第八章 基因的表达与调控(上)1PPT.ppt

第八章 基因的表达与调控(上);自然选择倾向于保留高效率的生命过程。在每30分钟增殖 一次的109细菌群体中，若一个细菌变成29.5分钟增殖，经 过 80天 的连续生长后，这个群体中的99.9%都将具有29.5 分钟增殖一倍的生长速度。;每个大肠杆菌细胞有约15 000个 核糖体，50种 核糖体蛋 白、糖酵解体系的酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等都 是代谢过程中必需的，其合成速率不受环境变化或代 谢状态的影响，这一类蛋白质被称为永久型 （constitutive）合成的蛋白质。;随着生物个体的发育，DNA分子能有序地将其所承载的 遗传信息，通过密码子-反密码子系统转变成蛋白质，执 行各种生理生化功能。科学家把从DNA到蛋白质的过程 称为基因表达（gene expression），对这个过程的调节就称 为基因表达调控（gene regulation或gene control）。;图8-1 基因表达 DNA分子有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码 子系统，转变成蛋白质分子，这个过程称为基因表达。基因表达的第一步是 由RNA聚合酶拷贝DNA双链中的模板链，生成与该序列完全互补（除了T被 置换成U之外）的RNA链。;原核生物的基因调控主要是转录调控， 包括负转录调控和正转录调控。;在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白 （repressor），阻止结构基因转录。根据其作用特征 又分为负控诱导和负控阻遏二大类。;在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 （activator）。根据其作用特性分为正控诱导系统 和正控阻遏系统。;σ因子 在结构上具有同源性，所以统称 σ 70家族，含有4 个保守区（图8-4），其中第2个和第4个保守区参与 结合启动区DNA，第2个保守区的另一部分还参与双 链DNA 解开成单链的过程。;图8-4 大肠杆菌中的σ因子;σ 70因子特异性结合DNA上的 -35区和-10区 ， 而 σ 54因子识别并与DNA上的 -24和-12区相结合。;原核基因表达调控的主要特点;可阻遏调节： 这类基因平时都是开启的，处于产生蛋白质或酶的工作工程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 大肠杆菌的色氨酸操纵子;弱化子对基因活性的影响 当操纵子被阻遏，RNA合??终止时，起终止转录信号作用的那一段核苷酸被称为弱化子 特殊负载的氨基酰-tRNA;降解物对基因活性的调节 有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖，半乳糖，阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，产生出代谢这些糖的酶来。这种现象称为葡萄糖效应 ;细菌的应急反应 细菌有时会碰到紧急状况，比如氨基酸饥饿，及氨基酸全面匮乏，为了紧缩开支，渡过难关，细菌将会产生一个应急反应，包括生产各种RNA，糖，脂肪和蛋白质在内的几乎全部生物化学反应过程均被停止。 信号是：鸟苷四磷酸（ppGpp）和鸟苷五磷酸（pppGpp） ;8. 2 乳糖操纵子与负控诱导系统;3个结构基因各决定一种酶：;8. 2. 1 酶的诱导—lac体系受调控的证据;在无葡萄糖有乳糖的培养基中，lac + 细菌中将同时合成β-;图8-7; 实验室常用两种乳糖类似物——异丙基巯基半乳糖苷（IPTG）和巯甲 基半乳糖苷（TMG），在酶活性分析中常用发色底物O-硝基半乳糖苷 （ONPG）。因为它们都不是半乳糖苷酶的底物，所以又称为安慰性诱导 物（ gratuitous inducer）。;用35S标记大肠杆菌细胞（培养基中没有半乳糖），将这;8. 2. 2 操纵子模型及其影响因子;1. Z、Y、A基因 产物由同一条多顺反子 mRNA分子所编码。;阻遏物lacI基因产物及功能;如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，大肠杆 菌在耗尽外源葡萄糖之前不会诱发lac操纵子（图7- 11）。; 某大肠杆菌突变体，它不能将葡萄糖-6-磷酸转化为 下一步代谢中间物，该细菌的lac基因能在葡萄糖存在时 被诱导合成。所以，不是葡萄糖而是它的某些降解产物 抑制lac mRNA的合成 ，科学上把葡萄糖的这种效应称之 为代谢物阻遏效应（cataboliterepression）。;cAMP与代谢物激活蛋白;大肠杆菌中的代谢物激活蛋白，由Crp 基因编码，能 与cAMP形成复合物 。CRP和cAMP都是合成lac mRNA 所必需的，cAMP-CRP 是一个不同于阻遏物的正调控 因子，而lac操纵子的功能是在这两个相互独立的调控 体系作用下实现的。;半乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖、山梨醇等在降解过程中均转 化成葡萄糖或糖酵解途径中的其他中间产物，这些糖代谢 中有关的酶都是由 可诱导操