C9-1 原核生物基因表达的调控

第九章原核生物基因表达的调控9.1基因表达调控的两种方式 9.2转录水平上的调控乳糖操纵子模型色氨酸操纵子σ因子对基因表达的调控 9.3其它水平的调控 DNA水平上的调控翻译水平上的调控噬菌体基因组表达的时序调控原核生物的全局调控---群体感应

正调控(positive control):指调控因子激活蛋白 (activator)作用于靶基因的调控元件(ciselements),从而促进该基因的表达。正调控在原核生物中存在,对真核生物来说，正调控是最普遍的调控模式。负调控(negative control):指调控因子阻遏蛋白 (repressor protein)使基因的表达水平下降甚至“关闭”。图11-1正调控与负调控模式的比较 (表11-1)

原核生物更偏向使用负调控

操纵基因 (operator,O)指DNA上紧邻启动子的顺式作用位点，是阻遏蛋白的结合部位(最早的概念)。阻遏蛋白的结合阻止 RNA聚合酶在其相邻启动子起始转录，从而阻止基因的表达。凡能与调节蛋白特异性结合从而影响基因转录强弱的序列(现在的概念p283)。operator

别构蛋白和别构效应物别构蛋白 allosteric protein别构效应物 allosteric effector诱导物(inducer):指能引起细胞产生某种酶的小分子化合物(不一定是酶的底物)。辅阻遏物(co-repressor):指一些可与阻遏蛋白结合小分子化合物，使阻遏蛋白有活性，关闭相关基因的表达。

操纵子 (operon)细菌基因表达和调控的单位，包含几个相关的结构基因和控制元件。控制元件由调节基因产物所识别。(A unit of bacterial geneexpression and regulation, including structural genes and control elements in DNA recognized by regulator gene products.)控制元件：启动子和操纵基因

结构基因和调控基因结构基因(structural gene):操纵子中编码蛋白质的基因称为结构基因。

调节基因(regulator gene):指一种结构基因，编码的蛋白与操纵基因结合，调节其它基因的表达。

操纵子的基本结构

启动子结构基因操纵基因调节基因

操纵子的类型诱导型操纵子 inducible operons通常控制与分解代谢有关酶的基因表达。

阻遏型操纵子 repressible operons通常控制与合成代谢有关酶的基因表达。

乳糖操纵子的结构结构基因: lacZ; lacY; lacA启动子：Plac操纵基因：Olac或lacO调节基因lac I:与lac结构基因相邻的一独立转录单位，有自己的启动子和终止子，编码lac阻遏物 (repressor),低水平组成型表达。β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷透性酶

β-半乳糖苷转乙酰酶

乳糖操纵子启动子和操纵基因(P-O区)的结构-67~-52

对称轴:+11

对称轴:-60~ -59

乳糖操纵子启动子(lacP):位于-84~ -1 (84bp);乳糖操纵子操纵基因(lacO):位于-7~+2

8 (35bp),碱基序列有对称性，以+11为对称轴。 lacP和lacO有7对碱基重叠

在没有乳糖(或葡萄糖和乳糖都存在)的环境中，细菌中分解乳糖的酶基本不合成。当填加乳糖2分钟后，酶的合成增加1000倍。当除去乳糖后，酶的合成又保持极低的速率。

这是因为细菌中，分解乳糖的酶的表达受到了调控。

乳糖操纵子负控制模型乳糖操纵子正控制系统

乳糖操纵子调节基因 (lacI )单体四聚体

阻遏蛋白

别构蛋白(变构蛋白)有与诱导物和操纵基因结合位点

诱导物与阻遏蛋白

诱导型乳糖操纵子天然诱导物：别乳糖高效诱导物：异丙基硫代半乳糖苷 (isopropythiogalacto side, IPTG)。β-半乳糖苷不可代谢含硫类似物异丙基硫代半乳糖苷,可以长时间起诱导作用。allolactose

图11-5β-半乳糖苷酶催化的水解和异构化反应

负控制模型

图11-6 lac操纵子的负调控

组成型基因和组成型突变组成型基因/持家基因 (constitutive gene/housekeeping gene):仅通过RNA聚合酶和启动子的相互作用，不需其它调节而表达的基因。有时称为持家基因，即在所有的细胞中低水平表达的基因。组成型突变(constitutive mutation):指突变使基因不需调节就可表达。使酶的形成不依赖于诱导物的存在。 lacO、lacI基因的突变为组成型突变