8原核生物基因表达的调控 8.1乳糖操纵元lactose operon 8.2色氨酸操纵元 8.3基因转录的时序调控 8.4小分子RNA的翻译调节
8 原核生物基因表达的调控 8.1 乳糖操纵元 lactose operon 8.2 色氨酸操纵元 8.3 基因转录的时序调控 8.4 小分子RNA的翻译调节
8.1乳糖操纵元 8.1.1 Discovery of Operon Francis Jacob Jacques Monod 1961年，F.Jacob&J.Monod提出，此后不断完善。获 1965年诺贝尔生理学和医学奖 1940年，Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基 上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳 糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿。即产生“二 次生长曲线”。 文献：细胞中存在两种酶，即组成酶与诱导酶 ■1947年，报告：“酶的适应现象及其在细胞分化中的意义
8.1.1 Discovery of Operon ◼ 1961年, F. Jacob & J.Monod提出, 此后不断完善。获 1965年诺贝尔生理学和医学奖 ◼ 1940年， Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基 上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳 糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿。即产生“二 次生长曲线” 。 ◼ 文献：细胞中存在两种酶，即组成酶与诱导酶 ◼ 1947年，报告：“酶的适应现象及其在细胞分化中的意义” Francis Jacob Jacques Monod 8.1 乳糖操纵元
·1951年，Monod与Jacob合作，发现两对基因： ■Z基因：与合成邹-半乳糖苷酶有关； ■基因：决定细胞对诱导物的反应。 ■Sard:基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在 时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉 该阻遏物。 Jacob:结构基因旁有开关基因（操纵基因）， 阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的 表达
◼ 1951年，Monod与Jacob合作，发现两对基因： ◼ Z基因：与合成β-半乳糖苷酶有关； ◼ I基因：决定细胞对诱导物的反应。 ◼ Szilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在 时，酶无法合成，只有有诱导物存在，才能去掉 该阻遏物。 ◼ Jacob：结构基因旁有开关基因（操纵基因）， 阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的 表达
乳糖操纵元结构 Regulatory Structural genes sequences Promoter for regulatory gene Regulatory genei Promoter for lac operon P 01 0 调节基因 Operator 操作位点 B-galactosidase B-galactoside βgalactoside B-半乳糖苷酶 permease transacetylase 半乳糖苷透性酶 乙酰基转移酶
半乳糖苷透性酶 乙酰基转移酶 ß-半乳糖苷酶 操作位点 乳糖操纵元结构 调节基因
Regulator protein Control element Structural genes Tardet site 操纵元是一种完整的具有特定功能的细菌基因表 达和调节的单位，包括调节基因，操纵位点，结 构基因，组成一个控制单元 结构基因：产生mRNA,合成蛋白质 操纵位点promotor,operator:启动子结合位点 ■调节基因：产生调节蛋白（与操纵位点结合） 结构基因不转录 诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合 →结构基因转录
◼ 操纵元是一种完整的具有特定功能的细菌基因表 达和调节的单位，包括调节基因，操纵位点，结 构基因，组成一个控制单元 ◼ 结构基因：产生mRNA,合成蛋白质 ◼ 操纵位点 promotor,operator：启动子结合位点 ◼ 调节基因：产生调节蛋白（与操纵位点结合） →结构基因不转录 诱导物存在时，可与阻遏蛋白结合 →结构基因转录 Control element Structural genes
8.1.2 酶的诱导现象 B.2边 Chcose &2遁 Lactose No P-galactosidlase was produced B-galactsidase was produced B-半乳糖苷酶
8.1.2 酶的诱导现象 B-半乳糖苷酶
Inducer added 无乳糖时，几个B-gal/cell Induction 加入乳糖时，5000个 再去掉乳糖，lac mRNA下降 乳糖能激发lac mRNA的合成 0 10 Time (minutes) 乳糖的诱导作用是由酶前体转化而来，还是诱导新酶 合成？ 培养基(35S-aa,无乳糖)→E.coli繁殖→ 培养基（无5S-aa,加入乳糖) →-gal(无35S) 分解底物的酶只有在底物存在时才出现！
分解底物的酶只有在底物存在时才出现！ ◼ 无乳糖时，几个B-gal/cell 加入乳糖时，5000个 再去掉乳糖，lac mRNA下降 乳糖能激发lac mRNA的合成 ◼ 乳糖的诱导作用是由酶前体转化而来，还是诱导新酶 合成？ 培养基（35S-aa, 无乳糖）→ E.coli繁殖→ 培养基（无35S -aa, 加入乳糖） → β-gal(无35S)
8.1.3 调控机理 1调控区结构 ■lacL,1045bp,独立Pi ■P,82bp,-82~+1 ■0,35bp,-7≈+28 ■lacZYA -50 40-30-20 -10 10 20 30 Promaer binds RNA polymerase binds repressor
8.1.3 调控机理 1 调控区结构 ◼ lacI, 1045bp，独立Pi ◼ P, 82bp，－82～＋1 ◼ O, 35bp，－7～＋28 ◼ lacZYA
RNA polymerase 2.阻遏状态 regulatory gene DNA-Pi CA Plac lacZ lacY lacA constitutive expression no transcription (nil) ↓ operon repression 体外结合竞争实验： lac repressor 阻遏物+RNA pol,off RNA pol+阻遏物， 0n
体外结合竞争实验: 阻遏物＋RNA pol, off RNA pol＋阻遏物， on 2. 阻遏状态
RNA polymerase 3诱导状态 (holoenzyme) regulatory gene DNA-Pi CAP Plac lacZ lacY lacA constitutive transcription expression operan induction lac repressor (helix-turn-helix) inactivated repressor 诱导作用：在可诱导的操纵元中， inducer (allolactose) 加入对基因表达有调节作用的小分 诱导物 子后，开启基因的转录活性
3 诱导状态 诱导物 诱导作用：在可诱导的操纵元中， 加入对基因表达有调节作用的小分 子后，开启基因的转录活性