分子生物学课件第21讲.ppt

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1、NanjingUniversity3 3，S21-S21-引引发发酶酶-亚亚基基操操纵纵元元mRNAmRNA二二级级结结构构对对基基因因寿寿命命的的影影响响（图（图8-188-18）（1 1）S21-S21-引引发发酶酶-亚亚基基操操纵纵元结构（元结构（P304P304）（2 2）引发酶部分）引发酶部分mRNAmRNA的降解的降解（3 3）S21S21基基因因和和亚亚基基编编码码区区的的mRNAmRNA的降解的降解NanjingUniversity三、蛋白质合成的自体调控三、蛋白质合成的自体调控1 1，RF RF2 2对自身对自身mRNAmRNA翻译的控制翻译的控制（1 1）RFRF2 2 m

2、RNA mRNA结构结构（2 2）RFRF2 2mRNAmRNA的翻译的翻译（3 3）移框窗口移框窗口NanjingUniversity2 2，核糖体蛋白质合成的自体调控，核糖体蛋白质合成的自体调控（1 1）E E colicoli基基因因表表达达机机构构的的蛋蛋白质及其基因的操纵元白质及其基因的操纵元A A，蛋白质种类，蛋白质种类B B，操纵元数目，操纵元数目C C，操操纵纵元元中中不不同同基基因因表表达达的的差差异异性性NanjingUniversity（2 2）核核糖糖体体蛋蛋白白质质合合成成的的自自体体调调控控A A，有有自自体体调调控控作作用用的的核核糖糖体体蛋蛋白白的特点的特点B

3、B，核核糖糖体体蛋蛋白白质质合合成成的的自自体体调调控控作用（图作用（图8 83333）C C，同同一一个个操操纵纵元元中中不不同同基基因因的的表表达调控达调控NanjingUniversity四、严谨反应四、严谨反应（一）严谨反应（一）严谨反应1 1，定义，定义2 2，生理变化，生理变化NanjingUniversity（二二）严严谨谨反反应应的的触触发发器器及报警信号及报警信号1 1，触发器，触发器2 2，报警信号，报警信号3 3，严谨反应相关的基因，严谨反应相关的基因4 4，报警信号的作用机制，报警信号的作用机制NanjingUniversity第八节第八节 DNA DNA序列重排序列重

4、排对基因转录的调控对基因转录的调控一、沙门氏菌的相（一、沙门氏菌的相（phase)phase)1 1，细细菌菌的的相相与与鞭鞭毛毛蛋蛋白白的的关关系系2 2，相变，相变NanjingUniversity二、决定沙门氏菌相的因素二、决定沙门氏菌相的因素1 1，H1H1，H2H2基因的位置基因的位置2 2，H2H2rh1rh1转转录录单单元元的的作作用用（图图8 83636）（1 1）H2H2rh1rh1转录单元转录单元（2 2）rh1rh1基因产物基因产物（3 3）H2H2rh1rh1转转录录单单元元的的表表达达对对相的影响相的影响NanjingUniversity3 3，H2H2rh1rh1转

5、转录录单单元元的的表表达调控达调控（图（图8 83737）（1 1）995bp 995bp的可倒位序列的可倒位序列（2 2）hinhin基基因因产产物物的的功功能能三、相变的生物学意义三、相变的生物学意义NanjingUniversity第九章第九章 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控NanjingUniversity第一节第一节 概述概述NanjingUniversity一、真核生物基因调控的特点一、真核生物基因调控的特点1 1，基因及染色体，基因及染色体DNADNA的特点的特点2 2，真真核核生生物物基基因因表表达达有有多多层层次次的的调控调控（1 1）DNADNA水平的调控水平

6、的调控（2 2）转录水平的调控）转录水平的调控（3 3）转录后水平的调控）转录后水平的调控（4 4）翻译水平的调控）翻译水平的调控3 3，基基因因表表达达随随细细胞胞类类型型、发发育育阶阶段和环境的变化而异段和环境的变化而异NanjingUniversity二二、活活跃跃基基因因表表达达数数目的估算目的估算1 1，RNARNA饱饱和和杂杂交交试试验验原理原理2 2，例子，例子NanjingUniversity三三、基基因因表表达达的的不不同同水水平平：丰丰富富mRNAmRNA和稀少和稀少mRNAmRNA（一一）mRNAmRNA复复杂杂度度的的测测定定：RNARNA驱驱动动的的动动力力学学杂杂交

7、交试试验验分分析析1 1，基本步骤，基本步骤（图（图9 92 2）NanjingUniversity2 2，mRNA mRNA复杂长度的计算复杂长度的计算待测待测mRNAmRNA的复杂长度的复杂长度珠蛋白珠蛋白mRNAmRNA的复杂长度的复杂长度待测待测mRNAmRNA的的RotRot1/21/2珠蛋白珠蛋白mRNAmRNA的的RotRot1/21/2NanjingUniversity3 3，例例子子：鸡鸡输输卵卵管管mRNAmRNA驱动的动力学杂交试验驱动的动力学杂交试验（1 1）对对照照：鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白mRNAmRNAR Ro ot t1/21/2长度：长度：20002000Nanj

8、ingUniversity（2 2）鸡鸡输输卵卵管管中中各各mRNAmRNA组组分分的的复复杂长度杂长度 组分组分组分组分 组分组分组分组分II II II II 组分组分组分组分IIIIIIIIIIIIRotRotRotRot1/21/21/21/2 0.0015 0.04 30 0.0015 0.04 30 0.0015 0.04 30 0.0015 0.04 30 比例比例比例比例 50%15%35%50%15%35%50%15%35%50%15%35%实际实际实际实际RotRotRotRot1/21/21/21/2 0.00075 0.006 10.5 0.00075 0.006 10

9、.5 0.00075 0.006 10.5 0.00075 0.006 10.5 复杂长度（复杂长度（复杂长度（复杂长度（ntntntnt）2000 15000 26000000 2000 15000 26000000 2000 15000 26000000 2000 15000 26000000mRNAmRNAmRNAmRNA种类种类种类种类 1 7-8 13000 1 7-8 13000 1 7-8 13000 1 7-8 13000 NanjingUniversity（二）（二）mRNAmRNA丰富度的计算丰富度的计算1 1，计算公式，计算公式丰富度丰富度 待测待测mRNAmRNA在细胞

10、中的质量在细胞中的质量 待测待测mRNAmRNA的分子量的分子量NanjingUniversity2 2，丰富，丰富mRNAmRNA和稀少和稀少mRNAmRNA（复杂（复杂mRNAmRNA）（1 1 1 1）丰富丰富mRNAmRNA（优势（优势mRNAmRNA）：细）：细胞中少数几种高丰度（数千至数胞中少数几种高丰度（数千至数万拷贝）的万拷贝）的mRNAmRNA（2 2）稀少）稀少mRNAmRNA（复杂（复杂mRNAmRNA）：细）：细胞中占胞中占mRNAmRNA种类绝大多数（数千种类绝大多数（数千至上万种）的低丰度（大多在至上万种）的低丰度（大多在1010拷贝以下）的拷贝以下）的mRNAmR

11、NANanjingUniversity四、持家基因和奢侈基因四、持家基因和奢侈基因（一）确定组织特异活跃基（一）确定组织特异活跃基因数目的方法因数目的方法1 1，加性饱和杂交试验，加性饱和杂交试验 （1 1）通过饱和杂交试验分别）通过饱和杂交试验分别确定确定2 2种不同组织中各自活种不同组织中各自活跃基因表达的数目跃基因表达的数目NanjingUniversity如：鸡肝脏如：鸡肝脏mRNAmRNA由由2.05%2.05%的非的非重复重复DNADNA编码（编码（1700017000个），输个），输卵管卵管mRNAmRNA由由1.8%1.8%的非重复的非重复DNADNA编码（编码（15000 1

12、5000个）个）（2 2）通过饱和杂交试验确定）通过饱和杂交试验确定2 2种组织中活跃基因表达的总数种组织中活跃基因表达的总数如：鸡肝脏和输卵管的如：鸡肝脏和输卵管的mRNAmRNA由由2.4%2.4%的非重复的非重复DNADNA编码编码NanjingUniversity（3 3）确定）确定2 2种组织各自特异表种组织各自特异表达及共同表达的基因达及共同表达的基因 如：鸡肝脏特异的如：鸡肝脏特异的mRNAmRNA数目为：数目为：1700017000（2.4-1.8)/2.05 2.4-1.8)/2.05 50005000输卵管特异的输卵管特异的mRNAmRNA数目为：数目为：150001500

13、0（2.4-2.05)/1.8 2.4-2.05)/1.8 30003000NanjingUniversity2 2，另一种测定不同组织中活性基因，另一种测定不同组织中活性基因重叠情况的方法重叠情况的方法（1 1）过量的第一种组织）过量的第一种组织mRNAmRNA与非重与非重复复DNADNA的杂交试验的杂交试验分离分离mDNAmDNA（能与第一种组织能与第一种组织mRNAmRNA杂杂交的非重复交的非重复DNADNA）分离无效分离无效DNADNA（不能与第一种组织不能与第一种组织mRNAmRNA杂交的非重复杂交的非重复DNADNA，null null DNADNA）NanjingUniversi

14、ty（2 2）过量的第二种组织）过量的第二种组织mRNAmRNA与与mDNAmDNA的的杂交杂交确定两种组织共有的基因确定两种组织共有的基因（能与第一种组织（能与第一种组织mRNAmRNA杂杂交的交的mDNA mDNA）NanjingUniversity（3 3）过量的第二种组织）过量的第二种组织mRNAmRNA与无效与无效DNADNA的的杂交杂交确定第二种组织不同于第确定第二种组织不同于第一种组织的基因（能与第一种组织的基因（能与第二种组织二种组织mRNAmRNA杂交的无效杂交的无效DNA DNA）NanjingUniversity（二）持家基因和奢侈基因（二）持家基因和奢侈基因 1 1，持

15、家基因，持家基因（house keeping house keeping genes)genes)约约占占某某一一类类型型细细胞胞总总mRNAmRNA的的9090约有约有1000010000种种NanjingUniversity2 2，奢奢 侈侈 基基 因因 (luxury(luxury genes)genes)约约占占某某一一类类型型细细胞胞总总mRNAmRNA的的1010 各各种种类类型型细细胞胞中中共共有有约约1000010000种种NanjingUniversity3 3，持持家家基基因因和和奢奢侈侈基基因因的表达调控的表达调控两者表达调控机制不同两者表达调控机制不同基基因因表表达达数

16、数目目是是随随分分化化程度增高而降低的程度增高而降低的 NanjingUniversity第二节第二节DNADNA水平的调控水平的调控NanjingUniversityq DNADNA水水平平的的调调控控：通通过过基基因因丢丢失失、扩扩增增、重重排排和和移移位位等等方方式式，从从根根本本上上改改变变细细胞胞的的基基因因组组，消消除除或或变变换某些基因并改变其活性。换某些基因并改变其活性。NanjingUniversity一、基因丢失一、基因丢失（一一）染染色色体体缺缺失失与与基基因因活活性去除性去除 多多种种生生物物有有体体细细胞胞染染色色体体丢丢失现象失现象生殖细胞不发生染色体丢失生殖细胞不

17、发生染色体丢失NanjingUniversity（二二）马马蛔蛔虫虫的的染染色色体体丢失现象丢失现象 1 1，染色体特点，染色体特点 受精卵染色体数：受精卵染色体数：2 2n=2 n=2 多着丝点多着丝点 NanjingUniversity2 2，不不同同发发育育阶阶段段的的细细胞分裂特点胞分裂特点（1 1）发发育育早早期期细细胞胞分分裂裂一个着丝点行使功能一个着丝点行使功能NanjingUniversity（2 2）发育到一定阶段）发育到一定阶段将将来来分分化化为为体体细细胞胞的的细细胞胞染染色色体体破破碎碎，形形成成许许多多小小染染色色体体（有有的的无无着着丝丝点点），子子代代细细胞胞产产

18、生生染染色色体丢失体丢失将将来来分分化化为为生生殖殖细细胞胞的的细细胞胞无无染染色体破碎现象色体破碎现象NanjingUniversity二、基因扩增二、基因扩增基基因因扩扩增增：是是指指某某些些基基因因的的拷拷贝贝数数专专一一性性大大量量增增加加的的现现象象，它它使使得得细细胞胞在在短短期期内内产产生生大大量量的的基基因因产产物物以满足生长发育的需要。以满足生长发育的需要。NanjingUniversity1 1，非非洲洲爪爪蟾蟾卵卵母母细细胞胞rRNArRNA基基因因的的扩增扩增（1 1）体细胞的）体细胞的rRNArRNA基因基因 （rDNArDNA）500500拷贝拷贝 成成单单元元串串

19、联联排排列列。各各拷拷贝贝之之间间有有不同的间隔序列不同的间隔序列整个整个rDNArDNA区位于单个核仁中区位于单个核仁中NanjingUniversity（2 2）卵母细胞的）卵母细胞的rDNA rDNA 有有2102106 6个拷贝个拷贝以以环环状状DNADNA小小分分子子存存在在，其其中中有有数数目目不不等等的的拷拷贝贝。各各拷拷贝之间有相同的间隔序列贝之间有相同的间隔序列 每个核可有数百个核仁每个核可有数百个核仁NanjingUniversity（3 3）rDNArDNA扩增的可能机制扩增的可能机制不不同同rDNArDNA重重复复单单位位的的扩扩增增频频率不同，有的单位不被扩增率不同，

20、有的单位不被扩增某某些些重重复复单单位位可可被被切切割割下下来来，连连成成环环状状，然然后后进进行行滚滚环环复复制制NanjingUniversity产产生生出出来来的的重重复复单单位位可可以以成成为为进进一一步步复复制制的模板的模板卵卵母母细细胞胞成成熟熟后后，合合成的成的rDNArDNA逐渐被降解逐渐被降解NanjingUniversity2 2，果果蝇蝇卵卵巢巢颗颗粒粒细细胞胞卵卵壳壳蛋白基因的扩增蛋白基因的扩增（1 1）卵母细胞和营养细胞）卵母细胞和营养细胞卵卵原原细细胞胞经经4 4次次分分裂裂产产生生1616个个细细胞胞，其其中中一一个个 是是卵卵母母细细胞胞，将将发发育育成成卵卵细

21、细胞胞，其他的发育成营养细胞其他的发育成营养细胞NanjingUniversity（2 2）营营养养细细胞胞卵卵壳壳蛋蛋白白的的扩增扩增卵卵壳壳蛋蛋白白基基因因通通过过反反复复进进行行的的局局部部DNADNA复复制制，使使基基因因得得到到扩扩增增，并并产产生生网网状状复复制泡。制泡。NanjingUniversity复复制制泡泡中中的的卵卵壳壳蛋蛋白白基基因因拷拷贝贝作作为为染染色色体体的的一一部部分分存在，成为多线染色体。存在，成为多线染色体。营营养养细细胞胞合合成成的的大大量量的的卵卵壳壳蛋蛋白白，通通过过与与卵卵细细胞胞相相连的胞浆桥进入卵细胞连的胞浆桥进入卵细胞NanjingUnive

22、rsity3 3，二二氨氨叶叶氢氢叶叶酸酸还还原原酶酶基基因因扩扩增的诱导增的诱导 （1 1）氨甲喋呤的作用氨甲喋呤的作用抑抑 制制 二二 氨氨 叶叶 氢氢 叶叶 酸酸 还还 原原 酶酶（DHFRDHFR），阻阻断断了了叶叶酸酸的的代代谢谢，促促使使细细胞胞通通过过扩扩增增dhfrdhfr基基因因，增加酶的总量对抗这种抑制增加酶的总量对抗这种抑制NanjingUniversity氨氨甲甲喋喋呤呤抗抗性性的的长长期期选选择择将将产产生生稳稳定定的的和和不不稳稳定定的的抗氨甲喋呤细胞株抗氨甲喋呤细胞株NanjingUniversity（2 2）稳定的抗氨甲喋呤细胞株）稳定的抗氨甲喋呤细胞株通通常常

23、只只有有一一个个dhfrdhfr等等位位基基因因出出现基因扩增现基因扩增扩扩增增的的dhfrdhfr基基因因位位于于原原来来dhfrdhfr基因的位置上成簇串联排列基因的位置上成簇串联排列扩扩增增的的dhfrdhfr基基因因染染色色时时表表现现为为均一染色区均一染色区NanjingUniversity（3 3）不稳定的抗氨甲喋呤细胞株）不稳定的抗氨甲喋呤细胞株短短期期的的选选择择产产生生的的大大多多数数具具抗抗性性的细胞是不稳定的的细胞是不稳定的扩扩增增的的dhfrdhfr基基因因在在染染色色体体外外，以以双双 小小 染染 色色 体体（double-minute double-minute c

24、hromosomeschromosomes）的形式存在的形式存在双小染色体含双小染色体含2 24 4个个dhfrdhfr基因基因NanjingUniversity双双小小染染色色体体可可自自我我复复制制，但但无着丝点，因而会丢失无着丝点，因而会丢失双双小小染染色色体体的的存存在在降降低低了了细细胞胞的的增增殖殖速速率率，因因此此必必须须在在氨氨甲甲喋喋呤呤存存在在的的情情况况下下才才能能保持保持NanjingUniversity（4 4）双双小小染染色色体体形形成成的的机机制制（图图9 95 5）dhfrdhfr基因附近的基因附近的DNADNA局部复制局部复制已已复复制制的的含含dhfrdhf

25、r的的DNADNA非非同同源源重重组，从染色体中释放出来（环化）组，从染色体中释放出来（环化）几几个个含含单单个个dhfrdhfr基基因因的的环环状状DNADNA通过重组成为一个双小染色体通过重组成为一个双小染色体NanjingUniversity三、基因重排三、基因重排一一个个基基因因可可以以通通过过从从远远离离其其启启动动子子的的地地方方移移到到距距它它很很近近的的位位点点而而被被启启动动转转录录，这这种种方方式式称称基基因重排因重排NanjingUniversity（一一）基基因因重重排排与与啤啤酒酒酵酵母母的的接合型互变接合型互变1 1，啤酒酵母的接合型，啤酒酵母的接合型（1 1）型型

26、 由由MAT MAT 控制控制能产生能产生因子因子NanjingUniversity（2 2）a a型型由由MAT aMAT a控制控制能产生能产生a a因子因子NanjingUniversity2 2，啤酒酵母的接合型互变，啤酒酵母的接合型互变（1 1）接合型互变现象）接合型互变现象两两个个不不同同接接合合型型的的细细胞胞能能接合接合细胞的接合型可以转变细胞的接合型可以转变NanjingUniversity（2 2）接接合合型型互互变变的的匣匣子子模模型型（图（图9 96 6）A A，MATMAT活跃匣子决定接合型类型活跃匣子决定接合型类型活活跃跃匣匣子子为为 MAT MAT 时时，细细胞胞为为型型活活跃跃匣匣子子为为 MAT MAT a a 时时细细胞胞为为a a 型型NanjingUniversityB B，沉寂匣子，沉寂匣子MAT MAT 位位点点两两侧侧还还分分别别存存在在两两个个沉沉寂寂匣匣子子（HMHM），左左边边为为HML HML ，右边为右边为HML aHML aC C，接合型互变接合型互变异异种种沉沉寂寂匣匣子子可可以以取取代代活活跃跃匣匣子，从而改变细胞的接合型子，从而改变细胞的接合型匣子的取代伴随着匣子的取代伴随着DNADNA复制复制 NanjingUniversity