原核基因表达调控思维脑图思维导图

U531287664

2023-10-24

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原核基因

调控机制

操纵子

基因表达，原核基因调控机制全内容讲解

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思维导图大纲

基因表达

概念

基因转录和翻译的过程

方式

组成性表达

指不大受环境变动而变化的一类基因表达

适应性表达

指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达

诱导

因环境变化基因表达水平增高的现象，这类基因被称为可诱导基因

阻遏

随环境变化而基因表达水平降低的现象，相应的基因被称为可阻遏基因

操纵子

乳酸操纵子（lac）

结构

结构基因

lacZ

编码β-半乳糖苷酶

将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖

lacY

编码β-半乳糖苷透过酶

使外界β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内

lacA

编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶

解毒

操纵序列

P区

启动子，结合RNA聚合酶

O区

结合阻遏蛋白

调节基因

本身具有启动子

酶的诱导

乳糖是lac操纵子的间接诱导物

别位乳糖是lac操纵子的直接诱导物

调控模型

Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码

这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I和O之间的启动子区（P），不能单独启动合成β-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程

操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）,是阻遏物结合位点

当阻遏物与操纵基因结合时，lacmRNA转录起始受到抑制

诱导物通过与阻遏物相结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结合，从而激发lacmRNA的合成。当有诱导物存在时，操纵基因没有被阻遏物占领，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成

影响因子

主要

CAP正调控

无葡萄糖，cAMP浓度高时，促进转录

有葡萄糖，cAMP浓度低时，不促进转录

色氨酸操纵子（trp）

结构

结构基因

trpABCDE

调控基因

p区

o区

调节特点

trpR和trpABCDE不连锁

操纵基因在启动子内

有衰减子/弱化子

启动子和结构基因不直接相连，二者被前导序列所隔开

阻遏系统

低trp时

阻遏物不结合操纵基因

高trp时

阻遏物+Trp结合操纵基因

弱化机制

两个概念

弱化子

DNA中可导致转录过早终止的一段核苷酸序列（123-150区）

前导肽

在trpmRNA5'端trpE基因的起始密码前一个长162bp的mRNA片段

具体机制

当培养基中色氨酸浓度很低时

翻译速度慢

当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区，这时的前导区结构为2-3配对，不形成3-4配对终止结构，转录继续进行，直到trp操纵子结构基因全部转录

当培养基中色氨酸浓度高时，

翻译速度快

在4区被转录之前，核糖体就到达2区，使得2-3不能配对，3-4区可以配对形成茎-环状终止子结构，转录停止，trp操纵子结构基因被关闭而不再合成色氨酸

注意

阻遏作用信号是细胞内色氨酸的多少

弱化作用信号是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少

其它操纵子

半乳糖操纵子

阿拉伯糖操纵子

转录后调控

mRNA自身结构元件对翻译的调节

起始密码子

AUG最强

5'非翻译区（5'UTR）

RBS（核糖体结合位点）一般为起始密码子AUG上游的包括SD序列在内的一段非翻译区。其结合强度取决于SD序列结构及其与AUG之间的距离（以4～10个核苷酸为佳，9个核苷酸为最佳）

核糖开关

mRNA稳定性对转录水平的影响

调节蛋白调控作用

小RNA调节作用

稀有密码子对翻译的影响

重叠基因对翻译的影响

翻译的阻遏

魔斑核苷酸水平对翻译的影响

原核基因调控机制

原核基因表达调控环节

转录水平上的调控

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

操纵子

操纵子模型的提出

Monod

Jacob

定义

是基因表达的协调单位，由启动子、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成

原核基因调控的类型与特点

根据操纵子对调节蛋白应答

正转录调控

定义

如果在没有调节蛋白时基因是关闭的，加入这种调节蛋白后基因活性就此被开启

作用性质

正控诱导

诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态

正控阻遏

辅阻遏物的存在使激活蛋白处于非活性的状态

调节基因产物

激活蛋白

负转录调控

定义

在没有调节蛋白存在时基因表达，加入这种调节蛋白后基因表达活性被关闭

作用性质

负控诱导

阻遏蛋白与诱导物结合时，结构基因转录

负控阻遏

阻遏蛋白与辅阻遏物结合时，结构基因不转录

调节基因产物

阻遏蛋白

根据操纵子对某些能调节它们的小分子应答

可诱导调节

定义

指一些基因在特殊的代谢物或化合物作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态

举例

大肠杆菌的乳酸操纵子

分解代谢蛋白的基因

可阻遏调节

定义

基因平时是开开启的，处在产生蛋白质和酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因表达

举例

色氨酸操纵子

合成代谢蛋白的基因

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