原核基因表达调控ppt课件

1、 转录程度转录程度transcriptional level转录后程度转录后程度post-transcriptional level 翻译程度翻译程度translation level翻译后程度翻译后程度post-translation levelIPOZYaIOO诱导剂诱导剂乳糖支配子的负调控乳糖支配子的负调控图图15-4l一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来封锁的形状转变为任务形状，即在某些物质的诱导下使基因活化低葡萄糖、高乳糖、高低葡萄糖、高乳糖、高cAMP时：时： Lac 阻遏蛋白不封锁转录阻遏蛋白不封锁转录, CAP+ cAMP 加强转录。加强转录。l有二个一样亚基的蛋白质

2、有二个一样亚基的蛋白质l一个与一个与DNA结合的结合的domainl一个与一个与cAMP结合的结合的domain IPOZYa条件条件2:低乳糖低乳糖条件条件3:低乳糖低乳糖条件条件4:高葡萄糖高葡萄糖低低cAMP高乳糖高乳糖 Lac 阻遏蛋白封锁转录时阻遏蛋白封锁转录时, CAP对该系统不发扬作用对该系统不发扬作用条件条件1:低葡萄糖低葡萄糖高高cAMP高乳糖高乳糖Lac 阻遏蛋白不封锁转录时阻遏蛋白不封锁转录时,没有没有CAP存在存在,也无高效转录活性。也无高效转录活性。Lac 阻遏蛋白不封锁转录阻遏蛋白不封锁转录, CAP+ cAMP 加强转录。加强转录。OOOOO图图15-5trpRt

3、rp前导肽前导肽转录终止构造转录终止构造图15-6The leader RNA and leader peptide of the trp operonLow TrpHigh TrpComplementary 2:3 Elongation of transcription Complementary 3:4 termination of transcription1 半乳糖支配子半乳糖支配子大肠杆菌半乳糖支配子大肠杆菌半乳糖支配子(galactose operon)包括包括3个构造个构造基因：基因： 异构酶异构酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)， 半乳糖半乳糖-磷

4、酸尿嘧啶核苷转移酶磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactose transferase, galT)， 半乳糖激酶半乳糖激酶(galactose kinase, galk)。这这3个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸。磷酸。GalR与与galE、T、K及支配区及支配区O等离得很远，而等离得很远，而galR产物对产物对galO的作用与的作用与lacI-lacO的作用一样。的作用一样。 gal支配子的特点： 它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开场转录； 它有两个O区，一个在P区上游-67-53，另一个在构造基因galE内部。l分析gal支配子P-O区的DN

5、A序列发现，该支配子确实存在两个相距仅5bp的启动子，可以分别起始mRNA的合成。每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。l 从S1起始的转录只需在培育基中无葡萄糖时，才干顺利进展，RNA聚合酶与S1的结合需求半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。从S2起始的转录那么完全依赖于葡萄糖，高程度的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。当有cAMP-CAP时，转录从S1开场，当无cAMP-CAP时，转录从S2开场。2 阿拉伯糖支配子阿拉伯糖支配子 阿拉伯糖阿拉伯糖(arabinose)是另一个可以为代谢提供碳源的是另一个可以为代谢提供碳源的五碳糖。在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需求五碳

6、糖。在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需求3个基个基因：因：araB、araA和和araD，分别编码，分别编码3个酶：个酶：araB基基因编码核酮糖激酶因编码核酮糖激酶(ribulokinase)，araA编码编码L-阿拉阿拉伯糖异构酶伯糖异构酶(L-arabinose isomerase)，araD编码编码L-核核酮糖酮糖-5-磷酸磷酸-4-差向异构酶差向异构酶(L-ribulose-5phosphate-4epimerase)。与。与araBAD相邻的是一个复合的启动相邻的是一个复合的启动子区域和一个调理基因子区域和一个调理基因araC，这个，这个AraC蛋白同时蛋白同时显示正、负调理因子的功能。

7、显示正、负调理因子的功能。AraBAD和和araC基因基因的转录是分别在两条链上以相反的方向进展的。在的转录是分别在两条链上以相反的方向进展的。在规范的遗传学图谱上，规范的遗传学图谱上，araBAD基因簇从启动子基因簇从启动子PBAD开场向左进展转录，而开场向左进展转录，而araC基因那么是从基因那么是从Pc向右转录。向右转录。lAraC蛋白作为PBAD活性正、负调理因子的双重功能是经过该蛋白的两种异构体来实现的。Pr是起阻遏作用的方式，可以与如今尚未鉴定的类支配区位点相结合，而Pi是起诱导作用的方式，它经过与PBAD启动子结合进展调理。在没有阿拉伯糖时，Pr方式占优势；一旦有阿拉伯糖存在，它

8、就可以与AraC蛋白结合，使平衡趋向于Pi方式。这样，阿拉伯糖的诱导作用就可以解释为阿拉伯糖与Pr的结合，使Pr分开它的结合位点，然后，产生大量的Pi，并与启动子结合。 3. 组氨酸支配子组氨酸支配子 与与His降解代谢有关的两组酶类被称为降解代谢有关的两组酶类被称为hut酶酶(histidine utilizing enzyme)，控制这些酶合成的支配子被称为，控制这些酶合成的支配子被称为hut operon。由一个多重调理的支配子控制，有两。由一个多重调理的支配子控制，有两个启动子，两个支配区及两个正调理蛋白。个启动子，两个支配区及两个正调理蛋白。Hut支配子共编码支配子共编码4种酶和一个

9、阻遏物。种酶和一个阻遏物。4种酶分别种酶分别由由hutG、hutH、hutI及及hutU基因编码，阻遏物那么基因编码，阻遏物那么由由hutC基因编码。在产气克氏菌中，以上基因构成基因编码。在产气克氏菌中，以上基因构成两个转录单位，两个转录单位，hutI、hutG、hutC和和hutU、hutH分别被转录合成两条分别被转录合成两条mRNA长链。这两个转录单位长链。这两个转录单位各自都有一个启动子和一个支配区，其转录过程都各自都有一个启动子和一个支配区，其转录过程都是从左向右进展的，是从左向右进展的，hutC阻遏物能与每个支配区相阻遏物能与每个支配区相结合。结合。l无论以组氨酸作为独一碳源或氮源，

10、hut支配子都会处于有活性形状。Hut支配子的每一个启动子上都有cAMP-CAP结合位点，当碳供应匮乏时，能合成cAMP，出现cAMP-CAP复合物，并与支配区上的相应位点结合，诱发基因转录。虽然尚不清楚氮源缺乏时的信号是什么，但它很能够也是一个正效应子。 I rRNA支配子大肠杆菌rRNA支配子rrnE上有两个启动子，P1和P2。P1是强启动子，营养充沛时，由P1起始的转录产物比由P2起始的转录产物高3-5倍。当营养匮乏时，P1的作用被抑制，但P2仍有功能。 II. 核糖体蛋白SI支配子核糖体蛋白SI支配子rpsA，它也受应急反响调理。RpsA有4个启动子，P1、P2是强启动子，平常主要依托

11、它们来启动基因的表达，合成SI蛋白。P3、P4是弱启动子，只需在紧急情况下，P1、P2启动子受ppGpp的抑制，由P3、P4起始合成的SI蛋白维持了生命的最低需求。 III. Dna Q蛋白支配子Dna Q蛋白是DNA聚合酶全酶的亚基之一，其主要功能是校正DNA复制中能够出现的错误。在RNA聚合酶活性较低时，支配子的转录由弱启动子P2控制；而RNA聚合酶活性较高时，就开场利用强启动子P1。 1 因子的调理因子的调理作用作用l细菌中一些非特异性的细菌中一些非特异性的DNA结合蛋白，用来维结合蛋白，用来维持持DNA的高级构造，这些蛋白称为组蛋白类似的高级构造，这些蛋白称为组蛋白类似蛋白蛋白hist

12、one-like proteinslH-NS包含包含2个构造域，个构造域，DNA结合构造域和蛋白结合构造域和蛋白蛋白相互作用构造域蛋白相互作用构造域l可以与基因的启动子区结合，对基因的转录起可以与基因的启动子区结合，对基因的转录起激活或抑制造用的激活或抑制造用的DNA结合蛋白称为转录调控结合蛋白称为转录调控因子因子lCRP、FNR、IHF、Fis、ArcA、NarL和和Lrp调控了调控了50基因的表达基因的表达l调控结果的差别调控结果的差别 l起始密码子的差别，GUG 14%, UUG 3%lRBS：SD序列构造及其与起始密码子之间的间隔lmRNA的二级构造lCsrAB调理系统，CsrA为RN

13、A结合蛋白，CsrB为RNA分子l糖原合成途径中酶的编码基因glg的mRNA的调控降解lmRNA结合蛋白可激活靶基因的翻译。BipA蛋白能激活fis mRNA的翻译lmRNA特异性抑制蛋白经过与核糖体竞争性结合mRNA分子来抑制翻译的起始。如在rRNA缺乏的情况下核糖体蛋白抑制本身mRNA的翻译l一些非编码的小RNA分子能与mRNA中的特定序列配对并改动所配对mRNA分子的构象，导致翻译过程被开启或封锁l 知dnaG和rpoD编码RNA聚合酶亚基及rpsU同一个支配子，而这3个基因产物在数量上却大不一样，每个细胞内仅有dnaG产物50拷贝，而rpoD为2800拷贝，rpsU那么高达40 000

14、拷贝之多。细胞经过翻译调控，处理了这个问题。l 研讨dnaG序列发现其中含有不少稀有密码子，也就是说这些密码子在其他基因中利用频率很低，而在dnaG中却很高。l 许多调控蛋白如LacI、AraC、TrpR等类似。高频率运用这些密码子的基因翻译过程极容易受阻，影响了蛋白质合成的总量。6. 重叠基因对翻译的影响重叠基因对翻译的影响 研讨研讨trpE和和trpD以及以及trpB和和trpA两对基因中两对基因中核苷酸序列与翻译耦联的关系，发现核苷酸序列与翻译耦联的关系，发现trpE基基因的终止密码子和因的终止密码子和trpD基因的起始密码子共基因的起始密码子共用一个核苷酸。用一个核苷酸。 l 由于tr

15、pE的终止密码子与trpD的起始密码重叠，trpE翻译终止时核糖体立刻处在起始环境中，这种重叠的密码保证了同一核糖体对两个延续基因进展翻译的机制。7. 魔斑核苷酸程度对翻译的影响 科学上，把培育基中营养缺乏，蛋白质合成停顿后，RNA合成也趋于停顿这种景象称为严紧控制rel+；反之那么称为松散控制rel-。研讨发现，在氨基酸缺乏时，rel+菌株能合成鸟苷四磷酸ppGpp和五磷酸pppGpp，而rel-菌那么不能。 GTP+ATPpppGpp+AMPppGpp ppGpp的主要作用能够是影响RNA聚合酶与启动子结合的专注性，从而成为细胞内严紧控制的关键。当细胞缺乏氨基酸时产生ppGpp，可在很大范围内做出应急反响，如抑制核糖体和其他大分子的合成，活化某些氨基酸支配子的转录表达，抑制与氨基酸运转无关的转运系统，活化蛋白水解酶等。l生物体内一些酶或蛋白质如