分子生物学复习

分子生物学复习第1页/共51页8.1乳糖操纵元8.1.1DiscoveryofOperon

1961年,F.Jacob&J.Monod提出,此后不断完善。获1965年诺贝尔生理学和医学奖

牛牛文库文档分享第2页/共51页乙酰基转移酶半乳糖苷透性酶ß-半乳糖苷酶操作位点乳糖操纵元结构调节基因

牛牛文库文档分享第3页/共51页8.1.2酶的诱导现象B-半乳糖苷酶

牛牛文库文档分享第4页/共51页8.1.3调控机理

牛牛文库文档分享第5页/共51页体外结合竞争实验:

阻遏物＋RNApol,off

RNApol＋阻遏物，on2.阻遏状态

牛牛文库文档分享第6页/共51页3诱导状态诱导物诱导作用：在可诱导的操纵元中，加入对基因表达有调节作用的小分子后，开启基因的转录活性

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牛牛文库文档分享第8页/共51页2CAP的结合对DNA构型的影响DNA弯曲弯曲点位于CAP结合位点二重对称的中心弯曲使CAP能与启动子上的RNApol接触

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牛牛文库文档分享第11页/共51页SummaryoflacoperonregulationGlucosecAMPLactoseTranscriptionoflacmRNAHighLowPresentlowrateofexpressionHighLowAbsentessentiallynoneLowHighAbsentessentiallynoneLowHighPresenthighrateofexpression

牛牛文库文档分享第12页/共51页8.2Trpoperon生物细胞中的氨基酸合成，也受操纵元的调节。细胞需要某种氨基酸时，其基因即表达，不需要时基因关闭，达到经济的原则。

牛牛文库文档分享第13页/共51页8.2.2Trpoperon的阻遏系统1TrpR四聚体

牛牛文库文档分享第14页/共51页8.2.2Trpoperon的阻遏系统1TrpR四聚体

牛牛文库文档分享第15页/共51页3阻遏系统主管转录是否启动，在缺乏Trp时，mRNA起始合成，但不能自动延伸，一般在trpE之前终止转录

粗调开关

牛牛文库文档分享第16页/共51页8.2.3弱化作用

attenuation1弱化子，衰减子，α前导RNA，140bpα

牛牛文库文档分享第17页/共51页弱化子，衰减子，α

牛牛文库文档分享第18页/共51页序列分析发现，其中4个片段进行配对，形成不同的二级结构Terminator

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S312POE4321LDNARNAATGTGA2trpcodons14322前导肽14aa

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牛牛文库文档分享第21页/共51页3转录弱化作用LackoftrpLackofaminoacyltRNARibosomepauseattrpcodons,occludingsequence1Form2:3hairpinanti-terminator

TranscriptionintotrpEandbeyond

牛牛文库文档分享第22页/共51页3’5’5’3’TheAttenuator

WhenStarvedForTryptophan4123RNAPol.RibosomeHelp,IneedTryptophan

牛牛文库文档分享第23页/共51页HightrpTrpisinsertedatthetrpcodonsTranslatetotheendofleadermessageRibosomeoccludesequence2Terminatetranscriptionat(3:4formterminator)

牛牛文库文档分享第24页/共51页3’5’5’3’TheAttenuator

WhenTryptophanIsPresent4123RNAPol.RibosomeRNAPol.

牛牛文库文档分享第25页/共51页弱化子对转录调控的关键空间结构，10thand11thcodonsencodetrpresidues(rareAA)时间，核糖体停顿在2个Trp密码子上时，产生延宕，此时4区未转录出来Theleaderpeptideistodeterminertrpavailabilityandtoregulatetranscriptiontermination14–amino-acid(encodedby27-68oftheleaderRNAsummary

牛牛文库文档分享第26页/共51页8.2.4阻遏作用与弱化作用的协调

阻遏效率启动子的转录起始频率在R+和R-相差70倍弱化作用

trp存在时，约有10％的RNApol侥幸转录

-trp

活性阻遏物－－－－→无活性阻遏物

←－－－－

+trptrp操纵子具有双重调节体系？

牛牛文库文档分享第27页/共51页Negative—repressibleoperon可以被最终合成产物所阻遏RPOleadingseq.EDCBAtrp+为什么需要阻遏体系？当大量Trp存在时，阻遏系统起作用。阻遏物与之结合，阻止先导mRNA合成。

经济

牛牛文库文档分享第28页/共51页仅有少量trp时，RNApol启动，但在L.S.处脱落，转录中断RPOleadingseq.EDCBA少量trp+不足以结合

O

位点为什么需要弱化系统？当trp浓度低时，阻遏物从有活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发trp合成。因此需要一个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当的Trp水平。

牛牛文库文档分享第29页/共51页8.2.5细菌演化出弱化系统的生物学意义

通过tRNA荷载与否进行调控，更为灵敏氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而tRNA荷载为标准进行调控更为恰当两个调控系统，避免浪费提高效率阻遏系统高水平trp时，不转录低水平trp时，转录至LS

弱化系统细调原核生物细致的精细调控机制增强原核生物对环境的适应性

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牛牛文库文档分享第31页/共51页OrganizationofLacOperonandLacIOperonpromoterRibosomeinitiation

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牛牛文库文档分享第33页/共51页TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveComeon,letmethroughNowayJose!CAP

牛牛文库文档分享第34页/共51页TheLacOperon:

WhenGlucoseAndLactoseArePresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPLacRepressorRepressorXRNAPol.RNAPol.Great,Icantranscribe!Sometranscriptionoccurs,butataslowrateThislactosehasbentmeoutofshape

牛牛文库文档分享第35页/共51页TheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThislactosehasbentmeoutofshapeCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee…!

牛牛文库文档分享第36页/共51页TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresentRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingCAPcAMPCAPcAMPCAPcAMPBindtomePolymeraseRNAPol.RepressorRepressormRNAHeyman,I’mconstitutiveRepressorSTOPRighttherePolymeraseAlright,I’mofftotheraces...Comeon,letmethrough!

牛牛文库文档分享第37页/共51页AttenuationControl

牛牛文库文档分享第38页/共51页AttenuationControlHighTrpLevels

Ribosomeproceeds

Loop3/4forms

TranscriptionterminatesLowTrpLevels

Ribosomestalls

Loop2/3forms

Transcriptioncontinues

牛牛文库文档分享第39页/共51页40TrpOperonControlledbyAttenuationtrpRPO1234trpEtrpDtrpCtrpBtrpAattenuatorLeaderattenuationcanformundercertainconditionsbase-pairingcanoccurbetween1-22-33-4Attenuation

牛牛文库文档分享第40页/共51页41HighlevelsofTryptophaninCelltranscription&translationoccursimultaneouslyinProkaryotesleadertranscript(1)has2trpcodons(UGGUGG)ribosomesmovesfastalongtranscriptstem-loop3-4forms,polyUsafterearlyterminationoftranscription,translationstops(onlyleaderpeptideforms-hasnofunction)

牛牛文库文档分享第41页/共51页42LowLevelsofTryptophaninCellribosomestallsatUGGUGGinleadertranscript(1)stem-loop2-3forms,nopolyUaftertranscriptioncontinues

牛牛文库文档分享第42页/共51页43LowLevelsofotherAminoAcidsribosomestallswayearlystem-loops1-2&3-4form,polyUafterearlyterminationoftranscription

牛牛文库文档分享第43页/共51页TheTrpOperon:

WhenTryptophanIsPresentSTOPRighttherePolymeraseTrpTrpRepressorRepressorRepressorPromo.trpDtrpBLead.OperatortrpAtrpCtrpEAten.RNAPol.FoiledAgain!RepressormRNAHeyman,I’mconstitutive

牛牛文库文档分享第44页/共51页3’5’5’3’TranscriptionAndTranslationInProkaryotesRibosomeRibosome5’mRNARNAPol.

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Met-Lys-Ala-Ile-Phe-Val-AAGU