白（activator）。,效应物分子（诱导物）的存在使失去活
8、性的激活蛋白处于活性状态；,效应物分子（辅阻遏物）的存在使有活性的激活蛋白处于非活性状态。,原核生物基因表达调控方式：,Operon control model,A、 Negativeinducible operon 例 (分解酶类 lactose operon),I gene active repressor,I,binding on Operator,38 kd / monomer,tetramer 152 kd,例如：在Lactose operon中,大肠杆菌乳糖操纵子的结构：,Z：编码-半乳糖苷酶：将乳糖（1，4糖苷键）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
9、（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。,-调控机理,Inducer (lactose) 与repressor 特异结合,作用于 O 位点上的repressor 变构 脱离O位,作用于游离的repressor,无诱导剂时：repessor tetramer与operator发生特异结合 operon off,变构 失去结合于O位的能力,当培养基中有诱导剂时：,调控机理,调控机理,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， lac操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡
10、萄糖，乳糖就会诱导lac操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。 该现象称为葡萄糖效应 其原因是代谢物阻遏效应。,B、 Negativerepressible operon (合成酶类),tryptophan synthease operon,R gene inactive repressor,Co-repressor ( tryptophan ),色氨酸是一系列酶促反应的终产物,辅阻遏物,Inactive expressor,active expressor,C、Positiveinducible operon (多为分解酶类),I inactive expressor,operon off,ind
11、ucer,active expressor,binding on front P site,激活RNA polymerase启动,（失活的激活蛋白）,e.g. cAMP control (universal controlling system),Lac operon open but no transcripts,Glucose,Why?,Lactose,E.coli,当大肠杆菌在培养基中发现葡萄糖和乳糖时，它分解利用葡萄糖，而抑制乳糖的利用。这种选择是通过阻止包括乳糖操纵子、半乳糖操纵子和阿拉伯糖操纵子等的表达来实现的。这种作用被称为代谢产物阻遏(Catabolite repression
12、)作用。,ATP,ppp c A,cAMP,p c A,5-AMP,p c A,I (cap gene),(catabilite gene activator protein),+,细胞中葡萄糖水平低，较低的葡萄糖代谢中间产物,Lac.Operon I P O,腺苷酸环化酶,激活,细胞中葡萄糖水平升高,较高的葡萄糖代谢中间产物,激活,磷酸二酯酶,二聚体,激活聚合酶,active expressor,coexrepressor,D、Positiverepressible control,I active expressor (apoinducer),operon on,Co-repressor,
13、Inactive expressor,operon off,（正控阻遏调节）,2、 stringent response control,1）、 基本概念,应急反应(Stringent response)：细菌处于极差的生长条件下，由于缺乏足够的氨基酸，蛋白质合成受到抑制，因而细菌会关闭大量的代谢过程，这就是应急反应或应急调控。,stringent response 是对任何氨基酸饥饿时表现的 一种广泛的调节机制。,stringent response control,2）、 相关因子,stringent factor ( Rel gene ） pyrophosphate transferas
14、e,（焦磷酸转移酶）,Rel + stringent factor,uncharged tRNA in A site,(P)PPG,ATP AMP,ppGpp pppGpp,10 up,应急反应底触发：细胞核糖体A 位点上空载tRNA的增多。,当细菌的生存条件恢复正常时，一种名为spoT 的基因编码降解ppGpp 的酶。它能以约20 秒的半衰期快速将ppGpp （ pppGpp）降解； 应急反应能随着(p)ppGpp的消失很快逆转；,应急反应的消除：,4、 Attenuator control,1) discovery, E.coli trp synthetase operon ( Charl
15、es Yanofsky stanford .U ),Negativerepressible operon 但还发现了另外一种奇怪的现象 ？,I P O leading seq. E D C B A,trp,+,（弱化子）, leading sequence中存在精细微调的机制,I+; operon off E酶活低 i C ; operon on E酶活高(70倍),trpa+与trpa-的 E 酶活差异(10倍)在于Leading seq.,I po L.S. E D C B A,genotype I+ iC,trpa+ 0.17 11.8,trpa- 1.82 100,When rich trp,测定E 酶活,Controls the operon over a 700-fold range from full inactive to full active,S.D. Seq,14 amino acid leader peptide,stop,UGA,trp E,2) trp operon RNA 一级结构分析,162 碱基 with poly (U)；,27
