《分子生物学与基因工程》课程教学课件（讲稿）第七章 原核基因表达调控 Prokaryotic gene expression regulation

原核表达真核生物与原核生物的基因表达DNA细胞核初级转录本细胞质mRNAmRNA核糖体新生蛋自质(b)(a)图7-1原核基因与真核基因表达特性的比较(a)在原核基因的表达过程中，转录和转译是偶联发生的：（b)在真核基因表达过程中，转录和转译在空间和时间上都是分开进行的

原核表达 真核生物与原核生物的基因表达

原核表达前言·原核生物及单细胞生物：代谢过程适应环境变化·高等生物：细胞分化，形成不同的组织和器官·并非所有的基因都需要连续表达。不同的细胞，不同的细胞周期，同一个基因表达水平也不一样。·调控可以使生物在其所处的环境中以最优的方式生存和繁衍

原核表达 前言 •原核生物及单细胞生物：代谢过程适应环境变化。 •高等生物：细胞分化，形成不同的组织和器官。 • 并非所有的基因都需要连续表达。不同的细胞，不同的细胞周期， 同一个基因表达水平也不一样。 • 调控可以使生物在其所处的环境中以最优的方式生存和繁衍

原核表达前言·原核细胞基因和蛋白种类较少：组成型合成蛋白质和适应型合成蛋白质·调控的关键是调控蛋白与DNA上的特异位点结合来调控转录。它们在DNA上的位点通常但不是专一的位于目的基因的上游·相互作用可以通过正（Positive）调控的方式（打开基因）和负（Negative）调控的形式(关闭基因）来调控一个靶基因(Targetgene)

原核表达 前言 • 原核细胞基因和蛋白种类较少：组成型合成蛋白质和适应型合成蛋白质。 • 调控的关键是调控蛋白与DNA上的特异位点结合来调控转录。它们在DNA 上的位点通常但不是专一的位于目的基因的上游。 • 相互作用可以通过正(Positive)调控的方式(打开基因)和负(Negative)调控 的形式(关闭基因)来调控一个靶基因(Target gene)

原核表达原核基因表达调控总论Regulatorprotein·从DNA到蛋白质的过程称↑为基因表达。·对这个过程的调节就称为基mRNA因表达调控。RegulatorgeneTarget site·基因表达调控的时间和空间

原核表达 一、原核基因表达调控总论 •从DNA到蛋白质的过程称 为基因表达。 •对这个过程的调节就称为基 因表达调控。 •基因表达调控的时间和空间

原核表达调控水平·（1）转录水平上的调控：调控主要发生在起始时期。通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，防止越过终止子而进行下一个基因的转录。·转录调控的最初概念是1961年由Jacob和Monod以关于基因表达调控的模型这一经典的形式提出的。·FrancoisJacob和JacquesMonod、AndreLwoff在遗传调控和病毒方面的杰出贡献，共同获得了1965年的诺贝尔生理医学奖

原核表达 调控水平 • （1）转录水平上的调控：调控主要发生在起始时期。通常不在转录延伸阶段进行调 控，但可在终止阶段进行调控，防止越过终止子而进行下一个基因的转录。 • 转录调控的最初概念是1961年由Jacob和Monod以关于基因表达调控的模型这一经 典的形式提出的。 • Francois Jacob和 Jacques Monod、Andre Lwoff 在遗传调控和病毒方面的杰 出贡献，共同获得了1965年的诺贝尔生理医学奖

原核表达调控水平·影响因素：原核生物：营养状况、环境因素真核生物：发育阶段、激素水平·转录水平调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其它小分子配基的相互作用

原核表达 调控水平 •影响因素： • 原核生物：营养状况、环境因素 • 真核生物：发育阶段、激素水平 •转录水平调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋 白因子及其它小分子配基的相互作用

原核表达调控水平·（2）转录后水平上的调控：mRNA加工成熟水平上的调控；翻译水平上的调控·细菌中，mRNA的合成和翻译基本上是同时进行的。此时不能进行调控。翻译通常在其起始和终止阶段进行调控（和转录一样)。·起始调控基本上和转录的调控相似：DNA转录的起始和RNA翻译的起始调控路线也很相似

原核表达 调控水平 • （2）转录后水平上的调控： mRNA加工成熟水平上的调控； 翻译水平上的调控 • 细菌中，mRNA的合成和翻译基本上是同时进行的。此时不能进行 调控。翻译通常在其起始和终止阶段进行调控(和转录一样)。 • 起始调控基本上和转录的调控相似：DNA 转录的起始和RNA翻译 的起始调控路线也很相似

原核表达二、原核生物基因表达的调控·转录水平的调控(control of transcription)操纵子(operon）：由调控区（启动子和操纵基因）与信息区（结构基因）组成·翻译水平的调控(controlof translation)

原核表达 二、原核生物基因表达的调控 •转录水平的调控(control of transcription) 操纵子(operon)：由调控区（启动子和操纵基因）与信 息区（结构基因）组成 •翻译水平的调控(control of translation)

原核表达（一）原核基因调控机制的类型和特点S基因表达的方式：诱导和阻遏表达の诱导（induction）-可诱导基因在特定环境信号或代谢物（诱导物）刺激下表达增强的过程。iDNA损伤→修复酶基因激活i乳糖→利用乳糖的三种酶表达の阻遏（repression）--可阻遏基因平时时开启的，由于一些代谢物或诱导物的积累而关闭，阻遏了基因的表达。表达产物水平降低的过程。i色氨酸一色氨酸合成酶系

原核表达 （一）原核基因调控机制的类型和特点 § 基因表达的方式：诱导和阻遏表达 Ø诱导（induction）-可诱导基因在特定环境信号或代谢物（诱 导物）刺激下表达增强的过程。 ¡ DNA损伤 →修复酶基因激活 ¡ 乳糖 → 利用乳糖的三种酶表达 Ø阻遏（repression）-可阻遏基因平时时开启的，由于一些代 谢物或诱导物的积累而关闭，阻遏了基因的表达。表达产物水平 降低的过程。 ¡ 色氨酸 —色氨酸合成酶系

原核表达1、可诱导调节S可诱导操纵子总是一些编码糖和氢基酸分解代谢蛋白的基因。S例：大肠杆菌的乳糖操纵子诱导物→可诱导基因→诱导酶→酶的诱导合成

原核表达 1、可诱导调节 § 可诱导操纵子总是一些编码糖和氨基酸分解代谢蛋白的基因。 § 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 诱导物 可诱导基因 诱导酶 酶的诱导合成