分子生物学第3章基因调控(抚州本科).ppt

第一节 概述基因表达（gene expression）：在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或进一步翻译成特定蛋白质的过程 基因表达的产物是什么，各有什么作用？会受到哪些调节因素的影响呢？同一个体的不同细胞中，以及生长阶段不同的同一细胞的基因、RNA以及蛋白质成分是否相同？基因表达的特点（一）基因表达的时间特异性（temporal specificity）：特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要，又称为阶段特异性（二）基因表达的空间特异性（spatial/tissue specificity）：多细胞个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官，又称为细胞或组织特异性如何理解“在个体内决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式？基因表达的方式（一）组成性基因表达（constitutive gene expression）：个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达管家基因（housekeeping gene）：某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少，且较少受环境因素的影响（二）诱导和阻遏表达诱导表达（induction）：基因表达水平在特定的条件下增强的现象阻遏表达（repression）：基因表达水平在特定的条件下降低的现象奢侈基因（luxury gene）：某些基因的表达易受环境变化影响，在特定的细胞或特定的阶段表达水平呈现升高或降低（可诱导基因和可阻遏基因）基因表达调控 生物体通过特定的分子机制来控制基因是否表达，或调节表达产物的多少以满足生物体的自身需求以及适应环境变化的过程 以基因编码生成蛋白质为例，说说基因表达可能存在哪些调控层次？基因表达调控是多层次的复杂调节为何基因表达调控存在多层次？调控层次是否随着生物进化而更为丰富？第二节 原核生物基因表达调控 原核生物基因表达的调控可以在DNA、转录和翻译三个不同层次进行，但转录水平的调控是最主要的方式，也是最经济，最有效的方式一、转录调控（一）操纵子（operon）操纵子是原核生物基因表达和调控的基本单元，由编码功能相关蛋白的多个结构基因和共同的调控序列组成1、乳糖操纵子（1）乳糖操纵子的结构调节基因 I半乳糖苷酶乳糖转移酶乙酰基转移酶操纵序列 O启动序列 PCAP结合位点（2）乳糖操纵子的负性调控无乳糖：转录抑制有乳糖：转录激活（3）CAP的正性调节无葡萄糖：转录激活有葡萄糖：转录抑制原核生物应对生长环境中能源物质（葡萄糖、乳糖）的变化的基因表达调控机制？有乳糖：转录激活；无乳糖：转录抑制有葡萄糖：转录抑制；无葡萄糖：转录激活有乳糖、有葡萄糖：转录抑制无乳糖、无葡萄糖：转录抑制有葡萄糖、无乳糖：转录抑制无葡萄糖、有乳糖：转录激活（二）不同因子对转录的调控 当环境条件需要细胞内基因表达模式发生较大改变时，细菌会利用特定的因子指导不同基因的转录二、原核生物的转录后调控（一）翻译起始的调控（二）稀有密码子对翻译的影响（三）重叠基因对翻译的影响（四）Poly A对翻译的影响（五）翻译的阻遏（六）魔斑核苷酸对翻译的影响（七）mRNA稳定性对翻译的调控由于细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，影响了蛋白质合成的总量偶联翻译可能是保证两个基因产物在数量上相等的重要手段三、DNA重排对基因表达的调控第三节 真核生物基因表达调控真核生物与原核生物基因表达调控的区别1、结构不同：分子水平、细胞水平2、功能不同：瞬时调控或可逆性调控；发育调控或不可逆性调控请选择一篇miRNA相关的中文实验性论文讲解？一、真核生物基因表达调控的特点1、单顺反子编码基因2、DNA与组蛋白和非组蛋白结合3、断裂基因4、DNA重排和基因拷贝数变化5、转录调节区域较大6、多层次调控7、核膜的空间间隔基因表达调控是多层次的复杂调节二、染色质结构与基因表达（一）位置效应：一个基因由于在基因组的位置发生改变，而发生的表达上的变化（二）活性染色质的特征：转录活化的染色质对核酸酶极为敏感（三）染色质结构的调节：转录活化的染色质的组蛋白和核小体空间结构发生改变（四）染色质结构的区间性：绝缘子（一组在真核生物基因组中建立独立转录活性区的调控元件）三、DNA甲基化与基因活性的调控 DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化调控可以通过子细胞遗传而对子代细胞或个体产生持续的影响。SAMDNMTs甲基化的DNA能通过多种方式影响转录1、识别位点中的胞嘧啶被甲基化，使转录因子不能与其结合；2、特异性识别甲基化DNA的蛋白结合竞争性地抑制了转录因子的结合，从而阻断了转录；3、通过影响核小体的构象，或影响核小体与其他染色质蛋白相互作用而改变染色质结构亲本印记：来源于父母本的一对等位基因表达不同四、转录水平的调控（一）顺式作用元件顺式作用元件（cis-acting element）同一DNA分子上具有可影响或调控转录的各种片断：1、核心启动子成分2、上游启动子成分3、远上游元件：增强子、减弱子4、特殊启动子成分和反应性元件转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒 增强子AATAAA切离加尾 转录终止点 修饰点 外显子 翻译起始点内含子 OCT-1（二）反式作用因子反式作用因子（trans-acting factor）能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA或RNA聚合酶的蛋白质1、通用反式作用因子2、特殊组织与细胞中的反式作用因子3、和反应性元件相结合的反式作用因子反式作用因子通过以下三个途径发挥作用1、蛋白质直接和DNA结合 螺旋转角螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链、碱性螺旋-环-螺旋、同源异型结构域2、蛋白质与配体结合3、蛋白质与其他蛋白质的结合及其修饰五、转录后水平的调控（一）mRNA前体的选择性剪接（二）mRNA的稳定性影响真核生物基因表达1、5端帽子结构2、3端尾巴结构（三）翻译水平的调控决定蛋白质合成速度（四）非编码小分子RNA的调控反义RNA调控 反义RNA是指与靶RNA（多为mRNA）具有互补序列的RNA分子，通过与靶RNA进行碱基配对结合的方式参与基因的表达调控。干扰RNA（RNAi）的调控 双链RNA抑制基因表达的效率比纯化后的反义RNA至少高几个数量微小RNA（miRNA）的调控