最新分子遗传学 第五章 基因表达的调控教学讲义PPT.ppt

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1、分子遗传学第五章基因表达的调控基因表达调控可在几个不同水平上进行。在高度复杂的生物、细胞及其代谢过程中，基因表达是高度有序的。如在高等生物中，特定的细胞已分化成高度特化的细胞，人类眼睛的细胞只能合成眼色特有的蛋白，其决不可能合成肝细胞中特有的解毒酶，各种特定细胞能阻遏不同类别基因的表达。基因表达的调控对生物是极端重要的。1．真核生物：各种不同类型的细胞能阻遏不同类型基因的表达。2．细菌具有阻遏基因表达的能力。在进化中，细胞具备了一套机制，它能抑制那些并非必须的酶的基因和激活那些在某一时间内明显必须的酶的基因。达到这一目的的二个条件：（1）必须具备关闭或打开每种特定基因的方法；（2

2、）对应该激活一种特定基因或一组基因的特定环境具备正确识别的能力。ThestructuralgenesofthelocoperonaretranscribedintoasinglepolycistronicmRNA,whichistraslatedsimulatedsimultaneouslybyseveralribosmesintothethreeenzmesencodedbytheoperon.□乳糖操纵子Thecomponentsofthewild-typelacoperonandtheresponseintheabsenceandthepresenceoflactose,1

3、．操纵基因（Operator，简称O），起到基因开关的作用。2．启动基因（Promoter，简称P），是RNA聚合酶结合的部位，能起动ZYA基因的表达，POZYA在DNA上几个相邻接的基因共同组成一个功能单位称操纵子(operon)。3．调节基因（I基因），能编码产生一种阻遏蛋白，该蛋白能识别和结合到操纵基因上，并能阻止RNA聚合酶启动的转录，使乳糖操纵子处于关闭状态，一般情况下，阻遏蛋白总是结合在操纵基因O区。使操纵子关闭。如何开启操纵子表达？当环境中存在乳糖及其类似物时（称为诱导物），它们能与阻遏物分子结合，改变阻遏蛋白的构型，使其不能再与操纵基因O区结合。这时，操纵基因便开

4、启，结合到启动子上的RNA聚合酶能顺利启动ZYA基因的表达，合成相应的三种酶。二、其它基因I基因：编码阻遏蛋白，能阻断ZYA基因的表达。O操纵基因operator：是DNA上与阻遏物结合的特异性位置。阻遏物一旦结合到O基因上，就能阻制由RNA聚合酶催化的转录起动。启动基因promoter*操纵子operon：是几个基因协同表达的遗传功能单位。由启动基因，操纵基因和转录成一条mRNA分子的几个相邻接的基因组成的功能单位。POZYA。三、乳糖操纵子阻遏物具有两种识别功能1．能识别操纵子上特定的操纵基因的序列；2．能识别乳糖或乳糖类似物，当阻遏物与乳糖或类似物结合时，阻遏物分子的构型将

5、发生变化，从而使阻遏物失去了对操纵基因的亲和作用。阻遏物将从DNA上脱落下来。对Lac系统的阻遏作用的解除称为诱导，能使阻遏物失活并导致Lac基因表达的乳糖类似物称为诱导物。β半乳糖苷酶(β－galactosidase)水解乳糖为葡萄糖和半乳糖Thecatabolicconversionofthedisaccharidelactoseintoitsmonosaccharideunits,galactoseandglucose导致Lac基因表达的乳糖类似物诱导物异丙基硫代半乳糖苷（IPTG)Thegratuitousinducerisopropylthiogalactoside第二

6、节乳糖系统的发现——负调控50年代Jacob和Monod对E.coli乳糖代谢中的酶进行详细的遗传分析，这是基因表达调控研究的第一个重大突破。一、共同调控的基因在染色上Z、Y、A三个基因是紧密连接的。这一组连续的基因产生的mRNA是一个多顺反子mRNA分子。多顺反子的mRNA的转录和它的转译是以同一方向进行的。极性突变（polarmutation）：不但能影响突变位点上的那个基因，而且会降底或消除下游更远一些基因的表达。如Lac多顺反子中Z基因的无义突变会降底Y、A基因的表达。二、I基因控制Lac酶的可诱导性的区域。I+的细胞只能在有一种诱导物存在时才能正常合成Lac酶；I－的细

7、胞不管诱导物存在与否都能合成Lac酶，这种突变体称为组成型突变体（constitutivemutant）。I－的细胞不管诱导物存在与否都能合成Lac酶，这种突变体称为组成型突变体（constitutivemutant）三、阻遏物1．E.coli的F’因子带有Lac区。可以作互补试验：反式时，I+对I—为显性。试验结果：单倍体和杂合性二倍体中β半乳糖苷酶和透性酶的合成菌株基因型β半乳糖苷酶透性酶非诱导诱导非诱导诱导123456I+Z+Y+I—Z+Y+I+Z—Y+/FI—Z+Y+I—