第七章原核生物表达调控图

第一节概述第七章原核生物基因表达调控P194-195负转录调控（阻遏蛋白）负控诱导负控阻遏正转录调控（激活蛋白）正控诱导正控阻遏可诱导调节：乳糖操纵子可阻遏调节：色氨酸操纵子弱化子调节：色氨酸操纵子降解物阻遏：葡萄糖效应（cAMP）细菌的应急反应：信号－鸟苷四磷酸或鸟苷五磷酸诱导物－空载tRNA第二节操纵子学说操纵子模型

1.操纵子的发现

2.操纵子的结构Lac操纵子的调控机理

1.可诱导的负调控

2.可诱导的正调控FrancisJacob

JacquesMonod

DiscoveryofOperon1961年,F.Jacob&J.Monod提出,此后不断完善，获1965年诺贝尔生理医学奖。1940年，Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽后，才利用乳糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿，即产生“二次生长曲线”。细胞中存在两种酶，即组成酶与诱导酶。诱导酶产生的实验证据：诱导前后酶的表达情况有何变化？分解底物的酶只有当底物存在时才出现！培养基（35S-aa,无乳糖）→E.coli繁殖→细胞有放射性

→培养基（无35S-aa,加入乳糖）→β-gal(无35S)2.诱导酶是由酶前体转化而来，还是新酶合成的？乙酰基转移酶半乳糖苷透过酶ß-半乳糖苷酶操纵区乳糖操纵子的结构（P201）调节基因1.非代谢诱导物，安慰诱导物gratuitousinducer（P201）

可诱导半乳糖苷酶产生，但不是其底物异丙基半乳糖苷（IPTG）巯甲基半乳糖苷（TMG）O-硝基半乳糖苷（ONPG）在研究诱导作用时，很少使用乳糖2.本底水平的组成型合成（P203）乳糖→异乳糖原核生物基因表达调控ß-半乳糖苷酶乳糖代谢生成诱导物葡萄糖半乳糖异乳糖乳糖操纵子的调控机制：负调控（负控制）：阻遏蛋白的调控作用lacIPOlacZlacYlacALac操纵子被关闭阻遏蛋白单体阻遏蛋白四聚体无诱导物时lacIPOlacZlacYlacAß-半乳糖苷酶透过酶转乙酰基酶无活性阻遏蛋白诱导物Lac操纵子被诱导物开启有诱导物时无诱导物→阻遏蛋白有活性→lac操纵子关闭有诱导物→阻遏蛋白无活性→lac操纵子开启转录原核生物基因表达调控对称轴，+11对称序列，6bp阻遏蛋白的结合位点－－lacO的结构2.正调控：cAMP-CRP的调控作用（P204）cAMP-CRP促进结构基因转录，使操纵子开启I-70~-50II-50~-40cAMP-CRP复合物与启动子的结合是lacmRNA合成起始所必需的，有利于形成稳定的开放型启动子－RNA聚合酶结构（P206）。CAP,cataboliteactivatorproteinCRP,catabolitereceptorprotein由crp编码环腺苷酸cAMPcAMP受葡萄糖代谢的影响：葡萄糖代谢的中间产物抑制cAMP合成或促进cAMP分解

葡萄糖对lac操纵子表达的抑制是间接的有葡萄糖→无cAMP→CRP不结合→操纵子关闭无葡萄糖→有cAMP→cAMP-CRP结合→操纵子开启第三节色氨酸操纵子Trp操纵子的结构可阻遏的负调控-----粗调弱化系统------细调一、Trp操纵子的结构（P209）阻遏蛋白基因R启动子P，-40~+18操纵位点O,-21~+1前导序列L,+1~+162结构基因E、D、C、B、ATrp无活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白trp操纵子被关闭有色氨酸时：二、可阻遏的负调控原核生物基因表达调控trp操纵子被开启无色氨酸时：无活性的阻遏蛋白trpRtrpPtrpOtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA原核生物基因表达调控trpO-21~+1，反向重复序列trpP-40~+18活性阻遏物结合trpO与RNApol结合启动子发生竞争Trp操纵子的操纵区完全位于启动子内三、弱化作用

attenuation（P211）1弱化子（衰减子，α）α弱化子，衰减子，α原核生物基因表达调控4321POELDNARNAATGTGA2trpcodons14322.前导序列的分区及二级结构弱化子抗终止子

前导肽14aa3.前导肽前导肽的翻译（Trp浓度）决定弱化子是否形成，进而决定转录是否继续。高色氨酸时RPOleadingseq.EDCBAtrp+为什么需要阻遏体系？当大量外源Trp存在时，阻遏系统起作用，阻遏物与之结合，阻止前导RNA合成。当trp浓度降低时，RNApol启动，但在L.S.处脱落，转录中断RPOleadingseq.EDCBATrp减少+不足以结合O位点为什么需要弱化系统？

为什么需要弱化系统？弥补阻遏作用的不足，因为阻遏只能使转录不起始，而弱化能使已经起始的转录中途停止。当trp浓度降低时，阻遏物从有活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发trp合成，因此需要一个能快速作出反应的系统（抗终止子），以保持培养基中适当的Trp水平。细菌演化出弱化系统的生物学意义通过tRNA负载与否进行调控，更为灵敏氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而tRNA负载为标准进行调控更为恰当两个调控系统，避免浪费提高效率阻遏系统大量trp时，不转录无trp时，转录全部结构基因弱化系统高水平trp时，转录至前导RNA低水平trp时，转录全部结构基因原核生物细致的精细调控机制增强原核生物对环境的适应性第四节其他操纵子半乳糖操纵子阿拉伯糖操纵子3个结构基因：

galE，异构酶(UDP-galactose-4epimerase,)，