分子生物学基础 第6章 原核生物基因表达调控

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1、分子生物学基础第六章原核生物基因表达调控第一节概述生物的遗传信息以基因为基本单位，储存在细胞内的DNA分子的核苷酸序列中。个体发育的过程中，有序地将储存的核苷酸序列信息通过密码子—反密码子系统，转变成蛋白质分子，执行各种生理生化功能，完成生命的全过程。将遗传信息从DNA转变为表现生命活性的蛋白质分子的全过程就是基因的表达过程，对这个过程的调节、控制称为基因表达调控。第一节概述一、原核基因表达调控的特点1．基因的可调控性2．基因表达与环境关系密切二、降解物对基因活性的调节1．降解物抑制作用葡萄糖存在时，即使培养基中加入乳糖、半乳糖、阿

2、拉伯糖等糖类物质，也不会诱导出相应的糖类物质吸收、代谢的酶，这种现象称为葡萄糖效应，也称为降解物抑制作用。明显的这种效应的出现与葡萄糖的存在直接相关。菌体内，葡萄糖通过降低cAMP（环一磷酸腺苷）的浓度水平，阻止应答cAMP和其受体蛋白——分解代谢物激活蛋白（cataboliteactivatorprotein，CAP）的基因表达（图6-1）。乳糖等其它糖类物质的代谢酶基因多数是可以应答cAMP-CAP复合物的基因。第一节概述图6-1降解物抑制作用图6-2cAMP-CAP复合物作用位点五核苷的倒转重复序列第一节概述2．cAMP-CA

3、P复合物与基因结合调节其表达活性CAP由相对分子量为22.5kD的两个亚基聚合而成，可被cAMP激活，形成cAMP-CAP复合物与DNA的特殊序列识别、结合。在一些基因的启动子序列上分离到cAMP-CAP复合物，表明了这种复合物可以促进基因的转录。图6-1降解物抑制作用cAMP-CAP复合物中的CAP是DNA结合蛋白，结合于启动子区域，如乳糖操纵子的启动子中五个碱基的反向重复序列（图6-2）。结合位点多数位于转录起始位点上游-23~-50bp处，中心区位于-41bp处，左端的序列保守性强，命名为Ⅰ区，右端的序列保守性较差，是为Ⅱ区，

4、由于Ⅱ区的序列有较大的变动，使得不同基因对CAP的应答强弱有所不同。第一节概述三、弱化子对基因活性的影响1．弱化作用（attenuator）氨基酸的合成途径所需酶的基因，其编码产物上游常出现另外一段编码序列，称为前导序列，这段序列的功能是调节其下游基因的表达。此调节方式中，由特殊负载的氨酰—tRNA提供调节信号，如Trp—tRNATrp的浓度是调节色氨酸合成酶基因表达的信号，当其浓度较高时，前导序列二级构象发生变化，形成终止子结构，终止转录，这段前导核苷酸序列称为弱化子或衰减子（attenuator），这种降低基因表达的方式称为弱化

5、作用（attenuation）。弱化子位于启动子和下游的结构基因之间（图6-3）。当色氨酸存在时，RNA聚合酶渗漏表达色氨酸合成酶基因；当色氨酸浓度降低，解除转抑制和终止作用，色氨酸合成酶基因的表达量可增强700倍。第一节概述图6-3色氨酸操纵子结构和弱化子结构第二节原核基因表达的调控一、转录水平的调控原核生物转录水平调控的经典模型是操纵子模型，该模型提出一个调控区域控制连锁在一起的多个基因的转录。细菌基因组中，相关基因串联在一起，形成一个基因簇，编码同一代谢途径中不同的酶，它们是一个多顺反子，共同转录、共同调控，构成表达、调控的单

6、元，称为操纵子（operon），由启动子、转录控制区、结构基因（structuralgene）组成的一个转录单位（图6-5）。基因组中存在的基因根据其产物功能不同可以分为两种类型，编码细胞结构、基本代谢所需的蛋白或RNA的称为结构基因，编码可以控制其它基因表达的蛋白或RNA的基因则称为调控基因。操纵子模型中，由转录控制区应答调控基因所表达的调控因子的作用，决定下游的结构基因是否表达。第二节原核基因表达的调控图6-5原核生物转录的操纵子模型第二节原核基因表达的调控1．正调控和负调控原核生物转录水平的基因调控，具有正调控和负调控的两种方

7、式。调控因子作用于靶序列，引起靶序列附近基因转录水平的变化，激活蛋白的作用使得转录水平上升，是正调控（positiveregulation）；阻遏蛋白的作用使转录水平下降，是负调控（negativeregulation）。调控蛋白应答小分子效应物的作用，分为可诱导（inducible）和可阻遏（repressible）两种效应，激活蛋白和阻遏蛋白都可以应答小分子效应物的诱导和阻遏效应。因此，原核生物的操纵子有四种应答方式，分别为：可诱导的负调控、可诱导的正调控、可阻遏的负调控、可阻遏的正调控（图6-6）。活性阻遏蛋白结合靶位点，封闭

8、了基因的表达。小分子诱导物加入后，与阻遏蛋白结合，形成的复合物脱离结合位点，解除了阻遏蛋白对基因表达的抑制作用，基因恢复正常表达，此过程为可诱导的负调控（图6-6a）。第二节原核基因表达的调控第二节原核基因表达的调控无活性的阻遏蛋白，