基因对表达的调控

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1、基因表达的调控基因表达的调控第三章第三章 第三节第三节预习提问预习提问真核细胞基因结构和原核细胞的有何不同真核细胞基因结构和原核细胞的有何不同？ 原核细胞基因的编码区是原核细胞基因的编码区是连续连续的，的，真真核细胞核细胞基因的编码区是基因的编码区是间隔间隔的，的，不连续不连续的。的。人类基因组计划人类基因组计划( (HGP) )的主要目标是什么？的主要目标是什么？ 完成对人的基因组的完成对人的基因组的所有碱基序列的所有碱基序列的测定测定，阐明人体中全部基因的位置、结构、，阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达、调控方式及致病突变的全部功能、表达、调控方式及致病突变的全部信息。信息。 20

2、世纪世纪60年代，法国分子生物家雅各年代，法国分子生物家雅各布和莫诺通过对大肠杆菌乳糖代谢的研究，布和莫诺通过对大肠杆菌乳糖代谢的研究，首先弄清了原核生物基因表达调控的机制。首先弄清了原核生物基因表达调控的机制。这一机制的发现是生物学领域中的一个划这一机制的发现是生物学领域中的一个划时代突破。为此，他们在时代突破。为此，他们在1965年获得了诺年获得了诺贝尔生理学或医学奖。贝尔生理学或医学奖。小资料小资料一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控大肠杆菌一般是将葡萄糖作为碳源，当其生大肠杆菌一般是将葡萄糖作为碳源，当其生活的环境中有乳糖而没有葡萄糖时，大肠杆活的环境中有乳糖而没有葡萄糖

3、时，大肠杆菌产生的适应性变化是什么？菌产生的适应性变化是什么？ 大肠杆菌会迅速合成大量的分解乳糖的大肠杆菌会迅速合成大量的分解乳糖的酶酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶，将乳糖分解成葡萄糖和，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。半乳糖加以利用。当大肠杆菌生活的环境中没有乳糖后，又会当大肠杆菌生活的环境中没有乳糖后，又会怎样？这说明什么？怎样？这说明什么？ 没有乳糖，半乳糖苷酶的没有乳糖，半乳糖苷酶的合成就停止合成就停止。 说明半乳糖苷酶的合成与周围环境中说明半乳糖苷酶的合成与周围环境中有无乳糖有密切关系。有无乳糖有密切关系。半乳糖苷酶的合成受什么控制？半乳糖苷酶的合成受什么控制？受半乳糖苷酶受半乳糖苷酶基

4、因基因控制。控制。乳糖存在与否，关系到半乳糖苷酶是否合成，乳糖存在与否，关系到半乳糖苷酶是否合成，可见，乳糖似乎对半乳糖苷酶基因的表达起可见，乳糖似乎对半乳糖苷酶基因的表达起到诱导作用。到诱导作用。 一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控与乳糖代谢有关的核苷酸序列：与乳糖代谢有关的核苷酸序列：1）结构基因（）结构基因（3个）个）2）操纵基因）操纵基因3）启动子）启动子4）调节基因）调节基因P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的

5、调控与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R1）结构基因：）结构基因： 直接编码直接编码乳糖分解代谢所需酶类的基因。乳糖分解代谢所需酶类的基因。 lacZ：编码半乳糖苷酶。编码半乳糖苷酶。 lacY、lacA：分别编码另外两种与乳糖分解分别编码另外两种与乳糖分解代谢有关的酶。代谢有关的酶。 一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有

6、何作用？P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R2）操纵基因（）操纵基因（O）：）： 对结构基因起着对结构基因起着“开关开关”的作用，可的作用，可直接控直接控制结构基因制结构基因的转录。的转录。一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R3）启动子（）启动

7、子（P）：）： 有与有与RNA聚合酶结合的位点聚合酶结合的位点，可识别转录，可识别转录起始点。起始点。RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R4）调节基因（）调节基因（R）：）： 能能产生阻抑物产生阻抑物，通过阻抑物，通过阻抑物与操纵基因的结与操纵基因的结合与否合与否来控制操纵基因的关闭和开启。来控制操纵基因的关闭和开启。一

8、一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控当环境中当环境中没有乳糖没有乳糖时：时：信使信使信使信使RNARNA转录转录转录转录P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R阻抑物阻抑物阻抑物阻抑物翻译翻译翻译翻译阻抑物与操纵基因结合，阻抑物与操纵基因结合，同时同时阻挡了阻挡了RNA聚合酶与聚合酶与启动子的结合启动子的结合，从而使，从而使结结构基因转录和翻译受阻构基因转录和翻译受阻，不能合成有关的酶。不能合成有关的酶。一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控当环境中当环境中有乳

9、糖有乳糖时：时：P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R+阻抑物阻抑物阻抑物阻抑物乳糖乳糖乳糖乳糖RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译乳糖与阻抑物结合，引起乳糖与阻抑物结合，引起其其构象变化构象变化，使阻抑物，使阻抑物失失去与操纵基因结合去与操纵基因结合的能力，的能力，RNA聚合酶便可与启动子聚合酶便可与启动子结合，从而使结构基因转结合，从而使结构基因转录和翻译正常进行。录和翻译正常进行。一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控当环境中当环境中

10、有乳糖有乳糖时：时：P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶酶酶酶酶酶酶酶酶转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译+阻抑物阻抑物阻抑物阻抑物乳糖乳糖乳糖乳糖RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译分解分解分解分解乳糖乳糖乳糖乳糖一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 一个一个操纵基因控制下操纵基因控制下的一组相邻的的一组相邻的结构结构基因基因以及以及启动子启动子和和调节基因调节基因，统称为操纵子。，统称为操纵子。

11、P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R操纵子操纵子 操纵子是原核生物的基因在操纵子是原核生物的基因在转录水平转录水平上进行调控上进行调控的一个的一个功能单位功能单位。一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控从大肠杆菌乳糖调控过程可以看出什么？从大肠杆菌乳糖调控过程可以看出什么？ 大肠杆菌细胞只有在环境中有乳糖存在大肠杆菌细胞只有在环境中有乳糖存在时，才能产生相关的酶。所以，其乳糖代谢时，才能产生相关的酶。所以，其乳糖代谢调控过程是一个调控过程是一个自我调控过程自我调控过程。

12、 在这一过程的作用下，生物体才在这一过程的作用下，生物体才不会浪不会浪费费细胞中的物质和能量，并能细胞中的物质和能量，并能不断适应变化不断适应变化的外界环境的外界环境。一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控当环境中当环境中没有乳糖没有乳糖时：时：P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R信使信使信使信使RNARNA转录转录转录转录阻抑物阻抑物阻抑物阻抑物翻译翻译翻译翻译知识回顾知识回顾当环境中当环境中有乳糖有乳糖时时：P启动子启动子启动子启动子结构基因结构基因结构基因结构基因

13、调节基因调节基因调节基因调节基因OlacZlacYlacA操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因R半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶酶酶酶酶酶酶酶酶转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译分解分解分解分解乳糖乳糖乳糖乳糖一一 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控+阻抑物阻抑物阻抑物阻抑物乳糖乳糖乳糖乳糖RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译真核细胞基因结构如何？真核细胞基因结构如何？编码区下游编码区下游编码区下游编码区下游编码区上游编码区上游编码区上游编码区上游编码区编码区外显子外显子外显子外显子内含子内含子内含子内含子 真核细胞基因的编码区是真核细胞基因的编码区

14、是间隔间隔的，的，不不连续连续的。的。外显子能编码蛋白质外显子能编码蛋白质，内含子不，内含子不能编码蛋白质。能编码蛋白质。二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控真核生物基因表达调控过程与原核生物有何真核生物基因表达调控过程与原核生物有何共同之处？共同之处？ 在真核生物结构基因的侧翼序列上，同在真核生物结构基因的侧翼序列上，同样存在许多不同的样存在许多不同的调控序列调控序列，并能通过，并能通过特异特异性蛋白与某些调控序列的结合与否性蛋白与某些调控序列的结合与否，来，来调控调控基因的转录基因的转录。什么叫侧翼序列？什么叫侧翼序列？ 每个

15、基因在第一个和最后一个外显子每个基因在第一个和最后一个外显子的外侧各有一段的外侧各有一段非编码区非编码区，称为侧翼序列。，称为侧翼序列。侧翼序列上有一系列的调控序列。侧翼序列上有一系列的调控序列。编码区编码区编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区非编码区侧翼序列侧翼序列二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控真核生物基因表达调控过程与原核生物有真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？何不同之处？不同不同： 真核生物中编码蛋白质的基因通常是真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断间断的、的、不连续不连续的，由于转录时内含子和的，由于转录时内含子和外显子

16、是一起转录的，因而转录产生的外显子是一起转录的，因而转录产生的信信使使RNA必须经加工必须经加工，将，将内含子转录部分剪内含子转录部分剪切掉切掉，将，将外显子转录部分拼接外显子转录部分拼接起来，才能起来，才能成为成熟的成为成熟的RNA。二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控信使信使RNA的加工：的加工：编码区下游编码区下游编码区下游编码区下游编码区上游编码区上游编码区上游编码区上游成熟的信使成熟的信使RNA转录转录转录转录加工加工加工加工初级转录物初级转录物剪切内含子剪切内含子转录部分转录部分拼接外显子拼接外显子转录部分转录部分二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控 真

17、核生物基因转录后真核生物基因转录后真核生物基因转录后真核生物基因转录后的的的的剪切剪切剪切剪切、拼接拼接拼接拼接和和和和转移转移转移转移等过程，等过程，等过程，等过程，都需要有都需要有都需要有都需要有调控序列的调控调控序列的调控调控序列的调控调控序列的调控，这是这是这是这是真核生物真核生物真核生物真核生物所所所所特有特有特有特有的的的的。真核生物基因表达调控过程与原核生物有真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？何不同之处？不同不同： 真核生物由于有细胞核，核膜将真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开，因此，转录在细胞核质与细胞质分隔开，因此，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中

18、进行。可见其核中进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录和翻译具有时间和空间上的分隔转录和翻译具有时间和空间上的分隔。二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控真核生物基因表达调控过程与原核生物有真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？何不同之处？不同不同： 真核生物大多是真核生物大多是多细胞生物多细胞生物，个体发，个体发育过程中要发生育过程中要发生细胞分化细胞分化。分化是不同的。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格调控作用下进行启某些基因，都是在严格调控作用下进行的。基因的这种的。基因的这种特异性表达的调控机制

19、特异性表达的调控机制也也是是真核生物真核生物所所特有特有的。的。二二 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控1）真真核核生生物物的的基基因因表表达达调调控控比比原原核核生生物物复复杂杂的的原原因因是是 （ ） A、必须对转录产生的、必须对转录产生的mRNA进行加工进行加工 B、转录和翻译在时间和空间上有分隔、转录和翻译在时间和空间上有分隔 C、某些基因只能特异地在某些细胞中表达、某些基因只能特异地在某些细胞中表达 D、包括、包括A、B、C在内的多方面原因在内的多方面原因 D练习练习2）以以下下关关于于大大肠肠杆杆菌菌基基因因调调控控的的说说法法错错误误的的是是 （ ） A、几几个个结结构

20、构基基因因往往往往连连在在一一起起，共共同同受受调控序列的调控调控序列的调控 B、在在大大肠肠杆杆菌菌中中，如如果果调调节节基基因因突突变变造造成成阻阻抑抑物物缺缺乏乏，那那么么与与乳乳糖糖分分解解代代谢谢有有关关的的三三种酶就不能合成种酶就不能合成 C、大大肠肠杆杆菌菌乳乳糖糖代代谢谢的的调调控控主主要要是是对对转转录水平的调控录水平的调控 D、在在大大肠肠杆杆菌菌中中，如如果果控控制制乳乳糖糖代代谢谢启启动子发生了突变，转录便不能进行动子发生了突变，转录便不能进行B练习练习3）关关于于基基因因表表达达调调控控的的叙叙述述中中，不不准准确确的的是是 （ ） A、调节基因控制合成阻抑物、调节基

21、因控制合成阻抑物 B、 启动子上有启动子上有RNA聚合酶的结合位点聚合酶的结合位点 C、 结构基因的转录受操纵基因的调控结构基因的转录受操纵基因的调控 D、 阻抑物构象变化时，转录开始阻抑物构象变化时，转录开始C练习练习4）生生物物的的每每个个细细胞胞都都含含有有一一整整套套该该物物种种的的基因，对这些基因表达正确是说法是（基因，对这些基因表达正确是说法是（ ） A、整套基因同时表达、整套基因同时表达 B、每种基因时时开启着、每种基因时时开启着 C、可随特定情况开启或关闭某些基因、可随特定情况开启或关闭某些基因 D、一旦开启便不能关闭、一旦开启便不能关闭C练习练习5）乳糖基因对代谢的调控是）乳

22、糖基因对代谢的调控是 （ ） A、对基因结构的调控、对基因结构的调控 B、对结构基因转录的调控、对结构基因转录的调控 C、对结构翻译的调控、对结构翻译的调控 D、对调节基因产物的调控、对调节基因产物的调控B练习练习6）环环境境中中乳乳糖糖存存在在时时，大大肠肠杆杆菌菌半半乳乳糖糖苷苷酶酶基基因因转转录录正正常常进进行行的的原原因因是是 （ ） A、使阻抑物失去与操纵基因结合的能力、使阻抑物失去与操纵基因结合的能力 B、使阻抑物失去与调节基因结合的能力、使阻抑物失去与调节基因结合的能力 C、使阻抑物失去与启动子结合的能力、使阻抑物失去与启动子结合的能力 D、使阻抑物失去与结构基因结合的能力、使阻抑物失去与结构基因结合的能力 A练习练习