8第八章基因表达及其调控.docVIP

第八章 基因表达及其调控 教学基本要求： 掌握大肠杆菌乳糖操纵子的正负双重调控的有关概念和机理。 学时数： 2学时 基因表达 gene expression ：储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。实质上是指基因通过转录和翻译而产生其蛋白质产物，或转录后直接产生其RNA产物，如tRNA、rRNA等的过程。 中心法则： 我们已经知道分化的体细胞中携带着生物体细胞生长发育的全部遗传信息，而在分化的细胞中只表达了它整个遗传信息的一部分（10%），而且不同类型的细胞只表达全部遗传信息的不同部分。这就很自然地产生一个问题，基因型相同的细胞，为什么分化出不同的细胞和器官呢？由于体细胞的全能性，我们知道，这并不意味着细胞的分化是基因的丢失、突变或永久性地失去活性，而是通过基因表达的调控来实现的。 各类细胞中均有相同的一些基因在表达，说明这些基因的功能对于每个细胞都是必须的，这些基因称为看家基因（house keeping）。在哺乳动物中约有10,000个house keeping。另外不同细胞类型存在特定基因表达 在一个组织中为丰富的mRNA，在另一个组织中就可能成为稀少mRNA而存在或不存在 ,这些基因称为奢侈基因（luxury gene），有人估计奢侈基因数目可能超过看家基因数目。 第一节 大肠杆菌乳糖操纵子的正负调控 一、大肠杆菌乳糖操纵子模型 复习 1、操纵子（operon ： 2、操纵子的组成----结构基因 structural gene, SG ：操纵元中被调控的编码蛋白质的基因 ----启动子 promoter，P ：是指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。 ----操纵基因 operator，O ：是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列。 1、负调控（negative control）： 调节蛋白---阻遏蛋白（阻遏物）; DNA结合，阻止RNA聚合酶启动转录，或与mRNA结合阻止核糖体的启动与翻译。 2、正调控（positive control）： ---无辅基诱导蛋白（apoinducer）。 不论是正调控还是负调控，操纵子还可以通过调节蛋白与小分子物质的相互作用而达到诱导状态或阻遏状态。根据对能调节操纵子表达的这种小分子的应答的性质，又可以把操纵子分为两大类： 3、可诱导的操纵子（inducible） inducer ；当诱导物活化了无辅基诱导蛋白或是钝化了阻遏蛋白，操纵子便处于可诱导状态； 4、可阻遏的操纵子（repressible） corepressor 。若是辅阻遏物钝化了无捕基诱导蛋白或是活化了无活性的阻遏蛋白，那么操纵子就会转入被阻遏的状态。 产生无功能的蛋白 所产生的后果来区分正、负调控系统。无辅基诱导蛋白失活导致不可诱导状态或超阻遏状态 指可阻遏操纵子变成不能阻遏的状态 ，是正调控系统的特征；而阻遏蛋白失活产生的 constitutive 表达则是负调控系统的特征。 4、阻遏物结构基因 i 突变 1 Lac i－突变体：形成不正常的阻遏物．它不能结合到操纵基因上。 但当形成i＋／i－Z＋部分二倍体，细胞为诱导型时．即i＋产生正常阻遏物，可以关闭Lac0，而一旦加入诱导物，由于诱导物与阻遏物结合，使后者失去结合操纵基因的功能．结构基因得以转录。由此可见如Lac i＋对如Lac i－为显性，而Lac i基因是一个控制因子，其作用无顺反位置效应，它是作为一种可以在细胞内扩散的组分来实现控制作用的。 2 Lac iS突变体 对i基因其他突变体的分析还说明这些突变实际上是影响到基因产物阻遏蛋白的结构状况。通过使lac i失活的突变，已经确定在阻遏物亚基上有两个结合位点：一个是识别操纵基因序列的DNA结合位点；另一个是与小分子诱导物相结合的诱导物结合位点。如菌株发生lac iS突变时，其iS基因产物阻遏蛋白由于构型改变，不能结合诱导物。因此，不论细胞内是否存在诱导物，阻遏物都不再被诱导而始终结合在操纵基因上，以致突变株丧失了合成酶系统的全部能力。这样的突变体又称为超阻遏突变体 super repression mutation 。即使让lac iS与lac i－菌株形成部分杂合子 iS/ i－ ，也不会改变iC不能转录的遗传效应。而iS不仅对i－为显性，且对野生型 i＋ 也是显性。 结论：阻遏物亚基上的两个结合位点 （1）与操作基因的结合位点 （2）与诱导物的结合位点 5、启动区P突变 P＋→P－ RNA聚合酶没有结合位点，于是操纵子中所有的酶都不能合成，由此导致超阻遏型。 对影响启动子功能的突变体的研究分析，在-35区的下降突变是降低了闭合复合物的形成速率，但不抑制开放复合物的转换，而-1