导图社区 原核基因表达调控
这是一个关于原核基因表达调控的思维导图，主要内容有原核生物基因表达的方式、原核基因表达调控总论。
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原核基因表达调控
原核生物基因表达的方式
组成性表达
特点
一般不受环境或代谢状态变动而变化
在生物个体几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因
维持细胞最低限度功能所不可少的基因
如：编码核糖体蛋白基因，糖酵解酶基因，DNA复制和RNA转录相关酶等
适应性表达
指环境的变化使其表达水平变动的一类基因表达
类型
诱导(induction)
环境条件导致表达水平增高，可诱导的基因
阻遏(repression)：环境条件导致基因表达水平降低，可阻遏的基因
原核基因表达调控总论
分类
正转录调控
调节基因的产物是激活蛋白
正控诱导
效应物对存在使激活蛋白处于活性状态
正控阻遏
效应物的存在使激活蛋白处于非活性状态
负转录调控
调节基因的产物：阻遏蛋白，阻止基因结构表达，作用部位：操纵区
负控诱导
阻遏蛋白(不)与效应物结合，结构基因(不)转录
负控阻遏
阻遏蛋白与效应物结合，基因不转录
主要特点
调节类型
可诱导调节
可阻遏调节
平时开启，由于代谢物或化合物积累将其关闭，阻遏基因表达→ E.coli的色氨酸操纵子
操纵子的调控
乳糖操纵子
编码的3个酶
β-半乳糖苷酶(使乳糖水解为半乳糖和葡萄糖)
β-半乳糖苷透过酶(使乳糖进入细菌细胞内)
β-半乳糖苷乙酰基转移酶(使β-半乳糖第六位碳原子乙酰化)
色氨酸操纵子
组成
启动子和操纵基因区
DNA水平的调控
基因拷贝数
DNA重排
强弱启动子
rRNA操纵子(rrnB,rrnE)
P1强启动子，对数生长期；P2弱启动子，氨基酸饥饿状态，细胞中PpCpp浓度↑，维持细菌缓慢生长
SI操纵子(rpsA)
P1,P2强启动子，P3P4弱启动子，受应急反应调控
DnaQ操纵子(RNA聚合酶调控)
酶活性低，弱启动子P2控制；RNA聚合酶高，强启动子P1
转录水平调控
转录起始的调控(关键)
原核生物RNA聚合酶
核心酶
转录延伸
σ因子
转录起始：负责模板链选择和转录起始，使酶专一性识别模板启动子
转录终止调控
抗终止作用
抗终止因子：阻止转录终止的蛋白
弱化作用
弱化子
转录后调控
原核生物最直接有效调控方式
翻译或翻译后水平
包括
Z
编码β-半乳糖苷酶：水解乳糖
Y
β-半乳糖苷透过酶：转移乳糖进细胞
A
β-半乳糖苷乙酰基转移酶：形成乙酰半乳糖
启动子
控制子
阻遏子
酶的诱导
乳糖诱导→乳糖类似物
异丙基半乳糖苷(IPTG)
巯甲基半乳糖苷(TMG)
安慰性诱导物
乳糖操纵子模型
主要内容
Z,Y,A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子编码
该吗RNA分子的启动区(P)位于阻遏基因(I)与操纵区(O)之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达
操纵区是DNA上的一个小段序列(26bp)，是阻遏物到结合位点
当阻遏物与操纵区相结合，lac mRNA转录起始受抑制
诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵区结合，激发lac mRNA的合成
lac操纵子本底水平表达
诱导物(异构乳糖)的转运需要透过酶
异构乳糖的产生是由β-半乳糖苷酶催化乳糖形成的
非诱导状态下本身具有少量的lac mRNA合成 →本底水平的组成型合成
大肠杆菌对乳糖的反应
有乳糖能维持lac mRNA的生物合成
乳糖消耗完后变成阻遏状态，无lac mRNA合成
无葡萄糖+有乳糖→合成lac mRNA
阻遏物lacI基因产物及功能
阻遏蛋白结构
弱启动子控制合成
N端：HTH结构域； 中间是两个相似的核心结构域，可以与诱导物结合：1→2
C端是一个α螺旋，参与阻遏蛋白的聚合：2→4
lacI弱启动子若变为强启动子，阻遏状态很强，转录被抑制
cAMP与代谢物激活蛋白
cAMP(环磷酸腺苷)
腺苷酸环化酶作用变来的
大肠杆菌中，cAMP浓度受葡萄糖代谢调节，葡萄糖高，cAMP低； 有其他不经糖酵解的碳源，cAMP高
大肠杆菌代谢物激活蛋白CAP，能结合cAMP，又称CRP，由Crp编码
cAMP-CRP(二聚体)合成mRNA所必需， 对启动子开放复合物不可少，是不同于 阻遏体系的正调控因子
葡萄糖对lac操纵子的影响
同时有葡萄糖和乳糖：耗尽完葡萄糖前不引发lac操纵子， 耗尽后：cAMP↑，β-半乳糖苷酶活性↑
不是葡萄糖而是其某些降解产物抑制 lac mRNA合成→代谢物阻遏效应
乳糖操纵子DNA调控区域
阻遏物与O区结合影响RNA聚合酶与启动区结合形成转录起始复合物效率
