第三章 原核生物的基因表达调控PPT.ppt

原核生物的基因表达调控;一、原核生物基因表达调控概述;（一）基因表达调控的意义;;;;（三） 原核基因表达调控的特点与方式;原核生物中，营养状况（nutritional status）和环境因素（environmental factor）对基因表达起着举足轻重的影响。 真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平（hormone level）和发育阶段（developmental stage）是基因表达调控的最主要手段，营养和环境因素的影响力大为下降。 在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。 ; 因为细菌mRNA在形成过程中与核糖体混合在一起，所以，细菌的转录与翻译过程几乎发生在同一时间间隔内，转录与翻译相耦联（coupled transcription and translation）。 真核生物中，转录产物（primary transcript）只有从核内运转到核外，才能被核糖体翻译成蛋白质。 ;二、 操纵子学说 ;（一）操纵子(operon);1.操纵子的提出 ; 大肠杆菌利用乳糖至少需要两个酶：促使乳糖进入细菌的半乳糖透过酶(lactose permease)和催化乳糖分解第一步的 ?－半乳糖苷酶(? -galactosidase)。; 在环境中没有乳糖或其他? -半乳糖苷时，大肠杆菌合成? -半乳糖苷酶量极少，加入乳糖2-3分钟后，细菌大量合成? -半乳糖苷酶，其量可提高千倍以上，在以乳糖作为唯一碳源时，菌体内的? -半乳糖苷酶量可占到细菌总蛋白量的3%。 在上述二阶段生长细菌利用乳糖再次繁殖前，也能测出细菌中? -半乳糖苷酶活性显著增高的过程。;这种典型的诱导现象，是研究基因表达调控极好的模型。针对大肠杆菌利用乳糖的适应现象，法国的Jocob和Monod等人做了一系列遗传学和生化学研究实验，于1961年提出乳糖操纵子（lac operon）学说。;2. 操纵子的基本组成 ;(1) 结构基因群; 至少在第一个结构基因5’侧具有核糖体结合位点(ribosome binding site, RBS)，因而当这段含多个结构基因的DNA被转录成多顺反子mRNA，就能被核糖体所识别结合、并起始翻译。核糖体沿mRNA移动，在合成完第一个编码的多肽后，核糖体可以不脱离mRNA而继续翻译合成下一个基因编码的多肽，直至合成完这条多顺反子mRNA所编码的全部多肽。; 乳糖操纵子含有ｚ、ｙ和ａ3个结构基因。 ｚ基因长3510bp，编码含1170个氨基酸、分子量为135,000的多肽，以四聚体形式组成有活性的β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为半乳糖(allolactose)，再分解为半乳糖和葡萄糖； ;　ｙ基因长780bp，编码有260个氨基酸、分子量为30,000的半乳糖透过酶，促使环境中的乳糖进入细菌； ａ基因长825bp，编码275氨基酸、分子量为32,000的转乙酰基酶，以二聚体活性形式催化半乳糖的乙酰化。 ; ｚ基因5’侧具有大肠杆菌核糖体识别结合位点（RBS）特征的Shine-Dalgarno(SD)序列，因而当乳糖操纵子开放时，核糖体能结合在转录产生的mRNA上。 由于ｚ、ｙ、ａ三个基因头尾相接，上一个基因的翻译终止密码靠近下一个基因的;　翻译起始密码，因而同一个核糖体能沿此转录生成的多顺反子（polycistron）mRNA移动，在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mRNA移动合成下一个基因编码的蛋白质，一气依次合成这基因群所编码所有的蛋白质。 ;;(2) 启动子;　　虽然不同的启动子序列有所不同，但比较已经研究过的上百种原核生物的启动子的序列，发现有一些共同的规律，它们一般长40-60bp，含A-T bp较多，某些段落很相似的，有保守性，称为共有性序列(consensus sequences)。 启动子一般可分为识别(R，recognition)、结合(B，binding)和起始(I，initiation)三个区段。 ;　转录起始第一个碱基（通常标记位置为+1）最常见的是A；在-10bp附近有TATAAT一组共有序列，因为这段共有序列是Pribnow首先发现的，称为Pribnow盒（Pribnow box）；在-35bp处又有TTGACA一组共有序列。 ;;　　不同的启动子序列不同，与RNA聚合酶的亲和力不同、启动转录的频率高低不同，即不同的启动子起动基因转录的强弱不同，例如：PL、PR、PT7属强启动子，而Plac则是较弱的启动子。;色氨酸启动子（Trp）;乳糖启动子（Lac）;Tac启动子是由Trp启动子和L