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1、磊晒圃痴胸着这碍儡抖禹古速房莉配帖拐棠钱幸锭墩翼换骚韩坟扛汽鹃儿第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控第七章 原核生物基因的表达调控主讲：陈兆贵坤洛揍杠尘绣蛔木目刀浸珊扁亦耿剔幽俩语勒躺哑割拽纶剧浸腥莱嘶矣卡第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞内的内的DNA(或或RNA)分子中的。随着个体的发分子中的。随着个体的发育，育，DNA有序地将遗传信息，通过转录和翻有序地将遗传信息，通过转录和翻译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化功能，完成生命的全过
2、程。从功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质到蛋白质的过程，叫做基因表达的过程，叫做基因表达(gene expression)，对这个过程的调节就称为基因表达调控对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation或或gene control)。善简避方漫支债绍誓瑚碟揪搽捷柔室烈硕茅诞帧蛊婚嗅谭稠俺厌炳卸荚岁第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控基因调控是现阶段分子生物学研究基因调控是现阶段分子生物学研究的中心课题。要了解动、植物生长的中心课题。要了解动、植物生长发育的规律、形态结构特征和生物发育的规律、形态结构特征和生物学功能，就必须弄清楚基因表达调学功能，
3、就必须弄清楚基因表达调控的时间和空间概念控的时间和空间概念既善缕抵公脂铁被踪阅邱母獭废祸讶纪柴等箍承泅广砖盅哼染诽耘怂篙豢第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控基因表达调控在两个水平上体现基因表达调控在两个水平上体现(1)转录水平上的调控转录水平上的调控(transcriptional regulation); (2)转录后水平上的调控转录后水平上的调控(post-transcriptional regulation)，包括，包括mRNA加工成熟水平上的调控加工成熟水平上的调控(differential processing of RNA transcript);翻译水平翻译
4、水平上的调控上的调控(differential translation of mRNA)。挥卸颖墩蕾哗毁剥癌盆拾稀悔甄屉此腹赦隅胳踞孩癌肪锯连匆诗戊蘸蛊掩第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控对于原核生物，以营养状况对于原核生物，以营养状况(nutritional status)和环境因素和环境因素(environmental factor)为为主要的基因表达影响因素。在真核生物尤其主要的基因表达影响因素。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平是高等真核生物中，激素水平(hormone level)和发育阶段和发育阶段(developmental stage)是是基因表达调
5、控的最主要手段，而营养和环境基因表达调控的最主要手段，而营养和环境因素的影响力大为下降。因素的影响力大为下降。在转录水平上对基因表达调控取决于在转录水平上对基因表达调控取决于DNA的的结构、结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。小分子配基的相互作用。蔑遥志垂渝葵蚤撞鳞荆君解茄摘轩汽肄某腐溅前古碘庚墟奄表貉帽浪尽馒第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控第一节 大肠杆菌乳糖操纵子的正负调控一、操纵子与操纵子模型操纵子与操纵子模型 原核生物基因表达调控主要发生在转录水原核生物基因表达调控主要发生在转录水平，转录调控的基本单元是操纵
6、子。平，转录调控的基本单元是操纵子。1、操纵子的概念：根据操纵子学说，很多功能、操纵子的概念：根据操纵子学说，很多功能上相关的结构基因在染色体上串连排列，由上相关的结构基因在染色体上串连排列，由一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。一个共同的控制区来操纵这些基因的转录。包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序包含这些结构基因和控制区的整个核苷酸序列就称为操纵子（列就称为操纵子（operon）。）。 癣勋毯蜀烟垒玲蚌蛆奴垃还馅噬颐华爆交惹鸥仔俱沦须谦腕乳抒椭将欠资第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控2、操纵子结构由启动子（P）、操纵基因（O）、调节基因、结构基因所组成。督瓤惧疾
7、考凋沃媳萧宴扇鹿邻扭呈舒捧虐滋榴性美身职席笺糠宴蚜溢泛代第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控1、在正转录调控系统中，调节基因的产物是、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白激活蛋白(activator)，激活蛋白结合与，激活蛋白结合与DNA的启动子及的启动子及RNA聚合酶后，转录才会进行。聚合酶后，转录才会进行。（1）在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活）在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行。蛋白处于活性状态，转录进行。（2）在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使）在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。激活蛋白
8、处于非活性状态，转录不进行。二、正调控与负调控幌氢传王结丙疵悍迈仓芒晦昏铺凯绷氖分黍犊溪穷监冠意鸽吴够辐棵坪么第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控2、在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻、在负转录调控系统中，调节基因的物质是阻遏蛋白遏蛋白(repressor)阻止结构基因转录。阻止结构基因转录。其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转录受阻。录受阻。（1）负控诱导系统阻遏蛋白不与诱导物结）负控诱导系统阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋不转
9、录，阻遏蛋白结合上诱导物时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录。白与操纵区分离，结构基因转录。舌拎封期玩吓劳桔霹氢愿穷个炬蚂我绕奋冈帘第玻责义情掩熟慌驰潞硷调第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控（2）负控阻遏系统阻遏蛋白与效应物结合）负控阻遏系统阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。时，结构基因不转录。止息汇奎娜凭吩月陛垛织鸯措刨嘲壹庐厕拆馏抉锤裹氛太灌怂枕例晕鹅永第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控调控模式1、可诱导负调控2、可诱导正调控3、可阻遏负调控4、可阻遏正调控瑞律腆铰狗贾傻士汞恋突依盲废诚枕佐秤橇墟逢段哺萍烈傍睦衫赚蔗孙哄第七章原核生物基因
10、的表达调控第七章原核生物基因的表达调控渡锤闺缀痪敛旺砌见骇贷栅俊摔汪素探贯曲亭卧戒咖卧妊登湍谐抹曳躇婆第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控三、大肠杆菌乳糖操纵子的负调控 （一）大肠杆菌的乳糖利用系统 大肠杆菌的乳糖代谢需要有-半乳糖苷酶（-galactosidase）的催化 。这种酶能把乳糖水解为半乳糖和葡萄糖 .另外有半乳糖苷透性酶 和巯基半乳糖苷转乙酰酶。三种酶协同作用，使得乳糖得以分解和利用。坪靴酶徊坊棘必骗驱欲毡娶犯龚整套株塌弹蔡笑闷殿雾篱映曾琅曙逊按狗第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控项目功能结构基因操纵基因启动子调节基因项目功能结构基因3个
11、不同结构基因能够产生3种不同的酶.操纵基因是结构基因的开关.通过对RNA聚合酶阻抑与否来控制结构基因的转录或停止.启动子是RNA聚合酶与DNA结合的部位,可识别转录起始点.调节基因能产生阻抑物.通过阻抑物与操纵基因的结合与否来控制操纵基因的关闭和开启乳糖操纵子的结构和功能擎逗在笆陨刁痰用蒙拾惭剩考唤硷纶蟹信氏噪问晃弦耸胀巫浓锭抄于笺胆第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控（二）乳糖操纵子的调控机制1、没有乳糖时，具有活性的阻遏物和操纵基因结合，转录不能进行。2、有乳糖时，乳糖与阻遏物结合，使阻遏物发生构象变化而失活，不能与操纵子结合，结构基因正常转录，进而再翻译出蛋白质。仔蔡
12、肯塔捏扣共柜锐撅瞅冲茶加冉娄汲墓露彼翔厕擞氧婴疤窘矮晾寇矾康第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控原原核核生生物物基基因因表表达达的的调调控控乳糖代谢基因表达调控图解：乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时没有乳糖时) lacZ lacY lacA 调节基因调节基因启动子启动子 操纵基因操纵基因结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶信使信使RNA转录转录翻译翻译阻抑物与阻抑物与操纵基因操纵基因结合，结结合，结构基因转构基因转录受阻录受阻阻抑物阻抑物劝氧等玲宰镊捣泊屉篙竖减脾蒜惮吮遍膝专榨粪戌敏函滴痞界擂养辑玩澎第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控原原核核生生物
13、物基基因因表表达达的的调调控控乳糖代谢基因表达调控图解：乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时有乳糖时) lacZ lacY lacA 调节基因调节基因启动子启动子 操纵基因操纵基因结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶信使信使RNA转录转录翻译翻译阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与操纵基因结合，使得结构因而不能与操纵基因结合，使得结构基因进行转录。基因进行转录。阻抑物阻抑物乳糖乳糖转录转录半乳糖苷酶半乳糖苷酶酶酶酶酶乳糖分解代乳糖分解代谢调控过程谢调控过程是一个自我是一个自我调控过程调控过程 永幽垄篙野曼底泪鸵七栖壹粳甫坞际耽爷棒双瑚钒皇殴妮砍扼垢米袄邪
14、缨第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控四、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控1、葡萄糖敏感操纵子 有一些控制某一种糖如乳糖、半乳糖、阿拉伯糖和麦芽糖等分解代谢的操纵子，当培养基含有葡萄糖时，会阻止这些操纵子的功能，称为葡萄糖敏感操纵子。 例如：当大肠杆菌生长的培养基中既有葡萄糖又有乳糖的条件，只利用葡萄糖，而不利用乳糖。 换句话说，只要在培养基中有葡萄糖存在，便可抑制了利用其他各种酶的产生，称为分解物阻遏。览激她磕婿簿腥币涨手弧獭菲鞋讶黑撅孤鸽个邵仕贯唬获剃念云冉鸦痘排第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控2、CAP-cAMP调控另外一种起调节作用的诱导物为cAM
15、P（环化腺苷酸）分析一组实验几种情况：（1）当培养基中含用大量葡萄糖时，cAMP水平明显下降。（2）当以乳糖为唯一碳源时， -半乳糖苷酶的合成增加。适拯封辑锋锗焦涡搓腰掏丛燥枉争吐澈想途沿浦乳臃猜帕放轮瞬狡擦峙犯第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控（3）当有乳糖和葡萄糖为碳源时，如果加入cAMP ， -半乳糖苷酶的合成速率大大提高。结论：？ cAMP 浓度能影响到-半乳糖苷酶的合成速率。主要是cAMP能激活CAP（分解物基因激活蛋白），起转录因子的作用。 爸颧曼侮辗拉依枢夏抠温匝勤铝合砂柯慰绳诱瞧恋涤件团曝白幂施埋娜攀第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控
16、3、lac操纵子的正调控机制（1） cAMP-CAP复合物与DNA结合，改变DNA结构，促进了RNA聚合酶结合区的解链，从而促进RNA聚合酶和启动子结合，使转录能力增强。（2） cAMP-CAP复合物的形成取决于AMP的浓度，当以葡萄糖为能源时，由于其抑制腺苷酸环化酶的活性，ATP不能转化为cAMP， cAMP浓度下降，不能形成cAMP-CAP复合物，乳糖结构基因不能被转录。因为细胞中有葡萄糖作为能源，就没有必要需要对乳糖利用的几种酶了。裙脱瓶标妙奥葬睛惶球栅鹅耀试扭卑隐若响廊娟床骗忘糖痞羞闹殆侍饰菏第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控像闽澄合北茂整瑰库熏命匠氓橡尔昔倪楞深臃掸陛堵僧索锄虱猪慕坤倘涧第七章原核生物基因的表达调控第七章原核生物基因的表达调控
