当前课程知识点:普通生物学 > 第二章 分子生物学基础 > 第二节 基因的表达调控 > 2.2.1 原核生物的基因表达调控
接下来 我们将
学习一下基因的表达和调控
这部分内容我们将把它分为
原核生物和真核生物两个方面
首先我们看一下原核生物中的转录调控
大家知道每一个生物
都对基因的表达进行着非常严格的调控
从而更有效的利用有限的能量
以利于细胞的生存
比如多细胞生物
通过基因表达的调控
而实现细胞分化、形态发生和个体的发育
单细胞生物如细菌等
它只有在某些特定的条件下
才会去表达适应该环境下生存的一系列基因
以节约自己的能量
基因的表达调控
一般会使用一个叫开和关的机制
也就叫On-Off Switch
这部分On-Off Switch的实现
可以通过转录水平和翻译水平
两个层次进行调控
其中转录水平的调控
是基因表达调控的关键环节
接下来我们看一下
这个生物到底是怎么样
从这两个方面来对它进行调节的
首先
让我们看一下原核生物中的转录调控
原核生物的转录调控
最早由法国生物学家Monod和Jacob发现
他们在研究大肠杆菌的生长过程中发现
在含有乳糖的培养基中
大肠杆菌会合成β-半乳糖苷酶
使得可以分解乳糖
成为半乳糖和葡萄糖
从而可以为细胞所利用
当培养基中不存在乳糖时
大肠杆菌它就不会去合成β-半乳糖苷酶
而针对这个现象
Monod和Jacob提出了
乳糖操纵子模型
也就是我们现在所非常熟悉的
lac operon model
从此开创了基因调控的研究
他们也因此而获得了1965年的
诺贝尔生理学/医学奖
这个模型认为乳糖操纵子
是一个自我调节系统
而乳糖在此系统中起诱导作用
那么
乳糖操纵子到底是怎么样发挥功能的呢
首先让我们看一下乳糖操纵子的基因结构
如图中所示
乳糖操纵子可以包括两个功能区域
分别为调节区和编码区
相对而言编码区比较简单
包括细胞代谢乳糖所需的几个基因
它们分别是LacZ,LacY,LacA
它们也被称为结构基因
在乳糖存在时
这些基因可以被翻译
形成相应的酶
从而使得细胞可以代谢乳糖
而调节区域
相对来说比较复杂
它包括多个部位
包括调节基因regulator基因
包括启动子promoter P
以及操纵序列operator O
调节基因直接位于
受调节的结构基因的上游
它的产物是一种阻遏蛋白repressor
它的启动子位于转录起始的位点
是一段很短的核苷酸序列
操纵序列也是一小段DNA序列
它位于启动子下游也就是启动子的3’端
操纵序列本身不编码任何蛋白
它是为阻遏蛋白提供的结合的位点
那么在没有乳糖存在的情况下
调节基因会持续表达阻遏蛋白
而阻遏蛋白会结合到
操纵序列的位置上去
当RNA聚合酶结合到启动子上时
因为阻遏蛋白的存在
RNA聚合酶无法打开下游的DNA双链
启动转录的发生
从而导致下游对乳糖
进行利用的结构基因没有办法开始进行转录
那在乳糖存在的情况下
基因的表达又是怎样被起始的呢
人们研究发现
其实在阻遏蛋白上
它存在着一个乳糖的结合位点
当阻遏蛋白结合乳糖以后
它实际上会发生一个蛋白质
构象上的变化
使得阻遏蛋白失去了
和操纵序列结合的能力
而一旦操纵序列上没有了阻遏蛋白
那么RNA聚合酶就可以
启动结构基因的转录
从而获得代谢乳糖所需要的酶
所以在整个乳糖操纵子中
阻遏蛋白是作为一个调控开关
它的状态实际决定了
结构基因的开或者是关
我们看到的这是一个例子
是乳糖操纵子
是最早被研究
也是被研究最多的一个操纵子
当然除了这个乳糖操纵子之外
其实大肠杆菌中
还存在很多其他的操纵子
其中值得一提的
是色氨酸操纵子
大肠杆菌中色氨酸的合成
是由一簇一共五个基因
编码的蛋白质所催化而进行
这个五个基因它将
作为一个转录单元被转录
产生出单个的长片段mRNA
RNA聚合酶与第一个位于
基因开端的启动子相结合
然后沿着DNA往下
一个接一个地转录基因
在色氨酸操纵子中
阻遏蛋白自身并不能
和启动子前面的操纵序列结合
这点和乳糖操纵子是非常不一样的
只有当阻遏蛋白
和色氨酸结合形成复合物时
这个色氨酸的结合
实际上是激活了阻遏蛋白
使得阻遏蛋白和色氨酸这个复合物
现在它变的可以
和操作序列相结合
从而结合上去然后再关闭下一个转录
所以色氨酸操纵子的开和关
决定于细胞内色氨酸的浓度
只有当色氨酸浓度下降
到了一定的程度以后
没有足够的色氨酸
可以和阻遏蛋白相结合
然后这个操纵子才能被打开
细胞才开始进行色氨酸的合成
操纵子只在原核生物中存在
在转录水平调控基因的表达
这个调控可以是正调控
也可以是负调控
也就是说可以促进基因的表达
也可以抑制基因的表达
我们这节课所讲的
阻遏蛋白所介导的是负调控过程
它是通过与调控序列的结合
来抑制下游基因的转录
其实在未来的课程中
你们还可以学到转录的正调控过程
实际上不管是在乳糖操纵子
还是色氨酸操纵子
都会有描述
而我们在这里就不做更多的介绍
-绪论
--绪论
-人物访谈——走进精准医学
-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第三节 真核细胞的结构
-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构
-第四节 细胞的能量代谢
-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢
-第五节 细胞的分裂与分化
-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化
-第一节 遗传的分子基础
-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础
-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
-第三节 生物技术及其应用
-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用
-第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第一节 高等植物体的细胞与组织
-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织
-第二节 植物的生长
-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长
-第三节 植物的生殖和发育
-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育
-第四节 植物的营养与运输
-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输
-第五节 植物生长发育的调控
--3.5.6 乙烯
-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控
-第一节 动物的组织
--4.1.5 软骨
--4.1.6 硬骨
--4.1.7 血液
-第一节 动物的组织--作业
-第二节 消化系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统
-第三节 呼吸系统
-第三节 呼吸系统--作业
-第四节 循环系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第四节 循环系统
-第五节 内环境的控制
-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制
-第六节 内分泌系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统
-第七节 神经系统与神经调节
-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节
-第八节 生殖与胚胎发育
-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育
-2020年秋季学期普通生物学期中考试