(醫(yī)學)原核生物基因表達調(diào)控

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1、原核生物基因表達調(diào)控Howmanygenesareexpressed?第一節(jié)乳糖操縱子乳糖操縱子的發(fā)現(xiàn):大腸肝菌能夠利用乳糖:環(huán)境中乳糖作為唯一碳源→表達并合成一系列與乳糖代謝相關(guān)的酶類環(huán)境中沒有乳糖→編碼上述乳糖代謝酶的基因則被關(guān)閉乳糖代謝酶結(jié)構(gòu)基因β－半乳糖苷酶LacZβ－半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶LacAβ－半乳糖苷透性酶LacY當誘導(dǎo)物不存在時,操縱子以極低的基礎(chǔ)水平轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)物的加入激活轉(zhuǎn)錄,使lacmRNA水平迅速上升誘導(dǎo)物一旦除去,轉(zhuǎn)錄立刻停止,lacmRNA極不穩(wěn)定很快降解,細胞內(nèi)lacmRNA含量恢復(fù)到誘導(dǎo)前的基礎(chǔ)水平誘導(dǎo)后蛋白質(zhì)

2、含量的上升相對于mRNA水平的變化存在一個滯后期誘導(dǎo)物除去后,酶的合成立即停止,但由于蛋白質(zhì)較穩(wěn)定,酶活性可長時間保持在誘導(dǎo)水平操縱子反式作用突變鑒定調(diào)節(jié)基因:lacI–:阻遏蛋白不能識別操縱基因為隱性遺傳,只要引入正常的lacI＋基因,并進行誘導(dǎo),即可恢復(fù)正常的調(diào)控lacIs:調(diào)節(jié)蛋白不能和誘導(dǎo)物結(jié)合為顯性遺傳,突變的阻遏蛋白和細胞內(nèi)所有的乳糖操縱子結(jié)合并阻遏轉(zhuǎn)錄,即使有野生型阻遏蛋白存在也不會脫離順式作用突變來鑒定操縱基因:Oc突變:操縱基因發(fā)生突變,不能和阻遏蛋白結(jié)合導(dǎo)致RNA聚合酶可以不受限制地從啟動子開始轉(zhuǎn)錄,結(jié)構(gòu)基因組成型表達乳

3、糖操縱子模型:Z、Y、A基因的產(chǎn)物由同一條多順反子的mRNA分子所編碼。該mRNA分子的啟動子(P)位于調(diào)節(jié)基因(I)與操縱區(qū)(O)之間,不能單獨起始半乳糖苷酶和透性酶基因的高效表達。操縱區(qū)是阻遏蛋白的結(jié)合位點。操縱區(qū)位于mRNA-5至＋21這段區(qū)域,和啟動子的右側(cè)末端重疊當阻遏物與操縱區(qū)相結(jié)合時,lacmRNA的轉(zhuǎn)錄起始受到抑制?；钚宰瓒舻鞍资怯?個相同亞基組成的同源四聚體阻遏蛋白具有兩個結(jié)合位點:操縱基因結(jié)合位點和誘導(dǎo)物結(jié)合位點阻遏蛋白和DNA的結(jié)合能增強RNA聚合酶結(jié)合DNA的能力,只是結(jié)合的RNA聚合酶不能起始轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)

4、:由N端DNA結(jié)合域、鉸鏈區(qū)和核心區(qū)三部分組成DNA結(jié)合域包含兩個α螺旋,由一個轉(zhuǎn)角分開鉸鏈區(qū)連接DNA結(jié)合域和核心區(qū)核心區(qū)由核心結(jié)構(gòu)域1和核心結(jié)構(gòu)域2組成;誘導(dǎo)物結(jié)合在兩個結(jié)構(gòu)域之間的裂隙中;C端負責亞基間的寡聚化誘導(dǎo)物通過與阻遏物結(jié)合,改變它的構(gòu)象,使之不能與操縱區(qū)相結(jié)合,從而激活lacmRNA的轉(zhuǎn)錄。誘導(dǎo)物和結(jié)合于操縱基因上的阻遏物結(jié)合,使其從操縱基因上釋放。而不是和游離阻遏物結(jié)合,影響阻遏物和DNA結(jié)合的平衡阻遏蛋白結(jié)合誘導(dǎo)物后構(gòu)型的變化:阻遏物由兩個二聚體組成四聚體;二聚體的兩個DNA結(jié)合域可以同時插入DNA大溝的兩個相鄰連續(xù)轉(zhuǎn)角

5、;誘導(dǎo)物結(jié)合,改變了DNA結(jié)合域和核心區(qū)之間的角度方向,使二聚體兩個頭部不能同時和DNA結(jié)合,從而降低和操縱基因的親和力阻遏物同時結(jié)合兩個操縱基因乳糖操縱子的操縱基因兩側(cè),還存在兩個較弱的額外操縱基因(pseudo-operator)完全阻遏轉(zhuǎn)錄,阻遏蛋白四聚體除了和操縱基因結(jié)合外,還需要和其中一個額外操縱基因結(jié)合同時和四聚體結(jié)合的兩個操縱基因之間的DNA,彎曲形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)物改變阻遏蛋白在DNA上的分布,而不是產(chǎn)生游離阻遏蛋白:隨機DNA序列和阻遏蛋白也具有親和力,但比操縱基因和阻遏蛋白的親和力低107倍誘導(dǎo)物和阻遏蛋白結(jié)合時,阻遏蛋白

6、和操縱基因的親和力下降,所有阻遏蛋白結(jié)合在DNA的隨機序列上除去誘導(dǎo)物后,阻遏蛋白恢復(fù)活性,從隨機位點直接轉(zhuǎn)移到操縱基因上乳糖操縱子操縱子模型正調(diào)控和負調(diào)控:根據(jù)操縱子在沒有調(diào)節(jié)蛋白時的反應(yīng)來定義:負調(diào)控基因除非被阻遏蛋白關(guān)閉,否則一直表達正調(diào)控基因只有在活性調(diào)節(jié)蛋白存在時,才會被表達誘導(dǎo)和阻遏:根據(jù)操縱子對調(diào)節(jié)其表達的小分子所產(chǎn)生的不同應(yīng)答反應(yīng)來定義誘導(dǎo)物:Aninducerisasmallmoleculethattriggersgenetranscriptionbybindingtoaregulatorprotein.輔阻遏物:Acor

7、epressorisasmallmoleculethattriggersrepressionoftranscriptionbybindingtoaregulatorprotein.第二節(jié)操縱子的其他調(diào)控形式大腸桿菌色氨酸操縱子的負調(diào)控:色氨酸操縱子控制5種酶的合成,由trpE,D,C,B,A編碼當色氨酸缺乏時,調(diào)節(jié)基因(trpR)編碼無活性的aporepressor阻遏蛋白當細胞中色氨酸濃度較高時,色氨酸和aporepressor結(jié)合,形成有活性的色氨酸操縱子阻遏蛋白二、大腸桿菌色氨酸操縱子的衰減作用:TrpmRNA的5’端有139個核苷酸

8、組成的前導(dǎo)序列,前導(dǎo)序列有4個區(qū)域彼此互補:1－2,2－3,3－4,3－4發(fā)夾結(jié)構(gòu)隨后為8個連續(xù)UTrpmRNA的5’編碼14個氨基酸組成的前導(dǎo)肽,前導(dǎo)肽特點是含有兩個連續(xù)Trp