基因表达调控 (2).ppt

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1、关于基因表达调控关于基因表达调控 (2)(2)课件课件现在学习的是第1页，共86页第第 一一 节节基本概念与原理基本概念与原理Basic Conceptions and Principle现在学习的是第2页，共86页一、基因表达的概念一、基因表达的概念* * 基因组基因组(genome)(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。息或整套基因。它也是指含有一个生物体生存、发育、活动和它也是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。 现在学习的是第3页，共86页n细胞器DNA通常是环状

2、DNA分子，位于核外，基因结构与原核相似n 真核生物中，包括一套完整单倍体DNA（染色体DNA）和细胞器DNA的全部序列现在学习的是第4页，共86页是指储存遗传信息的是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程出其生物功能的整个过程。典型的基因表达是基典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过有生物活性的蛋白质的过程。程。基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)现在学习的是第5页，共86页基因表达是受调控的基因表达是受调控的 不是所有的基因表达都产生蛋白质，不是所有的基

3、因表达都产生蛋白质，rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNArRNA或或tRNA,tRNA,也是也是rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因表达，因为的基因表达，因为rRNArRNA或或tRNAtRNA就就具有在蛋白质翻译方面的功能。具有在蛋白质翻译方面的功能。 但是但是基因表达转录翻译基因表达转录翻译现在学习的是第6页，共86页 人的基因组中通常只有一部分人的基因组中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状态基因表达，多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞中开放转录的，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在基因约在1

4、1万个上下，即使蛋白质合成万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过胞，一般也只有不超过20%20%的基因处于的基因处于表达状态。表达状态。 生物基因组的遗传信息生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的并不是同时全部都表达出来的现在学习的是第7页，共86页二、基因表达的时间性及空间性二、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性（一）时间特异性(temporal specificity)按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的按功能需要，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顺序发生，称之为基因表

5、达的时间特异性时间特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性阶段特异性(stage specificity)(stage specificity)。现在学习的是第8页，共86页（二）空间特异性（二）空间特异性(spatial specificity)又称又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)(cell or tissue specificity)在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的组织空间顺序出现，称之为基因表达的

6、空间特异性空间特异性。现在学习的是第9页，共86页三、基因表达的方式三、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性表达（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，通常被称为表达，通常被称为管家基因管家基因。管家基因管家基因(housekeeping gene)现在学习的是第10页，共86页无论表达水平高低，管家基因无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素较少受环境因素影响影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎，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。

7、区别于其他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基因，这类基因表达被视为组成性基因表达组成性基因表达(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)。基本的基因表达只受到启动序列或者启动子基本的基因表达只受到启动序列或者启动子与与RNARNA聚合酶相互作用的影响聚合酶相互作用的影响 组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。的，其表达强弱也是受一定机制调控的。 现在学习的是第11页，共86页（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和

8、阻遏表达适应性表达适应性表达(adaptive expression)(adaptive expression)指环境的变化指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达容易使其表达水平变动的一类基因表达。 诱导诱导 阻遏阻遏 现在学习的是第12页，共86页 是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被激是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被激活，从而使基因的表达产物增加。活，从而使基因的表达产物增加。 如如:DNA:DNA发生损伤时，修复酶的诱导激活。发生损伤时，修复酶的诱导激活。 诱导表达（诱导表达（inductioninduction） 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基在特定环境信号

9、刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因。现在学习的是第13页，共86页如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是是可阻遏基因可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏阻遏。阻遏阻遏(repression)(repression)如：如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它糖类的酶类，如乳糖操纵子被阻遏、关闭糖类的酶类，如乳糖操纵子

10、被阻遏、关闭现在学习的是第14页，共86页在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，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，均需协调一致、共同表达无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为，即为协调表达协调表达(coordinate expression)(coordinate expression)，这种调这种调节称为协调调节节称为协调调节(coordinate regulation)(coordinate regulation)。现在学习的是第15页，共86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）适应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维

11、持生长和增殖（二）维持个体发育与分化（二）维持个体发育与分化现在学习的是第16页，共86页基因激基因激活活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录起始转录起始（一）基因表达的多级调控（一）基因表达的多级调控五、基因表达调控的基本原理五、基因表达调控的基本原理转录水平的基因表达调控最重要转录水平的基因表达调控最重要 现在学习的是第17页，共86页（二）基因转录激活调节基本要素（二）基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因表达的调节与基因基因的结构、性质，生物个的结构、性质，生物个体或细胞所处的内

12、、外体或细胞所处的内、外环境环境，以及细胞内所存在的，以及细胞内所存在的转录转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。1. 1. 特异特异DNADNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质现在学习的是第18页，共86页原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon)(operon) 机制机制特异特异DNADNA序列序列 编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(promoter)(operator)(operator)现在学习的是第19页，共86页是是RNARNA聚合酶结合并启动转录的聚合酶结合并启动转录的特异特异DNADNA序列。

13、序列。1) 1) 启动序列启动序列RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列现在学习的是第20页，共86页共有序列共有序列(consensus sequence)(consensus sequence) 决定启动决定启动序列的转录活性大小。序列的转录活性大小。某些特异因子（蛋白质）某些特异因子（蛋白质）决定决定RNARNA聚

14、合酶聚合酶对对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。现在学习的是第21页，共86页阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的结合位点的结合位点当操纵序列结合有当操纵序列结合有阻遏蛋白阻遏蛋白时，会阻碍时，会阻碍RNARNA聚聚合酶与启动序列的结合，或是合酶与启动序列的结合，或是RNARNA聚合酶不能沿聚合酶不能沿DNADNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol阻遏蛋白阻遏蛋白2 2 操纵序列操纵序列 现在学习的是第22页，共86页3) 3) 其他调节序列、调节蛋白

15、其他调节序列、调节蛋白例如例如激活蛋白激活蛋白(activator)(activator)可结合启动序列邻近可结合启动序列邻近的的DNADNA序列，促进序列，促进RNARNA聚合酶与启动序列的结合，增聚合酶与启动序列的结合，增强强RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白现在学习的是第23页，共86页有些基因在没有激活蛋白存在时，有些基因在没有激活蛋白存在时，RNARNA聚合酶聚合酶很少或完全不能结合启动序列。很少或完全不能结合启动序列。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白现在学习的是

16、第24页，共86页真核生物真核生物1) 1) 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting element)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列 顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游(5(5端端) ) 启动子启动子 增强子增强子 沉默子沉默子RNA聚合酶聚合酶BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点mRNARNA聚合酶聚合酶BADNA转录起始点转录起始点mRNA现在学习的是第25页，共86页顺式作用元件通常是基因的非编码序列。顺式作用元件通常是基因的非编码序列。不同真核生物的

17、顺式作用元件中也会发现一些不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列共有序列 ，如，如TATATATA盒、盒、CAATCAAT盒等，这些共有序盒等，这些共有序列是列是RNARNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。聚合酶或特异转录因子的结合位点。现在学习的是第26页，共86页2) 2) 真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另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。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting fa

18、ctor) 这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。 aDNA反式调节反式调节BA mRNA蛋白质蛋白质AA现在学习的是第27页，共86页cDNAC顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质C还有蛋白质因子可特异识别、结合自身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，称基因的调节序列，调节自身基因的表达，称顺式作用顺式作用。现在学习的是第28页，共86页指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特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。通常是异识别及结合。通常是非共价非共价结合，被识别的结合，被识别的DNADNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结

19、构。结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。2. DNA - 2. DNA - 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质- -蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用现在学习的是第29页，共86页DNA-binding protein can facilitate interaction between DNA-binding proteins at a distance现在学习的是第30页，共86页绝大多数调节蛋白质结合绝大多数调节蛋白质结合DNADNA前，需通过蛋白质前，需通过蛋白质- -蛋白质相互作用，形成蛋白质相互作用，形成二聚体二聚体(dimer)(dimer)或或多聚体多聚体(polymer)(polyme

20、r)。（。（同质或异质同质或异质）也有的是在结合也有的是在结合DNADNA前，需要蛋白质与蛋白质之前，需要蛋白质与蛋白质之间的解聚过程间的解聚过程 真核生物中由于蛋白质因子真核生物中由于蛋白质因子的浓度等的不同，会造成不同细的浓度等的不同，会造成不同细胞中同一基因表达程度的不同胞中同一基因表达程度的不同现在学习的是第31页，共86页 Action at a Distance and DNA Looping. 一些蛋白彼此相互作用，即使它们结合在DNA上的位点彼此分开现在学习的是第32页，共86页3. RNA3. RNA聚合酶聚合酶 原核启动序列原核启动序列/ /真核启动子与真核启动子与RNAR

21、NA聚合酶活性聚合酶活性 启动子有强弱只分。启动子有强弱只分。 真核的真核的RNA-polRNA-pol活性除与启动子序列有关，和转录因活性除与启动子序列有关，和转录因子的存在与否有关子的存在与否有关现在学习的是第33页，共86页 调节蛋白与调节蛋白与RNARNA聚合酶活性聚合酶活性启动序列决定基础转录频率，一些特异调节蛋启动序列决定基础转录频率，一些特异调节蛋白在适当环境信号（如诱导剂和阻遏剂等）刺激下白在适当环境信号（如诱导剂和阻遏剂等）刺激下在细胞内表达，然后通过在细胞内表达，然后通过DNA-DNA-蛋白质、蛋白质蛋白质、蛋白质- -蛋白蛋白质相互作用影响质相互作用影响RNARNA聚合酶

22、活性，使基础转录频率发聚合酶活性，使基础转录频率发生变化，从而引起表达的变化。生变化，从而引起表达的变化。热休克反应热休克反应细菌的细菌的RNARNA聚合酶聚合酶 7070 （启动常规基因表达）被（启动常规基因表达）被 3232取取代，从而启动另一套基因的表达。代，从而启动另一套基因的表达。现在学习的是第34页，共86页第第 二二 节节 原核基因转录调节原核基因转录调节Regulation of Prokaryotic Gene Transcription现在学习的是第35页，共86页调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始一、原核基因转录调节特点一、原核基因转录调节特点（一）（一）因

23、子决定因子决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 只有一种只有一种RNA-polRNA-pol，但是有很多种，但是有很多种因子因子（二）操纵子模型的普遍性（二）操纵子模型的普遍性（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性现在学习的是第36页，共86页 存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操纵子（纵子（operonoperon）调控模式，该模式也见于低等真核生）调控模式，该模式也见于低等真核生物中。物中。 在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基

24、因的组织形式表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子（称为操纵子（operonoperon） 操纵子操纵子现在学习的是第37页，共86页n典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。 调调节节基基因因（R Re eg gu ul la at to or ry y g ge en ne e）为为阻阻抑抑蛋蛋白白编编码码基基因因 控控制制区区 启启动动基基因因（P Pr ro om mo ot te er r）为为 c cA AM MP P 受受体体蛋蛋白白（C CR RP P）和和 R RN NA A 聚聚合合酶酶结

25、结合合区区。 操操纵纵基基因因（0 0p pe er ra at te er r）为为阻阻抑抑蛋蛋白白结结合合位位点点。 信信息息区区由由一一个个或或数数个个结结构构基基因因串串联联在在一一起起组组成成。 操纵子的结构操纵子的结构现在学习的是第38页，共86页可诱导和可阻遏的操纵子可诱导和可阻遏的操纵子类型类型 结合结合 O O 方式方式 O O 的开放方的开放方式式 结构基因产结构基因产物功能物功能 可诱导可诱导 i i 基因产物基因产物 由代谢底物由代谢底物开放通常开开放通常开放放 分解代谢分解代谢 可阻遏可阻遏 i i 基因产物加基因产物加上代谢终产物上代谢终产物 由代谢终产由代谢终产物

26、关闭物关闭 合成代谢合成代谢 现在学习的是第39页，共86页二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子（一）乳糖操纵子(lac operon)(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAPCAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y： 透酶透酶A A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶Z ZY YA AO OP PDNADNA现在学习的是第40页，共86页mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二）阻遏蛋白的负性调节（二）阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因现在学习的是第4

27、1页，共86页mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶现在学习的是第42页，共86页+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP浓度低时浓度低时（三）（三）CAPCAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP现在学习的是第43页，共86页（四）协调调节（四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系统不能发挥对该系统不能发挥作用；作用；如无如无CAPCAP

28、存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/ /乳糖共同存在时，细菌乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。首先利用葡萄糖。葡萄糖对葡萄糖对 lac lac 操纵子的阻遏作用称操纵子的阻遏作用称分解代谢分解代谢阻遏阻遏(catabolic repression)(catabolic repression)。 现在学习的是第44页，共86页a. 缺乏调节蛋白缺乏调节蛋白 (操纵元件操纵元件)b. 抑制转录抑制转录 c.

29、激活转录激活转录现在学习的是第45页，共86页mRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓度低RNA-polOOOO现在学习的是第46页，共86页2 2）当无乳糖，有葡萄糖时：）当无乳糖，有葡萄糖时：1 1）无乳糖也无葡萄糖存在时：）无乳糖也无葡萄糖存在时：OO总结：总结：所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭现在学习的是第47页，共86页3 3）既有乳糖，又有葡萄糖时：）既有乳糖，又有葡萄糖时：O4 4）有乳糖，无葡萄糖时：）有乳糖，无葡萄糖时：mRNARNA-polO

30、所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放 有葡有葡萄糖存在，操纵子关闭萄糖存在，操纵子关闭现在学习的是第48页，共86页三三、原核生物转录的终止调节原核生物转录的终止调节原核生物转录的终止：原核生物转录的终止：1 1）依赖于）依赖于RhoRho的转录终止的转录终止2 2）不依赖于）不依赖于RhoRho的转录终止的转录终止形成发夹结构形成发夹结构 原核生物转录过程中可以通过形成相应的结构原核生物转录过程中可以通过形成相应的结构，而使得转录提前终止，达到调节的目的，如，而使得转录提前终止，达到调节的目的，如衰减衰减。如果要制止终止的发生，可以形成。如

31、果要制止终止的发生，可以形成抗终止。抗终止。现在学习的是第49页，共86页衰减是转录衰减是转录- -翻译的偶联调控翻译的偶联调控色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trp operon）除了产物阻遏负）除了产物阻遏负调控外，还有转录调控外，还有转录衰减（衰减（attenuation）调控方式调控方式。 现在学习的是第50页，共86页Trp Trp 高时Trp 低时mRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 色氨酸操纵子的作用原理操纵子关闭现在学习的是第51页，共86页操纵子操纵子基础状态基础状态调控方式调控方式分解代谢分解代谢关闭关闭由由诱导物诱导物开放开放合成代谢合成代谢开放

32、开放由由阻遏物阻遏物关闭关闭分解和合成代谢的操纵子现在学习的是第52页，共86页Trp Trp 高时Trp 低时mRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 色氨酸操纵子的作用原理现在学习的是第53页，共86页UUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构 第第10、11密码子为密码子为trp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa前导肽编码区前导肽编码区: 包含序列包含序列1 形成发夹结构能力强弱：形成发夹结构能力强弱： 序列序列1/2序列序列2/3序列序列3/

33、4 trp 密码子密码子 UUUU现在学习的是第54页，共86页UUUU34UUUU 334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA当色氨酸浓度高时当色氨酸浓度高时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNA UUUU 3 RNA聚合酶聚合酶 终止终止现在学习的是第55页，共86页UUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 15 trp 密码子密码子 结构基因结构基因前导前导DNA RNA聚合酶聚合酶 当色氨酸浓度低时当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录

34、序列序列3、4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 前导前导mRNA 现在学习的是第56页，共86页四、原核生物翻译水平的调节四、原核生物翻译水平的调节n调节蛋白结合调节蛋白结合mRNAmRNA靶位点，阻止核蛋白体识靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译别翻译起始区，从而阻断翻译n调节蛋白一般作用于自身调节蛋白一般作用于自身mRNAmRNA，抑制自身的，抑制自身的合成，称为合成，称为自我控制自我控制调节的位点主要在翻译的起始阶段调节的位点主要在翻译的起始阶段1 1、蛋白质分子的自我调节、蛋白质分子的自我调节现在学习的是第57页，共86页 这类操纵子有转录这类操纵子有转录-翻译偶联调控

35、现象，称为翻译偶联调控现象，称为自我自我调节（调节（autogenous control）。 现在学习的是第58页，共86页n调节基因表达的调节基因表达的RNARNA，称为调节，称为调节RNARNAn反义反义RNARNA：细菌中的一种调节：细菌中的一种调节RNA,RNA,含有与特定含有与特定mRNAmRNA翻译的起始部位互补的序列，通过与翻译的起始部位互补的序列，通过与mRNAmRNA的杂交阻断的杂交阻断30S30S小亚基对小亚基对AUGAUG的识别及与的识别及与SDSD序列的结合，抑制翻译的起始序列的结合，抑制翻译的起始n反义反义RNARNA的调节作用，称为反义控制的调节作用，称为反义控制2

36、 2、反义、反义RNARNA对翻译的调节作用对翻译的调节作用现在学习的是第59页，共86页第 三 节 真核基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription现在学习的是第60页，共86页一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大（一）真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA DNA 约约 3 3 10 10 9 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 40000 40000 个，占总长的个，占总长的6 %6 %rDNArDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5% 5% 10%10%现在学习的是第61页

37、，共86页（二）单顺反子（二）单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个即一个编码基因转录生成一个mRNAmRNA分子，分子，经翻译生成一条多肽链。经翻译生成一条多肽链。（三）重复序列（三）重复序列（正向重复、反向重复）（正向重复、反向重复）单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（10106 6 次）次）中度重复序列（中度重复序列（10103 3 10 104 4次）次）多拷贝序列多拷贝序列（四）基因不连续性（四）基因不连续性断裂基因断裂基因现在学习的是第62页，共86页内含子、启动子内含子、启动

38、子假基因假基因基因片段基因片段非编码序列非编码序列 90 编码序列编码序列 10 结构基因及其相关序列结构基因及其相关序列20 30 SINEsLINEs卫星卫星DNA小卫星小卫星DNA微卫星微卫星DNA散在分布重复序散在分布重复序列列40 串联重复序列串联重复序列60 中中/高度重复序列高度重复序列20 30 单单/ 低拷贝序列低拷贝序列7080 基因外基因外DNA7080人类基因组（人类基因组（3 310109 9bpbp）结构组成）结构组成现在学习的是第63页，共86页二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点（一）（一）RNARNA聚合酶聚合酶 真核生物中存在真核生物中存在RNA

39、 polRNA pol、三种不同的三种不同的RNARNA聚合酶，分别负责转录不同的聚合酶，分别负责转录不同的RNARNA。 这些这些RNARNA聚合酶与相应的转录因子形成复合体聚合酶与相应的转录因子形成复合体，从而激活或抑制该酶的催化活性。，从而激活或抑制该酶的催化活性。现在学习的是第64页，共86页（二）活性染色体结构变化（二）活性染色体结构变化1. 1. 对核酸酶敏感对核酸酶敏感活化基因常有超敏活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结位点，位于调节蛋白结合位点附近。合位点附近。2. DNA2. DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNADNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象

40、存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向现在学习的是第65页，共86页3. DNA3. DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真核真核DNADNA约有约有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。CpGCpG岛岛甲基化常发生在某些基因的甲基化常发生在某些基因的5 5侧翼区的侧翼区的CpGCpG序列序列现在学习的是第66页，共86页基因组印记Genomic imprinting现在学习的是第67页，共86页4. 4. 组蛋白变化组蛋白变化 富含富含LysLys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 H

41、2A, H2BH2A, H2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰（乙酰化、磷酸化和甲基化等）组蛋白修饰（乙酰化、磷酸化和甲基化等） H3H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露现在学习的是第68页，共86页（四）转录与翻译分隔进行（四）转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工（五）转录后修饰、加工（三）正性调节占主导（三）正性调节占主导 真核基因基因组大，通过利用各种转录因子真核基因基因组大，通过利用各种转录因子正性激活正性激活RNARNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。聚合酶是真核基因调控的主要机制。 更精确，更经济更精确，更经济 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位转录与翻译过程

42、分别存在于不同的亚细胞部位，可分别进行调控。，可分别进行调控。现在学习的是第69页，共86页三、真核基因转录激活调节三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件（一）顺式作用元件1. 1. 启动子启动子真核基因启动子是真核基因启动子是RNARNA聚合酶结合位聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一点周围的一组转录控制组件，至少包括一个个转录起始点转录起始点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATATATA盒盒GCGC盒盒CAATCAAT盒盒现在学习的是第70页，共86页TATATATA盒盒 转录因子转录因子TF-DTF-D结合位点结合位点典型的启动子：典型的启动子：CAATC

43、AAT盒和（或）盒和（或）GCGC盒盒 TATATATA盒盒 转录起始点转录起始点最简单的启动子：最简单的启动子：TATATATA盒盒 转录起始点转录起始点但是，不是所有的启动子都有但是，不是所有的启动子都有TATATATA盒盒现在学习的是第71页，共86页2. 2. 增强子增强子(enhancer)(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空间指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的特异性、增强启动子转录活性的DNADNA序列，其发挥序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。作用的方式通常与方向、距离无关。在转录起始点在转录起始点5 5或或3 3侧均能

44、起作用；侧均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；对异源性启动子也能发挥作用；对异源性启动子也能发挥作用；通常具有一些短的重复顺序。通常具有一些短的重复顺序。 特点特点现在学习的是第72页，共86页3. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异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。蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。现在学习的是第73页，共86页n同一DNA序列可被不同蛋白质识别n同一蛋白质因子可

45、与多种不同DNA序列发生联系，少数是直接结合，多数是蛋白质-蛋白质相互作用后再影响DNA。n蛋白质-蛋白质或DNA-蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子基础。n反式作用因子在自身生物合成过程中，有相当大的可变性和可塑性。（二）反式作用因子（二）反式作用因子 现在学习的是第74页，共86页1. 1. 转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)(general transcription factors)是是RNARNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子聚合酶结

46、合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种，决定三种RNA(mRNARNA(mRNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)转录的类别。转录的类别。个别因子，如个别因子，如TFDTFD为通用的，大部分转录调节为通用的，大部分转录调节因子为不同因子为不同RNARNA聚合酶特有，决定转录的类别聚合酶特有，决定转录的类别 现在学习的是第75页，共86页特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)(special transcription factors)能够选择性调控某种或某些基因转录表达能够选择性调控某种或某些基因转录表达的蛋白质因子称为特异性转录因子的蛋

47、白质因子称为特异性转录因子. .为个别基因转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。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（转录激活因子（如增强子的结合蛋白如增强子的结合蛋白) )转录抑制因子转录抑制因子( (如沉默子的结合蛋白，或是与其他因如沉默子的结合蛋白，或是与其他因子结合，抑制转录的蛋白质）子结合，抑制转录的蛋白质）现在学习的是第76页，共86页2. 2. 转录调节因子结构转录调节因子结构DNADNA结合域结合域转录激活域转录激活域TFTF蛋白质蛋白质- -蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸

48、性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域现在学习的是第77页，共86页最常见的最常见的DNADNA结合域结合域 1. 1. 锌指锌指(zinc finger)(zinc finger)C CysH His常结合常结合GCGC盒盒一个单位以指部伸入一个单位以指部伸入DNADNA双螺双螺旋的深沟，接触旋的深沟，接触5 5 个核苷酸。个核苷酸。现在学习的是第78页，共86页ZnCysHis现在学习的是第79页，共86页 2. -2. -螺旋螺旋常结合常结合CAATCAAT盒盒现在学习的是第80页，共86页 3. 3. 亮氨酸拉链亮氨酸拉链现在学习的是第81页，共86页（三）（三）mRNA mRNA 转录激活

49、及其调节转录激活及其调节polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNARNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成的转录在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物起始复合物TATA DNATBPTBP相关因子相关因子现在学习的是第82页，共86页真核基因转录调节是真核基因转录调节是复杂的、多样的复杂的、多样的* *不同的不同的DNADNA元件组合可产生多种类型的转录调节方元件组合可产生多种类型的转录调节方式；式；* *多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNADNA元件元件。* *转录因子与转录因子与DNADNA元件结合后，对转录激活过程元件结合后，对

50、转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。分。现在学习的是第83页，共86页（四）小分子（四）小分子RNARNA微小微小RNA（miRNA):由发夹状由发夹状单链单链RNA前体经前体经Dicer酶剪切形成的酶剪切形成的与其他蛋白一起构成与其他蛋白一起构成RISC（RNA诱导的诱导的沉默复合体），与沉默复合体），与mRNA3-非翻译区结非翻译区结合，一直翻译合，一直翻译现在学习的是第84页，共86页siRNA 是细胞内的是细胞内的双链双链RNA，在特定条件下酶，在特定条件下酶切成特定长度（切成特定长度（21-23bp）含特定序列的小片段）含特