【正文】 ，多的可達十幾個。調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白與操縱位點結(jié)合從而阻礙了結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄成為 mRNA。 二、乳糖操縱子 (lac)的調(diào)控模式 ? (一 )操縱子的提出 ? 大腸桿菌可以利用葡萄糖、乳糖、麥芽糖、阿拉伯糖等作為碳源而生長繁殖。當我們說一個系統(tǒng)處于 off狀態(tài)時，也有本底水平的基因表達，常常是每世代每個細胞只合成 1或 2個 mRNA分子。在一個每30min增殖一倍的 109細菌群體中，若有一個細菌變成了 ，大約經(jīng)過 80天的連續(xù)生長后，這個群體中的%都將具有 速度。如大腸肝菌中控制葡萄糖降解的酶類。 ? 不同組織細胞中不僅表達的基因數(shù)量不相同，而且基因表達的強度和種類也各不相同，這就是基因表達的組織特異性 ? 基因表達的階段特異性 ? 細胞分化發(fā)育的不同時期，基因表達的情況是不相同的，這就是基因表達的階段特異性。第六講 原核基因表達調(diào)控 緒論 一、原核基因表達調(diào)控總論 二、乳糖操縱子的調(diào)控模式 三、 色氨酸操縱子的調(diào)控模式 四、 其他操縱子的調(diào)控機制 五、 原核生物的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 緒論：基因表達調(diào)控的現(xiàn)象和概念 ? （一）、基因表達調(diào)控是生命的必需 ? 基因表達 (gene expression)是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個過程。 ? 一個受精卵含有發(fā)育成一個成熟個體的全部遺傳信息，在個體發(fā)育分化的各個階段，各種基因極為有序地表達，一般在胚胎時期基因開放的數(shù)量最多，隨著分化發(fā)展，細胞中某些基因關(guān)閉 (turn off)、某些基因轉(zhuǎn)向開放 (turn on)，胚胎發(fā)育不同階段、不同部位的細胞中開放的基因及其開放的程度不一樣，合成蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量都不相同，顯示出基因表達調(diào)控在空間和時間上極高的有序性，從而逐步生成形態(tài)與功能各不相同、極為協(xié)調(diào)、巧妙有序的組織臟器。 返回首頁 ? ②適應(yīng)性表達：指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。 ? 一個大腸桿菌細胞中約有 25003000個基因。所謂 關(guān) 實際的意思是基因表達量特別低，很難甚至無法檢測。當培養(yǎng)基中有葡萄糖和乳糖時，細菌優(yōu)先使用葡萄糖，當葡萄糖耗盡，細菌停止生長，經(jīng)過短時間的適應(yīng)，就能利用乳糖，細菌繼續(xù)呈指數(shù)式繁殖增長(圖 )。而誘導(dǎo)物又可以與阻遏蛋白相結(jié)合從而阻止阻遏蛋白與操作子的結(jié)合。每個結(jié)構(gòu)基因是一個連續(xù)的開放讀框， 5′端有翻譯起始碼 (DNA存儲鏈上是 ATG，轉(zhuǎn)錄成 mRNA就是 AUG)， 3′端有翻譯終止碼 (DNA存儲鏈上是 TAA、 TGA或 TAG，轉(zhuǎn)錄成 mRNA就是 UAA、 UGA或 UAG)。 ? 由于 z、 y、 a三個基因頭尾相接，上一個基因的翻譯終止碼靠近下一個基因的翻譯起始碼，因而同一個核糖體能沿此轉(zhuǎn)錄生成的多順反子 mRNA移動，在翻譯合成了上一個基因編碼的蛋白質(zhì)后，不從 mRNA上掉下來而繼續(xù)沿 mRNA移動合成下一個基因編碼的蛋白質(zhì)，一氣依次合成基因群所編碼的所有蛋白質(zhì)。仔細分析該操縱子序列，可見這段雙鏈 DNA具有回文樣的對稱性一級結(jié)構(gòu)，能形成十字形的莖環(huán)構(gòu)造。 ? 另一類是依賴 ρ因子的終止子，即其終止轉(zhuǎn)錄的作用需要 ρ因子的協(xié)同，或至少是受 ρ因子的影響。 ? 當有乳糖存在時，乳糖受 β－半乳糖苷酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與 R結(jié)合，使 R構(gòu)象變化， R四聚體解聚成單體，失去與 o的親和力，與 o解離，基因轉(zhuǎn)錄開放， β－半乳糖苷酶在細胞內(nèi)的含量可增加 1000倍。 ? 在 1ac操縱元的啟動子 P1ac上游端有一段與 P1ac部分重疊的序列，能與 CAP特異結(jié)合，稱為 CAP結(jié)合位點。這類操縱元使細菌能適應(yīng)環(huán)境的變化，最有效地利用環(huán)境能提供的能源底物。 ? 合成色氨酸所需要酶類的基因 E、 D、 C、 B、 A等頭尾相接串連排列組成結(jié)構(gòu)基因群，受其上游的啟動子Ptrp和操縱子 o的調(diào)控，調(diào)控基因 trpR的位置遠離 Po結(jié)構(gòu)基因群，在其自身的啟動子作用下，以組成性方式低水平表達分子量為 47000的調(diào)控蛋白 R。這個細微調(diào)控是通過轉(zhuǎn)錄達到第一個結(jié)構(gòu)基因之前的過早終止來實現(xiàn)的，由色氨酸的濃度來調(diào)節(jié)這種過早終止的頻率。 三種不同情況下 A、 B、 C形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)的狀態(tài) 前導(dǎo)區(qū)序列特點與弱化作用 ? 在色氨酸未達到能起阻遏作用的濃度時，從 Ptrp起始轉(zhuǎn)錄， RNA聚合酶沿 DNA轉(zhuǎn)錄合成 mRNA，同時核糖體就結(jié)合到新生成的 mRNA核糖體結(jié)合位點上開始翻譯。 這 3個酶的作用是使半乳糖變成葡萄糖 1磷酸。 ? 半乳糖不僅可以作為唯一碳源供細胞生長，而且與之相關(guān)的物質(zhì) 尿苷二磷酸半乳糖（ UDPgal）是大腸桿菌細胞壁合成的前體。 營養(yǎng)狀況對 ara操縱子活性的影響 ● 有葡萄糖時，不轉(zhuǎn)錄 ? ● 無葡萄糖，也無阿拉伯糖時，不轉(zhuǎn)錄 ? ● 無葡葡糖，有阿拉伯糖時， araBAD基因表達 五、固氮基因調(diào)控（簡介） ? 生物固氮簡介 ? 微生物利用自己獨特的固氮酶系統(tǒng)．將從光合作用產(chǎn)物或其他碳水化合物得到的電子和能量傳遞給氮（ N2），使其還原成氨，這就是生物固氮。這種共生固氮途徑的有效利用，在我國和東南亞一些國家已有悠久的歷史。化學模擬固氮的研究，將為化學氮肥生產(chǎn)提供新型的催化劑，這對現(xiàn)代氮肥工業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都具有極其重要的意義。細胞通過翻譯調(diào)控，解決了這個問題。 ? 由于 trpE的終止密碼子與 trpD的起始密碼重疊， trpE翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行翻譯的機制。研究發(fā)現(xiàn)，在氨基酸缺乏時，rel+菌株能合成鳥苷四磷酸（ ppGpp）和鳥苷五磷酸（ pppGpp），而 rel菌則不能。 GTP+ATP→ pppGpp+AMP→ ppGpp ppGpp的主要作用可能是影響 RNA聚合酶與啟動子結(jié)合的專一性，從而成為細胞內(nèi)嚴緊控制的關(guān)鍵。用同位素標記分析 RNA噬菌體幾種蛋白質(zhì)的起譯過程，發(fā)現(xiàn)外殼蛋白起譯頻率比合成酶至少要高 3倍。 ? 許多調(diào)控蛋白如 LacI、 AraC、 TrpR等在細胞內(nèi)含量也很低，編碼這些蛋白的基因中密碼子的使用頻率和 dnaG相似，而明顯不同于非調(diào)節(jié)蛋白。植物凝血素是糖蛋白，細菌細胞壁上有脂多糖受體。遺傳工程是用人工方法去改變生物體的遺傳特性或者按照人們的意愿去創(chuàng)造新物種。自生固氮是指有些固氮微生物在土壤或培養(yǎng)基中能夠獨立地完成固定大氣中的分子態(tài)氮的作用，其固氮量遠遠低于共生固氮。生長過程中的所有時間里細胞必須能夠合成差向異構(gòu)酶。 ? gal操縱子的特點： ① 它有兩個啟動子，其 mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄； ② 它有兩個 O區(qū)，一個在 P區(qū)上游 6753，另一個在結(jié)構(gòu)基因 galE內(nèi)部。當色氨酸濃度增高時， tRNAtrp 色氨酸濃度隨之升高，核糖體沿 mRNA翻譯移動的速度加快，占據(jù)到