原核生物基因表達(dá)調(diào)控.ppt

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1、一.原核生物基因表達(dá)調(diào)控概述隨著生物個(gè)體的發(fā)育，DNA分子能有序地將其所承載的遺傳信息，通過密碼子-反密碼子系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)，執(zhí)行各種生理生化功能。科學(xué)家把從DNA到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達(dá)（geneexpression），對這個(gè)過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控（generegulation或genecontrol）。1.基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖維持個(gè)體發(fā)育與分化2.原核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)1）原核生物基因表達(dá)調(diào)控包括在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平和翻譯水平，但轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)是最有

2、效、最經(jīng)濟(jì)的方式，也是最主要的調(diào)節(jié)方式。2）原核生物基因的表達(dá)調(diào)控多以操縱子為單位進(jìn)行，即：將功能相關(guān)的基因組織在一起，同時(shí)開啟或關(guān)閉基因表達(dá)。3）基因調(diào)控的模式可分成兩大類，正調(diào)控和負(fù)調(diào)控，原核生物以負(fù)調(diào)控為主。3.原核基因表達(dá)調(diào)控的幾個(gè)概念1）順式作用元件和反式作用因子基因表達(dá)的產(chǎn)物(蛋白質(zhì)或RNA)從合成的場所擴(kuò)散到目標(biāo)場所而發(fā)揮作用的過程稱為反式作用（trans-acting），此基因表達(dá)產(chǎn)物被稱為反式作用因子（trans-actingfactor）。反式作用因子通常為的蛋白質(zhì)或RNA。順式作用

3、（cis-acting）:任一不轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏纹渌问降腄NA序列在原位發(fā)揮作用，影響與其相連的其它DNA序列的活性。順式作用元件（cis-actingfactor）：指對基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處在一個(gè)DNA分子上的基因。順式作用元件通常不編碼蛋白質(zhì)，多位于基因旁側(cè)或內(nèi)含子中。如：位于轉(zhuǎn)錄單位開始和結(jié)束位置上的啟動(dòng)子和終止子，都是典型的順式作用元件?；蚧钚缘恼{(diào)控主要通過反式作用因子和順式作用元件相互作用而實(shí)現(xiàn)。2）結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因組成基因/管家基因（constitutiv

4、egene,housekeepinggene）是指不大受環(huán)境變動(dòng)而持續(xù)表達(dá)的一類基因。如ＤＮＡ聚合酶，ＲＮＡ聚合酶等代謝過程中十分必需的酶或蛋白質(zhì)的基因。調(diào)節(jié)基因（regulatedgene）指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動(dòng)的一類基因。如：不同生長發(fā)育時(shí)期表達(dá)的一些基因。3）正調(diào)控和負(fù)調(diào)控正調(diào)控(positivecontrol)在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是關(guān)閉的，加入某種調(diào)節(jié)蛋白后基因活性就被開啟，這樣的調(diào)控為正轉(zhuǎn)錄調(diào)控。調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白調(diào)節(jié)蛋白負(fù)調(diào)控（negativecontro

5、l)在沒有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)存在時(shí)基因是表達(dá)的，加入這種調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)后基因表達(dá)活性便被關(guān)閉，這樣的調(diào)控負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白不轉(zhuǎn)錄，基因封閉4）激活蛋白和阻遏蛋白激活蛋白（activator)，在正調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)蛋白稱誘導(dǎo)蛋白或激活蛋白。和操縱基因結(jié)合后引起基因表達(dá)開放。阻遏蛋白（repressor),是負(fù)調(diào)控系統(tǒng)中由調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白。和操縱基因結(jié)合后引起基因表達(dá)關(guān)閉。倒位片段阻遏蛋白二、DNA水平調(diào)控1.細(xì)菌DNA重排對基因表達(dá)的影響鼠傷寒沙門菌鞭毛素基因的調(diào)節(jié)鼠傷寒沙門氏菌（S.

6、typhimrium）的相轉(zhuǎn)變（phasevariation）2.σ因子對原核生物轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控σ因子:原核生物RNA聚合酶的一個(gè)亞基，是轉(zhuǎn)錄起始所必需的因子，主要影響RNA聚合酶對轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的正確識別，這種σ因子稱σ70,此外還有分子量不同,功能不同的其他σ因子。在轉(zhuǎn)錄起始階段，σ因子識別特異啟動(dòng)序列；不同的σ因子決定特異編碼基因的轉(zhuǎn)錄激活，也決定不同RNA（mRNA、rRNA和tRNA）基因的轉(zhuǎn)錄。σ亞基在轉(zhuǎn)錄延長時(shí)脫落。在E.coli，不同類型的啟動(dòng)子需要不同類型的σ因子σ32調(diào)控?zé)嵝菘嘶颍╤

7、eatshockgenes）σ54/60調(diào)控氮代謝基因σF調(diào)控鞭毛基因σ43調(diào)控噬菌體基因枯草桿菌(B.subtilis)1.操縱子學(xué)說（theoryofoperon)1961年，法國巴斯德研究院的FrancoisJacob（雅各布）與JacquesMonod（莫洛）提出獲1965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)三.操縱子對基因表達(dá)的調(diào)控2.操縱子：是原核生物在分子水平上基因表達(dá)調(diào)控的單位，由啟動(dòng)子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因所組成。操縱基因受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的控制。操縱子可視為原核生物的轉(zhuǎn)錄單位，

8、它可以逐個(gè)地從原核生物基因組中分離出來，對其結(jié)構(gòu)功能加以研究。ＯＰ3.乳糖操縱子1)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白（阻遏蛋白）啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因Z編碼β-半乳糖苷酶：將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，還能將乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)乳糖Y編碼β-半乳糖苷透過酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。A編碼β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。3個(gè)編碼的結(jié)構(gòu)基因乳糖操縱子的控制模型，其