微生物基因表达的调控

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第9章 微生物基因表达的调控,酶量的调节：,是转录水平及产生多少mRNA或翻译水平及mRNA是否翻译为蛋白酶的调节。,基因表达：,基因的转录和翻译过程，也就是遗传信息表现为生物性状的过程；基因结构是基因表达的基础。,基因表达的调控：,多级水平上进行的调控过程；基因活化（DNA水平）、转录水平、转录后加工、mRNA水平、翻译水平、蛋白质水平（加工、修饰、降解）。,（1）非专一性的：,蛋白质可以结合到核酸的任何部位。,（2）专一性的：,蛋白质结合到特定序列的核酸部位。,9.1、转录水平的调控,1、DNA结合蛋白,蛋白与核酸的相互作用,蛋白质与核酸的相互作用对于复制、转录、翻译以及这些过程的调控都是非常重要的。这种相互作用一般可分为两种类型：,DNA结合蛋白的结构,螺旋转角螺旋（HTH）,锌指（zinc finger）,亮氨酸拉扣,（leucine zipper）,2、操纵子的转录调控,操纵子（operon）,很多功能上相关的结构基因在染色体,上串连排列，由一个共同的控制区来操纵,这些基因的转录，包括这些结构基因和控,制区的整个核苷酸序列称为操纵子。,模型,DNA上一部分和其上特定基因构成，分成四个区域。,R：调节基因；P：启动子；O：操纵基因；S：结构基因。,正调控系统与负调控系统,原核生物的基因调控主要发生在转录水平上，这是一种最为经济的调控。,负调控系统：,调节基因产物是阻遏蛋白，效应物与阻遏蛋白结合，阻止基因转录负控阻遏；效应物不与阻遏蛋白结合，阻止基因转录负控诱导。,正调控系统：,调节基因产物是激活蛋白；效应物使激活蛋白处于激活状态正控诱导；效应物使激活蛋白处于非活性状态正控阻遏。,有乳糖时：乳糖作为一种效应物与阻遏物结合,使其变构,不能与O结合,从而转录进行,合成乳糖酶,分解乳糖。,负控诱导系统（酶诱导生成机制）,无乳糖时：细胞内产生的阻遏物结合在操纵基因上,转录不能进行。,R P O S,mRNA,阻遏蛋白有活性,RNA聚合酶,不转录,（1）体系无诱导剂时,R P O S,mRNA,RNA聚合酶,阻遏蛋白有活性,诱导剂,没活性,转录,转译,酶蛋白,（2）体系有诱导剂时,负控阻遏系统（终点产物阻遏机制）,终点产物过量时,终点产物不过量时,（1）终点产物不过量时,mRNA,阻遏调节蛋白无活性,R P O S,RNA聚合酶,酶蛋白,转录,转译,（2）终点产物过量时,R P O S,mRNA,阻遏调节蛋白无活性,RNA聚合酶,终点产物,有活性,不转录,正,控诱导系统,负控诱导与正控诱导两种操纵子转录调控的差异,（1）调解基因的产物在负控中是阻遏蛋白，在,正控中是激活蛋白。,（2）阻遏蛋白的结合位点是操纵区，激活蛋白,的结合位点是激活蛋白结合位点。,分解代谢阻遏调控,有葡萄糖时：,cAMP的产生受葡萄糖抑制。葡萄糖降解物抑制腺苷酸环化酶的活性，cAMP浓度下降，cAMP不与CAP结合，RNA多聚酶不能结合，转录不能进行。,无葡萄糖时：,cAMP浓度上升，cAMP与CAP(降解物的激活蛋白)结合,与启动基因结合，转录进行.,9.2、代谢调节理论在发酵工业中的应用,人工控制代谢的手段：,改变微生物遗传特性(遗传学方法）；,控制发酵条件（生物化学方法）；,改变细胞膜透性；,工业发酵的目的：,大量积累人们所需要的微生物代谢产物。,代谢的人工控制：,人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。,1、酶诱导生成理论在发酵工业中的应用,常用方法：,在有低浓度诱导剂的化学恒定器中连续培养。,用诱导剂和无诱导剂的培养基交替培养。,选择碳源。,加入诱导酶合成抑制剂。,微生物产生的酶多数是诱导酶，在酶制剂工业上，提高酶产量的方法是：,（1）加入诱导剂,（2）选育组成型突变株和超产突变株,2、终点产物阻遏理论的应用,氨基酸、核苷酸、维生素等代谢产物的生产中，打破反馈抑制调节是提高产量的重要手段之一。,（1）降低终点产物的浓度。,选育终点产物的营养缺陷型菌株。,A,a,B,b,C,c,D,d,E,改变微生物膜的透性。,用生理学手段；利用膜缺损突变株,（2）选育抗终点产物阻遏突变株,3、分解代谢产物阻遏理论的应用 4,、反馈抑制理论的应用,（1）选育营养缺陷型菌株 （2）选育反馈抑制突变株,5、巴斯德效应在发酵工业中的应用6、膜调节理论的应用,操纵子 正调控 负调控,简述负控诱导和正控诱导两种操纵子转录调控的差异,选育组成型突变株的常用方法,从终点产物阻遏理论入手简述工业上提高氨基酸产量的常见方法,简述操纵子模型，用操纵子学说解释酶诱导生成机制，终点产物阻遏机制,思考题,