第14章基因表达调控课件

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,目 录,目 录,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 一 节基因表达调控,第 一 节基因表达调控,一、基因表达的概念,*基因组,(genome),一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。,基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。,*基因表达,(gene expression),基因表达是受调控的,目 录,一、基因表达的概念*基因组(genome)基因经过转录、翻,二、基因表达的时间性及空间性,（一）时间特异性,按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的,时间特异性,(temporal specificity),。,多细胞生物基因表达的时间特异性又称,阶段特异性,(stage specificity),。,目 录,二、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性按功能需要，某一,（二）空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称,细胞或组织特异性,(cell or tissue specificity),。,在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，,称之为基因表达的,空间特异性,(spatial specificity),。,目 录,（二）空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，,三、基因表达的方式,按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：,（一）组成性表达,某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为,管家基因,(housekeeping gene),。,三、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一,无论表达水平高低，管家基因,较少受环境因素影响,，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为,组成性基因表达,(constitutive gene expression),。,无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个,（二）诱导和阻遏表达,-可调控表达,在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为,可诱导基因,。,可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为,诱导,(induction),。,如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是,可阻遏基因,。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为,阻遏,(repression),。,（二）诱导和阻遏表达-可调控表达在特定环境信号刺激下，相,四、基因表达调控的生物学意义,（一）适应环境、维持生长和增殖,（二）维持个体发育与分化,四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（,五、基因表达调控的基本原理,（一）基因表达的多级调控,基因激活,转录起始,转录后加工,mRNA降解,蛋白质降解等,蛋白质翻译,翻译后加工修饰,转录起始,五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转,（二）基因转录激活调节基本要素,基因表达的调节与,基因,的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外,环境,，以及细胞内所存在的转录,调节蛋白,有关。,1.特异DNA序列和调节蛋白质,（二）基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因的结构、性,原核生物,蛋白质因子,操纵子(operon),机制,特异,DNA序列,编码序列,启动序列,操纵序列,其他调节序列,(,promoter,),(,operator,),原核生物 蛋白质因子 操纵子(operon),是,RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。,1,),启动序列,RNA转录起始,-35区,-10区,TTGACA,TTAACT,TTTACA,TATGAT,TTTACA,TATGTT,TTGATA,TATAAT,CTGACG,TACTGT,N,17,N,16,N,17,N,16,N,16,N,7,N,7,N,6,N,7,N,6,A,A,A,A,A,trp,tRNA,Tyr,lac,rec,A,Ara,BAD,TTGACA,TATAAT,共有序列,是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。1)启动序列,2,操纵序列,阻遏蛋白,(repressor),的结合位点,当操纵序列结合有,阻遏蛋白,时，会阻碍,RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。,启动序列,编码序列,操纵序列,pol,阻遏蛋白,2 操纵序列 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合,真核生物,1)顺式作用元件(cis-acting element),可影响自身基因表达活性的DNA序列,B,A,DNA,编码序列,转录起始点,不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列，如,TATA,盒、,CAAT,盒等，这些共有序列是,RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。,真核生物1)顺式作用元件(cis-acting eleme,2)真核基因的调节蛋白,还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列,，,调节自身基因的表达，称,顺式作用,。,由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。,反式作用因子,(trans-acting factor),这种调节作用称为,反式作用,。,2)真核基因的调节蛋白还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基,指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的,DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。,绝大多数调节蛋白质结合,DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成,二聚体,(dimer),或,多聚体,(polymer),。,2.DNA-蛋白质,蛋白质,-蛋白质,的相互作用,指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是,3.RNA聚合酶,原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性,RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。,调节蛋白与RNA聚合酶活性,一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过,DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。,3.RNA聚合酶 原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶,第 二 节 原核基因转录调节,Regulation of Prokaryotic,Gene Transcription,第 二 节 原核基因转录调节Regulation of,调节的主要环节在,转录起始,一、原核基因转录调节特点,（一）,因子决定,RNA聚合酶识别特异性,（二）操纵子模型的普遍性,（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性,调节的主要环节在转录起始一、原核基因转录调节特点（一）,二、乳糖操纵子调节机制,（一）乳糖操纵子,(lac operon)的结构,调控区,CAP结合位点,启动序列,操纵序列,结构基因,Z：,-,半乳糖苷酶,Y：透酶,A：乙酰基转移酶,Z,Y,A,O,P,DNA,二、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子(lac operon,mRNA,阻遏蛋白,I,DNA,Z,Y,A,O,P,pol,没有乳糖存在时,（二）阻遏蛋白的负性调节,阻遏基因,mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时（二）,mRNA,阻遏蛋白,有乳糖存在时,I,DNA,Z,Y,A,O,P,pol,启动转录,mRNA,乳糖,半乳糖,-半乳糖苷酶,mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录,+,转录,无葡萄糖，,cAMP浓度高时,有葡萄糖，,cAMP浓度低时,（三）,CAP的正性调节,Z,Y,A,O,P,DNA,CAP,CAP,CAP,CAP,CAP,CAP,+转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cA,第 三 节 真核基因转录调节,Regulation of Eukaryotic,Gene Transcription,第 三 节 真核基因转录调节Regulation o,一、真核基因组结构特点,（一）真核基因组结构庞大,哺乳类动物基因组,DNA,约,3 10,9,碱基对,编码基因,约 有,40000 个,，,占总长的,6%,rDNA等重复基因,约 占,5%10%,一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因,（二）单顺反子,单顺反子,(monocistron),即一个编码基因转录生成一个,mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。,（三）重复序列,单拷贝序列（一次或数次）,高度重复序列（,10,6,次）,中度重复序列（,10,3,10,4,次）,多拷贝序列,（四）基因不连续性,（二）单顺反子单顺反子(monocistron)（三）重复,二、真核基因表达调控特点,（一）,RNA聚合酶,（二）活性染色体结构变化,1.对核酸酶敏感,活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。,二、真核基因表达调控特点（一）RNA聚合酶（二）活性染色体结,2.DNA拓扑结构变化,天然双链,DNA均以负性超螺旋构象存在；,基因活化后,RNA-pol,正超螺旋,负超螺旋,转录方向,3.DNA碱基修饰变化,真核,DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，,甲基化范围与基因表达程度呈反比。,2.DNA拓扑结构变化天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在,4.组蛋白变化,富含Lys组蛋白水平降低,H2A,H2B二聚体不稳定性增加,组蛋白修饰,H3组蛋白巯基暴露,（三）正性调节占主导,（四）转录与翻译分隔进行,（五）转录后修饰、加工,4.组蛋白变化 富含Lys组蛋白水平降低（三）正性调节,三、真核基因转录激活调节,（一）顺式作用元件,1.启动子,真核基因启动子是,RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个,转录起始点,以及一个以上的,功能组件,。,TATA盒,GC盒,CAAT盒,三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件1.启动子真核基,2.增强子(enhancer),指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的,DNA序列。,3.沉默子(silencer),某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。,2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的,（二）反式作用因子,1.转录调节因子分类（按功能特性）,*基本转录因子(general transcription factors),是,RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA,(m,RNA、tRNA及rRNA)转录的类别。,（二）反式作用因子 1.转录调节因子分类（按功能特性）*,*特异转录因子(special transcription factors),为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。,转录激活因子,转录抑制因子,*特异转录因子(special transcription,