Regulation of gene expression 遺伝子発現の調節 DNA （genetic information 遺伝情報）

mRNA

タンパク質　　しばしば酵素として働き生化学反応を担う。（機能を発揮する）

transcription

translation

体内（細胞）では、常にすべての遺伝子から、タンパク質が作られている訳ではない。

必要なタンパク質を、必要な時だけ、必要な量だけ、合成している。誘導 (induce)　⇒　必要な時、mRNA を合成　（transcription 転写の ON-OFF で調節）

transcription initiation （転写開始）の調節

lactose operon の転写開始調節

operon １つのpromoterから連続した１つのmRNAとして転写される、関連した遺伝子群

Z Y A１つのmRNA

promoteroperon

Shine-Dalgarno 配列

Stryer生化学31章

glucose

pyruvate

acetyl-CoA

citrate

TCA cycle

ATP

解糖系

NADH

CO2

ブドウ糖

ピルビン酸

クエン酸

生物のエネルギー代謝ご飯、パン（炭水化物）

NAD

電子　e-H+ 濃度勾配

H2O

O2

ATPエネルギー

酸化的リン酸化

タンパク質

２０種類のアミノ酸

脂質

加水分解

lactose （乳糖）

LactoseH2O

解糖系、TCA 回路で分解され、ATPを合成

大腸菌

Lactose を分解、利用する酵素は、必要な時だけ遺伝子が発現し合成される。

Glucose ブドウ糖がある時は、Glucoseの方が利用しやすいので、Lactoseも存在しても、Lactoseを分解利用する必要はない。 -> lactose operon は発現しない Catabolite repression （Glucose の分解物が lactose operon の発現を抑制する）

Glucose ブドウ糖がない時、Lactoseが存在する場合、ATPを作るため、Lactoseを分解利用する必要がある。 -> lactose operon は発現　　Lactose inductionLactose も存在しない場合には、lactose operon遺伝子を発現しても無駄　-> 発現しない。

★

★

Galactose Glucose

H+

LactoseLactose

lactose permease

Galactose + Glucose

!-galactosidase

thiogalactoside transacetylase機能不明？

lacZlacY

lacA

大腸菌でのlactose分解利用

大腸菌の遺伝子

12分近傍

100/012

promoter mRNA

タンパク質（酵素）

Shine-Dalgarno 配列

加水分解

細胞内への取込み

LacZ LacY LacA

hiroessential 細胞生物学　p277 図8-9

hiro

Francois Jacob & Jacques Monod

CH3S-CH CH3

O

ClBr

Galactose GlucoseLactose

IPTG : Lactose 類似体酵素がLactoseと間違えて反応加水分解されない。（濃度が変化しない）inducer （誘導物質）

X-gal ClBrHO

Galactose+!-galactosidase

LacZ タンパク質

H2O

加水分解されると　青　に変色lac operonの遺伝子が発現し、酵素が合成されたか否かを識別

Lactose

galactose 部分

hiroStryer生化学31章p882-884

hiro

hiro

X-gal, IPTG を含む寒天培地 lactoseが存在している事を実験上模倣している。

野生型大腸菌　　４ヒキ　をまく

37℃　約１２時間

４ヶの　青い colony が観られる。

野性型大腸菌では、正常な、lacZ, lacY 遺伝子から、!-galactosidase, lactose permease が合成されるため、培地から吸収された X-gal が加水分解されて、大腸菌が、青色を呈した。

colony : 細胞が分裂増殖してできた細胞のかたまり。

大腸菌の細胞１ヶは肉眼では見えない

青色：　lacZ, lacY 遺伝子が発現しそれぞれから正常な酵素ができている。無色：　lacZ, または、lacY 遺伝子から、正常な酵素ができない。X-galを分解できない。（白色）

X-gal, IPTG（またはlactose） を含む寒天培地

野生型大腸菌

37℃　約１２時間

青い colony が観られる。

X-gal, glucose を含む寒天培地あるいは、X-gal, glycerol（グリセリン）

白い colony が観られる。

野生型大腸菌

glucose 存在下では lacZ, lacY 遺伝子が発現せず、それぞれの酵素が作られないので、X-galが加水分解されず、colonyは白色

lactose （またはIPTG）存在下、かつglucose 非存在下では lacZ, lacY 遺伝子が発現し、それぞれの酵素が作られるので、X-galが加水分解され、colonyは青色

37℃　約１２時間

lactose（またはIPTG） を含まない培地