第七章原核基因的表达调控.pptVIP

本章主要内容 原核基因表达调控总论 乳糖操纵子和负控诱导系统 色氨酸操纵子与负控阻遏系统 其他操纵子 固氮基因调控 转录水平上的其他调控方式 转录后调控 7.2.1 Discovery of Operon 1961年, F. Jacob J.Monod提出, 此后不断完善。获1965年诺贝尔生理学和医学奖 1940年， Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿。即产生“二次生长曲线”。 1951年，Monod与Jacob合作，发现两对基因： Z基因：与合成β-半乳糖苷酶有关； I基因：决定细胞对诱导物的反应。 Szilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉该阻遏物。 Jacob：结构基因旁有开关基因（操纵基因），阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的表达。 乳糖操纵子结构 操纵子是一种完整的具有特定功能的细菌基因表达和调节的单位，包括调节基因，启动子，操纵位点，结构基因，组成一个控制单元 结构基因：产生mRNA,合成蛋白质 操纵位点 operator：阻遏蛋白结合位点 调节基因：产生调节蛋白（与操纵位点结合） →结构基因不转录 诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合 →结构基因转录 7.2.2 Lac 体系受调控的证据：酶的诱导现象 分解底物的酶只有在底物存在时才出现！ 无乳糖时，几个β-gal/cell 加入乳糖时，105个 再去掉乳糖，lac mRNA下降 乳糖能激发lac mRNA的合成 乳糖的诱导作用是由酶前体转化而来，还是诱导新酶合成？ 培养基（35S-aa, 无乳糖）→ E.coli繁殖→ 培养基（无35S -aa, 加入乳糖） → β-gal(无35S) gratuitous inducer  安慰诱导物 义务诱导物 可诱导半乳糖苷酶产生，但不是其底物 IPTG，异丙基半乳糖苷 TMG ，巯甲基半乳糖苷 ONPG, O-硝基半乳糖苷 7.2.3 操纵子模型（负控诱导） 1 调控区结构 lacI, 1040bp，独立Pi P, 82bp，－82～＋1 O, 35bp，－7～＋28 lacZYA 阻遏状态 诱导状态 2.两个矛盾 4 阻遏蛋白的作用机制 阻遏蛋白结构 38KD，4 聚体， 一个亚基结合一个IPTG分子 lacI 组成型转录 Pi 弱启动子， 5－10个／cell 具有二重性 阻止转录（与lacO结合） 开始转录（与诱导物结合） 阻遏蛋白的结构域 阻遏蛋白对RNA pol功能的影响 阻遏蛋白和RNA pol可同时与DNA结合 RNA pol 与启动子结合的平衡常数 1.9X107 有阻遏蛋白时, 2.5X109 结合着的RNA pol不能转录. 但加入诱导物后, 释放出阻遏蛋白, 变为开放型启动子复合物. 阻遏蛋白实际上使RNA pol贮存在启动子上。 7.2.4 lac operon的正调控1 葡萄糖对lac操纵子的影响 实验，在lac＋Glu培养基上 E.coli只利用G，只有G 耗尽时，才会利用lac 葡萄糖抑制lac mRNA的转录： 可阻止诱导物引起的阻遏物失活效应 仅去掉阻遏物并不能启动lac基因表达,有其它因素参与 2 CRP结合位点 CRP为二聚体， 45KD ，被cAMP激活 结合位点 I -70 ~ -50 II -50 ~ -40 3 CRP的结合对DNA构型的影响 DNA弯曲 弯曲点位于CRP结合位点二重对称的中心 弯曲使CRP能与启动子上的RNA pol 接触 4 CRP对转录的影响 （1）CRP结合位点与转录起始点的位置 CRP与转录起始点的距离，相距数个双螺旋，结合位点在启动子的上游. （2）基因转录对cAMP—CRP系统存在依赖性 CRP直接作用