《基因的调控与发育》PPT课件

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1、生物的遗传信息以基因的形式储藏在细胞的DNA分子中的。随着个体的发育，DNA有序地将遗传信息通过转录和翻译转变成蛋白质，执行各种生理生化功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质，叫做“基因表达”，对这个过程的调节就称为“基因表达调控”。1基因表达与调控1生物的所有基因不是同时全部都表达，大肠杆菌含有约4000个基因，一般情况下只有5－10%在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，有的就暂时不表达。基因表达调控是现阶段分子生物学研究的中心课题。要了解动、植物生长发育的规律、形态结构特征和

2、生物学功能，就必须弄清楚基因表达调控的时间和空间概念。21.1基因表达的时间性与空间性时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性（temporalspecificity）。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stagespecificity）。3空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性（cellortissuespecificity）。在个体生长全过程，某

3、种基因产物在个体按不同组织空间出现，称之为基因表达的空间特异性（spatialspecificity）。4生物的基因表达不是杂乱无章的，而是受着严密、精确调控的，不仅生命的遗传信息是生物生存所必需的，而且遗传信息的表达调控也是生命本质所在。从上所述，不难看出：5组成性表达(constitutiveexpression)诱导和阻遏表达(inductionandrepressionexpression）1.2基因表达的方式6组成性表达：某些基因产物对生命全过程是必需的或必不可少的。这类基因在一个生物

4、个体的几乎所有细胞中持续表达，称为管家基因（housekeepinggene）。管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。7诱导和阻遏表达有一些基因表达极易受环境变化影响，在特定环境信号刺激下，这些基因的表达或是被激活（诱导），或是被抑制（阻遏）。诱导表达是属于基因表达的“正调控”，阻遏表达是属于基因表达的“负调控”。81.2原核基因的调控——操纵子学说1960年，法国的Monod与Jacob在《法国科学院院报》上发表了一篇论文，提出“乳糖操

5、纵子学说”，认为乳糖代谢中的两个基因被一靠近它们的遗传因子所调节。他们首先提出了操纵子（operon）和操纵基因（operator）的概念，这一学说使我们从分子水平开始认识基因表达的调控，具有划时代的意义，因此他们二人于1965年荣获诺贝尔生理学奖。9需要两种酶：β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷透性酶大肠杆菌的乳糖代谢10IPOZYA控制位点结构基因DNA启动子操纵子β半乳糖苷酶半乳糖苷酶通透酶半乳糖乙酰转移酶调控基因1.2.1乳糖操纵子的结构阻遏蛋白11β-半乳糖苷酶：一种β-半乳糖苷键的专一性酶，

6、除能将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。β-半乳糖苷乙酰基转移酶：把乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。121.2.2乳糖操纵子的负调控无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵基因上，阻止转录过程，基因关闭；有乳糖存在时，乳糖与阻遏物结合，使阻遏物不能结合操纵基因，基因开放。13IPOZYA控制位点结构基因DNA启动子操纵子β半乳糖苷酶半乳糖苷酶通透酶半乳糖乙酰转移酶调控基因1.2.3乳糖操纵子的正

7、调控阻遏蛋白cAMP-CAP结合位点14cAMP-CAPcAMPcAMP与CAP（分解代谢物基因活化蛋白）的复合体，是乳糖操纵子的正调控因子。15162无葡萄糖，无乳糖：无葡萄糖，有乳糖：RNA聚合酶有葡萄糖，无乳糖：有葡萄糖，有乳糖：CAPCAP结合位点阻遏蛋白操纵序列启动子cAMP葡萄糖和乳糖对cAMP-CAP调节操作子的可能模式17当培养基中葡萄糖浓度升高而乳糖浓度降低时细胞中cAMP浓度降低缺乏乳糖与阻遏蛋白结合CAP失活阻抑蛋白与操纵基因结合RNA聚合酶不能与启动基因结合基因转录被阻遏

8、阻遏蛋白的负性调节18当培养基中葡萄糖浓度降低而乳糖浓度升高时细胞中cAMP浓度升高乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合cAMP与CAP结合并使之激合促使阻抑蛋白与操纵基因分离CAP促进RNA聚合酶与启动基因结合基因转录激活CAP的正性调节19乳糖操纵子的双调控系统(1)受乳糖与阻遏蛋白的负调控;(2)受cAMP-CAP的正调控系统，葡萄糖通过调节cAMP的合成间接调控这一过程。若有葡萄糖或葡萄糖／乳糖共同存在时，先利用葡萄糖是最节能。通过降低cAMP浓度，阻碍cAMP与CAP结合而抑制lac操纵子转录