遗传信息表达调控PPT课件.ppt
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1、关于遗传信息表达的调控第一张,PPT共九十九页,创作于2022年6月第二张,PPT共九十九页,创作于2022年6月第三张,PPT共九十九页,创作于2022年6月基因表达(gene expression)是指基因组中结构基因经过转录、翻译是指基因组中结构基因经过转录、翻译等过程,合成蛋白质,进而发挥其特定等过程,合成蛋白质,进而发挥其特定的生物学功能的全过程。的生物学功能的全过程。第四张,PPT共九十九页,创作于2022年6月RNA 的合成4种NTP、DNA模板、RNA聚合酶转录单位:结构基因、启动子、终止子按碱基配对原则,沿5-3方向真核生物有三型RNA聚合酶分为起始阶段、延长阶级和终止阶段转
2、录后的产物经加工成为成熟的RNA第五张,PPT共九十九页,创作于2022年6月蛋白质的合成合成体系:氨基酸、mRNA、tRNA、核糖体、某些酶与蛋白质因子、ATP、GTP、MgmRNA编码区的三个相邻核苷酸组成密码子tRNA起接合器作用,核糖体是合成场所和装配机核糖体循环:起始、肽链延长和终止翻译后加工:折叠、共价修饰、水解和亚单位的聚合第六张,PPT共九十九页,创作于2022年6月Transcription5GATCTGACTGACATAGACATAGAT3coding(=non-template)strand3CTAGACTGACTGTATCTGTATCTA5templatestrand5
3、GAUCUGACUGACAUAGACAUAGAU3mRNA 第七张,PPT共九十九页,创作于2022年6月基因表达及其调控的特点管家基因管家基因(housekeeping gene)在一个生在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。组成性基因表达组成性基因表达(constitutive gene expression)管家基因的表达方式,较少受管家基因的表达方式,较少受环境影响,在个体各生长阶段的几乎全部环境影响,在个体各生长阶段的几乎全部组织中持续表达或变化很小。组织中持续表达或变化很小。第八张,PPT共九十九页,创作于2022年6月诱导表达诱导表达
4、(induction expression)有一些有一些基因表达极易受环境影响,在特定环境信基因表达极易受环境影响,在特定环境信号刺激下,基因的表达开放或增强。号刺激下,基因的表达开放或增强。阻遏表达阻遏表达(repression expression)在特在特定环境信号刺激下,基因的表达关闭或减定环境信号刺激下,基因的表达关闭或减弱。弱。第九张,PPT共九十九页,创作于2022年6月时间特异性时间特异性(temporal specificity)在多在多细胞生物,从受精卵到组织、器官形成细胞生物,从受精卵到组织、器官形成的各个发育阶段,相应的基因严格按照的各个发育阶段,相应的基因严格按照一定
5、的时间顺序开启或关闭。一定的时间顺序开启或关闭。空间特异性空间特异性(spatial specificity)在个体生在个体生长全过程,某基因产物在不同组织空间顺长全过程,某基因产物在不同组织空间顺序出现。序出现。第十张,PPT共九十九页,创作于2022年6月协调表达协调表达(coordinated expression)功能功能相关的一组基因,协调一致,共同表达。相关的一组基因,协调一致,共同表达。又称协调调节又称协调调节(coordinated regulation)第十一张,PPT共九十九页,创作于2022年6月基因表达的调控(gene expression regulation)是指各
6、种细胞中相同的遗传信息,有规律是指各种细胞中相同的遗传信息,有规律的选择性、程序性、适度的表达以适应机的选择性、程序性、适度的表达以适应机体生长、发育、繁殖以及环境变化的需要,体生长、发育、繁殖以及环境变化的需要,发挥其生理功能的调节和控制。发挥其生理功能的调节和控制。第十二张,PPT共九十九页,创作于2022年6月 组织特异性表达和时相性Tissue-specific gene expression1.multiple organ/tissue pattern(sonic hedgehog gene)2.Specific tissue,cell lineage or cell type3.I
7、ndividual cells(TCR)4.Intracellular distribution 第十三张,PPT共九十九页,创作于2022年6月 组织特异性表达和时相性(Cont)Temporal restriction of gene expression1.Cell cycle stage2.Developmental stage3.Differentiation stage4.Inducible expression 第十四张,PPT共九十九页,创作于2022年6月基因表达调控的生理意义适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖维持个体发育与分化维持个体发育与分化第十五张,PPT
8、共九十九页,创作于2022年6月基因表达调控的基本原理基因表达的多级调控基因表达的多级调控基因转录激活调节基本因素基因转录激活调节基本因素特异特异DNA序列序列调节蛋白调节蛋白DNA-蛋白质、蛋白质蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用蛋白质相互作用RNA聚合酶聚合酶第十六张,PPT共九十九页,创作于2022年6月第一节第一节原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控第十七张,PPT共九十九页,创作于2022年6月一 转录水平的调控(一)影响转录的因素启动子启动子因子因子阻遏蛋白阻遏蛋白正调控蛋白正调控蛋白倒位蛋白倒位蛋白RNA聚合酶抑制物聚合酶抑制物衰减子衰减子第十八张,PPT共九十九页,创作于2
9、022年6月操纵子操纵子(operon)调控区调控区信息区信息区启动子启动子操纵基因操纵基因第十九张,PPT共九十九页,创作于2022年6月启 动 子决定转录方向及模板链:决定转录方向及模板链:E.coli的启动子长约的启动子长约40-60bp,至少包括三个功能区。,至少包括三个功能区。起始部位(起始部位(initiationsite)1结合部位(结合部位(bindingsite)-10bp,RNA聚合酶聚合酶与之结合与之结合T80A95T45A60A50T96识别部位(识别部位(recognitionsite)-35bp,因子与因子与之结合之结合T82G78A65C54A95第二十张,PPT
10、共九十九页,创作于2022年6月因子不同的因子不同的因子可以竞争性的结合可以竞争性的结合RNA聚合聚合酶酶,环境变化可由到产生特定的环境变化可由到产生特定的因子,因子,从而打开一套特定的基因。从而打开一套特定的基因。阻遏蛋白(阻遏蛋白(repressor)与与DNA结合后都是抑制转录,这种基因结合后都是抑制转录,这种基因表达调控的方式称为负调控。表达调控的方式称为负调控。第二十一张,PPT共九十九页,创作于2022年6月正调控蛋白与与DNA结合后促进转录,这种基因表达调控结合后促进转录,这种基因表达调控的方式称为正调控。的方式称为正调控。CAP蛋白蛋白(catabolicgeneactivat
11、orprotein,CAP)分解代谢物基因活化蛋白分解代谢物基因活化蛋白ntrC蛋白蛋白是大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白,其是大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白,其自身活性可通过自身活性可通过ntrB使其磷酸化(有活性)和去使其磷酸化(有活性)和去磷酸化(无活性)而被调节磷酸化(无活性)而被调节第二十二张,PPT共九十九页,创作于2022年6月consensusTATA(Pribnow)boxE.coliPromoters第二十三张,PPT共九十九页,创作于2022年6月倒位蛋白(inversion protein)是一种位点特异的重组酶。沙门菌是一种位点特异的重组酶。沙门菌H1和和H2鞭毛蛋白分别由两个
12、基因编码,在一个细鞭毛蛋白分别由两个基因编码,在一个细菌克隆中以表达一种鞭毛抗原为主。菌克隆中以表达一种鞭毛抗原为主。衰减子(衰减子(attenuator)又称弱化子,位于操纵子中第一个结构基又称弱化子,位于操纵子中第一个结构基因之前,是一段能减弱转录作用的序列。因之前,是一段能减弱转录作用的序列。第二十四张,PPT共九十九页,创作于2022年6月RNA聚合酶抑制物聚合酶抑制物细菌在缺乏氨基酸的环境中,细菌在缺乏氨基酸的环境中,RNA聚合聚合酶活性降低,酶活性降低,RNA(rRNA,tRNA)合成)合成减少或停止减少或停止这种现象称为严谨反应(这种现象称为严谨反应(stringentrespo
13、nse)第二十五张,PPT共九十九页,创作于2022年6月Positivevs.NegativeRegulation第二十六张,PPT共九十九页,创作于2022年6月AllostericEffectorsBindingcanalsoberequiredforbindingofrepressor(e.g.Trp)orcanblockanactivator.第二十七张,PPT共九十九页,创作于2022年6月(二)转录的调控机制乳糖操纵子调控的机制乳糖操纵子调控的机制阿拉伯糖操纵子的调控机制阿拉伯糖操纵子的调控机制色氨酸操纵子的调控机制色氨酸操纵子的调控机制第二十八张,PPT共九十九页,创作于202
14、2年6月1.乳糖操纵子(lac operon)结构特点结构特点三个结构基因三个结构基因Z、Y、A,分别编码,分别编码-半乳糖半乳糖苷酶苷酶(-galactosidase)、透酶、透酶(permease)和半和半乳糖苷乙酰化酶乳糖苷乙酰化酶(galactosideacetylase)其上游还有一个启动子(其上游还有一个启动子(P)和一个操纵基)和一个操纵基因(因(O)启动子上游还有一个启动子上游还有一个CAP蛋白结合位点蛋白结合位点第二十九张,PPT共九十九页,创作于2022年6月OrganizationofLacOperonandLacIOperonpromoterRibosomeinitia
15、tion第三十张,PPT共九十九页,创作于2022年6月RegulationofGeneExpressionIPTGalsoinducesSplitslactoselactosetransport?(异丙基硫代半乳糖苷)半乳糖第三十一张,PPT共九十九页,创作于2022年6月第三十二张,PPT共九十九页,创作于2022年6月cAMPAMPACAdenylatecyclaseandCAPmediateglucoserepressionofLacAdenylate cyclase(AC)is an enzyme that synthesizes cyclic AMP(cAMP)from ATPHi
16、ghglucose adenylate cyclase is inhibited(indirectly,via a catabolic product)Therefore cAMP levels are LOWAbsenceofglucose adenylate cyclase is NOT repressedTherefore cAMP levels are HIGHcAMP forms a complex with the CAP protein,which allows it to then bind to the CAP site upstream of the Lac operon.
17、Binding of the CAP protein is required to allow RNA polymerase to bind to the lac promoter and turn on transcription.In the absence of CAP binding,there is no(or very little)transcription of the lactose operon,even in the presence of lactose.glucose第三十三张,PPT共九十九页,创作于2022年6月CAPBindingBendsDNAvThisDNA
18、bendingresultsinmoreefficientRNApolymerasebinding第三十四张,PPT共九十九页,创作于2022年6月CAPmediatesglucoserepressionofLacPromotes transcription第三十五张,PPT共九十九页,创作于2022年6月调控机制I基因编码产生阻遏蛋白,阻遏蛋白为四聚基因编码产生阻遏蛋白,阻遏蛋白为四聚体,在没有乳糖的条件下,阻遏基因与操体,在没有乳糖的条件下,阻遏基因与操纵基因结合。当有乳糖存在时,经透酶作纵基因结合。当有乳糖存在时,经透酶作用进入细胞,在用进入细胞,在-半乳糖苷酶催化下转变成半乳糖苷酶催化
19、下转变成半乳糖,后者作为诱导剂(半乳糖,后者作为诱导剂(inducer)与阻)与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白与操纵基因解聚,遏蛋白结合,使阻遏蛋白与操纵基因解聚,结构基因转录。结构基因转录。第三十六张,PPT共九十九页,创作于2022年6月LactoseGlucose-+-+-+LacICAP-cAMPFourStatesoftheLacOperon第三十七张,PPT共九十九页,创作于2022年6月2.阿拉伯糖操纵子(ara operon)结构特点结构特点结构基因结构基因 B、A、D,分别编码异构酶,分别编码异构酶(isomerase)、激酶()、激酶(kinase)、表位)、表位酶(酶(epim
20、erase),催化阿拉伯糖转变为),催化阿拉伯糖转变为5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖调控区调控区 由启动子(由启动子(P)、起始区()、起始区(I)和操)和操纵基因(纵基因(O)构成)构成第三十八张,PPT共九十九页,创作于2022年6月CAP第三十九张,PPT共九十九页,创作于2022年6月调控机制C基因是调节基因,编码调控蛋白基因是调节基因,编码调控蛋白AraC,AraC蛋白单独存在时,结合到蛋白单独存在时,结合到araO1和和araO2,表现出负调控;阿拉伯糖使,表现出负调控;阿拉伯糖使AraC蛋蛋白变构,结合到白变构,结合到araI上,表现正调控。在上,表现正调控。在ara操纵子基因表达调控
21、中,操纵子基因表达调控中,CAP蛋白的调蛋白的调控作用不显著。控作用不显著。第四十张,PPT共九十九页,创作于2022年6月TheArabinoseOperon This loop prevents RNA transcription(NOT true for all loops)NoArabinosepresent,operonOFFArabinosepresent,Glucoseabsent,operonON第四十一张,PPT共九十九页,创作于2022年6月调控作用有葡萄糖,有或无阿拉伯糖:关闭有葡萄糖,有或无阿拉伯糖:关闭无葡萄糖,无阿拉伯糖:关闭无葡萄糖,无阿拉伯糖:关闭无葡萄糖,有阿
22、拉伯糖:开放无葡萄糖,有阿拉伯糖:开放第四十二张,PPT共九十九页,创作于2022年6月3.色氨酸操纵子(trp operon)结构特点结构特点E.coli的色氨酸操纵子有五个结构基因的色氨酸操纵子有五个结构基因E、D、C、B、A基因编码三种酶,用于合成基因编码三种酶,用于合成色氨酸,色氨酸,上游调控区由启动子(上游调控区由启动子(P)和操纵基因)和操纵基因(O)组成)组成R基因编码阻遏蛋白基因编码阻遏蛋白第四十三张,PPT共九十九页,创作于2022年6月第四十四张,PPT共九十九页,创作于2022年6月GenomicOrganizationoftheTrpOperon 第四十五张,PPT共九
23、十九页,创作于2022年6月调控机制阻遏型操纵子及衰减机制。衰减子位于结阻遏型操纵子及衰减机制。衰减子位于结构基因构基因E和操纵基因和操纵基因O之间的之间的L基因中。基因中。L基基因的部分转录产物编码因的部分转录产物编码14个氨基酸,其中个氨基酸,其中含两个相邻的色氨酸密码子,这两个相邻含两个相邻的色氨酸密码子,这两个相邻的色氨酸密码子及原核生物中转录和翻译的色氨酸密码子及原核生物中转录和翻译的偶联是产生衰减的基础。的偶联是产生衰减的基础。调控作用调控作用将环境中的色氨酸消耗完,然后开始自身将环境中的色氨酸消耗完,然后开始自身合成。合成。第四十六张,PPT共九十九页,创作于2022年6月Con
24、trolofGeneExpressionintheTrpOperon1)The enzyme catalyzing the first step in the pathway is inhibited by Trp(feedback control).2)In the presence of Trp,a repressor protein binds to an operator upstream of the Trp operon and shuts off transcription3)Attenuation.There is a 160 base pair region in the T
25、rp mRNA that causes transcription to terminate prematurely if Trp is present.第四十七张,PPT共九十九页,创作于2022年6月TrranscriptionalControl第四十八张,PPT共九十九页,创作于2022年6月AttenuationControl第四十九张,PPT共九十九页,创作于2022年6月二 翻译水平的调控SD序列(序列(Shine-Dalgarnosequence)原核细胞多顺反子原核细胞多顺反子mRNA上的一段序列,位上的一段序列,位于起始密码子上游于起始密码子上游SD序列与起始密码子的距离、蛋
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