乳糖操纵子.ppt

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1基因表达调控的基本概念基因表达（geneexpression）:

基因转录及翻译的过程，或基因指导下RNA和蛋白质的合成过程。

rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达,组成性表达（constitutiveexpression）：

不易受环境变化而变化的一类基因的表达。

基因的差别表达（differentialgeneexpression）:

在个体发育中，某些基因在特定条件下才进行表达，而另一些基因在该条件下却关闭。

基因表达的时、空特异性时间特异性（temporalspecificity）：

某些基因的表达严格按照特定的时间顺序进行。

空间特异性（spatialspecificity）：

某些基因在个体不同组织细胞中按照一定的顺序表达。

又称细胞或组织特异性（cellortissuespecificity）。

分类：

持（看）家基因（housekeepinggenes）:

始终或经常性开启的基因,是维持细胞基本生命活动所必须的，如编码组成性蛋白的基因。

奢侈基因（luxurygene），指编码组织特异性蛋白的基因（tissue-specificgene），对细胞分化有重要影响，如角蛋白基因、肌动蛋白基因和血红蛋白基因等。

基因表达调控的意义：

适应环境、维持个体的生长发育、分化和增殖。

基因表达的调控水平：

转录水平（transcriptionalregulation）的调控；转录后水平（post-transcriptionalregulation）的调控（RNA加工水平上的调控；翻译水平上的调控）。

组成性酶与诱导酶组成性酶：

不经诱导就经常而大量地存在于细胞中。

诱导酶：

需经诱导才能（大量）产生。

调节蛋白（转录调节因子）：

由调节基因所编码的蛋白因子。

负调节蛋白：

阻遏蛋白正调节蛋白：

激活蛋白,根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的应答情况，可分为：

正转录调控（正控制）和负转录调控（负控制）。

负转录调控：

调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor），起着阻止结构基因转录的作用。

负控诱导：

阻遏蛋白与效应物（诱导物）结合时，阻遏蛋白无活性,不与调控区（顺式作用元件）结合，结构基因转录。

负控阻遏：

阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物）结合时，阻遏蛋白有活性，与调控区（顺式作用元件）结合，结构基因不转录。

正转录调控：

调节基因产物是激活蛋白（activator），起着激活结构基因转录的作用。

正控诱导：

效应物分子的存在使激活蛋白处于活性状态。

正控阻遏：

效应物分子（辅阻遏物）的存在使激活蛋白处于非活性状态。

负控诱导,负控阻遏,正控诱导,正控阻遏,2大肠杆菌的乳糖操纵子二度生长现象（葡萄糖效应，降解物阻遏效应）当葡萄糖和另一种须经诱导才能利用的糖同时存在时，E.coli总是首先利用葡萄糖做碳源而生长，直到葡萄糖消耗完毕后，才开始利用另一种糖。

-半乳糖苷酶的诱导,lac操纵子的本底水平表达有两个矛盾是操纵子理论所不能解释的：

诱导物需要穿过细胞膜才能与阻遏物结合，而转运诱导物需要透过酶，而后者的合成也需要诱导。

解释：

一些诱导物可以在透过酶不存在时进入细胞？

（）一些透过酶可以在没有诱导物的情况下合成？

（）真正的诱导物是异构乳糖而非乳糖，前者是在-半乳糖苷酶的催化下由乳糖形成的，因此，需要有-半乳糖苷酶的预先存在。

解释：

在本底水平上,有-半乳糖苷酶的组成型合成,即,在非诱导状态下,lacZ操纵子有本底水平上的表达（有少量lacmRNA合成及翻译）。

安慰性诱导物：

如果某种物质能够促使细菌产生酶而本身又不被分解，这种物质被称为安慰诱导物，如IPTG（异丙基-D-硫代半乳糖苷）和TMG（巯甲基半乳糖苷）等。

E.colilac操纵子学说的提出,操纵子：

由启动子、操纵基因及其控制下的一组功能相关的结构基因所组成的转录单位。

操纵基因受调节基因产物的控制。

乳糖操纵子调控模型Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子mRNA分子所编码。

启动子区（P）紧接着操纵区（O）区。

操纵区（O）是一小段序列（26bp），是阻遏物的结合位点。

当阻遏物与操纵基因结合时，lacmRNA转录起始受到抑制。

Z编码-半乳糖苷酶：

将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。

Y编码-半乳糖苷透过酶：

使外界的-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。

A编码-半乳糖苷乙酰基转移酶：

乙酰辅酶A上的乙酰基转到-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。

在细菌中同时存在着诱导和阻遏的现象。

诱导是细菌调节其分解底物供给生长的能力。

阻遏是细菌调节其合成代谢产物的能力。

无论是酶作用的小分子底物的调节，还是酶活性的产生，它们的启动是独自的，小分子底物称为诱导物（inducers）某些物质能阻止酶合成它们本身，此物质就称辅阻遏物（corepressors）。

诱导物（乳糖或IPTG）存在，与阻遏物结合时阻遏物从操纵基因上头里下来，RNA聚合酶可通过启动子和操作基因正常转录出一条多顺反子mRNA从可翻译得到三种酶操纵子控制的重要特性是阻遏物的双重性：

它既能阻止转录，又能识别小分子诱导物。

阻遏物有2个结合位点：

一个是结合诱导物的，另一个是结合操纵基因的。

当诱导物在相应位点结合时，它改变了阻遏蛋白的构象，干扰了另一位点的活性。

这种类型的调控叫变构调控,多亚基蛋白具有特殊的遗传特性,活性抑制物是有4个相同的亚基组成的四聚体当野生型和突变型亚基都存在时，一个突变型的亚基可以导致整个四聚体的失活，即使另外三个亚基都是野生型的（即显性负效应）。

突变发生在DNA结合位点，可以这样解释突变效应：

只有抑制物中4个亚基的DNA结合位点都处于正常时，整个蛋白质才有活性。

操纵子的调控,1.抑制物结合诱导物（乳糖）后从操纵基因上脱离抑制物与诱导物结合发生构象变化，使它与DNA的亲和力降低，因而从操纵基因上脱离。

TheLacOperon:

WhenGlucoseIsPresentButNotLactose,RNAPol.,Comeon,letmethrough,NowayJose!

TheLacOperon:

WhenLactoseIsPresentButNotGlucose,Lac,Thislactosehasbentmeoutofshape,BindtomePolymerase,RNAPol.,Yipee!

TheLacOperon:

WhenNeitherLactoseNorGlucoseIsPresent,BindtomePolymerase,RNAPol.,STOPRighttherePolymerase,Comeon,letmethrough!

lac操纵子的双重调控,Summary,2007PaulBillietODWS,谢谢！

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