分子生物学表达调控.pptx

第六章第六章 基因的表达与调控基因的表达与调控(上上)原核基因表达调控模式原核基因表达调控模式基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念原核基因调控机制原核基因调控机制乳糖操纵子乳糖操纵子色氨酸操纵子色氨酸操纵子其他操纵子其他操纵子转录后水平上的调控转录后水平上的调控第一节第一节 基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念一、基因表达调控（一、基因表达调控（一、基因表达调控（一、基因表达调控（generegulation）对基因表达过程的调节就称为基因对基因表达过程的调节就称为基因表达调控或基因调控。表达调控或基因调控。rRNArRNA、tRNAtRNA编码基因转录合成编码基因转录合成编码基因转录合成编码基因转录合成RNARNA的过程也的过程也的过程也的过程也属于基因表达。属于基因表达。属于基因表达。属于基因表达。二、基因表达的方式二、基因表达的方式 1、组成性表达、组成性表达(constitutive expression)指不大受环境变动而变化的一类基因表达。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为通常被称为管家基因管家基因(housekeepinggene)。2、适应性表达、适应性表达(adaptiveexpression）指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。随环境条件变化基因表达水平增高的现象称为随环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱诱导导(induction)，这类基因被称为，这类基因被称为可诱导的基因可诱导的基因(induciblegene)。随环境条件变化而基因表达水平降低的现象随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称称为阻遏为阻遏(repression)，相应的基因被称为相应的基因被称为可阻遏可阻遏的基因的基因(repressiblegene)。三、基因表达的规律三、基因表达的规律-时间性和空间性时间性和空间性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间基因表达的时间特异性。特异性。1、时间特异性（、时间特异性（temporalspecificity）多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段阶段特异性特异性(stagespecificity)。2 2、空间特异性、空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity)在在个个体体生生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性。空间特异性。空间特异性又称细胞或组织特异性空间特异性又称细胞或组织特异性(cellortissuespecificity)。适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖（原核、真核）（原核、真核）维持个体发育与分化维持个体发育与分化（真核）（真核）四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义第二节第二节原核基因调控机制原核基因调控机制一、基因表达调控环节一、基因表达调控环节1、转录水平上的调控（、转录水平上的调控（transcriptional regulation）2、转录后水平上的调控（、转录后水平上的调控（post-transcriptional regulation）mRNA加工成熟水平上的调控加工成熟水平上的调控翻译水平上的调控翻译水平上的调控二、操纵子学说二、操纵子学说1、操纵子模型的提出、操纵子模型的提出1961年，年，Monod和和Jacob提出，获提出，获1965年诺贝年诺贝尔生理学和医学奖。尔生理学和医学奖。2、操纵子（、操纵子（operon)由几个功能相关的基因成簇排列而组成的一个由几个功能相关的基因成簇排列而组成的一个基因表达的协同单位。基因表达的协同单位。操纵子：操纵子：结构基因：编码功能蛋白结构基因：编码功能蛋白启动子（启动基因）：启动转录启动子（启动基因）：启动转录操纵基因（操纵子）：控制转录操纵基因（操纵子）：控制转录调节基因：编码调节蛋白调节基因：编码调节蛋白(激活蛋白和阻遏蛋白）激活蛋白和阻遏蛋白）调控操纵基因调控操纵基因二、原核基因调控机制的类型与特点二、原核基因调控机制的类型与特点(一一)根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的应答，可分为：的应答，可分为：正转录调控和负转录调控正转录调控和负转录调控1、正转录调控、正转录调控正转录调控系统中，调节基因的产物是正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白激活蛋白（activator）。根据）。根据激活蛋白的作用性质分为激活蛋白的作用性质分为正控诱导正控诱导和和正控阻遏。正控阻遏。没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控为种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控为正转录调控。正转录调控。2、负转录调控：、负转录调控：在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的这种调节蛋白质后基因表达活性便被关闭，这样的调控为调控为负转录调控负转录调控。负转录调控系统中，调节基因的产物是负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋白阻遏蛋白（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。），起着阻止结构基因转录的作用。根据其作用特征又可分为根据其作用特征又可分为负控诱导负控诱导和和负控阻遏。负控阻遏。（二）根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答，可分为可诱导调节和可阻遏调节两大类：1、可诱导调节、可诱导调节 指一些基因在特殊的代谢物或化合物（诱导物）指一些基因在特殊的代谢物或化合物（诱导物）的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。在某些物质的诱导下使基因活化。例：大肠杆菌的乳糖操纵子，分解代谢蛋白的基因例：大肠杆菌的乳糖操纵子，分解代谢蛋白的基因诱导物：诱导物：如果某种物质能够促使细菌产生酶来分如果某种物质能够促使细菌产生酶来分解它，这种物质就是诱导物。解它，这种物质就是诱导物。2、可阻遏调节：、可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的基因平时是开启的，处在产生蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物（辅工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物（辅阻遏物）的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。阻遏物）的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。例：色氨酸操纵子例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因合成代谢蛋白的基因辅阻遏物：辅阻遏物：如果某种物质能够阻止细菌产生合成这种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。四、转录水平上调控的其他形式四、转录水平上调控的其他形式1、因子的更换因子的更换在在E.coli中中,当细胞从基本的转录机制转入各当细胞从基本的转录机制转入各种特定基因表达时，需要不同的种特定基因表达时，需要不同的 因子指导因子指导RNA聚合酶与各种启动子结合。聚合酶与各种启动子结合。2、降解物对基因活性的调节、降解物对基因活性的调节3、弱化子对基因活性的影响、弱化子对基因活性的影响第三节第三节 乳糖操纵子乳糖操纵子(lactose operon)一、乳糖操纵子的结构一、乳糖操纵子的结构阻遏基因（阻遏基因（lacI）启动子（启动子（P）操纵基因（操纵基因（O）结构基因结构基因:lacZ、lacY、lacA二、乳糖操纵子调控模型二、乳糖操纵子调控模型1、主要内容：、主要内容：Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码分子所编码这个这个mRNA分子的启动子区位于分子的启动子区位于I与与O之间之间,不能单不能单独起始合成独起始合成-半乳糖苷酶和透过酶的高效表达。半乳糖苷酶和透过酶的高效表达。操纵基因是操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为上的一小段序列（仅为26bp），），是阻遏物的结合位点。是阻遏物的结合位点。当阻遏物与操纵基因结合时，当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转的转录起始受到抑制。录起始受到抑制。诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发使之不能与操纵基因结合，从而激发lacmRNA的的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻遏物占据，所以启动子能够顺利起始物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。的合成。三、乳糖操纵子的影响因子三、乳糖操纵子的影响因子1、lac操纵子的本底水平表达操纵子的本底水平表达诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，后者的合成有需要诱而转运诱导物需要透过酶，后者的合成有需要诱导。导。解释：解释：一些诱导物可以在透过酶不存在时进一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？入细胞？一些透过酶可以在没有诱导物的情况下一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？合成？()有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的：有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的：真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在是在-半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因半乳糖甘酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有此，需要有-半乳糖甘酶的预先存在。半乳糖甘酶的预先存在。解释：解释：本底水平的组成型合成：非诱导状态下有本底水平的组成型合成：非诱导状态下有少量的少量的lacmRNA合成。合成。2、大肠杆菌对乳糖的反应、大肠杆菌对乳糖的反应 培养基：甘油培养基：甘油 按照按照lac操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几操纵子本底水平的表达，每个细胞内有几个分子的个分子的-半乳糖苷酶和半乳糖苷酶和-半乳糖苷透过酶；半乳糖苷透过酶；透过酶透过酶进入细胞进入细胞-半乳糖苷酶半乳糖苷酶异构乳糖异构乳糖诱导物诱导物诱导诱导lac mRNA的生物合成的生物合成大量乳糖进入细胞大量乳糖进入细胞多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）多数被降解为葡萄糖和半乳糖（碳源和能源）异构乳糖异构乳糖少量乳糖少量乳糖培养基：加入乳糖培养基：加入乳糖诱导物的加入和去除诱导物的加入和去除对对lac mRNA的影响的影响由于酶有一定的寿命由于酶有一定的寿命，在除去诱导物后一，在除去诱导物后一定的时间内，仍保持定的时间内，仍保持一定量的浓度。一定量的浓度。3、阻遏物、阻遏物lac I基因产物及功能基因产物及功能 Lac 操纵子阻遏物操纵子阻遏物mRNA是由弱启动子控制下组是由弱启动子控制下组成型合成的，每个细胞中有成型合成的，每个细胞中有5-10个阻遏物分子。个阻遏物分子。当当I基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不基因由弱启动子突变成强启动子，细胞内就不可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个可能产生足够的诱导物来克服阻遏状态，整个lac操纵子在这些突变体中就不可诱导。操纵子在这些突变体中就不可诱导。4、Lac操纵子基因的突变操纵子基因的突变1、组成型突变、组成型突变操纵子的调节基因或操纵基因发生突变，不能操纵子的调节基因或操纵基因发生突变，不能形成正常的阻遏蛋白或阻遏蛋白不能与突变的操纵形成正常的阻遏蛋白或阻遏蛋白不能与突变的操纵基因结合，使转录不能被阻遏，导致结构基因的持基因结合，使转录不能被阻遏，导致结构基因的持续表达。续表达。2、不可诱导突变（超阻遏）不可诱导突变（超阻遏）调节基因发生突变，形成的阻遏蛋白不能与诱导调节基因发生突变，形成的阻遏蛋白不能与诱导物结合，即使诱导物存在，也不发生诱导作用。物结合，即使诱导物存在，也不发生诱导作用。4、葡萄糖对、葡萄糖对lac操纵子的影响操纵子的影响 如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中如果将葡萄糖和乳糖同时加入培养基中，lac操操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源纵子处于阻遏状态，不能被诱导；一旦耗尽外源葡萄糖，乳糖就会诱导葡萄糖，乳糖就会诱导lac操纵子表达分解乳糖所操纵子表达分解乳糖所需的三种酶。需的三种酶。代谢物阻遏效应代谢物阻遏效应5、cAMP与代谢物激活蛋白与代谢物激活蛋白 代谢物激活蛋白（代谢物激活蛋白（CAP）/环腺甘酸受体蛋白环腺甘酸受体蛋白(CRP）能与能与cAMP形成复合物，在形成复合物，在Lac操纵子启动子上游有该操纵子启动子上游有该复合物的结合位点。该复合物与复合物的结合位点。该复合物与 其位点结合，保证其位点结合，保证RNA聚合酶与模板稳定结合。聚合酶与模板稳定结合。大肠杆菌中：无葡萄糖，大肠杆菌中：无葡萄糖，cAMP浓度高浓度高 有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低浓度低cAMP浓度高与浓度高与CAP形成复合物，促进转录形成复合物，促进转录CAP与阻遏蛋白协同调节乳糖操纵子的转录，当与阻遏蛋白协同调节乳糖操纵子的转录，当阻遏蛋白封闭转录时，阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用。对该系统不能发挥作用。如无如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。操纵子仍无转录活性。CAP与阻遏蛋白协同调节与阻遏蛋白协同调节cAMPCAP复合物与启动子区的结合是转复合物与启动子区的结合是转录起始所必需的。录起始所必需的。五、五、Lac操纵子中的其他问题操纵子中的其他问题1、A基因及其生理功能基因及其生理功能半乳糖甘分子（IPTG）-半乳糖甘酶分解产物（体内积累）-半乳糖甘乙酰基转移酶乙酰半乳糖甘分子 （乙酰IPTG）半乳糖甘分子（IPTG）不能被分解不能被分解避免细胞中有害代谢产物的堆积。避免细胞中有害代谢产物的堆积。-半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶半乳糖苷酶：透过酶：乙酰基转移酶=1：0.5：0.2翻译水平上受到调节：翻译水平上受到调节：（1）lacmRNA可能与翻译过程中的核糖体相脱可能与翻译过程中的核糖体相脱离，从而终止蛋白质链的翻译；离，从而终止蛋白质链的翻译；（2）在）在lacmRNA分子内部，分子内部，A基因比基因比Z基因更基因更容易受内切酶作用发生降解。容易受内切酶作用发生降解。2、lac基因产物数量上的比较基因产物数量上的比较3、操纵子的融合与基因工程、操纵子的融合与基因工程融合基因融合基因技术已成为基因工程中最广泛应用的技术。融合基因技术已成为基因工程中最广泛应用的技术。融合基因的发现为人类某些肿瘤机制的阐明提供了线索融合基因的发现为人类某些肿瘤机制的阐明提供了线索第四节第四节 色氨酸操纵子色氨酸操纵子（trp operon）色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的阻遏系统色氨酸操纵子的阻遏系统色氨酸操纵子的弱化机制色氨酸操纵子的弱化机制(1)trpR和和trpABCDE不紧密连锁；不紧密连锁；(2)操纵基因在启动子内操纵基因在启动子内(3)有衰减子有衰减子(attenuator)/弱化子弱化子(4)启动子和结构基因不直接相连，二者启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列被前导序列(Leader)所所隔开隔开一、色氨酸操作子的结构一、色氨酸操作子的结构特点特点:二、二、trp trp 操纵子的阻遏系统操纵子的阻遏系统低低TrpTrp时：时：阻遏物不结阻遏物不结合操纵基因合操纵基因;高高TrpTrp时：时：阻遏物阻遏物+Trp +Trp 结合操纵基结合操纵基因因三、三、trp 操纵子的弱化机制操纵子的弱化机制衰减子（attenuator）/弱化子前导序列（leader sequence）1、弱化子、弱化子 在在trp系统中前导序列的系统中前导序列的123-150bp。DNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列。中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列。研究研究Trp操纵子引起终止的操纵子引起终止的mRNA碱基序列，碱基序列，发现该区发现该区mRNA通过自我配对可以形成通过自我配对可以形成茎茎-环环(发夹）发夹）结构，有典型的终止子特点。结构，有典型的终止子特点。2、前导序列、前导序列在在trpmRNA5端端trpE基因的起始密码前一个长基因的起始密码前一个长162bp的的mRNA片段。片段。包含前导肽的序列（包含前导肽的序列（14aa)和弱化子。和弱化子。3、弱化机制、弱化机制低浓度低浓度trp时时，trp-tRNAtrp少，翻译通过两个少，翻译通过两个trp密密码子的速度慢，码子的速度慢，4区转录出来后，核糖体才到区转录出来后，核糖体才到1区，区，2-3区形成发夹结构，转录可以继续下去，直到完区形成发夹结构，转录可以继续下去，直到完成全部基因转录。成全部基因转录。高浓度高浓度trp时时，trp-tRNAtrp多，翻译通过两个多，翻译通过两个trp密码子的速度快，密码子的速度快，4区转录出来后，核糖体已到区转录出来后，核糖体已到2区，区，3-4区形成发夹结构（终止子），转录终止。区形成发夹结构（终止子），转录终止。原核生物的转录和翻译时同时进行，边转录边翻译。原核生物的转录和翻译时同时进行，边转录边翻译。细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使作用只能使转录不起始转录不起始，对于已经起始的转录，只，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是是细胞内色氨酸的多少细胞内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是细胞；弱化作用的信号则是细胞内内载有色氨酸的载有色氨酸的tRNA的多少的多少。它通过前导肽的翻译。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。相成，体现着生物体内周密的调控作用。第五节第五节 其他操纵子其他操纵子一、半乳糖操纵子一、半乳糖操纵子(galactose operon)异构酶异构酶(galE)乳糖乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galT)半乳糖激酶半乳糖激酶(galk)。诱导物为半乳糖诱导物为半乳糖二、阿拉伯糖操纵子（二、阿拉伯糖操纵子（arabinose operon)araB基因、基因、araA基因和基因和araD,形成一个基因簇，形成一个基因簇，简写为简写为araBAD，调控基因是，调控基因是araC,其转录方向其转录方向与与araBAD相反。相反。ara操纵子的调控有两个特点：操纵子的调控有两个特点：1、araC表达受到表达受到araC蛋白的自身调控。蛋白的自身调控。2、AraC既是既是ara操纵子的正调节蛋白（需操纵子的正调节蛋白（需cAMP-CRP的共同参与，起始转录），又是其负调节蛋白。的共同参与，起始转录），又是其负调节蛋白。这种双重功能是通过这种双重功能是通过AraC蛋白的两种异构体来实现蛋白的两种异构体来实现的（的（Pi和和Pr)。三、阻遏蛋白三、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的的降解与细菌中的SOS应答应答SOSSOS反应的机理：反应的机理：由 RecA 蛋白和 LexA 阻遏物的相互作用引起的。LexA阻遏物：是SOS DNA修复系统所有基因的阻遏物RecA蛋白：是SOS反应的最初的发动因子。在单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活，表现出水解酶活性，分解LexA阻遏物。当RecA水解LexA阻遏物后，导致SOS体系（包括recA基因）高效表达，DNA得到修复。第六节第六节 转录后水平上的调控转录后水平上的调控一、翻译起始的调控一、翻译起始的调控 RBS（核糖体结合位点）：（核糖体结合位点）：mRNA链上起始密码链上起始密码子子AUG上游的一段非翻译区。上游的一段非翻译区。RBS的结合强度取决于的结合强度取决于SD序列的结构及其与序列的结构及其与起始密码子起始密码子AUG之间的距离。之间的距离。SD-4-10SD-4-10（9 9）-AUG-AUGSD序列的微小变化，影响序列的微小变化，影响mRNA与核糖体的结合，与核糖体的结合，造成翻译效率的差异。造成翻译效率的差异。二、稀有密码子对翻译的影响二、稀有密码子对翻译的影响dnaG(dnaG(引物酶引物酶)RNA)RNA引物引物dnaGdnaG、rpoDrpoD和和rpsUrpsU属于大肠杆菌基因组上的同属于大肠杆菌基因组上的同一个操纵子一个操纵子5050个拷贝的个拷贝的dnaGdnaG蛋白、蛋白、28002800个拷贝的个拷贝的rpoDrpoD和和4000040000个拷贝的个拷贝的rpsUrpsU几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较几种蛋白质中异亮氨酸密码子使用频率比较蛋白质AUU/%AUC%AUA%结构蛋白37621亚基26740DnaG蛋白363232细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。稀有密码子稀有密码子是在一般的编码中利用频率很低的密码子。是在一般的编码中利用频率很低的密码子。三、重叠基因对翻译的影响三、重叠基因对翻译的影响TrpB 谷氨酸-异亮氨酸-终止 GAA -AUC -UGA-UGG-AA AUG-GAA 甲硫氨酸 谷氨酸trpAtrpE苏氨酸苯丙氨酸终止 ACU -UUC -UGA -UGG -CU AUG AUG GCU 甲硫氨酸-丙氨酸-trpD 翻译终止时核糖体即处在起始环境中，这种重叠的密码子保证了同一核糖体对两个连续基因进行翻译的机制。四、反义四、反义RNA的调节作用的调节作用 与与mRNA互补的互补的RNA序列称为反义序列称为反义RNAFe2+高，高，Fur蛋白表达，关闭蛋白表达，关闭Fe2+摄取相关的的操摄取相关的的操纵子，包括纵子，包括anti-bfr基因。基因。五、魔斑核苷酸对翻译的调节五、魔斑核苷酸对翻译的调节 ppGpp和和pppGpp在色谱上检出斑点，称为魔斑核苷酸在色谱上检出斑点，称为魔斑核苷酸氨基酸缺乏时，蛋白质合成停止，氨基酸缺乏时，蛋白质合成停止，GTP过剩：过剩：ppGPP影响影响RNA聚合酶与启动子结合的专一性，聚合酶与启动子结合的专一性，抑制核糖体和其他大分子的合成。抑制核糖体和其他大分子的合成。小结小结1、原核生物基因调控的类型和特点、原核生物基因调控的类型和特点2、乳糖操纵子的结构和调控机理、乳糖操纵子的结构和调控机理3、色氨酸操纵子的调控机理、色氨酸操纵子的调控机理4、基本概念、基本概念基因表达调控，正转录调控，负转录调控，可基因表达调控，正转录调控，负转录调控，可诱导、可阻遏调节、操纵子，弱化子。诱导、可阻遏调节、操纵子，弱化子。调节基因调节基因启动子启动子操纵基因操纵基因结构基因结构基因调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因激活蛋白激活蛋白正转录调控正转录调控正控诱导系统正控诱导系统正控阻遏系统正控阻遏系统效应物分子（诱导物）的存在效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白处于活性状态，基使激活蛋白处于活性状态，基因表达。因表达。效应物分子（辅阻遏物）的存在使效应物分子（辅阻遏物）的存在使激活蛋白处于非活性状态，阻遏基激活蛋白处于非活性状态，阻遏基因表达因表达调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白负转录调控负转录调控负控诱导系统负控诱导系统负控阻遏系统负控阻遏系统阻遏蛋白与效应物（诱导物）阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合时，结构基因转录结合时，结构基因转录阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合时，结构基因不转录结合时，结构基因不转录调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物诱导物mRNA酶蛋白酶蛋白酶合成的诱导操纵子模型酶合成的诱导操纵子模型诱导物与阻遏蛋白诱导物与阻遏蛋白结合，抑制其阻遏结合，抑制其阻遏作用。作用。酶合成的阻遏操纵子模型酶合成的阻遏操纵子模型调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物因子编码基因主要功能70rpoD参与对数生长期和大多数碳代谢过程基因的调控54rpoN参与多数氮源利用基因的调控38rpoH分裂间期特异基因的表达调控32rpoS热休克基因的表达调控28rpoF鞭毛趋化相关基因的表达调控24rpoE过度热休克基因的表达调控大肠杆菌中的各种因子比较温度较高温度较高,诱导产生各种热休克蛋白诱导产生各种热休克蛋白由由32参与构成的参与构成的RNA聚合酶与热休克应答基因启动子结合聚合酶与热休克应答基因启动子结合,诱导产生诱导产生大量的热休克蛋白大量的热休克蛋白,适应环境需要适应环境需要.LacY编码编码-半乳糖苷透过酶：半乳糖苷透过酶：使外界的使外界的-半乳糖半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质LacA编码编码-半乳糖苷乙酰基转移酶：半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶乙酰辅酶A上的乙酰基转到上的乙酰基转到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。LacZ编码编码-半乳糖苷酶：半乳糖苷酶：将乳糖水解将乳糖水解成葡萄糖成葡萄糖和半乳糖和半乳糖原原核核生生物物基基因因表表达达的的调调控控乳糖代谢基因表达调控图解：乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时没有乳糖时)lacZ lacY lacA 调节基因调节基因启动子启动子 操纵基因操纵基因结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶信使信使RNA转录转录翻译翻译阻抑物与阻抑物与操纵基因操纵基因结合，结结合，结构基因转构基因转录受阻录受阻阻抑物阻抑物原原核核生生物物基基因因表表达达的的调调控控乳糖代谢基因表达调控图解：乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时有乳糖时)lacZ lacY lacA 调节基因调节基因启动子启动子 操纵基因操纵基因结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶信使信使RNA转录转录翻译翻译阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变，因而不能与操纵基因结合，使得结构因而不能与操纵基因结合，使得结构基因进行转录。基因进行转录。阻抑物阻抑物乳糖乳糖转录转录半乳糖苷酶半乳糖苷酶酶酶酶酶乳糖分解代乳糖分解代谢调控过程谢调控过程是一个自我是一个自我调控过程调控过程组成型突变：lacO-组成型突变：lacI-ZYAOPDNA 调控区调控区cAMPCAP复合物位点位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时促进转录促进转录有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时不促进转录不促进转录ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的正调控的正调控The Lac Operon:When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveNo wayJose!CAPCAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not GlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!trpRtrp催化分枝酸转变催化分枝酸转变为色氨酸的酶为色氨酸的酶结构基因结构基因调控基因调控基因L：前导序列：前导序列aa:弱化子弱化子123150前导肽序列中有两个连续的色氨酸密码，对弱化子调前导肽序列中有两个连续的色氨酸密码，对弱化子调节转录过程中起着重要作用。节转录过程中起着重要作用。前导序列中有前导序列中有4个倒转重复序列，能相互形成不同的发个倒转重复序列，能相互形成不同的发夹结构。夹结构。1-2发夹结构：转录暂停发夹结构：转录暂停2-3发夹结构：转录继发夹结构：转录继续（抗终止）续（抗终止）3-4发夹结构：转录发夹结构：转录终止（终止子）终止（终止子）gal操纵子的特点：操纵子的特点：它有两个启动子，其它有两个启动子，其mRNA可从两个不同可从两个不同的起始点开始转录；的起始点开始转录；它有两个它有两个O区，一个在区，一个在P区上游，另一区上游，另一个在结构基因个在结构基因galE内部。内部。无葡萄糖时，无葡萄糖时，cAMPCRP高，促进高，促进S1转录，抑制转录，抑制S2有葡萄糖时，有葡萄糖时，cAMPCRP低，促进低，促进S2转录，抑制转录，抑制S1调节基因距操纵子较远。调节基因距操纵子较远。没有没有araC蛋白时，蛋白时，araC基因表达。基因表达。无阿拉伯糖时，抑制型的无阿拉伯糖时，抑制型的araC蛋白与蛋白与araO2及及araI结合，使结合，使DNA形成回转结构，抑制形成回转结构，抑制araBAD的转录；同时，的转录；同时，araC蛋白与蛋白与O1结合，抑制自身结合，抑制自身基因的表达。基因的表达。有阿拉伯糖时，激活型的有阿拉伯糖时，激活型的araC蛋白与蛋白与araI结合，和结合，和cAMP-CRP一起促进一起促进araBAD转录转录