南京大学分子生物学第17讲

1、nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversitynanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversitynanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversitynanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity调控形式（一）半乳糖代谢1，半乳糖代谢相关的酶（1）半乳糖激酶（2）半乳糖转移酶（3）半乳糖表异构酶nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityunive

2、rsity2，代谢步骤（二）gal操纵元1，gal操纵元组成（1）结构基因（galk，galt，gale）（2）调节基因（galr）（3）p/o位点nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2 2， galgal操纵元的启动子操纵元的启动子（图（图8 89 9）（1 1）gal p1gal p1（2 2）gal p2gal p2nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（三）（三）camp-capcamp-cap对对galp1galp1和和gal p2gal p2的控制的控制

3、1 1，galgal启动子的启动子的camp-capcamp-cap结合结合位点位点（1 1）位置：）位置：-76-76 -47-47（2 2）序列特点（图）序列特点（图8 81010）nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2 2，camp-capcamp-cap对对s1s1转录转录的激活及对的激活及对s2s2转录的转录的阻遏阻遏对对galp1galp1对对galp2galp2nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（四）gal阻遏蛋白的作用机制1，gal阻遏蛋白的作用

4、位点2， gal阻遏蛋白可能的作用机制（1） gal阻遏蛋白与galoe结合，可能通过以下途径发挥作用nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（） gal阻遏蛋白与galoi结合可能导致两个操作子之间的dna形成环状结构，两个阻遏蛋白通过相互作用而强化了阻遏效应nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（五）gal操纵元双启动子的意义1，半乳糖的双重作用（1）作为细菌的碳源（2）udpgal是细菌细胞壁的重要前体2，双启动子的作用（1）galp1保证细菌可以利用半乳糖作为碳

5、源（2）galp2保证有葡萄糖存在时，细菌可以合成udpgalnanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity二、阿拉伯糖操纵元：具有双重功能（正调控和负调控）的调节蛋白(一)阿拉伯糖代谢酶基因的操纵元1，阿拉伯糖调控元（1）三个参与阿拉伯糖代谢的酶的基因的操纵元（2）调控元：由一个调节基因控制几个操纵元的系统nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，arabad操纵元的组成（1）结构基因（2）操纵元结构（图8-11）（二）arabad操纵元的调控nanjingnanjingn

6、anjinguniversityuniversityuniversity1，arac基因产物及其结合位点（1）arac基因对arabad正调控的遗传学证据（2）arac蛋白的2种形式（3）arac结合位点nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，对arabad操纵元起调控作用的因素（1）crep 对arabad 及arac的作用a，crep 与arao1结合b，crep 与arao2结合（2）cind对arabad 及arac的作用（3）camp-cap是arabad和arac表达的正调控因子nanjingnanjingnanji

7、nguniversityuniversityuniversity3，arabad操纵元的调控（图812）（1）无arac及camp-cap时，arac转录，但很快会被crep所阻遏（自身调控）（2）有arac，无camp-cap时，arabad和arac均不转录（3）有arac，阿拉伯糖及camp-cap时，arabad转录（4）cind 和camp-cap促进arabad转录的机制 促进rna聚合酶与arabad的结合并形成开放性启动子复合物nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity 三、 色氨酸操纵元：可阻遏系统（一） trp操纵

8、元的结构1， 结构基因及其编码的酶2，前导序列3，终止子4，调节基因nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（二）trp操纵元的阻遏调控1，trp的作用trp有两方面的作用（ 1 ） 对 已 有 的 酶 起 反 馈 抑 制（feedback inhibition）（2）作为trp无活性的阻遏蛋白的辅阻遏物nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，trpr的作用（1）trpr的活性形式（2）trpr的作用机制nanjingnanjingnanjinguniversityu

9、niversityuniversity第五节 基因表达的时序调控nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversitynanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity一、噬菌体基因表达特点概述（一）噬菌体基因组构成1，基因构成（1）转录和翻译所必需的基因 感染初期噬菌体均利用宿主的转录系统，随后噬菌体合成一些自身编码的蛋白质，对宿主的rna聚合酶进行替代或修饰，其结果是使转录系统优先转录噬菌体的mrna。噬菌体倾向于使用宿主的蛋白质合成系统nanjingnanjingnanjinguniver

10、sityuniversityuniversity（2）dna复制相关基因噬菌体常利用宿主的复制体系成分，这些基因与复制的起始有关，有的噬菌体基因组编码dna聚合酶和某些复制相关的蛋白质nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（3）噬菌体颗粒结构和装配相关基因通常，噬菌体的头部和尾部需要许多种蛋白质，因此，噬菌体晚期功能区构成了基因组的最大部分nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，遗传图谱的特点噬菌体的遗传图谱的组织常常反映其基因表达的顺序。在噬菌体中，操纵元的作用被

11、发挥到极致。编码功能相关的蛋白质的基因聚集成簇，使得少数几个调节蛋白质就可以控制整个基因组的表达，实现最经济的调控nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（二）溶菌周期的分期1，早期感染（early infection）：指噬菌体dna进入宿主到噬菌体dna复制开始的一段时间。这一时期主要是产生dna复制所需的酶nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，晚期感染（late infection）：指噬菌体dna复制开始到细菌裂解，释放后代噬菌体颗粒的一段时间。在这段时期，

12、噬菌体完成dna的复制、噬菌体颗粒的蛋白组分的合成。除此还需要合成组装蛋白和溶菌蛋白，帮助组装噬菌体颗粒和最终释放子代噬菌体nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（三）噬菌体基因表达的级联式控制q噬菌体的基因表达是在调节蛋白质的级联式控制进行的。前一个阶段的基因表达是后一个阶段基因表达所必需的。在每个阶段有一个或多个基因产物作为后续阶段的调节物。调节蛋白质可以是新的rna聚合酶、新的亚基和抗终止因子等nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity1，第一阶段的基因表达 噬菌体

13、感染第一个阶段的基因表达要依赖宿主的转录体系。这些基因常被成为早期基因（early genes），在噬菌体中称为极早期基因（immediate early genes）。这些基因的启动子和宿主基因的启动子是没有区别的。通常这个阶段只表达少数几个基因，其中总有一个基因编码下一批基因表达所必需的调节蛋白质nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，第二阶段的基因表达这个阶段表达的基因被称为迟早期基因或中期基因。这批基因通常在早期基因编码的调节蛋白质一出现就开始表达。此时宿主的基因表达常常被抑制nanjingnanjingnanjingu

14、niversityuniversityuniversity3，晚期基因表达当噬菌体dna复制开始，晚期基因开始表达。其转录是在第二阶段合成的调节蛋白质的控制下进行的nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity二、枯草杆菌中亚基的更迭（一）枯草杆菌噬菌体spo1早、中晚期基因表达的转换1，spo1生活史（1）早期：侵染侵染后45min（2）中期：侵染45min至812min（3）晚期：侵染812nin后nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2，spo1早、中、晚期基因表达过程

15、中亚基的替换（图816）（1）含55的rna聚合酶全酶负责早期基因的转录 早期基因产物gp28：分子量28kda的亚基 gp28取代55与核心酶结合，使rna聚合酶识别中期基因的启动子 不同亚基的替换取决与核心酶结合的亲和力nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（2）含gp28的rna聚合酶全酶负责中期基因的转录gp33、gp34表达，并取代gp28（以及55）与核心酶结合，使rna聚合酶识别晚期基因的启动子nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（3）以gp33-gp

16、34为亚基的rna聚合酶全酶负责晚期基因的转录nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（二）枯草杆菌子孢子生成过程中亚基的替换nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity1 1，枯草杆菌不同生长时期，枯草杆菌不同生长时期亚基的亚基的替换替换（1 1）营养生长时期）营养生长时期含含5555的全酶：识别营养生长有关的全酶：识别营养生长有关基因的转录和孢子形成最初所需要基因的转录和孢子形成最初所需要的基因的基因2828含量很少含量很少3232含量不到总量的含量不到总量的1 1nan

17、jingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（2 2）营养耗竭及孢子形成反应）营养耗竭及孢子形成反应时期时期含含2828的全酶：负责转录孢子的全酶：负责转录孢子生成的信号探测基因，以及起生成的信号探测基因，以及起始孢子形成反应的基因始孢子形成反应的基因nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（3 3）孢子形成早期）孢子形成早期3737代替代替5555，含，含3737的全酶能识的全酶能识别早期孢子形成基因的启动子别早期孢子形成基因的启动子 3232负责识别某些基因的启动负责识别某些基

18、因的启动子子nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（4 4）孢子形成中、晚期）孢子形成中、晚期2929代替代替3737，含，含2929的聚的聚合酶负责中、晚期孢子形合酶负责中、晚期孢子形成基因的转录成基因的转录nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2 2，不同，不同亚基识别不同的启动子亚基识别不同的启动子每种每种亚基识别的启动子都有各亚基识别的启动子都有各自的结构特征自的结构特征4 4，不同，不同亚基的作用机制亚基的作用机制 亚基可能直接识别启动子的特亚基可能直接识别

19、启动子的特性性nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity二、二、t t7 7噬菌体生长过程中用噬菌体噬菌体生长过程中用噬菌体rnarna聚合酶代替寄主的聚合酶代替寄主的rnarna聚合酶聚合酶（一）（一）t t7 7 噬菌体概况噬菌体概况1 1，t t7 7噬菌体的特点噬菌体的特点 是感染大肠杆菌的烈性噬菌体是感染大肠杆菌的烈性噬菌体 由二十面体的头部和非常小的尾部构由二十面体的头部和非常小的尾部构成成 基因组由基因组由39936bp39936bp的线状双链的线状双链dnadna组成，组成，编码编码5050个基因个基因nanjingn

20、anjingnanjinguniversityuniversityuniversity2 2， t t7 7 噬菌体生长周期噬菌体生长周期生长周期：可分为早期阶段和生长周期：可分为早期阶段和晚期阶段，晚期阶段，3030 c c时为时为2525分钟分钟生长周期的特点：生长周期的特点：dnadna注射非常注射非常缓慢，是基因调控的手段之一缓慢，是基因调控的手段之一生长周期可分为早期阶段和晚生长周期可分为早期阶段和晚期阶段期阶段nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（二）（二）t t7 7 噬菌体的基因噬菌体的基因1 1， t t7 7

21、 噬菌体基因及其产物噬菌体基因及其产物（1 1）早期及晚期基因（图）早期及晚期基因（图8 81919） 早期基因及其转录产物早期基因及其转录产物i i：第一组：第一组（早期）基因属于极早期基因，在噬（早期）基因属于极早期基因，在噬菌体进入细菌后由宿主的菌体进入细菌后由宿主的rnarna聚合酶聚合酶表达。其产物中有干扰宿主基因表达表达。其产物中有干扰宿主基因表达的酶和噬菌体的酶和噬菌体rnarna聚合酶。后者负责聚合酶。后者负责部分早期和整个晚期基因的表达部分早期和整个晚期基因的表达nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity晚期基因及其

22、转录产物晚期基因及其转录产物iiii：编码与编码与dnadna复制有关的蛋白复制有关的蛋白质质晚期基因及其转录产物晚期基因及其转录产物iiiiii：编码与噬菌体颗粒的结构和编码与噬菌体颗粒的结构和组装有关的蛋白质组装有关的蛋白质nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（2 2） t t7 7 噬菌体基因的启动子位置噬菌体基因的启动子位置和终止位点（图和终止位点（图8 81919）早期启动子：早期启动子：a1a1、a2a2和和a3a3，由大肠，由大肠杆菌杆菌rnarna聚合酶识别聚合酶识别第二组启动子：第二组启动子：1010个个第三组

23、启动子：第三组启动子：5 5个个复制启动子：复制启动子： ol ol， or or终止位点：终止位点：t te e，t t ， t7t7末端末端nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（3 3）t t7 7噬菌体基因噬菌体基因mrnamrna的合成的合成及转录后处理（图及转录后处理（图8 82020）t t7 7噬菌体噬菌体mrnamrna有宿主有宿主rnarna酶酶iiiiii能够识别的发夹结构，可以被能够识别的发夹结构，可以被rnarna酶酶iiiiii切割释放出各个基因切割释放出各个基因的的mrnamrnananjingnan

24、jingnanjinguniversityuniversityuniversity2 2，t t7 7噬菌体噬菌体rnarna聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（表（表8 86 6）（1 1） t t7 7噬菌体噬菌体rnarna聚合酶识别的序列聚合酶识别的序列 23bp23bp（-17+6-17+6）的高度保守序列）的高度保守序列（2 2） t t7 7噬菌体的弱启动子噬菌体的弱启动子 ol ol，第二组启动子，第二组启动子 结构特点：有结构特点：有2727个碱基不同于一致序列个碱基不同于一致序列nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniver

25、sity（3 3） t t7 7噬菌体的强启动子噬菌体的强启动子第三组启动子，第三组启动子， or or结构特点：与一致序列相同结构特点：与一致序列相同nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（三）（三）t t7 7 噬菌体基因表达的调控噬菌体基因表达的调控1 1，早期转录产物，早期转录产物i i的形成的形成（1 1）寄主）寄主rnarna合成体系负责转录早期基因合成体系负责转录早期基因（2 2）重要的早期基因）重要的早期基因 基因基因0.30.3：产物能抑制寄主的限制酶：产物能抑制寄主的限制酶 基因基因0.70.7：产物为蛋白激酶

26、，能使宿主：产物为蛋白激酶，能使宿主rnarna聚合酶因磷酸化而失活聚合酶因磷酸化而失活 基因基因1 1：产物为：产物为t t7 7 rnarna聚合酶聚合酶nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity2 2，第，第组基因的表达组基因的表达（1 1）基因）基因2 2 产物为宿主产物为宿主rnarna聚合酶抑制剂聚合酶抑制剂（2 2） 3.53.5基因产物基因产物 参与参与dnadna复制和转录的抑制复制和转录的抑制 同时也负责细胞的裂解（又称同时也负责细胞的裂解（又称t t7 7溶菌溶菌酶）酶）nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity（3 3）t7 t7 噬菌体对寄主噬菌体对寄主rnarna合合成体系的接管成体系的接管0.70.7，1 1，2 2基因产物作用的结基因产物作用的结果使宿主的转录体系关闭，果使宿主的转录体系关闭，噬菌体建立自己的转录体系噬菌体建立自己的转录体系nanjingnanjingnanjinguniversityuniversityuniversity3 3，第，第类启动子的转录类启动子的转录（1 1）可能由于基因）可能