北师大版高中生物必修2-3．2．2 基因表达的调控-课件（共30张PPT）

(共30张PPT)
基因表达的调控
预习提问
真核细胞基因结构和原核细胞的有何不同？


原核细胞基因的编码区是连续的，真核细胞基因的编码区是间隔的，不连续的。
人类基因组计划(HGP)的主要目标是什么？
完成对人的基因组的所有碱基序列的测定，阐明人体中全部基因的位置、结构、功能、表达、调控方式及致病突变的全部信息。


20世纪60年代，法国分子生物家雅各布和莫诺通过对大肠杆菌乳糖代谢的研究，首先弄清了原核生物基因表达调控的机制。这一机制的发现是生物学领域中的一个划时代突破。为此，他们在1965年获得了诺贝尔生理学或医学奖。
小资料


一 原核生物基因表达的调控
大肠杆菌一般是将葡萄糖作为碳源，当其生活的环境中有乳糖而没有葡萄糖时，大肠杆菌产生的适应性变化是什么？
大肠杆菌会迅速合成大量的分解乳糖的酶——半乳糖苷酶，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。
当大肠杆菌生活的环境中没有乳糖后，又会怎样？这说明什么？
没有乳糖，半乳糖苷酶的合成就停止。
说明半乳糖苷酶的合成与周围环境中有无乳糖有密切关系。


半乳糖苷酶的合成受什么控制？
受半乳糖苷酶基因控制。
乳糖存在与否，关系到半乳糖苷酶是否合成，可见，乳糖似乎对半乳糖苷酶基因的表达起到诱导作用。

一 原核生物基因表达的调控


与乳糖代谢有关的核苷酸序列：
1）结构基因（3个）
2）操纵基因
3）启动子
4）调节基因

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
一 原核生物基因表达的调控


与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
1）结构基因：
直接编码乳糖分解代谢所需酶类的基因。
lacZ：编码半乳糖苷酶。
lacY、lacA：分别编码另外两种与乳糖分解代谢有关的酶。
一 原核生物基因表达的调控
与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
2）操纵基因（O）：
对结构基因起着“开关”的作用，可直接控制结构基因的转录。


一 原核生物基因表达的调控
与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
3）启动子（P）：
有与RNA聚合酶结合的位点，可识别转录起始点。



RNA
聚合酶
一 原核生物基因表达的调控
与乳糖代谢有关的核苷酸序列分别有何作用？



P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
4）调节基因（R）：
能产生阻抑物，通过阻抑物与操纵基因的结合与否来控制操纵基因的关闭和开启。
一 原核生物基因表达的调控


当环境中没有乳糖时：




信使RNA


转录

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
阻抑物

翻译
阻抑物与操纵基因结合，同时阻挡了RNA聚合酶与启动子的结合，从而使结构基因转录和翻译受阻，不能合成有关的酶。

一 原核生物基因表达的调控
当环境中有乳糖时：

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R





+



阻抑物
乳糖

RNA
聚合酶
转录翻译



乳糖与阻抑物结合，引起其构象变化，使阻抑物失去与操纵基因结合的能力，RNA聚合酶便可与启动子结合，从而使结构基因转录和翻译正常进行。



一 原核生物基因表达的调控



当环境中有乳糖时：

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R





半乳糖苷酶
酶
酶

转录

翻译









+


阻抑物
乳糖

RNA
聚合酶
转录翻译


分解乳糖
一 原核生物基因表达的调控


一个操纵基因控制下的一组相邻的结构基因以及启动子和调节基因，统称为操纵子。

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R
操纵子

操纵子是原核生物的基因在转录水平上进行调控的一个功能单位。
一 原核生物基因表达的调控


从大肠杆菌乳糖调控过程可以看出什么？
大肠杆菌细胞只有在环境中有乳糖存在时，才能产生相关的酶。所以，其乳糖代谢调控过程是一个自我调控过程。
在这一过程的作用下，生物体才不会浪费细胞中的物质和能量，并能不断适应变化的外界环境。
一 原核生物基因表达的调控


当环境中没有乳糖时：

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R




信使RNA


转录
阻抑物

翻译

知识回顾

当环境中有乳糖时：

P
启动子
结构基因
调节基因
O
lacZ
lacY
lacA




操纵基因

R





半乳糖苷酶
酶
酶

转录

翻译




分解乳糖
一 原核生物基因表达的调控






+


阻抑物
乳糖

RNA
聚合酶
转录翻译






真核细胞基因结构如何？

编码区下游







编码区上游
编码区

外显子
内含子
真核细胞基因的编码区是间隔的，不连续的。外显子能编码蛋白质，内含子不能编码蛋白质。
二 真核生物基因表达的调控


二 真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达调控过程与原核生物有何共同之处？
在真核生物结构基因的侧翼序列上，同样存在许多不同的调控序列，并能通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否，来调控基因的转录。


什么叫侧翼序列？
每个基因在第一个和最后一个外显子的外侧各有一段非编码区，称为侧翼序列。侧翼序列上有一系列的调控序列。

编码区
非编码区
非编码区















侧翼序列


二 真核生物基因表达的调控


真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？
不同①：
真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为成熟的RNA。
二 真核生物基因表达的调控




信使RNA的加工：

编码区下游







编码区上游

成熟的信使RNA
转录

加工
初级转录物











剪切内含子转录部分
拼接外显子转录部分
二 真核生物基因表达的调控
真核生物基因转录后的剪切、拼接和转移等过程，都需要有调控序列的调控，这是真核生物所特有的。
真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？
不同②：
真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开，因此，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录和翻译具有时间和空间上的分隔。
二 真核生物基因表达的调控


真核生物基因表达调控过程与原核生物有何不同之处？
不同③：
真核生物大多是多细胞生物，个体发育过程中要发生细胞分化。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。
二 真核生物基因表达的调控


1）真核生物的基因表达调控比原核生物复杂的原因是 （ ）
A、必须对转录产生的mRNA进行加工
B、转录和翻译在时间和空间上有分隔
C、某些基因只能特异地在某些细胞中表达
D、包括A、B、C在内的多方面原因
D
练习


2）以下关于大肠杆菌基因调控的说法错误的是 （ ）
A、几个结构基因往往连在一起，共同受调控序列的调控
B、在大肠杆菌中，如果调节基因突变造成阻抑物缺乏，那么与乳糖分解代谢有关的三种酶就不能合成
C、大肠杆菌乳糖代谢的调控主要是对转录水平的调控
D、在大肠杆菌中，如果控制乳糖代谢启动子发生了突变，转录便不能进行
B
练习


3）关于基因表达调控的叙述中，不准确的是 （ ）
A、调节基因控制合成阻抑物
B、 启动子上有RNA聚合酶的结合位点
C、 结构基因的转录受操纵基因的调控
D、 阻抑物构象变化时，转录开始
C
练习


4）生物的每个细胞都含有一整套该物种的基因，对这些基因表达正确是说法是（ ）
A、整套基因同时表达
B、每种基因时时开启着
C、可随特定情况开启或关闭某些基因
D、一旦开启便不能关闭
C
练习


5）乳糖基因对代谢的调控是 （ ）
A、对基因结构的调控
B、对结构基因转录的调控
C、对结构翻译的调控
D、对调节基因产物的调控
B
练习

6）环境中乳糖存在时，大肠杆菌半乳糖苷酶基因转录正常进行的原因是 （ ）
A、使阻抑物失去与操纵基因结合的能力
B、使阻抑物失去与调节基因结合的能力
C、使阻抑物失去与启动子结合的能力
D、使阻抑物失去与结构基因结合的能力
A
练习