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1、原核生物的转录调控,Gene expression controls,基因表达:从DNA到蛋白质的过程。基因表达调控:对基因表达过程的调节。,基因表达调控主要表现:1.转录水平上的调控主要在起始，终止处。2.转录后水平的调控 mRNA加工成熟水平上的调控（真核生物）翻译水平的调控起始，终止,Molecular Biology Course,华侨大学,1961年,Jacob等发表Lac操纵子模式,生物界反应之强烈可与1953年发表DNA双螺旋模型相媲美,操纵子对转录的调节 Lac操纵子 Trp操纵子因子对转录的调节,Regulation of Transcription in Prokaryot
2、es,典型的操纵子包括：1.结构基因：编码那些在某一特定的生物合成途径中起作用的，其表达被协同调控的酶。2.调控元件：如操纵序列，是调节结构基因转录的一段DNA序列。,操纵子（Operon）：基因表达和调控 的单元。,Regulation of Transcription in Prokaryotes,调节基因：其产物能够识别调控元件，如阻抑物，可以结合并调控操纵序列。,（调节基因）,（调控元件）,（如，阻抑物）,1.The operon2.The lactose operon（乳糖操纵子）3.The lac repressor（乳糖抑制蛋白）4.Induction（诱导）5.cAMP rec
3、eptor protein（CRP）,L1 乳糖（Lac)操纵子,Lac repressor（乳糖阻抑物）,Transcriptionblocked,Inducer(Lactose)诱导物,Activate the Plac transcription,乳糖操纵子,负调控,L1-2 乳糖操纵子,大肠杆菌能利用乳糖作为碳源，而利用乳糖作为碳源的酶只有当乳糖成为唯一的碳源时才会被合成。,Regulation of Transcription in Prokaryotes,Lactose operon:a regulatory gene and 3 stuctural genes,and 2 con
4、trol elements,lacZ codes for-galactosidase(-半 乳糖苷酶)for lactose hydrolysis(水解）lacY encodes a galactoside permease(半乳糖苷透性酶)to transport Lactose across the cell walllacA encodes a thiogalactoside transacetylase(硫代半乳糖苷乙酰 转移酶)-抑制-半乳糖苷酶有害产物积累,L1:The LAC operon,这三个结构基因被一个转录单元lacZYA所编码，它有一个启动子Plac,lacZYA转录单
5、元含有一个操纵基因位点Olac,position between bases-5and+21,Binds with the lac repressor,L1:The LAC operon,L1-3 乳糖阻抑物,由LacI基因编码同亚基四聚体活性形式Olac具有回文结构（28bp碱基）乳糖缺乏时，阻抑物占据Olac,L1:The LAC operon,Thus,RNA polymerase binds very tightly to Plac but no transcription occur because of the bound repressor,乳糖阻抑物和RNA聚合酶能同时结合到P
6、lac和Olac上，且前者使后者的结合能力增加了2个数量级。,L1:The LAC operon,L1-4 诱导,诱导物,乳糖阻抑物,阻抑物四聚体构象变化,降低阻抑物与Olac亲和力,聚合酶迅速转录,乳糖，异乳糖,异乳糖,RNA聚合酶,L1:The LAC operon,L1-5 cAMP受体蛋白(CRP),CRP是一种激活蛋白(CAP)CRPcAMP复合物才能结合DNAcAMP由葡萄糖控制,Plac启动子：弱启动子 没有强35序列 弱的10序列,High level expression from this promoter requires the activity of the spec
7、ific activator,CRP.,L1:The LAC operon,cAMP水平上升，CRPcAMP复合物结合在Plac上，DNA链发生90度的弯曲，增强了聚合酶与启动子的结合，转录效率提高50倍。,v When glucose is absent,Summary,A:RNA polymeraseB:lac repressor C:CRP-cAMP,阻抑物调控：-负调控-缺乏乳糖；乳糖存在cAMP受体蛋白的调控：-正调控-缺少葡萄糖；有葡萄糖,乳糖是唯一碳源葡萄糖是唯一碳源乳糖和葡萄糖同时存在,再下列几种情况下，大肠杆菌的乳糖操纵子是如何进行调控的？,思考题,L2 The Trp Op
8、eron,1.The trp operon（操纵子）2.the trp repressor(阻抑物）3.the attenuator（弱化子）4.Leader RNA structure5.The leader peptide（肽）6.Attenuation（弱化作用）7.Importance of attenuation,L2-1 The Trp Operon,（色氨酸操纵子）,1.trp 操纵子：包括色氨酸合成途径中相关的5个结构基因,一个启动子，一个操纵序列一段前导序列，一个调节基因。2.该操纵子编码一个转录单元，从Otrp向下游转录7kb的转录物.3.作用：当细胞缺乏色氨酸时，trp
9、操纵子 可使色氨酸协同表达。4.色氨酸操纵子RNA产物不稳定.,L2:The trp operon,L2-2 The Trp repressor（色氨酸阻抑物）,Regulation of Transcription in Prokaryotes,1.色氨酸阻抑物：由独立的操纵子trpR编码，能与Otrp位点特异性结合。2.色氨酸阻抑物色氨酸才能结合到操纵基因Otrp。,L2:The trp operon,3.阻抑物：二聚体（两个亚基）一个中心区域 两个灵活的DNA解读头部,L2:The trp operon,4.Therefore,色氨酸操纵子所编码的酶的终产物(色氨酸），可通过终产物抑制自
10、身的合成。5.该阻抑物可将转录的起始减少大约70倍。,L2:The trp operon,The trp operon,L2-3 The attenuator（弱化子/衰减子）,Repressor does not account for all the regulation:Deletion of a sequence between the operator and trpE gene coding region(attenuator)increase both the basal and the activated levels of transcription.,L2:The trp
11、operon,1.位于trpE起始密码子前面162nt的转录前导序列（C）的末端.2.是一个-independent 终止子区域，在一小段富含GC的回文结构后使8个连续的U残基。3.If RNA转录物中发夹结构形成，acts as 一个高效的转录终止子，仅仅有一段短的转录产物倍合成。,L2:The trp operon,L2-3 The attenuator（弱化子/衰减子）,L2-4 Leader RNA structure（前导RNA的结构）,Regulation of Transcription in Prokaryotes,The leader RNA contains four re
12、gions(sequence 1,2,3,4)of complementary sequence that can form different structures,L2:The trp operon,L2-5 The leader peptide（前导肽）,1.前导RNA序列含有一个有效的核糖体结合位点，并能形成有前导RNA2768号碱基所编码的14个氨基酸的前导肽。2.这段前导肽的10和11个密码子是连续的色氨酸残基,在序列1中;终止密码子在序列1和2之间。3.因此色氨酸决定核糖体的位置，从而控制转录。,Regulation of Transcription in Prokaryotes
13、,Trp（+）,Trp（）,L2-6 Attenuation（弱化作用）,依赖于转录和翻译的紧密偶联，使翻译可以在mRNA边转录时边进行.Therefore,前导RNA转录出后，前导肽立即被翻译出。,Regulation of Transcription in Prokaryotes,原核细胞,转录，翻译相偶联,真核生物,在色氨酸操纵子转录进行的过程中,RNA Polymerease 在 sequence 2的末端停滞直到核糖体开始翻译前导肽,L2:The trp operon,调控,L2:The trp operon,弱化作用：色氨酸存在使trp operon的转录被抑制 10-fold(细
14、调）色氨酸阻抑物：70-fold(粗调）色氨酸水平对色氨酸操纵子的表达施加了 700-fold 效果.,His操纵子：弱化作用是唯一的调控机制,L2-7 Importance of attenuation（弱化作用的重要性）,L2:The trp operon,小结,L1 乳糖操纵子 操纵子；乳糖操纵子；乳糖阻遏物的调控-负调控 cAMP-CRP的调控正调控L2 色氨酸操纵子 色氨酸操纵子；阻抑物；弱化子；前导RNA；前导肽；弱化作用抗终止作用,L3 Transcriptional regulationby alternative Factors,1.Sigma factor2.Promote
15、r recognition3.Heat shock5.Bacteriophage factors,Regulation of Transcription in Prokaryotes,L3-1&2:Sigma factor andpromoter recognition,Regulation of Transcription in Prokaryotes,Transcriptional regulation by alternative s Factors,Regulation of Transcription in Prokaryotes,Many bacteria produce alte
16、rnativesets of factors to meet the regulationrequirements of transcription undernormal and extreme growth condition,E.coli:Heat shockbacteriophage factors,Confer each of them a new promoterspecificity,and allows the diversion ofthe cells basic transcription machineryto the specific transcription of
17、differentclasses of genes,Different factors binding to thesame core RNA Pol,70 factors is the most commonfactor in E.coli under the normal growth condition,L3-3:Heat shock,Regulation of Transcription in Prokaryotes,Comparison of the heat-shock 32 andgeneral 70 responsive promoter,Regulation of Trans
18、cription in Prokaryotes,L3-5:Bacteriophage factors,Transcriptional regulation by alternative Factors,1.Many bacteriophages synthesizetheir own factors to endow the hostRNA Pol with a different promoterspecificity and hence to selectivelyexpress their own phage genes.,L3-5:Bacteriophage factors,2.B.subtilis SPO1 phage expresses acascade of factors which allow adefined sequence of expression ofdifferent phage genes.,SPO1,小结,L1 乳糖操纵子 操纵子；乳糖操纵子；乳糖阻遏物的调控-负调控 cAMP-CRP的调控正调控L2 色氨酸操纵子 色氨酸操纵子；阻抑物；弱化子；前导RNA；前导肽；弱化作用抗终止作用L3 不同对转录的调节 因子的功效；大肠杆菌热休克32 SPO1噬菌体级联表达一系列,
