基因表达的调节.ppt

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1、本章主要内容本章主要内容基因与基因组基因与基因组原核生物基因表达的调节原核生物基因表达的调节真核生物基因表达的调节真核生物基因表达的调节 1 1 基因与基因组基因与基因组基因表达基因表达（gene expression）就是基因转录与翻译的过程。在某一特定时间，基因组只有一部分就是基因转录与翻译的过程。在某一特定时间，基因组只有一部分处于表达状态。处于表达状态。1.2 基因基因 具有特定生物遗传信息的具有特定生物遗传信息的DNADNA序列序列,在一定条件下能够得以表达在一定条件下能够得以表达,产生特定的生理功能。产生特定的生理功能。真核生物基因结构图真核生物基因结构图1.3 基因组基因组(ge

2、nome)是细胞或生物体的全套遗传物质。是细胞或生物体的全套遗传物质。不同生物基因组大小和数目不同不同生物基因组大小和数目不同真核基因组含有真核基因组含有:高度重复序列高度重复序列 中度重复序列中度重复序列 低度重复序列低度重复序列基因表达控制的潜在环节基因表达控制的潜在环节复制水平复制水平前体前体mRNAmRNA的转录的转录mRNAmRNA前体转录后的修饰和加工前体转录后的修饰和加工 mRNAmRNA从核内转移到胞液从核内转移到胞液mRNAmRNA的稳定性调节的稳定性调节mRNAmRNA的翻译活性调节的翻译活性调节肽链翻译后的加工肽链翻译后的加工肽链的转运和细胞定位肽链的转运和细胞定位蛋白质

3、的稳定性蛋白质的稳定性 基因表达的各个调节部位基因表达的各个调节部位 转录是基因表达控制的中心环节转录是基因表达控制的中心环节转录控制转录控制转录后加工转录后加工转运转运翻译控制翻译控制蛋白质活性控制蛋白质活性控制mRNA的降解控制的降解控制 原核基因表达的调节通过原核基因表达的调节通过操纵子操纵子(operon)(operon)进行，操纵子是进行，操纵子是DNADNA上由几个上由几个相关的结构基因相关的结构基因以及对其转录进行调节的启动基因和以及对其转录进行调节的启动基因和操纵操纵基因基因等组成的单位。等组成的单位。(操纵子学说由操纵子学说由Monod and JocobMonod and

4、Jocob提出，提出，1960)1960)启动基因启动基因 P P操纵基因操纵基因 O O结构基因结构基因激活物结合位置激活物结合位置2 2 原核基因表达的调节原核基因表达的调节 原核生物操纵子中的结构基因是多顺反子，即含有原核生物操纵子中的结构基因是多顺反子，即含有几个编码功能相关的蛋白质或酶的基因。在其上游有操几个编码功能相关的蛋白质或酶的基因。在其上游有操纵基因（纵基因（O）和启动基因（）和启动基因（P),操纵基因是阻遏物蛋白结操纵基因是阻遏物蛋白结合的部位合的部位(在阴性调节中在阴性调节中)。P基因是基因是RNA聚合酶结合并聚合酶结合并开始转录的部位。在开始转录的部位。在P基因的上游，

5、有激活物蛋白结合基因的上游，有激活物蛋白结合的部位的部位(在阳性调节中在阳性调节中)，还有表达阻遏物蛋白的调节基，还有表达阻遏物蛋白的调节基因因i。阴性调控阴性调控（negative control）阻遏物蛋白（阻遏物蛋白（repressor）对基）对基因开关（操纵基因因开关（操纵基因,O基因）进行的调节。阻遏物蛋白结合在操纵基因）进行的调节。阻遏物蛋白结合在操纵基因上则转录不能进行，它的活性受小分子诱导物影响。阻遏物基因上则转录不能进行，它的活性受小分子诱导物影响。阻遏物是由调节基因是由调节基因i表达的。表达的。阳性调控阳性调控（positive control）激活物蛋白（激活物蛋白（ac

6、tivator）对）对RNA聚合酶的转录进行的调节。激活物蛋白结合在启动基因聚合酶的转录进行的调节。激活物蛋白结合在启动基因(P基基因因)上游的某个区域以增强上游的某个区域以增强RNA聚合酶的转录活性，它的活性也受聚合酶的转录活性，它的活性也受小分子的影响。小分子的影响。操纵子转录调节的两种方式操纵子转录调节的两种方式阴性调控阴性调控阳性调控阳性调控阻遏物阻遏物激活物激活物RNARNA聚合酶聚合酶Z（半乳糖苷酶）、（半乳糖苷酶）、Y（透过酶）和（透过酶）和A（乙酰化酶）（乙酰化酶）是功能相关的结构基因，为细菌利用乳糖所必需是功能相关的结构基因，为细菌利用乳糖所必需大肠杆菌乳糖操纵子的结构大肠杆

7、菌乳糖操纵子的结构I p o 乳糖操纵子的结构基因乳糖操纵子的结构基因乳糖操纵子的负调节乳糖操纵子的负调节G G和乳糖同时存在时，细菌优先利用和乳糖同时存在时，细菌优先利用G G；缺乏；缺乏G G时，细胞中的时，细胞中的cAMPcAMP水平有水平有升高，与升高，与cAMPcAMP受体蛋白结合使之激活，乳糖操纵子的表达受到阳性调节。受体蛋白结合使之激活，乳糖操纵子的表达受到阳性调节。如果此时又有乳糖存在，则乳糖操纵子的表达既有阴性调节又有阳性调如果此时又有乳糖存在，则乳糖操纵子的表达既有阴性调节又有阳性调节。节。乳糖操纵子的双向调节乳糖操纵子的双向调节真核染色质结构真核染色质结构组蛋白组蛋白核小

8、体核小体 真核染色体真核染色体DNADNA处于转录抑制状态，组蛋白乙酰化，磷酸化，处于转录抑制状态，组蛋白乙酰化，磷酸化，CpGCpG的脱甲基使其转录去阻抑。的脱甲基使其转录去阻抑。真核基因表达的调节以利用激活物的阳性调节为主。真核基因表达的调节以利用激活物的阳性调节为主。真核基因转录有包括真核基因转录有包括RNARNA聚合酶聚合酶IIII，通用转录因子（，通用转录因子（GTFsGTFs）等许）等许多因子的参与。多因子的参与。真核基因的转录和翻译在时空上是分开进行的。真核基因的转录和翻译在时空上是分开进行的。3.3.真核基因表达的调节真核基因表达的调节 真核基因调节区真核基因调节区=启动子启动

9、子+DNA调节序列调节序列 真核基因转录起始复合物是由真核基因转录起始复合物是由RNApol II和通用转录因子等组成的和通用转录因子等组成的复合体。复合体。调节序列调节序列(称称顺式作用元件顺式作用元件，cis-acting element)间隔地分布在间隔地分布在启动子的上下游，如增强子、沉寂子等，对转录起始复合物实现远距离启动子的上下游，如增强子、沉寂子等，对转录起始复合物实现远距离调节。调节。基因调节蛋白基因调节蛋白(称称反式作用因子反式作用因子,trans-acting factors)在细胞中在细胞中可扩散，有通用的和特异的，有固有的和诱导的，有激活性的和抑制性可扩散，有通用的和特

10、异的，有固有的和诱导的，有激活性的和抑制性的，对基因开关有选择性。的，对基因开关有选择性。真核基因调节区由启动子和基因调节序列组成真核基因调节区由启动子和基因调节序列组成 RNA RNA 聚合酶聚合酶II II 和通用转录因子结合在启动子上和通用转录因子结合在启动子上 基因调节蛋白作用于基因调节序列，这些基因调节序列散布在基因的基因调节蛋白作用于基因调节序列，这些基因调节序列散布在基因的上、下游，对其的调节是远距离的。上、下游，对其的调节是远距离的。（调节区域）（基因调节蛋白）（基因调节蛋白）RNA聚合酶和聚合酶和通用转录因子通用转录因子蛋白质与核酸的相互作用是调节基因表达的分子基础蛋白质与核

11、酸的相互作用是调节基因表达的分子基础 大多数基因调节蛋白分子都有一套与大多数基因调节蛋白分子都有一套与DNA结合的特定基结合的特定基序序(motif)，如螺旋，如螺旋-转角转角-螺旋，亮氨酸拉练结构，锌指结螺旋，亮氨酸拉练结构，锌指结构和螺旋构和螺旋-环环-螺旋等。螺旋等。基因调节蛋白通过基因调节蛋白通过DNA双螺旋大沟（双螺旋大沟（Major groove）识别其特）识别其特定的序列定的序列(10至至20个碱基个碱基)并且与之非共价结合。并且与之非共价结合。基因调节序列基因调节序列 螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋 Helix-Turn-Helix 锌锌 指指Zinc finger motif 亮氨酸拉链亮氨酸拉链Leucine zipper 螺旋螺旋-圈圈-螺旋螺旋Helix-loop-helix基因表达的调节可能在远距离进行基因表达的调节可能在远距离进行本章结束本章结束