第五章 基因表达的调控
第五章 基因表达的调控
基因表达调控可在几个不同水平上进行。 在高度复杂的生物、细胞及其代谢过程中, 基因表达是高度有序的。如在高等生物中 特定的细胞已分化成高度特化的细胞,人类 眼睛的细胞只能合成眼色特有的蛋白,其决 不可能合成肝细胞中特有的解毒酶,各种特 定细胞能阻遏不同类别基因的表达
基因表达调控可在几个不同水平上进行。 在高度复杂的生物、细胞及其代谢过程中， 基因表达是高度有序的。如在高等生物中， 特定的细胞已分化成高度特化的细胞，人类 眼睛的细胞只能合成眼色特有的蛋白，其决 不可能合成肝细胞中特有的解毒酶，各种特 定细胞能阻遏不同类别基因的表达
基因表达的调控对生物是极端重要的。 真核生物:各种不同类型的细胞能阻遏不同类型基因的表 达 2.细菌具有阻遏基因表达的能力。 在进化中,细胞具备了一套机制,它能抑制那些并非必须的 酶的基因和激活那些在某一时间内明显必须的酶的基因。达到 这一目的的二个条件: (1)必须具备关闭或打开每种特定基因的方法;(2)对应该 激活一种特定基因或一组基因的特定环境具备正确识别的能力
基因表达的调控对生物是极端重要的。 1．真核生物：各种不同类型的细胞能阻遏不同类型基因的表 达。 2．细菌具有阻遏基因表达的能力。 在进化中，细胞具备了一套机制，它能抑制那些并非必须的 酶的基因和激活那些在某一时间内明显必须的酶的基因。达到 这一目的的二个条件： （1）必须具备关闭或打开每种特定基因的方法；（2）对应该 激活一种特定基因或一组基因的特定环境具备正确识别的能力
第一节基本的调控路线 乳糖操纵子的调控
第一节 基本的调控路线 乳糖操纵子的调控
一、原核生物的操纵子学说乳糖操纵子 口乳糖代谢中的酶和基因 1)透性酶 permease:能使乳糖进入细胞(Y) 2)β半乳糖苷酶β- galactosidase:水解乳糖为葡萄糖和半 乳糖(Z) (3)转乙酰基酶 transacetylase(A) 种酶的基因转录成一条mRNA,称多 顺反子的mRNA( polycistronic)
一、原核生物的操纵子学说——乳糖操纵子 □ 乳糖代谢中的酶和基因 （1）透性酶permease：能使乳糖进入细胞（Y） （2）β半乳糖苷酶β－galactosidase：水解乳糖为葡萄糖和半 乳糖（Z） （3）转乙酰基酶transacetylase（A） 三种酶的基因转录成一条mRNA，称多 顺反子的 mRNA（polycistronic）
1961年法国科学家 Jacobi和 Monod发现大肠杆菌在含 有乳糖的培养基中会合成大量的β-半乳糖苷酶,使乳 糖水解,在没有乳糖的环境中不产生β-半乳糖苷酶。 从而提出了乳糖操纵子学说来解释β-半乳糖苷酶基因 表达调控的问题 Regulatory Structure gene region Repressor Promoter Operator B-galactosidase Permease Transacetylase gene gene gene P O lacZ lacy lacA Lac operon
Repressor gene Promoter Operator Β-galactosidase gene Permease gene Transacetylase gene Regulatory region Structure gene I P O lacZ lacY lacA Lac operon 1961年法国科学家Jacob和Monod发现大肠杆菌在含 有乳糖的培养基中会合成大量的β-半乳糖苷酶，使乳 糖水解，在没有乳糖的环境中不产生β-半乳糖苷酶。 从而提出了乳糖操纵子学说来解释β-半乳糖苷酶基因 表达调控的问题
Structural genes lacz lacy lacA Transcription Polycistronic mRNA Ribosome Translation Moves along mRNA Proteins B-galactosidase Permease Acetylase The structural genes of the loc operon are transcribed into a single polycistronicmRNA, which is traslated simulated simultaneously by several ribosmes into the three enzmes encoded by the operon
The structural genes of the loc operon are transcribed into a single polycistronic mRNA ,which is traslated simulated simultaneously by several ribosmes into the three enzmes encoded by the operon
(a)Components Repressor Promoter Operator Leader Structural genes gene(7) (P) gene(O) 口乳糖操纵子 Operator. binding site Repressor RNA protein polymerase The components Lactose. binding site Lactose of the wild-type (b)IOZ rA(wild type)-No lactose present-Repressed Lac operon and Repressor binds to operator, lo transcription the response in blocking transcription Q No enzymes the absence and (c)IOZY A(wild type)-Lactose present-Induced the presence of P lactose, No binding occurs; Transcription transcription proceeds Q Operator-binding site is altered when bound to lactose mRNA Translation Enzymes
□ 乳糖操纵子 The components of the wild-type lac operon and the response in the absence and the presence of lactose
1.操纵基因( Operator,简称O),起到基因开关的作用。 2.启动基因( Promoter,简称P),是RNA聚合酶结合的部 位,能起动ZYA基因的表达, POZYA在DNA上几个相邻接的 基因共同组成一个功能单位称操纵子 operon) 3.调节基因(I基因),能编码产生一种阻遏蛋白,该蛋白 能识别和结合到操纵基因上,并能阻止RNA聚合酶启动的转 录,使乳糖操纵子处于关闭状态,一般情况下,阻遏蛋白总 是结合在操纵基因O区。使操纵子关闭 如何开启操纵子表达? 当环境中存在乳糖及其类似物时(称为诱导物),它们能与 阻遏物分子结合,改变阻遏蛋白的构型,使其不能再与操纵 基因O区结合。这时,操纵基因便开启,结合到启动子上的 RNA聚合酶能顺利启动ZYA基因的表达,合成相应的三种酶
1．操纵基因（Operator，简称O），起到基因开关的作用。 2．启动基因（Promoter，简称P），是RNA聚合酶结合的部 位，能起动ZYA基因的表达，POZYA在DNA上几个相邻接的 基因共同组成一个功能单位称操纵子(operon)。 3．调节基因（I基因），能编码产生一种阻遏蛋白，该蛋白 能识别和结合到操纵基因上，并能阻止RNA聚合酶启动的转 录，使乳糖操纵子处于关闭状态，一般情况下，阻遏蛋白总 是结合在操纵基因O区。使操纵子关闭。 如何开启操纵子表达？ 当环境中存在乳糖及其类似物时（称为诱导物），它们能与 阻遏物分子结合，改变阻遏蛋白的构型，使其不能再与操纵 基因O区结合。这时，操纵基因便开启，结合到启动子上的 RNA聚合酶能顺利启动ZYA基因的表达，合成相应的三种酶
二、其它基因 I基因:编码阻遏蛋白,能阻断ZYA基因的表达。 O操纵基因 operator:是DNA上与阻遏物结合的特异性位置。阻 遏物一旦结合到O基因上,就能阻制由RNA聚合酶催化的转录 起动。 启动基因 promoter ※操纵子 operon:是几个基因协同表达的遗传功能单位。由启 动基因,操纵基因和转录成一条mRNA分子的几个相邻接的基 因组成的功能单位。 POZYA
二、其它基因 I基因：编码阻遏蛋白，能阻断ZYA基因的表达。 O操纵基因operator：是DNA上与阻遏物结合的特异性位置。阻 遏物一旦结合到O基因上，就能阻制由RNA聚合酶催化的转录 起动。 启动基因promoter * 操纵子operon：是几个基因协同表达的遗传功能单位。由启 动基因，操纵基因和转录成一条mRNA分子的几个相邻接的基 因组成的功能单位。POZYA