遗传学教学课件：原核生物基因表达调控

原核生物基因表达调控概念及意义基因表达是结构基因在生物体内的转录、翻译以及所有的加工过程。任何影响基因的开启与关闭、转录和翻译过程速率的直接或间接因素的作用，就是对基因表达的调控意义：

适应环境、维持生长和增殖（原核、真核）

维持个体发育与分化（真核）原核生物的特点单细胞生物，没有核膜和明显的核结构基因组是单个染色体，DNA未与蛋白质结合，且绝大部分DNA都为编码序列，很少重复序列DNA上功能相关的基因构成操纵子或高度集中，转录成多顺反子的mRNA第一节原核生物基因的转录与翻译一、转录的起始转录是原核生物基因表达的主要调控点。基因的转录主要涉及两个方面，一是RNA合成的酶系；一是RNA合成起始的信号，也就是DNA分子上的特定序列。酶系RNA聚合酶全酶=核心酶+σ因子,作用是启动子的选择和转录的起始.核心酶=2xα+

+

’+ω,作用是mRNA链的延伸.催化中心=

+

’.σ因子的作用是识别不同的启动子,增强聚合酶对启动子DNA序列的亲和力.核心酶大肠杆菌RNA聚合酶的组成起始信号定义:指一段位于结构基因5’上游区的DNA序列,能活化RNA聚合酶,使之与模板DNA准确相结合并具有转录起始的特异性.结构基因:DNA分子上转录出RNA的区段启动子(promoter)1.启动子区的特殊序列:Pribnowbox:位于转录起点上游10bp处,又称-10区,是RNA聚合酶的紧密结合位点,具有保守的TATAAT序列.Sextamabox:位于转录起点上游35bp处,又称-35区,提供RNA聚合酶全酶识别的信号.具有保守的TTGACA序列.2．启动子的CAP位点在启动子上除了RNA聚合酶进入位点外，在上游部位还有一个代谢分解物基因激活蛋白（catabolitiegeneactivationprotein，CAP）位点是cAMP与其受体蛋白（cyclinAMPreceptorprotein，CRP）复合物的结合位点。CAP由cap基因编码，是原核生物基因表达的一种正调节蛋白，当它与cAMP形成复合物后，能改变构象，提高对启动子的亲合力，促进转录进行。有些依赖于CAP的启动子常缺乏一般启动子所具有的典型的-35区的序列特征，影响RNA聚合酶与其结合，而CAP的存在可以明显提高酶同启动子结合的常数。CAP位点在不同基因中表现出一定的保守性，而且具有回文对称的特点。乳糖启动子有两个CAP结合位点位点Ⅰ：一个是-70到-50（位点Ⅰ），位点Ⅰ含一个反向重复序列，看来这是大多数强结合位点的特征位点Ⅱ：另一个是在-50到-40（位点Ⅱ），位点Ⅱ是一个很弱的结合部位，但是当cAMP-CAP复合物结合于位点I时，位点II结合cAMP-CAP复合物的能力显著提高，这是协同性（coopertivity）的结果。位点Ⅱ一旦被占据，那么RNA聚合酶便能到位并很快与-35区结合然后再与-10区结合，启动转录。至于半乳糖操纵子内的cAMP、CAP的调节作用则更为复杂（图9—2），但都表明一个操纵子的一组基因有两道控制开关，只有两道开关同时打开，基因才能进行转录。二、转录的终止终止子（terminator）DNA上提供转录停止信号的一段序列称为终止子，是一个基因的末端或是一个操纵子的末端的一段特定序列。所有原核生物的终止子都有一些共同的序列特征，即在转录终止点之前有一段回文结构，因而所产生的mRNA可形成茎环状的发夹结构，它可使RNA聚合酶的移动停止或减缓。大肠杆菌的终止子分为两类：强终止子:内部终止子,不需要ρ因子(rhofactor),称为ρ因子非依赖性的终止子(Rho-independentterminator).

弱终止子:需要ρ因子,称为ρ因子依赖性的终止子(Rho-dependentterminator).

因子

因子：分子量为200kDa的六聚体蛋白(NTP酶),水解各种核甘三磷酸促使新生RNA链从三元转录复合物中解离出来,从而终止转录.依赖于ρ因子的转录终止区DNA序列无共性，ρ因子不能识别这些终止位点。

因子依赖性的终止RNA合成起始以后，ρ因子即附着在新生的RNA链上,靠ATP水解产生的能量，沿着5’→3’方向朝RNA聚合酶移动,到达RNA的3’-OH端后取代暂停在终止位点上的RNA聚合酶,使之从模板DNA上释放出来,同时释放mRNA,完成转录过程.

因子非依赖性的终止由基因序列决定的终止,终止位点上游存在富含GC碱基的二重对称区,由这段DNA转录产生的RNA形成发卡式结构(hairpin)

.在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列,所以转录产物的3’端为寡聚U，这种结构特征可以决定转录的终止发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元复合物中解离出来发夹结构寡聚U三、翻译原核生物中，mRNA的转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里，而且这两个过程几乎是同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录时就被引发SD序列是mRNA链上与核糖体的结合部位，直接参与翻译的起始第二节原核生物的基因调控原核生物基因调控环节转录水平上的调控转录后水平上的调控①

mRNA加工成熟水平上的调控②

翻译水平上的调控原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平上，这样可以最有效且最为经济地从基因表达的第一步予以控制（二）乳糖操纵子操纵子模型的提出1961年，Monod和Jacob提出获1965年诺贝尔生理学和医学奖1.操纵子的定义操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。操纵基因受调节基因产物的控制。操纵基因启动子β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷透过酶β-半乳糖苷乙酰基转移酶mRNA2.乳糖操纵子调控模型①Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码②这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I与O之间的启动子区（P），不能单独起动合成β-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程③操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点④当阻遏物与操纵基因结合时，lac

mRNA的转录起始受到抑制⑤诱导