原核生物的基因调控

原核生物的基因调控第一页，共三十四页，2022年，8月28日调控水平DNA转录翻译第二页，共三十四页，2022年，8月28日结构基因（structuralgenes）：编码细胞必要蛋白，如酶和结构蛋白。调节基因（regulatorgenes）：编码调节蛋白，控制在某一细胞的内环境下合成特定蛋白的速率。操纵子（operon)：由操纵基因以及相邻的若干结构基因所组成的功能单位，其中结构基因的转录受操纵基因所控制。第三页，共三十四页，2022年，8月28日顺式作用元件（cis-actingelement）：DNA元件是DNA上一段序列，作为原位序列，只能作用于同一条DNA，称为顺式作用元件。反式作用因子（trans-actingfactor）：由于调节基因的产物可以自由地结合到其相应的靶位点上，称为反式作用因子。第四页，共三十四页，2022年，8月28日可诱导的基因：当在细菌培养基中加入某些底物时可以诱导相应基因的表达；组成型基因：组成型基因总是持续地表达。第五页，共三十四页，2022年，8月28日正调控和负调控正调控：调节蛋白处于活化状态帮助起始。负调控：阻遏物干扰基因表达的作用。诱导物(inductor):可诱导基因的底物。阻遏物(repressor)：阻止转录或翻译的一类蛋白质。诱导(induction)：基因仅对诱导物反应产生基因产物的现象。阻遏(repression)：阻遏物阻碍基因产生基因产物的现象。辅阻遏物(corepressor)使阻遏蛋白具有活性或使活性蛋白失去活性的物质。第六页，共三十四页，2022年，8月28日LacOperon(乳糖操纵子学说)第七页，共三十四页，2022年，8月28日1961年法国巴斯德研究所Jacod和Monod提出乳糖操纵子(LacOperon)学说第八页，共三十四页，2022年，8月28日第九页，共三十四页，2022年，8月28日乳糖半乳糖葡萄糖半乳糖苷酶第十页，共三十四页，2022年，8月28日安慰诱导物：能诱导酶的合成，但又不被分解的分子。异丙基-β-硫代半乳糖苷（IPTG）基因簇：细菌相关功能的结构基因常连在一起，形成一个基因簇。它们编码同一个代谢途径中的不同的酶。形成了一个被调控的单位。第十一页，共三十四页，2022年，8月28日半乳糖苷酶透性酶乙酰转移酶第十二页，共三十四页，2022年，8月28日基因LacZ编码半乳糖苷酶基因LacY编码半乳糖苷透性酶基因LacA编码乙酰转移酶乳糖操纵子启动基因操纵基因调节基因结构基因第十三页，共三十四页，2022年，8月28日第十四页，共三十四页，2022年，8月28日第十五页，共三十四页，2022年，8月28日第十六页，共三十四页，2022年，8月28日CrystalStructureofLacIComplexedtoOperatorDNALacIa-helixb-sheetloop第十七页，共三十四页，2022年，8月28日

lacIS

阻遏蛋白不可诱导性突变，阻遏蛋白失去诱导物结合位点lacI-

阻遏蛋白不能形成寡聚物lacI-d阻遏蛋白不能和DNA结合，混合四聚体，“坏亚基”Oc操纵基因的组成型突变操纵子突变第十八页，共三十四页，2022年，8月28日第十九页，共三十四页，2022年，8月28日第二十页，共三十四页，2022年，8月28日第二十一页，共三十四页，2022年，8月28日AdenylatecyclaseandCAPmediateglucoserepressionofLacAdenylatecyclase腺苷酸环化酶(AC)isanenzymethatsynthesizescyclicAMP(cAMP)fromATPHighglucoseadenylatecyclaseisinhibited(indirectly,viaacatabolicproduct)

ThereforecAMPlevelsarelowAbsenceofglucoseadenylatecyclaseisnotrepressed

ThereforecAMPlevelsarehighcAMPATPACglucose第二十二页，共三十四页，2022年，8月28日如果培养基中同时含有乳糖和葡萄糖时，E.coli只利用葡萄糖。在缺少葡萄糖时，腺苷酸环化酶将ATP转变为cAMP。cAMP与其受体蛋白CAP(cataboliteactivatorprotein)结合成复合物，该复合物再与启动子上的CAP位点结合，这样，RNA聚合酶方能和启动子结合。当存在葡萄糖时，不能形成cAMP，CAP也就不能与启动子上的CAP位点相结合，RNA聚合酶不能和启动子结合。CAP位点第二十三页，共三十四页，2022年，8月28日第二十四页，共三十四页，2022年，8月28日第二十五页，共三十四页，2022年，8月28日CAP（cataboliteactivatorprotein）降解物激活蛋白CAP以两种方法来激活转录：（1）它可能直接和RNAPol相互作用；（2）作用于DNA，改变其结构，从而帮助RNAPol结合。

CAP结合位点

第二十六页，共三十四页，2022年，8月28日CAPBindingBendsDNAvThisDNAbendingresultsinmoreefficientRNApolymerasebinding第二十七页，共三十四页，2022年，8月28日POSICAP-cAMP结合位点RNA聚合酶结合位点具迥文结构mRNA转录起始点-1+1乳糖操纵子模型-70/-50-50/-40

III-35-10第二十八页，共三十四页，2022年，8月28日TrpOperon第二十九页，共三十四页，2022年，8月28日色氨酸操纵子第三十页，共三十四页，2022年，8月28日第三十一页，共三十四