《最新微生物第八章-2PPT课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《最新微生物第八章-2PPT课件(25页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、微生物第八章微生物第八章-228.2.1 基因表达的转录起始调控l需要始终维持一定水平的持家蛋白编码基因,表达不受调控,称为组成型表达(constitutive expression);l大多数原核基因的表达都受到严格调控,以适应胞内外环境条件的变化,保证生命活动的有序进行;l转录起始调控:是最常见的基因表达调控方式,通过调节蛋白与调控元件结合,提高转录起始复合物的形成效率(激活、正控),或者降低转录起始复合物的形成效率(阻遏、负控),而实现调控;3456789调节蛋白的结构特点l调节蛋白一般都有两个功能区:DNA结合域(DBD)和效应物结合域,分别位于蛋白的C端和N端;l根据调节蛋白结构特点
2、和氨基酸序列的保守性而划分为不同的调节蛋白家族;10常见的调节蛋白结构类型螺旋-转角-螺旋结构(HTH)11调节蛋白的效应物l效应物(effector ):能够与调节蛋白结合,而影响其与调控元件结合的小分子有机物或小分子蛋白;l效应物的类型:诱导物:与阻遏蛋白结合后,降低阻遏蛋白与调控元件的亲和力,促进基因表达;辅阻遏物:与阻遏蛋白结合后,提高阻遏蛋白与调控元件的亲和力,阻遏基因表达;激活物:与激活蛋白结合后,提高激活蛋白与调控元件的亲和力,促进基因表达;127.4.2 基因表达的转录终止调控l转录起始后,首先合成的mRNA 5端非编码区形成的二级结构(终止结构、抗终止结构),可以决定转录的暂
3、停、终止和继续延伸;l转录终止调控(transcription termination):通过调节蛋白、或小RNA、或代谢中间物与mRNA 5端非编码区的RNA元件结合,调控其二级结构的形态,而实现对转录效率的控制,影响基因表达的效率,也称转录弱化(transcription attenuation);13终止结构与抗终止结构l新合成的mRNA 5端非编码区,可以在紧随RNA聚合酶的后面形成类似终止子的二级结构(茎环结构),使RNA聚合酶-DNA复合物解离,转录终止;反之,则为抗终止结构,转录可以继续延伸;14B. subtilis 色氨酸操纵子表达的转录终止调控l调节蛋白为:trp RNA-
4、binding attenuation protein (TRAP)抗终止结构终止结构15核糖开关调控l核糖开关调控(Riboswitch gene regulation):小分子代谢物直接作用于mRNA 5端非编码区内的受体(RNA元件),通过改变其二级结构,而决定转录的终止或延伸;168.2.3 E. coli 乳糖操纵子的表达调控机制l大肠杆菌乳糖代谢的调控现象:环境中不存在乳糖时,细胞不表达与乳糖代谢相关的酶;当环境中只有乳糖这一种碳源时,细胞表达相关的酶,能够吸收和利用乳糖;当环境中葡萄糖和乳糖共同存在时,细胞也不吸收、利用乳糖,而是优先吸收、利用葡萄糖;当葡萄糖耗尽时,才开始吸收、
5、利用乳糖;17E. coli 乳糖操纵子的结构l乳糖操纵子(lac operon):大肠杆菌与乳糖代谢相关的三个酶的编码基因构成的一个操纵子;lacZ gene :编码b-半乳糖苷酶( LacZ );lacY gene:编码乳糖专一性运输蛋白(LacY);lacA gene:编码半乳糖苷转乙酰基酶(LacA)l紧邻lac 操纵子上游的是阻遏蛋白编码基因( lac I)18乳糖操纵子的启动子和调控元件l乳糖操纵子阻遏蛋白的调控元件(lacO)位于+1+21,是一段反相互补对称序列;19乳糖操纵子表达的负控机制l当缺乏乳糖时, Lac I与lacO结合,使RNA聚合酶-启动子开放转录起始复合物不能
6、有效形成;l被阻遏蛋白负控的乳糖操纵子表达效率极低,胞内的-半乳糖苷酶少于3个分子;20乳糖操纵子表达的诱导机制l当环境中有乳糖存在时,乳糖被异构为异乳糖;异乳糖作为诱导物与Lac I亲和力高,诱导Lac I从lacO上释放下来而与诱导物结合;这时,lac操纵子的阻遏被解除,转录可以起始;21乳糖操纵子表达的激活机制llac操纵子的表达同时还受正控调节,调节蛋白为分解代谢物激活蛋白(CAP),其效应物是环腺苷酸(cAMP),所以, CAP也称为cAMP 受体蛋白(CRP);l当胞内cAMP水平升高时, 形成cAMP- CAP复合物, 然后结合到lac操纵子启动子上游-61bp附近的调节元件上,
7、提高RNA聚合酶对启动子的识别效率,促进lac操纵子的表达;22胞内cAMP水平响应环境葡萄糖浓度的变化l有葡萄糖存在时,葡萄糖分解代谢物水平升高,抑制AMP环化酶活性、激活cAMP水解酶活性、同时促进cAMP排出细胞外,则胞内cAMP浓度降低;l当葡萄糖缺乏时,情况相反,胞内 cAMP浓度升高;23乳糖操纵子表达调控的生理效应l没有乳糖时,lac 操纵子受LacI的负控,仅维持基础水平的表达,使细胞不浪费代谢资源;l只有乳糖时,lac 操纵子被诱导表达,同时,还被受cAMP-CAP的激活,表达水平为基础表达的1000倍,以充分保障细胞对碳源的需要;l既有乳糖又有葡萄糖时, lac 操纵子虽被诱导表达,但由于缺乏cAMP -CAP的激活,表达水平并不高,使细胞能够优先利用葡萄糖;24二次生长现象和葡萄糖分解代谢物阻遏作用l二次生长现象:E. coli生长在同时含有葡萄糖和乳糖两种碳源的培养基上,首先利用葡萄糖,完成一个生长周期;当葡萄糖被耗尽后, 再开始利用乳糖完成另一个生长周期,表现为二次生长;l葡萄糖分解代谢物阻遏作用(carbon catabolite repression ):当葡萄糖与其它碳源共同存在时,细胞优先利用葡萄糖,并以胞内较高水平的葡萄糖分解代谢物作为效应物,激活阻遏蛋白,抑制利用其它碳源相关基因的表达,也称葡萄糖效应;