第三节 酶含量的调节（基因表达的调节）
A BE
X
底物水平的调节酶水平的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节辅助因子的调节生长发育的不同时期外界环境变化酶合成 与分解速度的变化 （基因表达调控）
产物调节一、原核生物基因表达的调节 （转录水平）
本世纪三十年代,H.Karstrom在对糖代谢过程中的某些酶的合成进行研究时提出,诱导酶 与 组成酶酶合成诱导的现象 — Jacob and Monod的工作：
已知分解利用乳糖的酶有,?-半乳糖苷酶；?-半乳糖苷透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶。
实验,1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成；
2.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有上述三种酶合成； 当换成葡萄糖培养基时，
三种酶基本消失；
3.表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。
某些代谢物可以诱导某些酶的合成，是通过促进为该酶编码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的诱导 。能诱导酶合成的物质叫 诱导物。 被诱导合成的酶叫 诱导酶。
酶合成阻遏的现象 — Jacob and Monod的工作：
实验,1.大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，
检测到细胞内有色氨酸合成酶的存在；
2.在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。
3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，
体现了菌生长的经济原则,不需要就不合成 。
酶合成的阻遏,某些代谢物可以阻止某些酶的合成，
是通过阻止为该酶编码的基因的表达而进行的，
这种现象叫做 酶合成的阻遏 。能阻遏酶合成的物质叫 辅阻遏物。 被辅阻遏物作用而停止合成的酶叫 阻遏酶。
2,酶合成的诱导与阻遏的操纵子模型
（ 1）酶的诱导调节基因 操纵基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白阻挡操纵基因，
结构基因不表达。
调节基因 操纵基因结构基因阻遏蛋白诱导物
mRNA
酶蛋白诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能阻挡操纵基因，结构基因表达。
（一） Jacob and Monod的操纵子模型（ 1961）
1,操纵子,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。
操纵基因受调节基因产物的控制。
（ 2）酶的阻遏调节基因 操纵基因结构基因
mRNA
酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，
结构基因表达调节基因 操纵基因 结构基因辅阻遏物代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达
（二） Jacob and Monod的乳糖操纵子 （大肠杆菌的乳糖操纵子是第一个被发现的操纵子）
实验,细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽时，在乳糖的诱导下，作用于乳糖的酶才产生，细菌开始利用乳糖。研究表明，上述现象由于葡萄糖降解物引起的，称为 降解物阻遏 。
进一步研究发现，此调节基因的产物是环腺苷酸受体蛋白 —— 亦称 降解物基因活化蛋白（ CAP）
细菌乳糖操纵子的作用机制 (降解物阻遏 )
调节基因 启动子操纵基因 lacZ lacY lacA
CAP
cAMP CAP-cAMP复合物
mRNA
当葡萄糖作唯一碳源时，葡萄糖的降解物对腺苷酸环化酶有抑制作用，则 cAMP的浓度降低,CAP-cAMP复合物减少，
不能与启动子结合，故转录不得进行。
+
-半乳糖苷酶
-半乳糖苷透过酶
-半乳糖苷乙酰基转移酶酶过去称 葡萄糖效应
受到降解物阻遏的酶类还包括代谢半乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖等的操纵子。
受一种调节蛋白控制的几个操纵子构成的调节系统称为调节子。
CAP与 cAMP构成的复合物对各种不同糖分解代谢的调节即属于一种调节子。
（三）色氨酸操纵子（酶的阻遏） —— 阻遏物和操纵基因的调节调节基因 操纵基因结构基因
mRNA
酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，
结构基因表达调节基因 操纵基因 结构基因辅阻遏物 trp
代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达大肠杆菌色氨酸操纵子的调节机制 -衰减子模型：
衰减子,在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫 衰减子 —— 是一种位于结构基因上游前导区的终止子。
大肠杆菌色氨酸操纵子的调节机制 -衰减子模型大肠杆菌色氨酸操纵子衰减的可能机制低浓度色氨酸高浓度色氨酸不能形成终止信号转录得以进行形成终止信号转录终止衰减子模型能够较好地说明某些氨基酸的生物合成的调节机制
阻遏和衰减机制虽然都是在转录水平上进行调节，但是它们的作用机制完全不同。
阻遏控制转录的起始，而衰减控制转录起始后是否能继续下去。
（四）生长速度的调节
（五）基因表达的时序控制
（六）翻译水平的调节翻译水平的调节的类型,不同 mRNA翻译能力的差异； 翻译阻遏作用；反义 RNA的作用。
1,翻译阻遏 （ trans-lational repression）
当有过量核糖体蛋白质存在时，可引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏。这种在翻译水平上的阻遏作用叫翻译阻遏。
2.反义 RNA（ 意义）
反义 RNA指具有互补序列的 RNA。 亦称为干扰 m RNA的互补 RNA。（ 调节基因表达；抑制有害基因的表达）
二、真核生物基因表达的调节
（ 1）转录前水平的调节
（ 2）转录活性的调节
（ 3）转录后水平的调节
（ 4）翻译水平的调节
（ 5）翻译后水平的调节
A BE
X
底物水平的调节酶水平的调节酶活性的调节酶含量的调节酶的定位调节辅助因子的调节生长发育的不同时期外界环境变化酶合成 与分解速度的变化 （基因表达调控）
产物调节一、原核生物基因表达的调节 （转录水平）
本世纪三十年代,H.Karstrom在对糖代谢过程中的某些酶的合成进行研究时提出,诱导酶 与 组成酶酶合成诱导的现象 — Jacob and Monod的工作：
已知分解利用乳糖的酶有,?-半乳糖苷酶；?-半乳糖苷透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶。
实验,1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成；
2.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有上述三种酶合成； 当换成葡萄糖培养基时，
三种酶基本消失；
3.表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。
某些代谢物可以诱导某些酶的合成，是通过促进为该酶编码的基因的表达而进行的，这种现象叫做酶合成的诱导 。能诱导酶合成的物质叫 诱导物。 被诱导合成的酶叫 诱导酶。
酶合成阻遏的现象 — Jacob and Monod的工作：
实验,1.大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，
检测到细胞内有色氨酸合成酶的存在；
2.在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。
3.表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，
体现了菌生长的经济原则,不需要就不合成 。
酶合成的阻遏,某些代谢物可以阻止某些酶的合成，
是通过阻止为该酶编码的基因的表达而进行的，
这种现象叫做 酶合成的阻遏 。能阻遏酶合成的物质叫 辅阻遏物。 被辅阻遏物作用而停止合成的酶叫 阻遏酶。
2,酶合成的诱导与阻遏的操纵子模型
（ 1）酶的诱导调节基因 操纵基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白阻挡操纵基因，
结构基因不表达。
调节基因 操纵基因结构基因阻遏蛋白诱导物
mRNA
酶蛋白诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白不能阻挡操纵基因，结构基因表达。
（一） Jacob and Monod的操纵子模型（ 1961）
1,操纵子,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。
操纵基因受调节基因产物的控制。
（ 2）酶的阻遏调节基因 操纵基因结构基因
mRNA
酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，
结构基因表达调节基因 操纵基因 结构基因辅阻遏物代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达
（二） Jacob and Monod的乳糖操纵子 （大肠杆菌的乳糖操纵子是第一个被发现的操纵子）
实验,细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽时，在乳糖的诱导下，作用于乳糖的酶才产生，细菌开始利用乳糖。研究表明，上述现象由于葡萄糖降解物引起的，称为 降解物阻遏 。
进一步研究发现，此调节基因的产物是环腺苷酸受体蛋白 —— 亦称 降解物基因活化蛋白（ CAP）
细菌乳糖操纵子的作用机制 (降解物阻遏 )
调节基因 启动子操纵基因 lacZ lacY lacA
CAP
cAMP CAP-cAMP复合物
mRNA
当葡萄糖作唯一碳源时，葡萄糖的降解物对腺苷酸环化酶有抑制作用，则 cAMP的浓度降低,CAP-cAMP复合物减少，
不能与启动子结合，故转录不得进行。
+
-半乳糖苷酶
-半乳糖苷透过酶
-半乳糖苷乙酰基转移酶酶过去称 葡萄糖效应
受到降解物阻遏的酶类还包括代谢半乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖等的操纵子。
受一种调节蛋白控制的几个操纵子构成的调节系统称为调节子。
CAP与 cAMP构成的复合物对各种不同糖分解代谢的调节即属于一种调节子。
（三）色氨酸操纵子（酶的阻遏） —— 阻遏物和操纵基因的调节调节基因 操纵基因结构基因
mRNA
酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，
结构基因表达调节基因 操纵基因 结构基因辅阻遏物 trp
代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基因不能表达大肠杆菌色氨酸操纵子的调节机制 -衰减子模型：
衰减子,在转录水平上调节基因表达的衰减作用，用于终止和减弱转录，这种调节的作用部位叫 衰减子 —— 是一种位于结构基因上游前导区的终止子。
大肠杆菌色氨酸操纵子的调节机制 -衰减子模型大肠杆菌色氨酸操纵子衰减的可能机制低浓度色氨酸高浓度色氨酸不能形成终止信号转录得以进行形成终止信号转录终止衰减子模型能够较好地说明某些氨基酸的生物合成的调节机制
阻遏和衰减机制虽然都是在转录水平上进行调节，但是它们的作用机制完全不同。
阻遏控制转录的起始，而衰减控制转录起始后是否能继续下去。
（四）生长速度的调节
（五）基因表达的时序控制
（六）翻译水平的调节翻译水平的调节的类型,不同 mRNA翻译能力的差异； 翻译阻遏作用；反义 RNA的作用。
1,翻译阻遏 （ trans-lational repression）
当有过量核糖体蛋白质存在时，可引起它自身以及有关蛋白质合成的阻遏。这种在翻译水平上的阻遏作用叫翻译阻遏。
2.反义 RNA（ 意义）
反义 RNA指具有互补序列的 RNA。 亦称为干扰 m RNA的互补 RNA。（ 调节基因表达；抑制有害基因的表达）
二、真核生物基因表达的调节
（ 1）转录前水平的调节
（ 2）转录活性的调节
（ 3）转录后水平的调节
（ 4）翻译水平的调节
（ 5）翻译后水平的调节
