第六章 原核基因表达调控PPT.ppt

原核基因表达调控;绪论 一、原核基因表达调控总论 二、乳糖操纵子的调控模式 三、 色氨酸操纵子的调控模式 四、 其他操纵子的调控机制 五、 原核生物的转录后调控;　　基因表达调控是生命的必需 　　基因表达(gene expression)是指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。典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过程。rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA的基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。; 基因组(genome)是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。 生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的 大肠杆菌:约4000个基因，一般情况下只有5－10%在高水平转录状态。 哺乳类: 人含有10万个基因，开放转录的约1万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过20%的基因处于表达状态。 　　 不同组织细胞中不仅表达的基因数量不相同，而且基因表达的强度和种类也各不相同，这就是基因表达的组织特异性 ;　　基因表达的阶段特异性:一般在胚胎时期基因开放的数量最多，随着分化发展，细胞中某些基因关闭、某些基因转向开放，胚胎发育不同阶段、不同部位的细胞中开放的基因及其开放的程度不一样，合成蛋白质的种类和数量都不相同，显示出基因表达调控在空间和时间上极高的有序性。 即使是同一个细胞，处在不同的细胞周期状态，其基因的表达和蛋白质合成的情况也不尽相同.;一、原核基因表达调控总论; 一个大肠杆菌细胞中约有2500-3000个基因。估计正常情况下，可带有107个蛋白质，平均每个基因产生3000多个蛋白质分子。但大肠杆菌中一般带有15,000-30,000个核糖体，有50余种核糖体结合蛋白。此外，负责糖酵解系统的蛋白质数量也很大。而象半乳糖苷酶等诱导酶，其含量可少至每细胞仅1-5个分子。 ;　　一个体系在需要时被打开，不需要时被关闭。这种开-关（on-off）活性是通过调节转录来建立的，也就是说mRNA的合成是可以被调节的。当我们说一个系??处于off状态时，也有本底水平的基因表达，常常是每世代每个细胞只合成1或2个mRNA分子。所谓关实际的意思是基因表达量特别低，很难甚至无法检测。 ?　 　　 科学家把这个从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)。;基因表达调控主要表现在以下几个方面： （1） 转录水平上的调控 （2）转录后的调控 mRNA加工成熟水平上的调控 翻译水平上的调控 　? 原核生物中，营养状况和环境因素对基因表达起着举足轻重的影响。在真核生物尤其是高等真核生物中，激素水平和发育阶段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。 ;正调控系统 调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质，又可分为可诱导的正调控和可阻遏的正调控。 ;负调控系统 调节基因的产物是阻遏蛋白。 根据其作用特征又可分为可诱导的负调控和可阻遏的负调控。 ;(一)操纵子的提出 大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源而生长繁殖。当培养基中有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。 ;Jacob和Monod根据对lac Z,Y,A基因突变体的研究,于1961年提出了操纵子学说。 其要点是:一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵位点组成一个转录单元。这个单元就称其为操纵子。调节基因产生的阻遏蛋白与操纵位点结合从而阻碍了结构基因转录成为mRNA;而诱导物又可以与阻遏蛋白相结合从而阻止阻遏蛋白与操作子的结合。 乳糖操纵元模型提出以后,人们相继了解了许多其他的操纵元,这些操纵元都各有其特点。例如半乳糖操纵元具有双启动子结构;阿拉伯糖操纵元的调节蛋白质具有正控制和负控制的双重功能;色氨酸操纵元是一个可阻遏的操纵元。;在环境中没有乳糖或其他β-半乳糖苷时，大肠杆菌合成β-半乳糖苷酶量极少，加入乳糖2－3分钟后，细菌大量合成β-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β-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β-半乳糖苷酶活性显著增高的过程。 大肠杆菌利用乳糖至少需要两个酶： 促使乳糖进入细菌的乳糖透过酶 催化乳糖分解第一步的β－半乳糖苷酶 (图) ; 图