【正文】 精品 PPT課件 瀏覽免費(fèi) 下載后可以編輯修改。 l xh aner2022 基因的表達(dá)與調(diào)控 原核生物的基因調(diào)控 一、緒論 原核生物和單細(xì)胞真核生物直接暴露在變幻莫測(cè)的環(huán)境中 ,食物供應(yīng)毫無(wú)保障 ,只有能根據(jù) 環(huán)境條件 的 改變 合成各種不同的蛋白質(zhì) ,使代謝過(guò)程適應(yīng)環(huán)境的變化 ,才能維持自身的生存和繁衍。 假如在大腸桿菌內(nèi) ,平均一個(gè)基因 1000bp,一個(gè)細(xì)胞中約有 25003000個(gè)基因。正常情況下 ,可帶有107個(gè)蛋白質(zhì) ,平均每個(gè)基因產(chǎn)生 3000多個(gè)蛋白質(zhì)分子。 但實(shí)驗(yàn)卻表明 ,每細(xì)胞中有些蛋白質(zhì)少之 10個(gè)分子 ,而有一些卻多達(dá) 500000個(gè)分子。 一個(gè)大腸桿菌中只有 15個(gè)分子的 β－半乳糖苷酶 ,若將細(xì)胞培養(yǎng)在只含 乳糖 的培養(yǎng)基中 ,每細(xì)胞中酶量可高達(dá)幾萬(wàn)個(gè)分子 ,其合成的速度和總量隨環(huán)境的變化而改變。 表明基因的表達(dá)受到調(diào)控。 細(xì)菌在進(jìn)行調(diào)控時(shí) : 一個(gè)體系在需要時(shí)被打開(kāi) ,不需要時(shí)被關(guān)閉。這種“開(kāi) 關(guān)” (onoff)活性是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄來(lái)建立的 ,也就是說(shuō) mRNA的合成是可以被調(diào)節(jié)的。 基因表達(dá)及基因表達(dá)調(diào)控 是指生物體基因組中 結(jié)構(gòu)基因 所攜帶的遺傳信息經(jīng)過(guò) 轉(zhuǎn)錄及翻譯 等一系列過(guò)程 ,合成特定的蛋白質(zhì) ,進(jìn)而發(fā)揮其特定生物學(xué)功能的全過(guò)程 ,稱為基因表達(dá) (gene expression)。 對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)就稱為 基因表達(dá)調(diào)控 (gene regulation或 gene control)。 基因表達(dá)調(diào)控主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 : ① 轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控 (transcriptional regulation)。 ② mRNA加工成熟水平上的調(diào)控(differential processing of RNA transcript)。 ③ 翻譯水平上的調(diào)控 (differential translation of mRNA)。 基因表達(dá)調(diào)控的基本原理 多級(jí)調(diào)控 :主要是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 四個(gè)基本的調(diào)控點(diǎn) : 基因的結(jié)構(gòu)活化 轉(zhuǎn)錄起始 :最有效的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié) 轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn) 翻譯及翻譯后加工 基因表達(dá)的調(diào)控方式 負(fù)調(diào)控 (negative transcription regulation): 調(diào)控蛋白 +DNA序列 基因表達(dá) (相應(yīng)蛋白質(zhì) 降低 ) 正調(diào)控 (positive transcription regulation): 調(diào)控蛋白 +DNA序列 基因表達(dá) (相應(yīng)蛋白質(zhì) 增加 ) 負(fù)調(diào)控 根據(jù)作用特征 負(fù)控誘導(dǎo) 負(fù)控阻遏 正調(diào)控 根據(jù)作用特征 正控誘導(dǎo) 正控阻遏 正調(diào)控與負(fù)調(diào)控并非互相排斥的兩種機(jī)制 ,而是生物體適應(yīng)環(huán)境的需要 ,有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控 。 原核生物以負(fù)調(diào)控為主 ,真核生物以正調(diào)控為主 。 降解代謝途徑中既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控 。合成代謝途徑中一般以負(fù)調(diào)控來(lái)控制產(chǎn)物自身的合成。 主要環(huán)節(jié)在 轉(zhuǎn)錄 ,起始 σ因子決定 RNA聚合酶識(shí)別特異性。 ◆ 操縱子 (operon): 原核生物中幾個(gè) 功能相關(guān) 的結(jié)構(gòu)基因 成簇串聯(lián) 排列組成的一個(gè)基因表達(dá)的 協(xié)同單位 (DNA序列 )。 一個(gè)操縱子 ＝ 編碼序列 (26)+啟動(dòng)序列 +操縱序列 +(其他調(diào)節(jié)序列 ) 二、原核基因調(diào)節(jié)特點(diǎn) 乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn) : 葡萄糖充分時(shí) : 葡萄糖代謝有關(guān)的酶基因 表達(dá) 其他糖代謝有關(guān)的酶基因 關(guān)閉 葡萄糖耗盡時(shí) ,乳糖存在 : 乳糖代謝有關(guān)的酶基因 表達(dá) 葡萄糖代謝有關(guān)的酶基因 關(guān)閉 說(shuō)明酶可以誘導(dǎo) 一 )乳糖操縱子 (lactose operon) 乳糖的利用及其相關(guān)的酶 : 乳糖 (在 通透酶 作用下進(jìn)入細(xì)菌 ) 別位乳糖 葡萄糖 +半乳糖 β半乳糖苷酶 ?乳糖的利用 β半乳糖苷酶 乳糖確實(shí)可誘導(dǎo) Lac mRNA的合成 能以乳糖作為唯一碳源和能源生長(zhǎng)的定為 lac+。相反 ,稱之為 lac。 安慰誘導(dǎo)物 (gratuitous inducer) 誘導(dǎo)物的加入和去除對(duì) lac mRNA的影響 結(jié)構(gòu)基因順序 乳糖操縱子包括三個(gè)結(jié)構(gòu)基因 :Z、 Y、 A P Y Z A O 轉(zhuǎn)錄方向 A 模型的提出 ? 1940年 ,Monod發(fā)現(xiàn)細(xì)菌“二次生長(zhǎng)曲線” 。 ? 1950年 ,Monod和 Tacob發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因 Z和 I。 ? Szilard發(fā)現(xiàn) I基因決定阻遏物的合成 。 ? Jocob提出結(jié)構(gòu)基因旁邊還有開(kāi)關(guān)基因 ,即操縱基因。 1948 不同 Lac突變型 細(xì)菌結(jié)合轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)導(dǎo)試驗(yàn) 證明三基因緊密連鎖 B 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 結(jié)構(gòu)基因 Lac ZY+A+:β 半乳糖苷酶基因突變 Z編碼 β半乳糖苷酶 。Y編碼 β半乳糖苷透過(guò)酶 。A編碼 β半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶 。 β半乳糖苷酶是一種 β半乳糖苷鍵的專一性酶 ,除能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外 ,還能水解其他 β半乳糖苷 (如苯基半乳糖苷 )。 β半乳糖苷透過(guò)酶的作用是使外界的 β半乳糖苷 (如乳糖 )能透過(guò)大腸桿菌細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 β半乳糖苷乙酰基轉(zhuǎn)移酶的作用是把乙酰輔酶 A上的乙?；D(zhuǎn)到 β半乳糖苷上 ,形成乙酰半乳糖。 在這些突變體中 ,有一類突變體 ,它體內(nèi)的半乳糖苷酶的形成不依賴于誘導(dǎo)物的存在 ,即沒(méi)有乳糖或別的半乳糖苷存在時(shí)也能合成 β 半乳糖苷酶 ,這種突變體稱為 組成型突變 。分為兩類 :I型和 O型。 I型 :野生型為 I+,突變型為 I。 O型 :野生型為 O+,突變型為 Oc。 調(diào)節(jié)基因 I+→I 或 O+ →O c后 ,Z、 Y、 A結(jié)構(gòu)基因均表現(xiàn)為永久表達(dá) ,所以 I基因被稱為調(diào)節(jié)基因 (regulatory gene)。 I基因是一個(gè)產(chǎn)生阻遏物的調(diào)節(jié)基因 ,其產(chǎn)物使體系關(guān)閉。 I突變體由于不能產(chǎn)生阻遏物 ,使細(xì)胞成為 lac永久表達(dá)型。 I/I+局部二倍體由于帶有一個(gè)正常阻遏物 ,使細(xì)胞中的 lac仍然被抑制。 I n a c t i ve r e p r e s s o r l a cI－ge n e s yt h e s i z e s d e f e c t i ve r e p r e s s o r t h a t d oe s n o t b i n d t o D N A O p e r o n i s t r an s c r i b e d an d t r an s l at e d l a c I－ O p e r an t o r β 半乳糖苷酶 透性酶 乙酰轉(zhuǎn)移酶 圖 16 l a c I 發(fā)生突變，操縱子組成型表達(dá) ① I 型組成型突變 Hfr lac I+Z+strST6S F lac IZstrrT6r 培養(yǎng)無(wú)誘導(dǎo)物 混合培養(yǎng) 1小時(shí)后加入抗生素 殺死供體菌 β 半乳糖苷酶活性逐漸上升 2小時(shí)后 加誘導(dǎo)物 組成型變?yōu)檎T導(dǎo)型 說(shuō)明 : ◆ I+合成特異的 阻遏物 ,無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)可阻止 Z基 因表達(dá) ◆ 誘導(dǎo)物可作為阻遏物的 拮抗物 ,使阻遏物失活 , Z基因表達(dá) ◆ I不產(chǎn)生無(wú)活性阻遏物 ,因而無(wú)需誘導(dǎo)物 ,Z基 因就可表達(dá) ,阻遏物起 負(fù)調(diào)控 作用 ▲ I基因產(chǎn)物及其功能 1967年 和 Hill將 lac I+ 或 lac I 射性標(biāo)記的 IPTG混合 ,發(fā)現(xiàn) lac I+ 提取物中有某種蛋白質(zhì)可以與 IPTG結(jié)合 ,且每 個(gè)蛋白分子可以與 4個(gè) IPTG分子結(jié)合 ,而 lac I IPTG結(jié) 合 ,說(shuō)明與 IPTG結(jié)合的蛋白是 I基因的產(chǎn)物。 lac I+ 的離體反應(yīng)液 (35S標(biāo)記的 I基因的產(chǎn)物 )與不同的 DNA分子相互作用 ,發(fā)現(xiàn) I基因的產(chǎn)物 ▲ 不與失去 lac操縱子全部基因的 DNA分子結(jié)合 ▲ 在有 IPTG時(shí)不與 lac操縱子基因結(jié)合 ▲ 不與 lacOC突變體的 DNA分子結(jié)合 說(shuō)明 I基因的產(chǎn)物有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn) 上個(gè)世紀(jì)末 ,本世紀(jì)初， 1996年 ,清華學(xué)界對(duì)中醫(yī)氣本質(zhì)，經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)，陰陽(yáng)，五行，藏象，中醫(yī)哲學(xué)觀等都有了新的全面整體創(chuàng)造性的認(rèn)識(shí)和解說(shuō)。如，鄧宇等發(fā)現(xiàn)的 :氣是流動(dòng)著的‘信息－能量－物質(zhì)’的混合統(tǒng)一體；分形分維的經(jīng)絡(luò)解剖結(jié)構(gòu)；數(shù)理陰陽(yáng)；中醫(yī)分形集：分形陰陽(yáng)集－陰陽(yáng)集的分形分維數(shù)，五行分形集－五行集的分維數(shù)；分形藏象五系統(tǒng)－暨心系統(tǒng)、肝系統(tǒng)、脾系統(tǒng)、肺系統(tǒng)、腎系統(tǒng)；中醫(yī)三個(gè)哲學(xué)觀－新提出的第三哲學(xué)觀：相似 觀－分 形論等。 還包括近代針灸經(jīng)絡(luò)的發(fā)展史 ,近代中醫(yī)氣的進(jìn)展簡(jiǎn)史 ,中西醫(yī)結(jié)合史 ,中醫(yī)中藥史等 .在明朝（ 1368年－ 1644），著名醫(yī)學(xué)家李時(shí)珍的醫(yī)學(xué)巨著 《 本草綱目 》 成書(shū)，這本書(shū)不僅是藥物學(xué)專著，還包括植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、（ 45傳染病 q566丙肝 964jo乙肝 28jgsx甲肝 gh）礦物學(xué)、化學(xué)等方面的知識(shí)。 《 本草綱目 》 刊行后很快傳入日本、朝鮮及越南等亞洲地區(qū)，（ df肺 25s血液 f369血小板 t5172紅血球 gdf55m白血球 fd2）在公元 1 18世紀(jì)先后被翻譯成多種歐洲語(yǔ)言。另一方面，李時(shí)珍是世界上第一個(gè)提出大腦負(fù)責(zé)精神感覺(jué)、又發(fā)現(xiàn)膽結(jié)石病、利用冰敷替高熱病人降溫以及發(fā)明消毒技術(shù)的醫(yī)學(xué)家。此外還有王叔和的 《 脈經(jīng) 》 、皇甫謐的 《 針灸甲乙經(jīng) 》 、陶弘景的 《 本草經(jīng)集注 》 、葛洪的 《 肘后備急方 》 、巢元方的 《 諸病源候論 》 、蘇敬的 《 新修本草 》 （ df肺 25s血液 f369血小板 t5172紅血球 gdf55m白血球 fd2）、王燾的 《 外臺(tái)秘要 》 、元丹貢布的 《 四部醫(yī)典 》 、 《 太平圣惠方 》 、王惟一的 《 銅人腧穴針灸圖經(jīng) 》 等大量醫(yī)學(xué)典