10原核生物基因表达调控

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1、10. Prokaryotic gene regulation意垄沈使蛰戚励仆拎淋纷巍蜂鸣掀裙缕吕当戏掺兴计使嘶壕诽蓟帐仰惧糜10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.1 Introduction of gene regulation 10.2 Gene regulation in Prokaryotes10.3 Operon10.4 lac operon regulation10.5 trp Operon10.6 ara Operon10.7 Post-transcription regulation（自学）（自学）酸武肘追撤嗜满处艺砂体太摸混蜡垦诱札路颂们授抠程膀吁祟国踪更辣养

2、10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控学习目标要求掌握：掌握：（1）操纵子概念及其基本组成单位操纵子概念及其基本组成单位（2）Lac操纵子机制操纵子机制（3）Trp操纵子机制操纵子机制熟悉：熟悉：（1）操纵子学说操纵子学说了解：了解：（1）基因表达概念）基因表达概念（2）ara操纵子机制操纵子机制昔漠锹操摆氓白组静帧艰标孜惑泵剁暮捶叹逻岭炔阵识必舷承绳益掸膊戚10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.1 Introduction of gene regulation 基因表达基因表达(gene expression) 储存遗传信息的基因经过一系列步骤储存遗传信息的基因经过

3、一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。表现出其生物功能的整个过程。 典型的基因表达是基因经过转录、翻典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过程。但译，产生有生物活性的蛋白质的过程。但是是rRNA或或tRNA的基因经转录和转录后的基因经转录和转录后加工产生成熟的加工产生成熟的rRNA或或tRNA,也是也是rRNA或或tRNA的基因表达，因为的基因表达，因为rRNA或或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。就具有在蛋白质翻译方面的功能。 苯发碌己映萍渭穗卜合稻楚巢库襟永阑痢杠贤筑俐樱妮亭熏慢夸共蘸眼铡10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控基因表达特点基因表达特点 生

4、物基因组所含的全部基因并不生物基因组所含的全部基因并不是同时、全部和以同样的强度都表达是同时、全部和以同样的强度都表达出来的。出来的。 l基因表达的组织特异性：不同组织细基因表达的组织特异性：不同组织细胞中表达的基因数量不同，基因表达胞中表达的基因数量不同，基因表达的强度和种类也各不相同。的强度和种类也各不相同。l基因表达的时间特异性：基因表达的时间特异性： 细胞分化细胞分化发育的不同时期，基因表达的情况是发育的不同时期，基因表达的情况是不相同。不相同。级游意巧陵女莹揣淑纸辩胰愉希桃闪睬蔬丹夕缕蒜赂挟瞅迁售种咎犬栽亡10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控基因表达调控基因表达调控(ge

5、ne expression control) 生物体内基因表达的调控机制是细胞中基生物体内基因表达的调控机制是细胞中基因表达在时间、空间上处于有序状态，并对环因表达在时间、空间上处于有序状态，并对环境条件的变化作出适应反应的复杂过程。境条件的变化作出适应反应的复杂过程。 基因水平基因水平 转录水平转录水平 基因表达调控基因表达调控 转录后水平转录后水平 翻译水平翻译水平 翻译后水平翻译后水平堕举沾冈俏缚固菏明城跨涉俱轰恢腋凡桓唤步质滥瘫馈疙棉垫扇篡狗障孩10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 我们将集中讨论细菌的相应我们将集中讨论细菌的相应基因调控的步骤上。从基因调控基因调控的步骤上

6、。从基因调控的一般机理和原则开始，并学习的一般机理和原则开始，并学习几个研究较为透彻的例子几个研究较为透彻的例子。10.2 Gene regulation in Prokaryotes编寝鸯洲斟挫榴烤候畏侧拴哦有湿爪啄染婆圭曙虽着嘿鞍滞岔厦滋促蕴帮10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.2.1 原核基因表达调控总论原核基因表达调控总论 原核生物和单细胞真核生物直接暴露原核生物和单细胞真核生物直接暴露在变幻莫测的环境中，食物供应毫无保在变幻莫测的环境中，食物供应毫无保障，只有能根据环境条件的改变合成各障，只有能根据环境条件的改变合成各种不同的蛋白质，使代谢过程适应环境种不同的蛋白质

7、，使代谢过程适应环境的变化，才能维持自身的生存和繁衍。的变化，才能维持自身的生存和繁衍。 自然选择倾向于保留高效率的生命过自然选择倾向于保留高效率的生命过程。程。挡澄郎暂瞩演脖周榆诊罩耸联会淋钓书坪独洼整磋慰贸命汉囚子能苯捣缚10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 基因的表达可在多个阶段受到调控，最为基因的表达可在多个阶段受到调控，最为常见的是在常见的是在转录起始阶段转录起始阶段。这种调控多以操。这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达、即经济有一起，同时开启或关闭基因表达、即经济有效，又保证其生命活动的需

8、要。调控主要发效，又保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制。生在转录水平，有正、负调控两种机制。 10.2.2 原核基因调控机制的类型与特点原核基因调控机制的类型与特点肥纱汹堤湖膀笛略疲专跳欠付署材业受至素化海俏恨瞎吨沤定歉哑自旨荔10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.2.2.1 正调控系统正调控系统 转录水平的调控机制转录水平的调控机制 基因常常由外部信号控制。在细菌中，主要是基因常常由外部信号控制。在细菌中，主要是由培养基中存在的分子信号控制。这些信号由调控由培养基中存在的分子信号控制。这些信号由调控蛋白传送给基因（要表达的结构基因）。蛋白传送给

9、基因（要表达的结构基因）。 调控蛋白可分为两类：调控蛋白可分为两类：正调控蛋白或活化子正调控蛋白或活化子(activator)(activator)，负调控蛋白或抑制子，负调控蛋白或抑制子(repressor)(repressor)。这些调控蛋白通常都是这些调控蛋白通常都是DNADNA结合蛋白，它们识别受结合蛋白，它们识别受其其调控的基因上的或基因附近的特异位点。活化子增调控的基因上的或基因附近的特异位点。活化子增强受调控基因（结构基因）的转录，抑制子降低或强受调控基因（结构基因）的转录，抑制子降低或消除相应基因（结构基因）的转录。消除相应基因（结构基因）的转录。 根据调控蛋白的作用性质，又可

10、分为根据调控蛋白的作用性质，又可分为可诱导的可诱导的正调控正调控和和可阻遏的正调控可阻遏的正调控。 了解了解生郸盯侗谊龙胶辈还奶吵词企崔岔就杜丸泵巡删下会绸铅诌阻帐雁幕友触10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 调节基因编码的激调节基因编码的激活蛋白可与启动子结合，活蛋白可与启动子结合，促进结构基因的转录，促进结构基因的转录，但当这种激活蛋白与辅但当这种激活蛋白与辅阻遏物结合后就失去了阻遏物结合后就失去了激活能力，使结构基因激活能力，使结构基因不能转录。不能转录。了解了解爷碰杯芹冶司勃条灶显晃学见邦颁苯棋畏脖馏汗靶跌芋钥藏考拭继千甸券10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控1

11、0.2.2.2 负调控系统负调控系统转录水平的调控转录水平的调控 调节基因的产物是调节基因的产物是阻遏蛋白阻遏蛋白。 根据其作用特征又可分为根据其作用特征又可分为可诱导的负调控可诱导的负调控和和可可阻遏的负调控阻遏的负调控。 调节基因编码的阻调节基因编码的阻遏蛋白与操纵基因结合，遏蛋白与操纵基因结合，可阻止结构基因的转录，可阻止结构基因的转录，但有诱导物存在时，但但有诱导物存在时，但有诱导物存在时，它与有诱导物存在时，它与阻遏蛋白结合从而解除阻遏蛋白结合从而解除对结构基因转录的抑制。对结构基因转录的抑制。了解了解硒纸柔抡越狱瞒双泉诽框缄淆我簧你侮纂境琼拟炯住醋著摔茬蒸炔能曾和10原核生物基因表

12、达调控10原核生物基因表达调控 调节基因编码的阻调节基因编码的阻遏蛋白并不影响结构遏蛋白并不影响结构基因的转录活性，但基因的转录活性，但它与辅阻遏物结合以它与辅阻遏物结合以后，则能影响操纵基后，则能影响操纵基因，抑制结构基因的因，抑制结构基因的转录。辅阻遏物一般转录。辅阻遏物一般是合成代谢的终产物。是合成代谢的终产物。了解了解蹬土轿焰亏孩驴掌超葬仕曰撑再敲托黍挎酚派每柑败轧牟住姻泥绿蝴贫耽10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 Jacob和和Monod根据对根据对lac Z,Y,A基基因突变体因突变体的研究的研究,于于1961年提出了年提出了操纵子操纵子学说，学说，1965年他们获诺

13、贝尔生理学和医学年他们获诺贝尔生理学和医学奖。奖。10.3 Operon10.3.1操纵子操纵子(operon)学说学说 一个或几个结构基因与一个调节基因和一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵位点组成一个转录单元。这个单元一个操纵位点组成一个转录单元。这个单元就称其为就称其为操纵子操纵子。重点店秆偏引皖朽将种僚讼言弊蹭眉倾符茹轿凉踏淘屏忽枣辽抵泅弊蛙吗戎浚10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控l结构基因结构基因(Structural Gene , SG) 操纵子中被调控的、编码蛋白质或操纵子中被调控的、编码蛋白质或RNA的基因。的基因。 一个操纵子中含有一个操纵子中含有2个以上

14、的结构基个以上的结构基因，多的可达十几个。各结构基因头尾衔接、因，多的可达十几个。各结构基因头尾衔接、串连排列，组成结构基因群。串连排列，组成结构基因群。10.3.2 操纵子操纵子(operon)的基本组成的基本组成庭啸酣误散嵌做抄旨梦堆妆确姬卉巡扬柞鹊靳括靴冈兢奎绍盅说糙馈梧渠10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控l操纵基因操纵基因(operator) 能被调控蛋白特异能被调控蛋白特异性结合的一段性结合的一段DNA序序列，常与启动子邻近列，常与启动子邻近或与或与启动子启动子序列重叠，序列重叠，当与调节基因所编码当与调节基因所编码的阻遏蛋白结合时，的阻遏蛋白结合时，会影响其下游基因转

15、会影响其下游基因转录的录的强弱。强弱。舟印祥洒趴讽准酗绣牌屯舞契环界慰切诈缆细刹孟戎拣咱您优治椰麦妹情10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控l调节基因调节基因(regulator gene) 是编码合成那些参与基因表达调控的是编码合成那些参与基因表达调控的RNA和蛋白质的特异和蛋白质的特异DNA序列。序列。 调节基因编码的调节物通过与调节基因编码的调节物通过与DNA上的特定位点结合控制转上的特定位点结合控制转录是调控的关键。录是调控的关键。 某些特定的物质能与调控蛋白结合，使调控蛋白的空间构像某些特定的物质能与调控蛋白结合，使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响，这

16、些特定物质可称为发生变化，从而改变其对基因转录的影响，这些特定物质可称为效应物，其中凡能引起诱导发生的分子称为效应物，其中凡能引起诱导发生的分子称为诱导剂诱导剂，能导致阻遏，能导致阻遏发生的分子称为发生的分子称为阻遏剂或辅助阻遏剂阻遏剂或辅助阻遏剂。 l启动子启动子l终止子终止子舔厕太兢税美绵苹令卫党膏长幻湘级还残哇聚入架垒费狮业绑恃势七孝胡10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控相关概念相关概念以上以上5种元件是每一个操纵子必定含有的。种元件是每一个操纵子必定含有的。 l其中启动子、操纵基因位于紧邻结构基因群其中启动子、操纵基因位于紧邻结构基因群的上游，终止子在结构基因群之后，它们的

17、上游，终止子在结构基因群之后，它们都在结构基因的附近，只能对同一条都在结构基因的附近，只能对同一条DNA链上的基因表达起调控作用，这种作用在链上的基因表达起调控作用，这种作用在遗传学实验上称为顺式作用，遗传学实验上称为顺式作用，启动子、操启动子、操纵基因和终止子就属于顺式作用元件纵基因和终止子就属于顺式作用元件。 了解了解管邓佐挥削臆腿曲峰南颜流炽友键羹屁涛钱甭跋查眷骇威小萧总返炯标疙10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控l调控基因可以在结构基因群附近、调控基因可以在结构基因群附近、也可以远离结构基因，它是通过其也可以远离结构基因，它是通过其基因产物及调控蛋白来发挥作用的，基因产物及

18、调控蛋白来发挥作用的，因而调控基因不仅能对同一条因而调控基因不仅能对同一条DNA链上的结构基因起表达调控作用，链上的结构基因起表达调控作用，而且能对不在一条而且能对不在一条DNA链上的结构链上的结构基因起作用，在遗传学实验上称为基因起作用，在遗传学实验上称为反式作用，反式作用，调控基因就属于反式作调控基因就属于反式作用元件用元件，其编码产生的调控蛋白称其编码产生的调控蛋白称为反式作用因子为反式作用因子。了解了解利矽藕饿览嘘块刁虾病雁哪陆湛抑画锋绽原娇鹰狠桩抱欺蜜陋搞缕玫斤瘪10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 10.3.3 操纵子调控的分子机理操纵子调控的分子机理Control e

19、lementStructural genes调节基因产生调节基因产生的阻遏蛋白与的阻遏蛋白与操纵位点结合操纵位点结合从而阻碍了结从而阻碍了结构基因转录成构基因转录成为为mRNA;而而诱导物又可以诱导物又可以与阻遏蛋白相与阻遏蛋白相结合从而阻止结合从而阻止阻遏蛋白与操阻遏蛋白与操纵基因的结合纵基因的结合喜高责吻哪这芒详也泼屯省血副塌幼吏捻纤尸痘泥懈抠梨五觉途诺许韶椭10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.3.4 Several operons 乳糖操纵子模型提出以后乳糖操纵子模型提出以后,人们相继了解了人们相继了解了许多其它的操纵子许多其它的操纵子,这些操纵子都各有其特点。这些操纵

20、子都各有其特点。l半乳糖操纵子具有双启动子结构半乳糖操纵子具有双启动子结构;l阿拉伯糖操纵子的调节蛋白质具有正控制和负控制的双重功能阿拉伯糖操纵子的调节蛋白质具有正控制和负控制的双重功能;l色氨酸操纵子是一个可阻遏的操纵子。色氨酸操纵子是一个可阻遏的操纵子。神曹挝床宿辖走疆需野芹句碎雾序喇队膛押柱践御村牵痪彬硕痢美政途宽10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.4 lac operon regulation10.4.1 大肠杆菌乳糖操纵子调控模型的主要内容大肠杆菌乳糖操纵子调控模型的主要内容结构结构基因基因Z、Y、A的产物由同一条的产物由同一条多顺反子的多顺反子的mRNA分子所编分

21、子所编码；码；启动区启动区P位于阻位于阻遏基因遏基因I与操纵基与操纵基因因O之间；之间；操纵基因是操纵基因是DNA上的一小段上的一小段序列，是阻遏物序列，是阻遏物结合的位点；结合的位点；妹嘿柠着潘肥贮肛腾矽繁敢挡恢绅米弃干诅呈吐扶探菊胺储须拷舵吕松厢10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控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 mRNA的转录起始受到抑制；的转录起始受到抑制；诱导物通过与阻遏物结合，改变其三诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之不能与操纵基因结合，维构象，使之不能与操纵基因结合，使使lac mRNA能够合成。能够合成。乞雇炬捞旨卧追洱巧尖轨脸盘

22、讣怎喂倾真金貌弗柏惹觅痔户濒砰隶挣默匹10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控乳糖操纵子的三个结构基因乳糖操纵子的三个结构基因Z、Y和和AlacZ基因编码基因编码半乳糖苷酶，催化乳糖水解为半乳糖半乳糖苷酶，催化乳糖水解为半乳糖和葡萄糖；和葡萄糖；lacY基因编码半乳糖通透酶，促使环境中的乳糖进入细基因编码半乳糖通透酶，促使环境中的乳糖进入细菌；菌； lacA基因编码转乙酰基酶，以二聚体活性形式催化半乳基因编码转乙酰基酶，以二聚体活性形式催化半乳糖的乙酰化。糖的乙酰化。 由于由于z、y、a三个基因头尾相接，上一个基因的三个基因头尾相接，上一个基因的翻译终止码靠近下一个基因的翻译起始码，因

23、而同一翻译终止码靠近下一个基因的翻译起始码，因而同一个核糖体能沿此转录生成的多顺反子个核糖体能沿此转录生成的多顺反子mRNA移动，在移动，在翻译合成了上一个基因编码的蛋白质后，不从翻译合成了上一个基因编码的蛋白质后，不从mRNA上掉下来而继续沿上掉下来而继续沿mRNA移动合成下一个基因编码的移动合成下一个基因编码的蛋白质，一气依次合成基因群所编码的所有蛋白质。蛋白质，一气依次合成基因群所编码的所有蛋白质。兹选锰攒铭漠助操涉纺栓史幽寸鲁桅逆凳虏贸宽债峡烯纹蔑潞镊馅传蒋都10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 lac操纵序列位点由具有回文结构操纵序列位点由具有回文结构的的28bp碱基组成

24、。操纵基因的这种反碱基组成。操纵基因的这种反向重复对称正好与由向重复对称正好与由4个相同亚基组成个相同亚基组成的乳糖阻抑物的乳糖阻抑物 (lac repressor, lacI编码编码)的内部对称相匹配。的内部对称相匹配。判只饺舒窄贸像飘舟绞柔糕矾蓟载拴名爆碌辉姓钓坷自玛蒸犀榴还窗疵蚜10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.4.2 乳糖操纵子的表达调控乳糖操纵子的表达调控 转录起始的调控转录起始的调控每一个调控蛋白分别响应一种环境信号并将每一个调控蛋白分别响应一种环境信号并将其传递给其传递给lac基因。基因。l抑制子抑制子Lac repressor的负性调控的负性调控 Lac抑制

25、子介导乳糖信号抑制子介导乳糖信号l活化子活化子CAP (Catabolite Activator Protein,代谢产物激活蛋白代谢产物激活蛋白) 的正性调控的正性调控 CAP介导葡萄糖信号介导葡萄糖信号重点僧昔谆每嘉仿沮任稠级减厨语田爽苗穆蛋翘铰贪债咏伏始燎郴络鳖篆寝食10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.4.2.1 Lac 抑制子的负性调控抑制子的负性调控大肠杆菌在无乳糖的环境中：大肠杆菌在无乳糖的环境中：lacI基因低水平、组成性表达基因低水平、组成性表达 产生抑制子产生抑制子Repressor(每个细胞中仅维持约每个细胞中仅维持约10个分子个分子) Repressor

26、以四聚体形式与以四聚体形式与operator结合结合(阻碍阻碍RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子Plac的结合的结合) 阻止基因转录起始阻止基因转录起始 lac操纵子被阻遏操纵子被阻遏(Repressor的阻遏作用不是绝的阻遏作用不是绝对的，对的，repressor与与operator偶尔解离，使细胞中还有极低偶尔解离，使细胞中还有极低水平的水平的半乳糖苷酶及透过半乳糖苷酶及透过酶的生成。酶的生成。) 重点虑田兴绥疥搔平拣峰鞋赎宦某殉传潦完漫犬微潮泞媚稽止酌柒肃绰稼认煞10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控了解：了解： Repressor抑制作抑制作用的三种途径用的三种途径:(1)阻

27、碍阻碍RNA聚合酶同聚合酶同promoter的结合。的结合。 (2)阻止开放复合体的阻止开放复合体的形成；形成；(3)阻止阻止RNA聚合酶从聚合酶从启动子区域的离开启动子区域的离开将醒汐音药额铰购早耕诣箕饥戴碱靠箭钮毛弧郭兜糠拎撩端诅又蓄搁柞匹10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 lac操纵基因序列与操纵基因序列与promoter有重叠部分有重叠部分,因此当因此当repressor 同同operator 结合后自然结合后自然就阻碍就阻碍RNA聚合酶同聚合酶同promoter的结合。的结合。菲刊篆喷赵钵所吱雍私俺缚惰轧侠锋灭翌荡哺馏巳鳞奴闪滴谆座法暗褂众10原核生物基因表达调控10原

28、核生物基因表达调控当有乳糖存在时：当有乳糖存在时：半乳糖苷酶催化乳糖转变为别乳半乳糖苷酶催化乳糖转变为别乳糖糖别乳糖与别乳糖与Repressor结合结合Repressor构象变化，失去与构象变化，失去与operator的亲和力的亲和力与与operator的解离致使转录的开始的解离致使转录的开始半乳糖苷酶在细胞内的含量可增半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加加1000倍倍 这就是乳糖对这就是乳糖对Lac操纵子的诱操纵子的诱导作用。导作用。10-1重点腋捕圈彭庐搪又核验算萤钙窃蚜测匈琶席躯在钮悟毒嫂椽啸荚茶边骚复烷10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 一些化学合成的一些化学合成的乳糖类似物乳

29、糖类似物，不，不受受半乳糖苷酶的催化分解，却半乳糖苷酶的催化分解，却也能也能与与R特异性结合，使特异性结合，使R构象变化，诱导构象变化，诱导1ac操纵子的开放操纵子的开放。 例如：例如： 异丙基硫代半乳糖苷异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)就是很强的诱导剂就是很强的诱导剂，不被，不被细胞代谢而十分稳定。细胞代谢而十分稳定。 Xgal (5溴溴4氯氯3吲哚吲哚半乳糖苷半乳糖苷)也是一种人工化学合成的半乳糖苷，可被也是一种人工化学合成的半乳糖苷，可被半乳糖苷酶半乳糖苷酶水解产生蓝色化合物，因此可以用作水解产生蓝色化合物，因此可以用作半乳糖苷酶活性半乳糖苷酶活性的指示剂。的指示剂。 IPTG和和Xgal

30、都被广泛应用在分子生物学和基因工都被广泛应用在分子生物学和基因工程的工作中。程的工作中。 了解了解静介丫梗朱蔽购耶域桂搐樱措夜寻抠啪式惨递丙羚食琉冒惕红淳唤师咙缝10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 CAP即为代谢活化子蛋白即为代谢活化子蛋白(catabolic activator protein)，这一活化子也被称为，这一活化子也被称为CRP(cAMP受体蛋白，受体蛋白，cAMP receptor protein)。 10.4.2.2 CAP的正性调控的正性调控RNA聚合酶在聚合酶在CAP的协助下结合到的协助下结合到lac启动子，启动子， lac启动子启动子被被CAP激活。激活。

31、究穷钞者干椰碾矣鸽臼羔筒荫骚葛蚌渊爆变毕劳恢硫门竿咨芬泪瞧值鸟侣10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 CAP结合位点结合位点(cap site)的结构同的结构同operator 相似，是一段位于转录起始位点上游相似，是一段位于转录起始位点上游60 bp 的序的序列。列。CAP增强了增强了RNA聚合酶同启动子的结合。聚合酶同启动子的结合。匪仆农鞠歉究罩卢姿络酵谚侮扳腰幌力勤佬脯厢沾亥轩骗油莎儒入惕厕授10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控了解：了解： 细菌中的细菌中的cAMP（环腺苷酸）含量与葡萄糖的分解代（环腺苷酸）含量与葡萄糖的分解代谢有关，当细菌利用葡萄糖分解供给能量

32、时，谢有关，当细菌利用葡萄糖分解供给能量时，cAMP生成生成少而分解多，少而分解多，cAMP含量低；相反，当环境中无葡萄糖可含量低；相反，当环境中无葡萄糖可供利用时，供利用时，cAMP含量就升高。含量就升高。 细菌中有一种能与细菌中有一种能与cAMP特异结合的特异结合的cAMP的受体蛋的受体蛋白白CAP，当，当CAP未与未与cAMP结合时它是没有活性的，当结合时它是没有活性的，当cAMP浓度升高时，浓度升高时，CAP与与cAMP结合并发生空间构象的结合并发生空间构象的变化而活化，以二聚体的方式与特定的变化而活化，以二聚体的方式与特定的DNA序列结合。序列结合。 葡萄糖水平低，葡萄糖水平低，cA

33、MP水平高，水平高，CAP结合结合DNA，激活激活lac基因。基因。砾溉顽男悟板辣威靖义艺团嗣跑戊子镑敌狮商窒司泥磺庶夜揍尿疙团蛤嘻10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控葡萄糖含量低时：葡萄糖含量低时： CAP特异结合特异结合CAP结合位点结合位点(在在lac操纵子的启动子操纵子的启动子Plac上游端有一段与上游端有一段与Plac部分重叠的序列部分重叠的序列)RNA聚合酶同启动子的结合聚合酶同启动子的结合，激活转录，激活转录葡萄糖含量多时：葡萄糖含量多时：cAMP浓度降低，浓度降低，CAP无活性无活性lac操纵子的结构基因表达下降操纵子的结构基因表达下降重点郎征日衬拓携犬觉兢梧淋芥妨

34、扮咬甫污蕉貉锅忱斑作坍砧唐敢鹃车秃爬倪10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控不难看出：不难看出：CAP结合位点就是一种起结合位点就是一种起正性调控作用的操纵基因，正性调控作用的操纵基因，CAP则是对则是对转录起正性作用的调控蛋白及激活蛋白，转录起正性作用的调控蛋白及激活蛋白，编码编码CAP的基因也是一个调控基因，不的基因也是一个调控基因，不过它并不在过它并不在lac操纵子的附近，操纵子的附近，CAP可可以对几个操纵子都起作用。以对几个操纵子都起作用。 跨魁协曙叙谦揉投审些卷腋蛔丹销跨新环卿巾大敲辗度滦蛇纳贾援潭鬃瘪10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控损帕巡戊碌网千颧鞘铭戍

35、窖锄灌友盎楷乓泰腋锹族阐卒腐吩纶剧蘑后知赠10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控总结：总结： 乳糖和葡萄糖的有无控制着乳糖和葡萄糖的有无控制着lac基因表达的水基因表达的水平。高水平表达要有乳糖的存在（也就是无平。高水平表达要有乳糖的存在（也就是无Lac抑制子抑制子repressor），同时无葡萄糖（有活化子），同时无葡萄糖（有活化子CAP），激活），激活lac基因的转录。基因的转录。 所以，这两种调控蛋白联合作用保证所以，这两种调控蛋白联合作用保证lac基因基因在乳糖存在并缺少葡萄糖的环境中以显著水平表在乳糖存在并缺少葡萄糖的环境中以显著水平表达。达。重点竹音纂掏毫蛰嫩拟吱点愁一琉

36、鬃纤伯袄浩拂咒廊讣更浮唬宵柠怒渍廉要遂10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.5色氨酸操纵子色氨酸操纵子 转录起始后表达调控转录起始后表达调控 色氨酸色氨酸(trp)是构成蛋白质的组分，一般的环境难是构成蛋白质的组分，一般的环境难以给细菌提供足够的色氨酸，细菌要生存繁殖通常需以给细菌提供足够的色氨酸，细菌要生存繁殖通常需要自己经过许多步骤合成色氨酸，但是一旦环境能够要自己经过许多步骤合成色氨酸，但是一旦环境能够提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、减提供色氨酸时，细菌就会充分利用外界的色氨酸、减少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负担。细菌所以少或停止合成色氨酸，以减轻自己的负

37、担。细菌所以能做到这点是因为有色氨酸操纵子能做到这点是因为有色氨酸操纵子(trp operon)的调的调控，控，色氨酸操纵子负责色氨酸的生物合成色氨酸操纵子负责色氨酸的生物合成。 吗脊垦慎拧滋肝激冷萍间鼓层绞艾邢焰渊挣苞毅敌马救燕泄辩沛洒丰烦郧10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.5.1 色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构l 结构基因：结构基因： 色氨酸的合成分色氨酸的合成分5步完成。每个环节需要一种酶，步完成。每个环节需要一种酶，编码这编码这5种酶的基因紧密连锁在一起，被转录在一条种酶的基因紧密连锁在一起，被转录在一条多顺反子多顺反子mRNA上，分别以上，分别以trpE、t

38、rpD、trpC、trpB、trpA代表，编码了邻氨基苯甲酸合成酶、邻代表，编码了邻氨基苯甲酸合成酶、邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶磷酶合成酶 。吠赏嵌匆腾鳞卿苑决壤颊漏赴垄丝无襄箭遏奄苹粕荐鄂胞胶秦耻罢呵惟心10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控l调节基因调节基因 trpR基因以组成性方式、低水平表达阻遏物基因以组成性方式、低水平表达阻遏物R,该基因距该基因距trp基因簇很远，基因簇很远，R并没有与并没有与operator结合的活性，只有与色氨酸相结合才形结合的活

39、性，只有与色氨酸相结合才形成有活性的阻遏物，因此被称为辅阻遏蛋白成有活性的阻遏物，因此被称为辅阻遏蛋白(aporepressor) 。色氨酸则是辅抑制子。色氨酸则是辅抑制子(corepressor)。l操纵基因操纵基因 trpO与与Promoter序列几乎重合。序列几乎重合。混炔精磨等贿日惩升借狮颧犀镭渺揖颓捌劲杀逆血鼠派柠尿硒党吩扛跳瓶10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控当环境能提供足够当环境能提供足够浓度的色氨酸时：浓度的色氨酸时：R与色氨酸结合与色氨酸结合R构象变化而活化构象变化而活化与与o特异性结合特异性结合阻遏结构基因的转录阻遏结构基因的转录10.5.2 色氨酸操纵子的阻

40、遏调控色氨酸操纵子的阻遏调控验疡岿蔡并韦祝谓爸版淄渤赦众壬淹虏窃尘摩芋分笑绳消莱敞坷塑糕资演10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 这是属于一种负性调控的、可阻遏这是属于一种负性调控的、可阻遏的操纵子的操纵子(repressible operon)。 trp操纵子通常是开放转录的，当有操纵子通常是开放转录的，当有效应物效应物(色氨酸为阻遏剂色氨酸为阻遏剂)作用时，则发作用时，则发生阻遏，关闭转录。生阻遏，关闭转录。 细菌不少生物合成系统的操纵子都属细菌不少生物合成系统的操纵子都属于这种类型，其调控可使细菌处在生存于这种类型，其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。繁殖最经济最节

41、省的状态。10-2劈粘培篡蒋瑚挂盔躯逞件齐喉胳膳轮堆柒绽语洋馁说洲短舒姚罢拉藻驴做10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.5.3 色氨酸操纵子的衰减子调控色氨酸操纵子的衰减子调控 弱化调控弱化调控l阻遏阻遏-操纵机制操纵机制对色氨酸来说是一个一级开对色氨酸来说是一个一级开关，关，主管转录是否启动主管转录是否启动（RNA聚合酶却不聚合酶却不总是将总是将trp结构基因全部转录，转录会被提结构基因全部转录，转录会被提前终止），相当于前终止），相当于粗调开关粗调开关。ltrp操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有另一个系统进行另一个系统进行细调控细调控，指示

42、已经启动的转，指示已经启动的转录是否继续下去。可以克服转录的提前终止，录是否继续下去。可以克服转录的提前终止，称为称为衰减作用衰减作用(attenuation)。芳庆恋糕产耀夹恐阐羞败棵细咽稠橙痹恳妙谱弯淡购背罐散什仍源俺鹃雀10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 在色氨酸操纵子在色氨酸操纵子Ptrp-o与第一个结构基因与第一个结构基因trpE之之间有间有162bp的一段先导序列、前导区的一段先导序列、前导区(Leader sequence)，先导序列的末端、，先导序列的末端、trpE之前，有一个典之前，有一个典型转录终止子的结构特点，在型转录终止子的结构特点，在RNA中有典型的发夹

43、结构，中有典型的发夹结构，紧接着的是紧接着的是8个鸟苷酸碱基。在这一所谓的衰减子处，转个鸟苷酸碱基。在这一所谓的衰减子处，转录通常会停止，产生一个录通常会停止，产生一个139bp核苷酸长度的先导核苷酸长度的先导RNA。 实验证明当色氨酸达一定浓度时，实验证明当色氨酸达一定浓度时，RNA聚合酶的转聚合酶的转录会终止在这里。录会终止在这里。疑宠瘩扯婪越霉狄皋飞鼎勿诊裙新耕歹弘泛撑魄惹壕草参咒潜稠史鸦诡昆10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控 Trp前导区序列可分为前导区序列可分为1、2、3、4区域，区域，这四个区域的片段能以两种不同的方式进行这四个区域的片段能以两种不同的方式进行碱基配对

44、，有时以碱基配对，有时以1-2和和3-4，有时只以，有时只以2-3配对。配对。 前导序列的终止区与一般的转录终止位点相同，具前导序列的终止区与一般的转录终止位点相同，具有潜在的二重对称结构能形成茎环，并具有成串的有潜在的二重对称结构能形成茎环，并具有成串的U。展刺睁雹砂蹄标蔓惭禄卜陋岔哈你李扶釜铀酿孝阁炊楼把寇锨遭孝拉甩涅10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控Trp操纵子的转录弱化效应操纵子的转录弱化效应a.高色氨酸时，高色氨酸时，3-4配对形成配对形成终止密码子识别区终止密码子识别区，只有，只有10%的的RNA pol继续参与继续参与Trp操纵子结构基因的转录；操纵子结构基因的转录

45、；b.低色氨酸时，核糖体停在低色氨酸时，核糖体停在色氨酸密码子附近，使得色氨酸密码子附近，使得2-3配对，因此阻止了配对，因此阻止了3-4终止发终止发夹的形成，转录继续进行，夹的形成，转录继续进行，直至结构基因转录完成；直至结构基因转录完成；c. 如果无核糖体起始先导肽如果无核糖体起始先导肽的的AUG的翻译，的翻译，1-2形成发形成发夹，阻止了夹，阻止了2-3发夹的形成，发夹的形成，允许允许3-4形成发夹，酶不表达，形成发夹，酶不表达，无蛋白质合成。无蛋白质合成。铀涛倍交绕温尤印抄株斟萍阑拣礁邯弯隶蛛可芍韶织祖真花渣隘由茬韵置10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.6 ara O

46、peron10.6.1 ara操纵子的结构操纵子的结构l结构基因结构基因 基因簇基因簇araBAD分别编码核酮糖激酶、分别编码核酮糖激酶、L-阿拉阿拉伯糖异构酶、伯糖异构酶、L-核酮糖核酮糖-5-磷酸差向异构酶。磷酸差向异构酶。l调节基因调节基因 araC的转录同的转录同araBAD的转录是反向进行。的转录是反向进行。l操纵基因操纵基因 激活区激活区 araO araI了解缔券纂布斡得滁焦灰载直烽袒兑蛙漠然两棚烯恕矫演馋挫屡锹傈嘛裸视片10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.6.2 AraC蛋白的正、负调节作用蛋白的正、负调节作用laraC蛋白既是蛋白既是ara操纵子的正调节蛋白

47、又是负操纵子的正调节蛋白又是负调节蛋白。调节蛋白。lAraC蛋白有两种异构体蛋白有两种异构体 Pr（阻遏型）和（阻遏型）和Pi（诱导型）。（诱导型）。 两种异构体的量处在动态的平衡之中。因此两种异构体的量处在动态的平衡之中。因此araC蛋白同时显示正、负调节因子的功能。蛋白同时显示正、负调节因子的功能。正调节作用需要正调节作用需要CAPCAP的参与。的参与。剥戊牛烫晚扎扬咋父厉番乒彝唁咯蜡链金庸卡除疏撂帝悠萌摧挣老咋服齿10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控a.arabinose结合到结合到araC，使之构象发生变化，它以二聚体结，使之构象发生变化，它以二聚体结合到合到araI1和和

48、araI2上，使一个上，使一个araC单体单体置于启动子附近，激置于启动子附近，激活转录；活转录；b.无无arabinose时，时，araC二聚体采取不同的构象，二聚体采取不同的构象，结合到结合到araI1和和araI2上，上， araI2位点上无单体，转录不能激活。位点上无单体，转录不能激活。胯能锚儿伊巡马星降妖恰标菏榔伎萤寓踞招惦乖砰戌邻擞帖丢迸体兢绥仍10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控10.6.3 营养状况对营养状况对ara操纵子活性的影响操纵子活性的影响l有葡萄糖时，不转录有葡萄糖时，不转录l无葡萄糖，也无阿拉伯糖时，不转录无葡萄糖，也无阿拉伯糖时，不转录l无葡葡糖，有阿

49、拉伯糖时，无葡葡糖，有阿拉伯糖时，araBAD基因表达基因表达羚皇连嘛长亭潞孜绊剃萨造铸执氮次政姬漫墩掺迎尽运勿彬憋招淹锰陡它10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控Homework1.名词解释：操纵子、基因表达、基因表达调控（英文名词解释：操纵子、基因表达、基因表达调控（英文注释）。注释）。2.简述或图示简述或图示lac操纵子阻遏蛋白的负调控机制。操纵子阻遏蛋白的负调控机制。3.简述或图示简述或图示lac操纵子的操纵子的CAP正调控机制。正调控机制。4.trp操纵子的衰减子的特点及功能。操纵子的衰减子的特点及功能。5.结合所学的知识写出两种反式作用因子及其特点。结合所学的知识写出两种反式作用因子及其特点。6.结合所学的知识写出两种顺式作用元件及其特点。结合所学的知识写出两种顺式作用元件及其特点。丙纲桌晋庆溢侣勤宵防肯盔兴碟领跺罢考此输担甸伎揪傻霉骚试呛嫌古年10原核生物基因表达调控10原核生物基因表达调控