遗传学_基因表达调控.pptxVIP

第十二章 原核生物基因表达的调控;何谓表达？ ;基因的表达是受到调节控制的：经济性 安全性 有序性;细菌的乳糖代谢——乳糖操纵子; 1900年，Dienert首次注意到酶的诱导作用，在酵母细胞的培养中，存在乳糖时，细胞产生与乳糖利用有关的酶；把细胞转移到含葡萄糖的培养基，这种酶即消失. 结论：底物的存在能专一地诱导酶的产生。; 当培养基中有乳糖（lactose），而无葡萄糖时，细菌中专门代谢乳糖的酶类就迅速增加。;1953年Monod发现酶的阻遏作用 大肠杆菌培养基中的色氨酸阻遏了色氨酸合成酶的合成. 同等诱导或同等阻遏:大肠杆菌合成色氨酸所需的酶，5个编码基因串联在一起，而且排列顺序也跟基因产物所催化的反应顺序相同。这种成串现象由Demerec等人于1955年首先观察到。 ; 从1946年起及随后的10年，Jacques Monod、Joshua Lederberg、Francois Jacob以及Andre Lwoff 对乳糖代谢的遗传学和生物化学进行了系统的研究。; E.coli能以乳糖（葡萄糖-4-β-D-半乳糖苷）这种双糖作为唯一碳源。 乳糖进入细胞后被分解为半乳糖和葡萄糖. ;lacZ：;lacY：; 培养中C源不是乳糖时，三种酶在细胞内的含量很低，只有几个分子或不到。 如果用乳糖代替葡萄糖，则在几分钟内，每个cell转录出30-50个mRNA模板，产生3000多个β-半乳糖苷酶分子，另两种酶的量也迅速增加，一旦乳糖耗尽，三种酶的合成同时停止。 这里，乳糖被当作诱导物，并被β-半乳糖苷酶催化分解，一些不能被该酶分解的半乳糖苷也可作为诱导物，如IPTG （异丙基-β-D-硫代半乳糖苷） IPTG有诱导效应而本身不被分解，称为安慰诱导物(gratuitous inducer) ; constitutive 不需诱导、持续地合成. 诱导型的合成（如β-半乳糖苷酶也可能产生组成型突变体mutant） 乳糖操纵子模型有关的试验中，利用了： ①组成型突变体 ②部分二倍体技术（性导, F’因子） ;Joshua Lederberg为了研究乳糖代谢的三个酶的基因，分离了大量的突变体（lac -），并经过遗传作图发现它们是紧密连锁的：Z-Y-A;同时发现它们是被同时诱导转录的。; 雅科Jacob和莫诺Monod根据试验事实提出了操纵子模型operon model??认为这三个酶的基因转录受一个开关单位的控制。;操纵子模型（Operon Model）;获1965年Nobel生理学和医学奖;操纵子模型对乳糖诱导效应的解释; 调节基因编码的产物是一种蛋白质分子，称为阻遏物。当培养基内没有乳糖时，阻遏物结合到操纵基因上，阻止了RNA聚合酶的通过，所以结构基因得不到转录。 培养基加入乳糖后，乳糖作为诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏物的构象改变。阻遏物的构象改变后，失去了与操纵基因结合的能力，阻遏物从操纵基因上解离下来。于是转录得以进行。 ; Jacob和Monod未提出启动基因区（RNA聚合物识别并结合的区域）P（Promotor，又叫启动子） ,后来由伊彭提出。; 操纵子（operon）: 功能相关的结构基因在染色体上成簇（cluster）排列, 由一个共同的控制区调控基因的转录,是原核生物转录调控的基本单位.由结构基因（structural genes）和上游相邻的控制区（regulatory region）组成。;对模型的遗传学验证;遗传作图发现：;野生型;组成型突变;根据操纵子模型的原理，可以预测：;实验验证;2. 实验过程;组成型突变 lacI+ lacOc lacZ+;实验3;野生型 lacI+ lacZ+;操纵子模型的意义;附：阻遏物的分离和鉴定;放射性标记的阻遏物能与野生型O区结合;放射性标记的阻遏物不能与突变型O区结合;③Lac 阻遏物的空间结构;④阻遏物与DNA的结合;ii）X-ray分析;;iii）DNA测序分析;乳糖操纵子的正调控（positive control）;（1）正调控因子（positive regulator）;② cAMP-CAP与lac操纵子启动基因上的一个位置结合后 ，RNA聚合酶才能与启动子结合。; 葡萄糖抑制腺苷酸环化酶的活性，从而 间接地抑制了Lac操纵子的转录。 ;;（3）CAP与DNA的结合;以二聚体形式与DNA结合。使DNA弯曲90度。;TGTGAGTTAGCTCAC ACACTCAATCGAGTG; 调节