1、目目 录录第一节第一节 基因与基因组基因与基因组第二节第二节 原核生物基因表达的调节原核生物基因表达的调节 DNADNA是遗传的物质基础，位于染色体上，由不是遗传的物质基础，位于染色体上，由不同的核苷酸按一定的顺序排列而成，基因（同的核苷酸按一定的顺序排列而成，基因（genegene）是遗传的基本单位。）是遗传的基本单位。一条染色体上有多个基因，它们在染色体上线一条染色体上有多个基因，它们在染色体上线性排列组成连锁群，确切的说，基因是指具有特性排列组成连锁群，确切的说，基因是指具有特定生物遗传信息的定生物遗传信息的DNADNA序列。序列。第一节第一节 基因与基因组基因与基因组一、一、DNADN
2、A与基因与基因基因基因:具有特定生物遗传信息的具有特定生物遗传信息的DNADNA序列，在一定条序列，在一定条件下能够表达这种遗传信息，产生特定的生理功件下能够表达这种遗传信息，产生特定的生理功能。能。基因组基因组:一个细胞或生物体所含的全套基因称基因组。一个细胞或生物体所含的全套基因称基因组。基因按其功能可分为基因按其功能可分为结构基因结构基因和和调节基因调节基因。结构基因（结构基因（structural genestructural gene）是指可被转录为是指可被转录为mRNAmRNA，并被翻译成各种具有生物功能的蛋白质的并被翻译成各种具有生物功能的蛋白质的DNADNA序列。序列。非结构基
3、因非结构基因:此基因表达的产物是此基因表达的产物是RNARNA，但，但他们不发挥将他们不发挥将DNADNA上的遗传信息传递给蛋白上的遗传信息传递给蛋白质分子的功能，故质分子的功能，故rRNArRNA、tRNAtRNA分子的基因分子的基因是非结构基因。是非结构基因。调节基因（调节基因（regulatory generegulatory gene）是指某些可是指某些可调节控制结构基因表达的调节控制结构基因表达的DNADNA序列。序列。结构基因1 间隔序列 调控区 结构基因2 编码区 DNA DNA与基因的关系与基因的关系 结构基因在原核生物中占整个结构基因在原核生物中占整个DNADNA分子的大分子
4、的大部分，在真核生物中只占一小部分。在结构基因部分，在真核生物中只占一小部分。在结构基因间含有一些没有编码功能的间含有一些没有编码功能的间隔区（间隔区（spacer spacer regionregion），其中包括一些复制、转录、翻译过程，其中包括一些复制、转录、翻译过程的的控制区（控制区（control regioncontrol region），即可被调节分子，即可被调节分子识别的序列。一个基因是否表达受与调节区识别的序列。一个基因是否表达受与调节区DNADNA序列结合的调节分子的控制。序列结合的调节分子的控制。真核生物的结构基因包括真核生物的结构基因包括3 3个区域：个区域：编码区：编
5、码区：包括外显子与内含子；包括外显子与内含子；前导区：前导区：位于编码区上游，相当于位于编码区上游，相当于mRNA 5mRNA 5端非编码区；端非编码区；调节区：调节区：包括调节结构基因的侧翼序列，如启动子、包括调节结构基因的侧翼序列，如启动子、增强子等。增强子等。真核生物基因的结构图真核生物基因的结构图 19771977年发现大多数真核生物编码蛋白质的基因年发现大多数真核生物编码蛋白质的基因是不连续基因（断裂基因），即一个完整的基因是不连续基因（断裂基因），即一个完整的基因被一个或多个插入的片段所间隔，这些插入不编被一个或多个插入的片段所间隔，这些插入不编码的序列称为内含子，被间隔的编码蛋白
6、质的基码的序列称为内含子，被间隔的编码蛋白质的基因部分称为外显子断裂基因或隔裂基因。因部分称为外显子断裂基因或隔裂基因。由于断裂基因的存在，基因比实际编码蛋白质由于断裂基因的存在，基因比实际编码蛋白质的序列要大得多。与整个基因相比，的序列要大得多。与整个基因相比，编码蛋白质的编码蛋白质的外显子较小，大多数外显子编码的氨基酸数少于外显子较小，大多数外显子编码的氨基酸数少于100100。基因的大小主要取决于它所包含的内含子的。基因的大小主要取决于它所包含的内含子的长度和数量，长度和数量，许多长基因并非其编码序列较长，而许多长基因并非其编码序列较长，而是其含有较长的内含子。是其含有较长的内含子。基因
7、大小基因大小 在一些原核生物基因中，两个邻近的基因可在一些原核生物基因中，两个邻近的基因可发生重叠，并以不同的可读框被阅读，表达不同发生重叠，并以不同的可读框被阅读，表达不同的蛋白质，这种基因称的蛋白质，这种基因称重叠基因（重叠基因（overlapping overlapping genegene）。基因重叠的距离较短，大部分序列仍具）。基因重叠的距离较短，大部分序列仍具有独特的编码功能。基因的重叠可以是部分重叠有独特的编码功能。基因的重叠可以是部分重叠，也可以是一个基因包含在另一个基因内，部分，也可以是一个基因包含在另一个基因内，部分重叠使用不同的阅读框。重叠使用不同的阅读框。重叠基因重叠基
8、因重复序列重复序列 高度重复序列高度重复序列：重复频率高，从几十万到几：重复频率高，从几十万到几百万次，重复序列较短，多数为百万次，重复序列较短，多数为5-15bp5-15bp。称。称为卫星为卫星DNADNA（satellite DNAsatellite DNA）。根据重复频）。根据重复频率和重复序列长度不同，卫星率和重复序列长度不同，卫星DNADNA又可分为小又可分为小卫星卫星DNADNA（minisatellite DNAminisatellite DNA）和微卫星）和微卫星DNADNA（microsatellite DNAmicrosatellite DNA）。小卫星）。小卫星DNADN
9、A和微卫和微卫星星DNADNA是一种较好的分子遗传标记。是一种较好的分子遗传标记。中度重复序列中度重复序列：重复频率和重复序列长度差异较：重复频率和重复序列长度差异较大，平均长度为大，平均长度为6 610105 5bpbp，平均重复，平均重复350350次。中度次。中度重复序列有些是编码蛋白质的结构基因，有些不重复序列有些是编码蛋白质的结构基因，有些不编码蛋白质。编码蛋白质。低重复序列低重复序列：又称单拷贝序列，序列不重复或只：又称单拷贝序列，序列不重复或只重复几次、十几次，长度大于重复几次、十几次，长度大于1 000bp1 000bp。它们编码。它们编码各种功能不同的蛋白质，有些是基因的间隔
10、序列各种功能不同的蛋白质，有些是基因的间隔序列。操纵子的操纵子的概念概念和和结构结构 1.乳糖操纵子乳糖操纵子 2.色氨酸操纵子色氨酸操纵子反义反义RNA的调节的调节第二节第二节 原核生物基因表达的调节原核生物基因表达的调节一、操纵子概念一、操纵子概念 操纵子模型（操纵子模型（operon structural modeloperon structural model）是原核生物基因表达调节的重要方式。是原核生物基因表达调节的重要方式。所谓操纵子（所谓操纵子（operonoperon）是指原核生物基因表）是指原核生物基因表达的调节序列或功能单位，有共同的控制区达的调节序列或功能单位，有共同的控
11、制区（control regioncontrol region）和调节系统（）和调节系统（regulation regulation systemsystem）。）。操纵子包括在功能上彼此相关的结构基因及在操纵子包括在功能上彼此相关的结构基因及在结构基因前面的控制部位，控制部位由调节基因结构基因前面的控制部位，控制部位由调节基因（regulatory generegulatory gene）、启动子（）、启动子（promoterpromoter，P P）和操纵基因（和操纵基因（operatoroperator，O O）组成。一个操纵子的）组成。一个操纵子的全部基因都排列在一起，其中调节基因可远
12、离结全部基因都排列在一起，其中调节基因可远离结构基因，控制部位可接受调解基因产物的调节。构基因，控制部位可接受调解基因产物的调节。二、操纵子的结构二、操纵子的结构结构基因：结构基因：指导蛋白质生物合成的基因，在原核生物中，指导蛋白质生物合成的基因，在原核生物中，它包括参与同一代谢途径的几个酶的基因，在功能上是相它包括参与同一代谢途径的几个酶的基因，在功能上是相关的（多顺反子）。关的（多顺反子）。操纵基因：操纵基因：决定着结构基因转录或不转录，当操纵基因决定着结构基因转录或不转录，当操纵基因 “开放开放”时，结构基因转录，时，结构基因转录，“关闭关闭”时，不转录，操纵时，不转录，操纵基因的基因的
13、“开关开关”由调节基因决定。一般位于结构基因上游。由调节基因决定。一般位于结构基因上游。启动基因：启动基因：位于操纵基因上游与位于操纵基因上游与RNARNA聚合酶结合的部位。聚合酶结合的部位。调节基因：调节基因：能编码一种蛋白质能编码一种蛋白质 阻抑蛋白，它是一种阻抑蛋白，它是一种变构蛋白。分子表面有两个配基结合部位，一个与操纵基变构蛋白。分子表面有两个配基结合部位，一个与操纵基因结合，一个与效应物结合（诱导物或辅阻抑物）。在不因结合，一个与效应物结合（诱导物或辅阻抑物）。在不同类型的操纵子中阻抑蛋白的性质有所不同。同类型的操纵子中阻抑蛋白的性质有所不同。操纵子的结构操纵子的结构启动启动基因基
14、因操纵操纵基因基因结构基因结构基因调节调节基因基因调节调节蛋白蛋白RNA聚合聚合酶结酶结合部合部位位调节蛋调节蛋白结合白结合部位，部位，决定转决定转录与否录与否操纵子操纵子mRNAmRNA（阻抑蛋白）（阻抑蛋白）酶的诱导和阻抑是在调节基因产物阻抑蛋白的酶的诱导和阻抑是在调节基因产物阻抑蛋白的作用下，通过操纵基因控制结构基因或基因组的转作用下，通过操纵基因控制结构基因或基因组的转录而发生的。录而发生的。在代谢过程中，细菌不合成那些在代谢上无用在代谢过程中，细菌不合成那些在代谢上无用的酶，因此一些分解代谢的酶类只有在有关的底物的酶，因此一些分解代谢的酶类只有在有关的底物或底物类似物存在时才被诱导合
15、成；而一些合成代或底物类似物存在时才被诱导合成；而一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物存在足够量时，其合谢的酶类在产物或产物类似物存在足够量时，其合成被阻抑（成被阻抑（repressionrepression）。）。在酶诱导时，阻抑蛋白（在酶诱导时，阻抑蛋白（repressorrepressor）与诱导）与诱导物（物（inducerinducer）结合，失去了封闭操纵基因的能力）结合，失去了封闭操纵基因的能力。在酶阻抑时，原来无活性的阻抑蛋白与辅阻在酶阻抑时，原来无活性的阻抑蛋白与辅阻抑物（抑物（corepressorcorepressor，代谢的终产物或产物类似物，代谢的终产物或产物类似物）
16、相结合而被活化，从而封闭了操纵基因。）相结合而被活化，从而封闭了操纵基因。乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子的乳糖操纵子的结构结构 乳糖操纵子的乳糖操纵子的调节调节 乳糖操纵子的乳糖操纵子的负调节负调节 乳糖操纵子的乳糖操纵子的正调节正调节 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构 乳糖操纵子（乳糖操纵子（laclac operon operon）是第一个被发现）是第一个被发现的操纵子，它由依次排列的的操纵子，它由依次排列的调节基因、启动子、调节基因、启动子、操纵基因操纵基因和和3 3个相连的编码利用乳糖的酶的结构基个相连的编码利用乳糖的酶的结构基因组成。因组成。结构基因结构基因laclac Z Z编码分
17、解乳糖的编码分解乳糖的-半乳糖苷酶，半乳糖苷酶，laclac Y Y编码吸收乳糖的编码吸收乳糖的-半乳糖苷透性酶，半乳糖苷透性酶，laclac A A编码编码-半乳糖苷乙酰基转移酶。三个结构基因组半乳糖苷乙酰基转移酶。三个结构基因组成的转录单位转录出一条成的转录单位转录出一条mRNAmRNA，指导三种酶的合，指导三种酶的合成。成。乳糖操纵子的结构基因及其表达产物乳糖操纵子的结构基因及其表达产物 乳糖操纵子的操纵基因乳糖操纵子的操纵基因laclac O O位于结构基位于结构基因之前启动子之后，不编码任何蛋白质，它因之前启动子之后，不编码任何蛋白质，它是调节基因是调节基因laclac I I所编码
18、产物的结合部位。所编码产物的结合部位。调节基因位于启动子之前，其编码产物为阻抑蛋调节基因位于启动子之前，其编码产物为阻抑蛋白。阻抑蛋白由白。阻抑蛋白由4 4个个37kDa37kDa的亚基聚合而成，亚基与的亚基聚合而成，亚基与DNADNA结合的结构域含有螺旋结合的结构域含有螺旋-转角转角-螺旋结构，其中一螺旋结构，其中一个螺旋能与个螺旋能与DNADNA相互作用，识别操纵基因序列并与之相互作用，识别操纵基因序列并与之结合。当它与操纵基因结合后可封阻结构基因的转结合。当它与操纵基因结合后可封阻结构基因的转录。录。异丙基硫代异丙基硫代-D-D-半乳糖苷（半乳糖苷（isopropylthio-isopr
19、opylthio-D-galactoside-D-galactoside，IPTGIPTG）可作为乳糖操纵子的诱）可作为乳糖操纵子的诱导物。导物。人们在人们在2020世纪初就发现以下现象：当大肠杆菌在世纪初就发现以下现象：当大肠杆菌在只有葡萄糖的培养基中生长时，由于缺少所必需的酶只有葡萄糖的培养基中生长时，由于缺少所必需的酶而不能代谢乳糖。而不能代谢乳糖。当生长在没有葡萄糖而只有乳糖的培养基中时，当生长在没有葡萄糖而只有乳糖的培养基中时，乳糖诱导大肠杆菌合成代谢自身的酶而代谢乳糖。乳糖诱导大肠杆菌合成代谢自身的酶而代谢乳糖。如果培养基中既有乳糖又有葡萄糖时，大肠杆菌如果培养基中既有乳糖又有葡萄
20、糖时，大肠杆菌利用葡萄糖而乳糖代谢停止，只有当葡萄糖消耗殆尽利用葡萄糖而乳糖代谢停止，只有当葡萄糖消耗殆尽才能又利用乳糖，此时葡萄糖阻抑了乳糖的代谢。那才能又利用乳糖，此时葡萄糖阻抑了乳糖的代谢。那么乳糖操纵子是如何进行调节的呢？么乳糖操纵子是如何进行调节的呢？乳糖操纵子的调节乳糖操纵子的调节 负调节负调节是指开放的乳糖操纵子可被调节基因的是指开放的乳糖操纵子可被调节基因的编码产物阻抑蛋白所关闭。编码产物阻抑蛋白所关闭。当大肠杆菌培养基中只有葡萄糖而没有乳糖时当大肠杆菌培养基中只有葡萄糖而没有乳糖时，阻抑蛋白可与操纵基因结合。，阻抑蛋白可与操纵基因结合。Lac I Lac I 基因表达的产物是
21、基因表达的产物是 阻抑蛋白阻抑蛋白：阻止结：阻止结构基因的表达，阻抑蛋白构基因的表达，阻抑蛋白(活化状态活化状态)与操纵基因结与操纵基因结合（位于启动子和结构基因之间），可阻止合（位于启动子和结构基因之间），可阻止RNARNA聚聚合酶在启动子上转录，结构基因不转录，这种调节合酶在启动子上转录，结构基因不转录，这种调节称为阴性调节（负调节），因培养基中无乳糖不需称为阴性调节（负调节），因培养基中无乳糖不需要利用乳糖的酶。要利用乳糖的酶。乳糖操纵子的负调节乳糖操纵子的负调节（negative control）当葡萄糖耗尽且有乳糖存在时，乳糖操纵子的当葡萄糖耗尽且有乳糖存在时，乳糖操纵子的抑制将被解
22、除，使细菌能够利用乳糖。抑制将被解除，使细菌能够利用乳糖。当有诱导物存在时，阻抑蛋白可与诱导物结合当有诱导物存在时，阻抑蛋白可与诱导物结合，引起阻抑蛋白构象改变，使其与操纵基因的亲和，引起阻抑蛋白构象改变，使其与操纵基因的亲和力降低，不能与操纵基因结合或从操纵基因上解离力降低，不能与操纵基因结合或从操纵基因上解离。乳糖操纵子开放，。乳糖操纵子开放，RNARNA聚合酶结合于启动子，并聚合酶结合于启动子，并顺利通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大顺利通过操纵基因，进行结构基因的转录，产生大量分解乳糖的酶，以乳糖为能源进行代谢。量分解乳糖的酶，以乳糖为能源进行代谢。启动基因操纵基因结构基因lac
23、ZlacAlacY 酶合成的诱导酶合成的诱导 乳糖操纵子乳糖操纵子调节基因阻抑蛋白mRNA基因关闭不转录基因打开基因打开转录转录mRNAb-半乳糖苷酶b-半乳糖苷透性酶b-半乳糖苷乙酰基转移酶阻抑蛋白mRNA无乳无乳糖糖(有乳糖）诱导物(乳糖 等)大肠杆菌乳糖操纵子为什么还要选择正调节作用大肠杆菌乳糖操纵子为什么还要选择正调节作用？因为负调节只能对乳糖的存在作出应答，当只有乳？因为负调节只能对乳糖的存在作出应答，当只有乳糖存在时就足以激活操纵子。糖存在时就足以激活操纵子。但当培养基中既有葡萄糖又有乳糖同时存在时，但当培养基中既有葡萄糖又有乳糖同时存在时，仅有负调节作用不能满足大肠杆菌对能量代谢
24、的需要仅有负调节作用不能满足大肠杆菌对能量代谢的需要。乳糖操纵子的正调节（乳糖操纵子的正调节（positive controlpositive control）当有葡萄糖存在时激活乳糖操纵子是一种浪当有葡萄糖存在时激活乳糖操纵子是一种浪费，因而此时乳糖操纵子处于非活化状态，有利费，因而此时乳糖操纵子处于非活化状态，有利于葡萄糖的代谢。于葡萄糖的代谢。当大肠杆菌利用完葡萄糖后再激活乳糖操纵子当大肠杆菌利用完葡萄糖后再激活乳糖操纵子，从而利用乳糖继续生长。这种现象称葡萄糖阻，从而利用乳糖继续生长。这种现象称葡萄糖阻抑（抑（glucose repressionglucose repression）或
25、分解代谢产物阻抑）或分解代谢产物阻抑（catabolite repressioncatabolite repression）。）。乳糖操纵子正调节因子是能够感受葡萄糖的缺乏乳糖操纵子正调节因子是能够感受葡萄糖的缺乏并对激活乳糖操纵子启动子作出应答的物质，从而使并对激活乳糖操纵子启动子作出应答的物质，从而使RNARNA聚合酶能够结合启动子并转录结构基因。聚合酶能够结合启动子并转录结构基因。乳糖操纵子的正调节因子是由乳糖操纵子的正调节因子是由cAMPcAMP与一种蛋白因与一种蛋白因子组成的复合物。这种蛋白因子以前称为分解代谢产子组成的复合物。这种蛋白因子以前称为分解代谢产物激活蛋白（物激活蛋白（c
26、atabolite activator proteincatabolite activator protein，CAPCAP），现在称为），现在称为cAMPcAMP受体蛋白（受体蛋白（cAMP receptor cAMP receptor proteinprotein，CRPCRP）。）。CRPCRP的功能：的功能：可特意结合在启动子上；促进可特意结合在启动子上；促进RNARNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子结合，促进转录（阳性调控）。结合，促进转录（阳性调控）。游离的游离的CRPCRP是不能与启动子结合，必须在细胞内有是不能与启动子结合，必须在细胞内有足够的足够的cAMPcAMP时，时，CAP
27、CAP与与cAMPcAMP形成复合物（正调节因子）形成复合物（正调节因子），此复合物才能与启动子结合。，此复合物才能与启动子结合。cAMPcAMP水平受大肠杆菌葡萄糖代谢状况的影响。水平受大肠杆菌葡萄糖代谢状况的影响。当葡萄糖水平低时，当葡萄糖水平低时，cAMPcAMP浓度升高，浓度升高，cAMPcAMP与与CRPCRP结合，使结合，使CRPCRP构象改变，激活乳糖操纵子，促进结构象改变，激活乳糖操纵子，促进结构基因的转录，使大肠杆菌能够利用乳糖。构基因的转录，使大肠杆菌能够利用乳糖。如果向含有乳糖的培养基中加入葡萄糖，由于如果向含有乳糖的培养基中加入葡萄糖，由于葡萄糖浓度升高，葡萄糖浓度升高
28、，cAMPcAMP水平降低，水平降低，CRPCRP与启动子的与启动子的亲和力降低，乳糖操纵子被抑制，此时，即使有乳亲和力降低，乳糖操纵子被抑制，此时，即使有乳糖存在大肠杆菌仍不能利用乳糖。糖存在大肠杆菌仍不能利用乳糖。当当培培养养基基中中乳乳糖糖浓浓度度升升高高而而葡葡萄萄糖糖浓浓度度降降低低时时 细细胞胞中中cAMP 浓浓度度升升高高 乳乳糖糖作作为为诱诱导导剂剂与与阻阻抑抑蛋蛋白白结结合合 cAMP 与与CRP 结结合合并并使使之之激激合合 促促使使阻阻抑抑蛋蛋白白与与操操纵纵基基因因分分离离 CRP 与与启启动动基基因因结结合合并并促促使使 RNA聚聚合合酶酶与与启启动动基基因因结结合合
29、 基基因因转转录录激激活活 当当培培养养基基中中乳乳糖糖浓浓度度降降低低而而葡葡萄萄糖糖浓浓度度升升高高时时 细细胞胞中中 cAMP 浓浓度度降降低低 缺缺乏乏乳乳糖糖与与阻阻抑抑蛋蛋白白结结合合 CRP 失失活活 阻阻抑抑蛋蛋白白与与操操纵纵基基因因结结合合 CRP 及及 RNA 聚聚合合酶酶不不能能与与 启启动动基基因因结结合合 基基因因转转录录被被阻阻遏遏 大肠杆菌乳糖操纵子受到两方面的调节：大肠杆菌乳糖操纵子受到两方面的调节：一是对操纵基因的负调节；一是对操纵基因的负调节；二是对二是对RNARNA聚合酶结合到启动子上的正调节；聚合酶结合到启动子上的正调节；两种调节作用使大肠杆菌能够灵敏
30、地应答环两种调节作用使大肠杆菌能够灵敏地应答环境中营养的变化，有效地利用能量以利于生境中营养的变化，有效地利用能量以利于生长。长。色氨酸操纵子色氨酸操纵子 色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trptrp operon operon）含有大肠杆菌合成）含有大肠杆菌合成色氨酸所需酶的结构基因，如色氨酸所需酶的结构基因，如laclac操纵子一样，操纵子一样，trptrp操操纵子也倾向于由阻抑蛋白产生的负调节，但两种操纵纵子也倾向于由阻抑蛋白产生的负调节，但两种操纵子的负调节有着本质的区别。子的负调节有着本质的区别。laclac操纵子编码分解代谢的酶，分解乳糖，当该物操纵子编码分解代谢的酶，分解乳糖，当该物
31、质出现时操纵子被开放。质出现时操纵子被开放。TrpTrp操纵子编码合成代谢的操纵子编码合成代谢的酶，合成色氨酸，操纵子通常被该物质所关闭。同时酶，合成色氨酸，操纵子通常被该物质所关闭。同时，trptrp操纵子还存在一种弱化作用（操纵子还存在一种弱化作用（attenuationattenuation）的）的调节机制。调节机制。色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子的负调节色氨酸操纵子的负调节色氨酸操纵子的弱化作用调节色氨酸操纵子的弱化作用调节色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构 色氨酸操纵子由调节基因（色氨酸操纵子由调节基因（trptrp R R）、启动子）、启动子、操纵基因和、操纵
32、基因和5 5个相连的结构基因组成，结构基因个相连的结构基因组成，结构基因分别编码催化分支酸合成色氨酸的分别编码催化分支酸合成色氨酸的3 3种酶的多肽链种酶的多肽链。前两个基因前两个基因trptrp E E和和trptrp D D编码色氨酸合编码色氨酸合成第一步反应的酶，第成第一步反应的酶，第3 3个基因个基因trptrp C C编码催化第编码催化第二步反应的酶，后两个基因二步反应的酶，后两个基因trptrp B B和和trptrp A A编码催编码催化第三步和最后反应的酶。化第三步和最后反应的酶。调节基因距结构基因较远，可控制合成调节基因距结构基因较远，可控制合成trp trp 操纵子阻操纵子
33、阻抑蛋白。启动子和操纵基因位于结构基因的前面，操纵基抑蛋白。启动子和操纵基因位于结构基因的前面，操纵基因完全位于启动子之内。在操纵基因与结构基因因完全位于启动子之内。在操纵基因与结构基因trptrp E E之间之间有一段由有一段由162162个核苷酸组成的前导序列（个核苷酸组成的前导序列（trptrp L L），前导序），前导序列内有一段弱化子（列内有一段弱化子（attenuatorattenuator，a a）序列。）序列。色氨酸操纵子的负调节色氨酸操纵子的负调节 无色氨酸时，阻抑蛋白（无活性状态）以游离无色氨酸时，阻抑蛋白（无活性状态）以游离的形式存在，不能结合操纵基因，所以结构基因得的形
34、式存在，不能结合操纵基因，所以结构基因得以转录和表达，合成色氨酸。以转录和表达，合成色氨酸。但当生成色氨酸过量时能与阻遏物形成复合物，但当生成色氨酸过量时能与阻遏物形成复合物，此复合物可与操纵基因结合，阻止结构基因转录，此复合物可与操纵基因结合，阻止结构基因转录，这种以终产物阻止基因转录的机理称为反馈阻遏。这种以终产物阻止基因转录的机理称为反馈阻遏。此终产物（色氨酸）成为辅阻抑物。此终产物（色氨酸）成为辅阻抑物。调节基因基因关闭不转录基因关闭不转录阻抑蛋白mRNA(无色无色AA)启动基因操纵基因结构基因阻抑蛋白mRNA辅阻抑物(有色氨有色氨酸酸)(有)mRNA磷酸核糖基转移酶邻氨基苯甲酸合成酶
35、吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶a 亚基色氨酸合成酶b 亚基 酶合成的阻遏酶合成的阻遏-色氨酸操纵子色氨酸操纵子 色氨酸操纵子的弱化作用调节色氨酸操纵子的弱化作用调节 这种调控方式，会造成在色氨酸充足时。色氨酸这种调控方式，会造成在色氨酸充足时。色氨酸-阻遏阻遏蛋白复合体结合操纵基因完全阻断转录，在色氨酸水平很蛋白复合体结合操纵基因完全阻断转录，在色氨酸水平很低时，阻遏消除，转录开放，合成色氨酸。这样不易保持低时，阻遏消除，转录开放，合成色氨酸。这样不易保持细菌色氨酸水平的恒定。细菌色氨酸水平的恒定。后来发现色氨酸操纵子中存在一个辅助调控结构，可后来发现色氨酸操纵子中存在一个辅助调控结构，可用以
36、终止和减弱转录，这个调控结构称弱化子（衰减子，用以终止和减弱转录，这个调控结构称弱化子（衰减子，attenuator),),即前导序列。前导序列编码一小段即前导序列。前导序列编码一小段1414肽。在肽。在1414肽里有两个色氨酸（肽里有两个色氨酸（UGGUGG）密码子，在调节中起着重要）密码子，在调节中起着重要作用。作用。弱化子的作用就是在色氨酸相对较多时减弱操纵弱化子的作用就是在色氨酸相对较多时减弱操纵子的转录，弱化子通过引起转录的提前终止而发挥子的转录，弱化子通过引起转录的提前终止而发挥调节作用。调节作用。转录的提前终止是由于在弱化子序列内含有一转录的提前终止是由于在弱化子序列内含有一个转
37、录终止信号个转录终止信号终止子，终止子的一个反向重终止子，终止子的一个反向重复序列后紧接着复序列后紧接着8 8个个A-TA-T碱基对。由于反向重复序列碱基对。由于反向重复序列的存在，在此区域内的转录产物易形成后面带有的存在，在此区域内的转录产物易形成后面带有8 8个个U U的茎环结构，一旦形成茎环结构，的茎环结构，一旦形成茎环结构，RNARNA聚合酶即停聚合酶即停止移动，转录终止。止移动，转录终止。在最稳定的终止子结构中，在最稳定的终止子结构中，1 1区与区与2 2区配对，区配对，3 3区与区与4 4区配对，形成两个茎环结构，区配对，形成两个茎环结构，3-43-4区后紧接区后紧接着着8 8个个
38、U U序列。序列。原核生物的转录和翻译是同时进行的，当色氨原核生物的转录和翻译是同时进行的，当色氨酸含量低时，不能形成足够的色氨酰酸含量低时，不能形成足够的色氨酰-tRNA-tRNA，翻译，翻译进行至前导序列的进行至前导序列的2 2个色氨酸密码子时，核糖体停个色氨酸密码子时，核糖体停止移动。止移动。此时核糖体位于此时核糖体位于1 1区，因此区，因此1 1区和区和2 2区不能形成区不能形成茎环结构，而茎环结构，而2 2区和区和3 3区形成茎环结构，区形成茎环结构，3 3、4 4区的区的茎环结构不能形成，致使不能形成有效的转录终茎环结构不能形成，致使不能形成有效的转录终止子结构，止子结构，RNAR
39、NA聚合酶可通过弱化子序列继续转录聚合酶可通过弱化子序列继续转录，结构基因得以表达，产生色氨酸。，结构基因得以表达，产生色氨酸。当色氨酸含量高时，核糖体不停止移动当色氨酸含量高时，核糖体不停止移动，3 3、4 4区形成茎环结构进而形成有效的转区形成茎环结构进而形成有效的转录终止子，录终止子，RNARNA聚合酶不能通过，转录终止聚合酶不能通过，转录终止，结构基因不能表达，使色氨酸含量降低，结构基因不能表达，使色氨酸含量降低。反义反义RNARNA的调节的调节 反义反义RNARNA（antisense RNAantisense RNA）是指能与）是指能与mRNAmRNA互补结合从而阻断互补结合从而阻
40、断mRNAmRNA翻译的翻译的RNARNA分子分子，它是反义基因（，它是反义基因（antisense geneantisense gene）和）和/或或基因的反义链（基因的反义链（antisense strandantisense strand）转录的）转录的产物，它对基因表达的调节是一种翻译水平产物，它对基因表达的调节是一种翻译水平的调节。的调节。反义反义RNARNA的调节方式是的调节方式是2020世纪世纪8080年代初由年代初由MizunoMizuno等人在研究大肠杆菌的主要外膜蛋白（等人在研究大肠杆菌的主要外膜蛋白（major outer membrane proteinmajor ou
41、ter membrane protein，ompomp）基因表）基因表达时发现的，两种外膜蛋白达时发现的，两种外膜蛋白ompomp F F和和omp Comp C的数量的数量是由培养液的渗透压决定。是由培养液的渗透压决定。在渗透压升高时，在渗透压升高时，ompomp F F的合成下降，而的合成下降，而ompomp C C上升，从而保持上升，从而保持ompomp F F和和ompomp C C的总量不变。的总量不变。这种差异是由这种差异是由ompomp B B位点调节的，此位位点调节的，此位点包括点包括ompomp R R和和env Zenv Z两个基因。两个基因。其中其中env Zenv Z基
42、因的产物是一个跨膜蛋白基因的产物是一个跨膜蛋白，它能接受环境渗透压变化的信号，并将，它能接受环境渗透压变化的信号，并将信号传给信号传给ompomp R R，ompomp R R再调节再调节ompomp F F和和ompomp C C。渗透压升高时，渗透压升高时，ompomp R R促进促进ompomp C C基因的转录，基因的转录，一方面转录出一方面转录出ompomp C C的的mRNAmRNA，另一方面转录，另一方面转录ompomp C C上上游紧邻的一个独立转录单位，产生一个游紧邻的一个独立转录单位，产生一个174174核苷酸核苷酸的小分子的小分子RNARNA。它能与。它能与ompomp
43、F F的的mRNAmRNA互补，形成互补互补，形成互补链抑制链抑制ompomp F RNA F RNA的翻译。的翻译。MizunoMizuno等人将这种等人将这种RNARNA称之为称之为micRNAmicRNA，即干扰，即干扰mRNAmRNA的互补的互补RNA(mRNA-interfering complememtary RNA(mRNA-interfering complememtary RNA)RNA)。产生。产生micRNAmicRNA的基因称为反义基因。的基因称为反义基因。真核生物是否也有反义真核生物是否也有反义RNARNA，从反义，从反义RNARNA的定义的定义看，真核细胞中不少看，
44、真核细胞中不少RNARNA表现出反义表现出反义RNARNA的功能。如的功能。如DNADNA复制需要复制需要RNARNA作引物；单链作引物；单链DNADNA或或RNARNA与互补链的与互补链的杂交；杂交；mRNA 5mRNA 5端端SDSD序列与核糖体序列与核糖体30s30s亚基中亚基中16s 16s rRNA 3rRNA 3端的互补；端的互补；tRNAtRNA的反密码与的反密码与mRNA mRNA 密码的互密码的互补等。补等。根据这些核酸间相互识别与作用的事实，有人根据这些核酸间相互识别与作用的事实，有人提出在生物体内存在反义提出在生物体内存在反义RNARNA网络的假说。认为网络的假说。认为“
45、反反义义”仅仅是对靶序列而言，体内仅仅是对靶序列而言，体内RNARNA似乎都可以看成似乎都可以看成反义反义RNARNA。它们不是这条。它们不是这条DNADNA链的反义链的反义RNARNA，就是另条，就是另条DNADNA链的反义链的反义RNARNA，从整体上构成一种反义，从整体上构成一种反义RNARNA的网络的网络，发挥着不同的功能。虽然这仅是一种假说，但可以，发挥着不同的功能。虽然这仅是一种假说，但可以促进人们对促进人们对RNARNA功能的认识。功能的认识。反义反义RNARNA调节的特点是高度的特异性，一种反调节的特点是高度的特异性，一种反义义RNARNA抑制一种抑制一种mRNAmRNA。根据
46、这种原理设计人工反义。根据这种原理设计人工反义RNARNA，抑制靶基因表达，达到治疗疾病的目的，即，抑制靶基因表达，达到治疗疾病的目的，即为基因治疗。为基因治疗。如乙肝病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰质炎病毒及如乙肝病毒、口蹄疫病毒、脊髓灰质炎病毒及人的爱滋病病毒等都是单链人的爱滋病病毒等都是单链RNARNA病毒，可利用反义病毒，可利用反义RNARNA抑制这些病毒在体内的复制，以及用反义抑制这些病毒在体内的复制，以及用反义RNARNA抑制癌基因的表达等，从而达到治疗病毒性疾病抑制癌基因的表达等，从而达到治疗病毒性疾病和癌症的目的。和癌症的目的。1、下列的代谢途径哪一代谢途径不在胞浆中进行（、下列的代谢
47、途径哪一代谢途径不在胞浆中进行（）A.糖酵解糖酵解 B.磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 C.蛋白质合成蛋白质合成 D.脂肪酸脂肪酸氧化氧化2、最常见的共价修饰方式是（、最常见的共价修饰方式是（）A.甲基化甲基化/脱甲基化脱甲基化 B.乙酰化乙酰化/脱乙酰化脱乙酰化 C.腺苷酰化腺苷酰化/脱腺苷酰化脱腺苷酰化 D.磷酸化磷酸化/脱磷酸化脱磷酸化3、操纵子调节系统属于哪一种水平的调节（、操纵子调节系统属于哪一种水平的调节（）A.转录之前基因水平调节转录之前基因水平调节 B.转录水平调节转录水平调节 C.转录后加工调节转录后加工调节 D.翻译水平调节翻译水平调节4、能与乳糖操纵子的操纵基因部位结合的物质是
48、（、能与乳糖操纵子的操纵基因部位结合的物质是（）A.RNA聚合酶聚合酶 B.DNA聚合酶聚合酶 C.阻遏蛋白阻遏蛋白 D.引物酶引物酶5、能与受体结合，形成激素、能与受体结合，形成激素-受体复合物，进入细胞核调节基因表达的受体复合物，进入细胞核调节基因表达的激素是（激素是（）A、甲状腺素、甲状腺素 B、肾上腺素、肾上腺素 C、糖皮质激素、糖皮质激素 D、前列腺素、前列腺素6、关于生物体内物质代谢的特点，错误的说法是（、关于生物体内物质代谢的特点，错误的说法是（）A、各种物质都有特定的代谢途径、各种物质都有特定的代谢途径 B、各种物质代谢都是相互联系、各种物质代谢都是相互联系 C、在任何情况下，
49、代谢都以不变的速率进行、在任何情况下，代谢都以不变的速率进行 D、代谢几乎都在酶的催化下进行，有灵敏的自动调节机制、代谢几乎都在酶的催化下进行，有灵敏的自动调节机制7、CAP对乳糖操纵子的调控属于（对乳糖操纵子的调控属于（）。）。A、负调控、负调控 B、正调控、正调控 C、变构调节、变构调节 D、化学修饰调节、化学修饰调节1、酶活性调节机制有两种方式，分别是、酶活性调节机制有两种方式，分别是 和和 。2、常见的第二信使物主要有、常见的第二信使物主要有 、等。等。3、操纵子内一般包括启动子、操纵子内一般包括启动子、等三部等三部分。分。4、酶磷酸化修饰发生在酶分子的、酶磷酸化修饰发生在酶分子的 残基和残基和 残基的羟基部位。残基的羟基部位。
