微生物的基因表达调控课件

第十一章微生物基因表达调控

（RegulationofGeneExpressioninMicrobes）1内容基因表达调控背景微生物酶活性的调节基因表达的诱导和阻遏*微生物基因表达调控的基本方式*＃酵母菌基因表达的调控2基因表达调控背景3基因表达：遗传信息从遗传物质向蛋白质传递的过程。基因表达=基因转录+翻译基因表达的调控:

生物体随时调整不同基因的表达状态,以适应环境、维持生长和发育需要基因表达调控的两种机制：控制酶的活性（翻译后）控制酶的合成（转录、翻译）4第一节微生物酶活性的调节5反馈抑制的机制：酶的变构性（allostery）Allostericinhibitor7酶的变构调节8二.共价修饰（covalentmodification）在修饰酶的催化下，小分子有机物向某种酶的添加或解离过程。如糖原合成酶的（去）磷酸化，可调节酶的活性10第二节微生物酶合成的调节11一.酶的诱导诱导（induction）

底物存在时才合成，多见于分解代谢诱导型酶（inducibleenzyme）：当底物存在时才合成的酶类。如分解乳糖的β-半乳糖苷酶组成型酶（constitutiveenzyme）：在所有生长条件下都以相同量表达的酶类。12三.效应物

诱导物、辅阻遏物

总蛋白细胞数β-半乳糖苷酶总蛋白细胞数精氨酸合成酶添加乳糖或IPTG添加精氨酸14第三节微生物基因表达调控的

基本方式15IPOZYA控制位点结构基因DNA阻遏蛋白启动子操纵区β半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶如：乳糖操纵子（lactoseoperon）调控基因17乳糖操纵子的结构18转录从哪里开始？Promoter！19转录在哪里终止？terminator！20基因表达的主要调控方式

阻遏负调控:调控蛋白+DNA序列→基因表达(相应蛋白质减少)促进正调控:调控蛋白+DNA序列→基因表达

(相应蛋白质增加)21原核生物基因表达的调控方式特点调控机制

--操纵子负调控正调控转录翻译偶联快速乳糖操纵子--负、正调控

转录起始的调控

色氨酸操纵子--负调控

转录终止的调控22241.乳糖不存在时，阻遏蛋白I结合在O上，阻碍转录起始25二.转录的正调控(positiveregulation)——由活化蛋白参与的基因转录调控作用如乳糖操纵子CAP的正调控(catabolitegeneactivatorprotein)CAP+cAMP→

lacoperon的活化区诱导DNA弯曲，启动子与RNA聚合酶结合，转录速率提高20倍2728活化蛋白与DNA和RNA聚合酶的相互作用1.邻近时，活化蛋白直接与RNA聚合酶作用2.相隔数百个bp时，活化蛋白通过DNAlooping，使RNA聚合酶易于与DNA正确结合APRNApolRNApolAPDNADNAPP29三.弱化作用（attenuation）一个完整转录物的数目在减少，即使起始阶段的转录物数目相同。RNA合成起始后、终止前的调控30如：色氨酸操纵子结构基因E、D、C、B、A前导区控制位点（操纵区O、启动子P）E前导区OPDCBARP31前导区的结构和功能162nt，富含GC，前端编码14aa的前导肽色氨酸水平→前导肽是否翻译完→前导区的二级结构→下游基因是否转录32前导区可能的两种二级结构33衰减子弱化作用的机制34四.σ因子的更替（σfactorsalternation）细菌的RNA聚合酶

1、2、β、β’→核心酶

σ因子：帮助核心酶识别启动子区更替？不同的σ因子识别不同基因的启动子，使RNA聚合酶转录不同的基因35一）大肠杆菌的热激反应Heatshock细胞质型：

σ70→σ32→新的基因产物→适应热变化二）枯草芽孢杆菌芽孢发育

σ因子的更替→抑制营养生长，促使芽孢发育三）其他36E.coli的不同σ因子识别不同的顺序因子基因功用-35顺序间隔距离-10顺序σ70rpoD正常状态TTGACA16-18bpTATAATσ32rpoH热休克CNCTTGAA13-15bpCCCCATNTσ60rpoN氮的利用CTGGNA6bpTTCGA37五.全局调控（Globalregulation）微生物对环境变化的反应，常需要同时调控许多不同基因的表达，这种控制机制是在较为广泛的基础上起作用的，所以称为全局调控。涉及的基因：调节子（regulon）刺激子（stimulon）38一）降解物阻遏Cataboliterepression表现：微生物的二次生长机制：转录控制CAP+cAMP→

lacoperon的活化区有葡萄糖，抑制cAMP的合成，并促进其向胞外运输，使胞内cAMP浓度低，难以激活转录问：lacoperon表达需满足哪些条件？39二）群体感应Quorumsensing表现：细胞到达一定密度时，才表现某种行为机制：由信号分子调控的自身诱导产生足够的信号分子和群体依赖蛋白如：生物发光，抗生素产生，芽孢形成的刺激等RRRHSLS合成酶群体依赖蛋白DNAmRNAG-细菌的群体感应HSLS调控蛋白？40三）双组分调控系统表现：环境信号不直接传递到调控蛋白机制：双（多）组分调控的信号转导

传感蛋白响应调节蛋白

如：大肠杆菌同化磷酸盐，根瘤菌固氮等PATPPPRNAP磷酸化酶催化调控蛋白？41有些响应调节蛋白调节基因转录有些调节鞭毛转动42四）SOS调控系统大范围的DNA损伤引起细胞许多功能的变化如细胞突变，温和噬菌体启动裂解循环机制：DNA损伤→RecA蛋白活化→降解LexA阻遏蛋白→启动多个基因的表达4344第四节酵母菌基因表达的调控45一.真核生物基因表达调控的特点1.表达调控的环节多2.转录与翻译不偶联3.基因的转录与染色质的结构变化相关4.表达以正调控为主46真核生物转录水平的调控顺式作用元件、反式作用因子启动子结构基因增强子沉默子mRNA转录因子1转录因子2RNA聚合酶II终止子47二.酵母菌半乳糖代谢酶类的调控半乳糖→葡萄糖-1-磷酸代谢酶：GAL1，GAL7，GAL10

基因：紧密连锁(2)，但单独转录，诱导型GAL7GAL10GAL148组成型和非诱导型突变基因产物杂合子GAL1,GAL7,GAL10的合成Gal表型GAL80(8)阻遏蛋白gal80/gal80gal80/GAL80组成型诱导型++GAL4(16)正调控蛋白g