(醫(yī)學(xué))基因表達(dá)的調(diào)控-原核生物的基因調(diào)控

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1、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2500-3000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

2、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)”(on-off)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。1、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)(geneexpression)。對(duì)這個(gè)過(guò)程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達(dá)調(diào)控(generegulation或genecontrol)。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(transcriptionalregulation);②mRNA加工成熟水平上的調(diào)

3、控(differentialprocessingofRNAtranscript);③翻譯水平上的調(diào)控(differentialtranslationofmRNA)。2、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3、基因表達(dá)的調(diào)控方式負(fù)調(diào)控(negativetranscriptionregulation):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(positivetranscriptionregulation):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)

4、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(2-6)+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)1、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)

5、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(lactoseoperon)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)LacmRNA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(gratuitousinducer)誘導(dǎo)物的加入和去除對(duì)lacmRNA的影響2、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、APYZAO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”;19

6、50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。J.Lederberg1948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LacZ-Y+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-半乳糖苷乙酰基轉(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

7、乳糖苷乙?；D(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+→Oc后,Z、Y、A結(jié)構(gòu)基因均表現(xiàn)為永久表達(dá),