生物化学课件13的.pptVIP

13 基因表达的调节;13.1 基因表达调节的基本概念及原理;13.1.1 基本概念;13.1.2 基因表达的规律;例如：母牛只有在分娩小牛后才开始泌乳时，乳腺中的各种蛋白质基因也只有在这时才开始表达产生各种乳蛋白。 生长发育过程中更为明显，许多基因只有在特定的时间和空间才进行表达，其余时间或空间这些基因则关闭。 ;13.1.3 基因表达的方式;13.1.3.1 组成性表达;13.1.3.2 诱导和阻遏表达;13.1.4 基因表达调节的基本原理; 基因的表达最为有效的调控表现在两个层次上： 第一：是控制从 DNA 模板上转录 mRNA 的速度。 从而免去从 mRNA 合成蛋白所需的各种材料，是十分经济的。这种调控通常称为转录水平（transcription level）的调控。 第二：是控制从 mRNA 翻译成 多肽链 的速度。 称为 翻译水平（translational level）的调控。大多数生物多采用转录水平的调控，翻译水平调控较少。 ;13.2 原核基因转录调节;13.2.1 原核生物基因转录调节的特点;操纵子（operon）：是指原核生物基因组的一个表达调控序列，它包括参与同一代谢途径的几个酶的基因，编码在一起形成一个特殊转录单位（结构基因，structural gene），及在结构基因前面的调节基因（regulatory gene，R）、操纵基因（operator，O）和启动基因（promoter，P）。;操纵子的作用: 当代谢需要 结构基因 表达酶时，操纵子即开放，结构基因转录生成 mRNA 并表达为 酶 参加代谢。如果不需要时，结构基因不被转录，或以很低的速度进行。这是一个典型的转录水平的调控模式。 ;13.2.2 乳糖操纵子调节机制;（1）乳糖操纵子的结构和阻遏蛋白的负性调节;（2） CAP的正性调节; 但游离的 CAP 是不能与启动子上游的 CAP 结合位点结合的，在细胞内有足够的cAMP时，CAP 首先与 cAMP 形成复合物，此复合物才能与启动子结合。因此CAP也称做cAMP受体蛋白。 葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP的含量，因而当向乳糖培养基中加入葡萄糖时，造成cAMP浓度降低，CAP便不能结合在CAP结合位点上。此时即使有乳糖存在，已解除了对操纵基因的阻遏，也不能进行转录，所以仍不能利用乳糖。 这就是在含葡萄糖的培养基中大肠杆菌不能利用乳糖，只有改用乳糖时才能利用乳糖的调节机理。 ;（3）协调调节;（3）葡萄糖和乳糖都存在时，乳糖的存在对基因的转录产生诱导作用。但由于葡萄糖的存在使细胞内cAMP水平降低，cAMP–CAP复合物不能形成，CAP不能结合到CAP结合位点上，转录仍不能启动，基因处于关闭状态。 （4）葡萄糖不存在而乳糖存在时，CAP可以发挥正调节作用，阻遏蛋白由于诱导剂的存在而失去负调节作用，基因被打开，转录启动。;13.2.3 其他转录调节机制;（1）阿拉伯糖操纵子（ara operon）;操纵基因被araC的产物所调节，它是一个具有2种不同功能构象（P1和P2）的蛋白质。 无阿拉伯糖存在时，它以P1型存在，P1型为阻遏物，P1与操纵基因结合而阻止操纵子的转录（负性调节）。 在有阿拉伯糖存在时，阿拉伯糖可将P1从操纵基因移开，并使构象间的平衡移向P2。P2是激活物，能与CAP–cAMP复合物一起结合到启动子上，促进RNA聚合酶开始转录（正性调节）。 ;（2）色氨酸操纵子;反馈阻遏：这种以终产物阻止该产物基因转录的机理称为反馈阻遏。此终产物（色氨酸）称为辅阻遏物（Corepressor）。 反馈阻遏的优点： 造成在色氨酸充足时，完全阻断转录；在色氨酸水平下降很低时，阻遏消除，转录开放，合成色氨酸。这样易于保持细菌细胞中色氨酸水平的衡定。;衰减子：;衰减子起作用的方式： 前导序列的终止区与一般转录终止点的特征相同，具有潜在的二重对称结构能形成茎环，具有成串的 U。完整的前导序列分为1、2、3、4个区域，这 4 个区可根据需要彼此互补，形成奇特的二级结构，达到调节基因表达的目的。 ; 当色氨酸充足时，完整的前导肽（14肽）可被合成，这时在核糖体参与下，前导序列形成终止信号，RNA 聚合酶不能通过，阻止转录进行，减少结构基因的表达。; 当色氨酸不足时，由于色氨酸 - tRNA不能形成，前导肽翻译 至 色氨酸密码子（UGG）处即终止，在核糖体参与下，前导序列不能形成终止信号，RNA 聚合酶可以超越衰减子而继续转录，结构基因得到表达，产生色氨酸 。; 衰减子调控的意义：