基因表达调控基本概念与原理.ppt

关于基因表达调控基本概念与原理现在学习的是第1页，共24页 第一节第一节基本概念与原理基本概念与原理 现在学习的是第2页，共24页 一、基因表达的概念一、基因表达的概念 基因组基因组 (genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。整套基因。基因表达基因表达 (gene expression)：在一定调节机制控制下，基因经过转录及在一定调节机制控制下，基因经过转录及 翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 分子的过程。分子的过程。现在学习的是第3页，共24页 二、基因表达的特性二、基因表达的特性( (一一) ) 时间特异性时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严按功能需要，某一特定基因的表达严 格按特定的时间顺序发生。格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达表现为与分化、多细胞生物基因表达表现为与分化、 发育阶段一致的时间性，因此又称发育阶段一致的时间性，因此又称阶段阶段 特异性。特异性。 现在学习的是第4页，共24页 ( (二二) ) 空间特异性空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现。在个体按不同组织空间顺序出现。这种空间分布差异，实际上是由细这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，因此又称为胞在器官的分布决定的，因此又称为细细胞或组织特异性胞或组织特异性。 现在学习的是第5页，共24页 三、基因表达的方式三、基因表达的方式 ( (一一) ) 组成性表达组成性表达 某些基因在一个生物个体的几乎所有某些基因在一个生物个体的几乎所有 细胞中持续表达，通常被称为细胞中持续表达，通常被称为管家基因管家基因 (house-keeping gene)(house-keeping gene)。 由于这类基因表达变化很小，所由于这类基因表达变化很小，所 以又称为以又称为组成性表达组成性表达。 现在学习的是第6页，共24页 ( (二二) ) 诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因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，这种基因被激活，基因表达产物增加，这种基因 称为称为可诱导基因可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的可诱导基因在特定环境中表达增强的 过程称为过程称为诱导诱导(induction)(induction)。现在学习的是第7页，共24页 如果基因对环境信号应答时被抑制，如果基因对环境信号应答时被抑制， 这种基因是这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称可阻遏基因表达产物降低的过程称 为为阻遏阻遏(repression)(repression)。现在学习的是第8页，共24页 在一定机制控制下，功能上相关在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为均需协调一致、共同表达，即为协调表协调表达达(coordinate expression)(coordinate expression)。 这种调节称为这种调节称为协调调节协调调节(coordinate (coordinate regulation)regulation)。现在学习的是第9页，共24页 四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义 ( (一一) ) 适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，生物体赖以生存的外环境是在不断变化的， 为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又受基因表达的调控。受基因表达的调控。现在学习的是第10页，共24页 ( (二二) ) 维持个体发育与分化维持个体发育与分化多细胞生物调节基因的表达除为适应环多细胞生物调节基因的表达除为适应环 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。功能。当某种基因缺陷或表达异常时，则会出当某种基因缺陷或表达异常时，则会出 现相应组织或器官的发育异常。现相应组织或器官的发育异常。现在学习的是第11页，共24页 五、基因表达调控的基本原理五、基因表达调控的基本原理 ( (一一) ) 基因表达的多级调控基因表达的多级调控 基因激活基因激活转录起始转录起始转录后加工及转运转录后加工及转运翻译翻译翻译后加工翻译后加工现在学习的是第12页，共24页 (二二) 基因转录激活调节基本要素基因转录激活调节基本要素 1. 特异特异DNA序列序列(1) 原核生物的操纵子原核生物的操纵子操纵子操纵子(operon)：通常由：通常由2个以上的编码序个以上的编码序 列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列 在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。操纵序列启动序列其他调节序列编码序列现在学习的是第13页，共24页 1) 启动序列（启动子）：启动序列（启动子）：是是RNA聚合聚合 酶结合并启动转录的特异酶结合并启动转录的特异DNA序列。序列。TTGACAN17TTAACTN7AN16TATGATN7AN17TATGTTN6ATTGATAN16TATAATN7ACTGACGN16TACTGTN6ATTTACATTTACAtrptRNATyrlacrec Aara BAD区区3510转录起始共有序列TTGACATATAAT决定转录活性现在学习的是第14页，共24页 2) 操纵序列（操纵序列（operator）：）：是是阻遏蛋白阻遏蛋白的结合位点的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍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，或使聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚聚 合酶不能沿合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。向前移动，阻碍转录。启动序列 操纵序列编码序列阻遏蛋白RNA pol现在学习的是第15页，共24页 3) 3) 其他调节序列：其他调节序列：有的特异有的特异DNADNA序列可结合序列可结合激活蛋白激活蛋白，增强，增强 RNARNA聚合酶活性，使转录激活。聚合酶活性，使转录激活。现在学习的是第16页，共24页 (2) 真核生物的真核生物的顺式作用元件顺式作用元件 （cis-acting element）是指可影响自身基因表达活性的特异是指可影响自身基因表达活性的特异DNA 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增序列。通常是非编码序列。包括启动子、增 强子及沉默子等。强子及沉默子等。编码序列转录起始点AB现在学习的是第17页，共24页 2. 2. 调节蛋白调节蛋白(1)(1)原核生物基因调节蛋白原核生物基因调节蛋白: :均为均为DNADNA结合蛋白结合蛋白特异因子：特异因子：决定决定RNARNA聚合酶对启动序列的特异聚合酶对启动序列的特异 性识别和结合能力。性识别和结合能力。阻遏蛋白：阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录。可结合操纵序列，阻遏基因转录。激活蛋白：激活蛋白：可结合启动序列邻近的可结合启动序列邻近的DNADNA序列，序列， 促进促进RNARNA聚合酶与启动序列的结合，聚合酶与启动序列的结合， 增强增强RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。现在学习的是第18页，共24页 (2) 真核生物基因调节蛋白真核生物基因调节蛋白 转录因子（转录因子（TF）绝大多数真核转录调节因子由某一基因表绝大多数真核转录调节因子由某一基因表 达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用，达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用， 影响另一基因的转录，称为影响另一基因的转录，称为反式作用因子反式作用因子（trans-acting factor）。）。现在学习的是第19页，共24页 有些真核调节蛋白可特异识别、结有些真核调节蛋白可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭，称为的开启或关闭，称为顺式作用蛋白顺式作用蛋白。现在学习的是第20页，共24页 aADNAmRNA蛋白质AbA反反式式调调节节CcCDNAmRNA蛋白质C顺顺式式调调节节现在学习的是第21页，共24页 3. DNA蛋白质、蛋白质、 蛋白质蛋白质相互作用蛋白质蛋白质相互作用 DNA蛋白质相互作用蛋白质相互作用特异识别特异识别非共价结合非共价结合DNA结合位点常呈对称结构结合位点常呈对称结构蛋白质蛋白质相互作用蛋白质蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体，间接结合形成二聚体或多聚体，间接结合DNA现在学习的是第22页，共24页 4. RNA4. RNA聚合酶聚合酶（1 1）启动子与）启动子与RNARNA聚合酶活性聚合酶活性 启动序列启动序列/ /启动子是由转录起始点、启动子是由转录起始点、RNARNA聚合酶结合位点及控制转录的调节聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成。组件组成。启动序列影响其与启动序列影响其与RNARNA聚合酶的亲聚合酶的亲和力，而亲和力大小则直接影响转录和力，而亲和力大小则直接影响转录起动的频率。起动的频率。现在学习的是第23页，共24页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第24页，共24页