第六章 基因表达调控

第6章基因表达的调控(ControllingoftheGeneExpression)第一节基因表达调控的概述第二节乳糖操纵元（LacOperon）第三节TrpOperon及弱化作用机理第一节基因表达调控的概述基因表达调控(generegulationorgenecontrol):任何影响基因转录过程和翻译过程的开启、关闭和这两个过程速率的较为直接的因素及其作用涉及：RNA转录的开/关，数量，选择性加工蛋白质翻译速率，数量，加工与降解和分泌…原核生物对环境的适应，相关的应答真核生物的细胞分化,组织特化,个体发育以及环境对个体表型的影响都是基因表达的结果Prok.和Euk.的调控极其相似调控机制：核酸分子间的互作核酸与蛋白质分子间的互作蛋白分子间的互作调控层次：转录水平上的调控

mRNA加工成熟水平上的调控翻译水平上的调控翻译后水平的调控共同的起源与共同的分子基础★正调控系统:没有调节蛋白存在时，结构基因是关闭的，而加入有活性的调节蛋白后,结构基因的表达活性被开启无辅基诱导物或激活物★负控制系统:没有调节蛋白存在时，结构基因是开启的，加入这种有活性的调节蛋白后，结构基因表达活性被关闭阻遏蛋白★所谓“关闭”指表达水平很低本底水平的基因表达(1～2个mRNA分子／细胞周期)“开启”也常有程度的差异第二节乳糖操纵元★操纵元(Operon):Prok.中,基因表达调控的一个完整单元,包括结构基因和控制区(O、P)以及调节基因的整个核苷酸序列。♫P、O紧密连锁或彼此重叠，I基因位点不固定顺式作用元件、反式作用因子一、乳糖操纵元1960Jacob&Monod（法国）(1965)1、结构:2、调节基因I产物为阻遏蛋白,四聚体为活性形式转录方式为组成型转录LacI的表达效率很低,原因—其启动子与RNApol的亲和性很低阻遏蛋白有两个结合位点:操作子位点、诱导物位点二、LacOperon的负调控1、细胞内无诱导物时,呈阻遏状态阻遏蛋白和操作子的结合,影响了RNApol在-10序列上形成开放型的启动子复合物2、细胞内有诱导物时,呈诱导状态诱导物与阻遏蛋白迅速结合而改变其构象→→→从O上解离→→→RNApol3、诱导物♫异乳糖(allolactose)乳糖进入细胞后，由β-半乳糖苷酶催化产生♫β-半乳糖苷酶来源于乳糖操纵元的本底组成型合成RNApol利用LacO处于游离状态的瞬间进行转录(阻遏蛋白与LacO有10min～20min的结合半衰期)一个mRNA／细胞周期♫安慰诱导物（义务诱导物）可诱导半乳糖苷酶产生但不是其底物*IPTG，异丙基-β-D硫代半乳糖苷*TMG，巯甲基半乳糖苷*ONPG，O-硝基半乳糖苷LacRepressor=tetramer三、LacOpreon的正调控－－CAP-cAMP复合物cAMPcAMPCAP蛋白正调控机制：•葡萄糖缺少时，腺苷酸环化酶将ATP→cAMP，cAMP与CAP位点结合,此时启动子的进入位点才能与RNApol结合•葡萄糖存在时，cAMP不能形成，没有CAP－cAMP与CAP位点结合，启动子的RNApol进入位点不能结合RNApolLowglucose=highcAMP总结lacoperontranscription-controlregion正控制：CAPprotein负控制：repressor第三节TrpOperon及弱化作用机理一、结构♫结构基因♫末端---终止子trpt’(依赖ρ)、trpt(不依赖ρ)邻氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶Trp合成酶♫相距很远的trpR编码阻遏蛋白其活性形式为四聚体,并且只有结合trp时才有活性♫控制区域P、O和前导区及弱化子♫trpO与tepE之间的162bp的前导区可转录到mRNA中♫trpO的结构*位于trpP内，20bp，有完美的IR序列*trpP有正常的－35和－10区，－10区完全在trpO内二、阻遏调控机制无trp时有trp时无活性二、弱化作用控制-----基因转录的翻译调控通过核糖体对前导区的翻译而对转录进行调控弱化子（attenuator):TrpOperon中trpE前的一段非结构基因的对应序列（123－150），其中包括不依赖ρ因子的终止子，由于翻译的作用使转录终止，这段序列称为…(衰减子)发现－－－缺失增加结构基因的表达，且与阻遏蛋白无关弱化子调控的表现：（与阻遏蛋白的负调控结果类似）*无trp时，所有RNApol都能通过弱化子*有trp时，部分逃过阻遏蛋白监督的RNApol在弱化子处大部分被扣留，而只有10％能通过1、TrpOperonmRNA的前导序列结构♦下游---14aa的前导肽的ORF，其中两个相连的trp的codonUGG(60位)对弱化作用的实现起重要作用♦下游长28bp的不依赖ρ因子的终止子为弱化子的核心部分♦前面有核糖体结合位点（S－D序列）2、前导序列的二级结构决定RNApol在弱化子处是终止转录还是继续转录

★序列1和2、3和4配对时，RNApol在3、4区的不依赖ρ因子的终止子处终止,其后的trpE等基因表达受到限制★序列2和3配对时，RNApol继续转录，使前导序列后