基因表达调控.ppt - 生物化学与分.ppt

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1、基因表达调控基因表达调控论述题试述基因表达调控的一般规律论述原核操纵子调控机制论述真核生物基因表达调控特点基因表达的调控基因表达的调控:生物体随时调整不同基因的表达状态生物体随时调整不同基因的表达状态,以适以适应环境、维持生长和发育需要应环境、维持生长和发育需要第一节第一节 基本概念与原理基本概念与原理一、基因表达的概念一、基因表达的概念基因组基因组基因组基因组来自一个遗传体系的一整套来自一个遗传体系的一整套来自一个遗传体系的一整套来自一个遗传体系的一整套遗传信息遗传信息遗传信息遗传信息基因基因基因基因转录转录转录转录及及及及翻译翻译翻译翻译的过程的过程的过程的过程基因表达基因表达基因表达基因

2、表达基因基因基因基因 负载特定遗传信息的负载特定遗传信息的负载特定遗传信息的负载特定遗传信息的DNADNADNADNA片段片段片段片段，其结构包括由，其结构包括由，其结构包括由，其结构包括由DNADNADNADNA编码序列、非编码调节序列和内含子组成的编码序列、非编码调节序列和内含子组成的编码序列、非编码调节序列和内含子组成的编码序列、非编码调节序列和内含子组成的DNADNADNADNA区区区区域。域。域。域。cDNAcDNAcDNAcDNA是人为地由是人为地由是人为地由是人为地由mRNAmRNAmRNAmRNA通过反转录而得，即与通过反转录而得，即与通过反转录而得，即与通过反转录而得，即与m

3、RNAmRNAmRNAmRNA互补的互补的互补的互补的DNADNADNADNA，也称为，也称为，也称为，也称为“基因基因基因基因”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）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间时间时间特异性特异性特异性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

4、时间特异性又称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阶阶阶段特异性段特异性段特异性段特异性（二）空间特异性（二）空间特异性基基基基因因因因表表表表达达达达伴伴伴伴随随随随空空空空间间间间顺顺顺顺序序序序所所所所表表表表现现现现出出出出的的的的这这这这种种种种分分分分布布布布差差差差异异异异，实实实实际际际际上上上上是是是是由由由由细细细细胞胞胞胞在在在在器器器器官官官官的的的的分分分分布布布布决决决决定定定定的的的的，所以空间特异性又称所以空间特异性又称所以空间特异性又称所以空间特异性又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性细胞或组织特异性细胞或组织特异性在在在在个

5、个个个体体体体生生生生长长长长全全全全过过过过程程程程，某某某某种种种种基基基基因因因因产产产产物物物物在在在在个个个个体体体体按按按按不不不不同同同同组组组组织织织织空空空空间间间间顺顺顺顺序序序序出出出出现现现现，称称称称之之之之为为为为基基基基因因因因表表表表达达达达的的的的空间特异性空间特异性空间特异性空间特异性三、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：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）组成性表达某某某某些些些些基基基基因因因因在在在在一一一一个个个个个

6、个个个体体体体的的的的几几几几乎乎乎乎所所所所有有有有细细细细胞胞胞胞中中中中持持持持续表达，通常被称为续表达，通常被称为续表达，通常被称为续表达，通常被称为管家基因管家基因管家基因管家基因无无无无论论论论表表表表达达达达水水水水平平平平高高高高低低低低，管管管管家家家家基基基基因因因因较较较较少少少少受受受受环环环环境境境境因因因因素素素素影影影影响响响响，而而而而是是是是在在在在个个个个体体体体各各各各个个个个生生生生长长长长阶阶阶阶段段段段的的的的大大大大多多多多数数数数或或或或几几几几乎乎乎乎全全全全部部部部组组组组织织织织中中中中持持持持续续续续表表表表达达达达，或或或或变变变变化化

7、化化很很很很小小小小。区区区区别别别别于于于于其其其其他他他他基基基基因因因因，这这这这类类类类基基基基因因因因表表表表达达达达被被被被视视视视为为为为组组组组成成成成性性性性基基基基因表达因表达因表达因表达（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达在在在在特特特特定定定定环环环环境境境境信信信信号号号号刺刺刺刺激激激激下下下下，相相相相应应应应的的的的基基基基因因因因被被被被激激激激活活活活，基基基基因因因因表表表表达达达达产产产产物物物物增增增增加加加加，这这这这种种种种基基基基因因因因称称称称为为为为可可可可诱诱诱诱导导导导基因基因基因基因可可可可诱诱诱诱导导导导基基基基因因因因在在在在特

8、特特特定定定定环环环环境境境境中中中中表表表表达达达达增增增增强强强强的的的的过过过过程程程程，称为称为称为称为诱导诱导诱导诱导如如如如果果果果基基基基因因因因对对对对环环环环境境境境信信信信号号号号应应应应答答答答时时时时被被被被抑抑抑抑制制制制，这这这这种种种种基基基基因因因因是是是是可可可可阻阻阻阻遏遏遏遏基基基基因因因因。可可可可阻阻阻阻遏遏遏遏基基基基因因因因表表表表达达达达产产产产物物物物水水水水平平平平降低的过程称为降低的过程称为降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏阻遏阻遏（三）协调表达 功能相关的一组基因协调一致、共同表达。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

9、义（一）适应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化（二）维持个体发育与分化第二节第二节 基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控（一）基因表达的多级调控基因基因基因基因激活激活激活激活转录起始转录起始转录起始转录起始 转录后加工转录后加工转录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录起始转录起始转录起始转录起始（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1.特异特

10、异DNA序列序列原核生物原核生物操纵子：由功能相关的一组基因在染色操纵子：由功能相关的一组基因在染色体上串联，共同构成的一个转录单位；体上串联，共同构成的一个转录单位；通常由通常由2个以上的个以上的编码序列编码序列与与启动序列启动序列、操纵序列操纵序列以及其他以及其他调节序列调节序列在基因组在基因组中成簇串联组成中成簇串联组成编码序列编码序列编码序列编码序列 启动序列启动序列启动序列启动序列 操纵序列操纵序列操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列其他调节序列其他调节序列(promoterpromoter)(operatoroperator)原原原原核核核核基基基基因因因因启启启启动动动动序

11、序序序列列列列是是是是RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶结结结结合合合合并并并并启启启启动动动动转转转转录录录录的的的的特特特特异异异异DNADNA序序序序列列列列。通通通通常常常常在在在在转转转转录录录录起起起起始始始始点点点点上上上上游游游游10101010及及及及35353535区区区区域域域域存存存存在在在在一一一一些些些些相相相相似似似似序序序序列列列列，称称称称为为为为共共共共有序列有序列有序列有序列。决定启动序列的转录活性大小。决定启动序列的转录活性大小。决定启动序列的转录活性大小。决定启动序列的转录活性大小。（2 2 2 2）操纵序列操纵序列操纵序列操纵序列 阻遏蛋白的结合位

12、点阻遏蛋白的结合位点阻遏蛋白的结合位点阻遏蛋白的结合位点当当当当操操操操纵纵纵纵序序序序列列列列结结结结合合合合有有有有阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白时时时时，会会会会阻阻阻阻碍碍碍碍RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶与与与与启启启启动动动动序序序序列列列列的的的的结结结结合合合合，或或或或是是是是RNARNA聚聚聚聚合合合合酶不能沿酶不能沿酶不能沿酶不能沿DNADNA向前移动向前移动向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。，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pol阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白真核生物真核生物顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式

13、作用元件可影响可影响可影响可影响自身自身自身自身基因表达活性的基因表达活性的基因表达活性的基因表达活性的DNADNA序列序列序列序列B BA ADNADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点不不不不同同同同真真真真核核核核生生生生物物物物的的的的顺顺顺顺式式式式作作作作用用用用元元元元件件件件中中中中也也也也会会会会发发发发现现现现一一一一些些些些共共共共有序列有序列有序列有序列 ，如，如，如，如TATATATA盒、盒、盒、盒、CAATCAAT盒等盒等盒等盒等根根根根据据据据顺顺顺顺式式式式作作作作用用用用元元元元件件件件在在在在基基基基因因因因中中中中的的的的位位位位置

14、置置置、转转转转录录录录激激激激活活活活作作作作用用用用的的的的性性性性质质质质及及及及发发发发挥挥挥挥作作作作用用用用的的的的方方方方式式式式，分分分分为为为为启启启启动动动动子子子子、增增增增强强强强子子子子、沉默子沉默子沉默子沉默子 2 2、调节蛋白、调节蛋白原核生物原核生物特特特特异异异异因因因因子子子子：决决决决定定定定RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶对对对对一一一一个个个个或或或或一一一一套启动序列的特异性识别和结合能力套启动序列的特异性识别和结合能力套启动序列的特异性识别和结合能力套启动序列的特异性识别和结合能力阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白：可可可可以以以以识识识识别别别

15、别、结结结结合合合合特特特特异异异异DNADNA序序序序列列列列操纵序列操纵序列操纵序列操纵序列，抑制抑制抑制抑制基因转录基因转录基因转录基因转录激激激激活活活活蛋蛋蛋蛋白白白白：可可可可结结结结合合合合启启启启动动动动序序序序列列列列邻邻邻邻近近近近的的的的DNADNA序序序序列列列列，促促促促进进进进RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶与与与与启启启启动动动动序序序序列列列列的的的的结结结结合合合合，增强增强增强增强RNARNA聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性真核真核基因的调节蛋白基因的调节蛋白还还还还有有有有蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质因因因因子子子子可可可可特特特特异异异异识识识识

16、别别别别、结结结结合合合合自自自自身身身身基基基基因因因因的的的的调调调调节节节节序序序序列列列列，调调调调节节节节自自自自身身身身基基基基因因因因的的的的表表表表达达达达，称称称称顺式作用顺式作用顺式作用顺式作用由由由由某某某某一一一一基基基基因因因因表表表表达达达达产产产产生生生生的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质因因因因子子子子，通通通通过过过过与与与与另另另另一一一一基基基基因因因因的的的的特特特特异异异异的的的的顺顺顺顺式式式式作作作作用用用用元元元元件件件件相相相相互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式

17、作用因子这种调节作用称为这种调节作用称为这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用反式作用反式作用 cDNADNAaDNADNA反式调节反式调节C C顺式调节顺式调节 mRNA mRNA C C蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质C CB BA mRNAmRNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质A AADNA DNA-蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质相相相相互互互互作作作作用用用用指指指指的的的的是是是是反反反反式式式式作作作作用用用用因子因子因子因子与与与与顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件之间的特异识别及结合。之间的特异识别及结合。之间的特异识别及结合。之间的特异识别及结合。绝绝绝绝大大大大多多多多

18、数数数数调调调调节节节节蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质结结结结合合合合DNADNA前前前前，需需需需通通通通过过过过蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质-蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质相相相相互互互互作作作作用用用用，形形形形成成成成二二二二聚聚聚聚体体体体或或或或多多多多聚体聚体聚体聚体3.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4.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RNA聚合酶聚合酶活性活性 RNARNA聚合酶与其的亲和力聚合酶与其的亲和力聚合酶与其的亲和力聚合酶与其的亲和力，影响转录影响转录影响转录影响转录 调节蛋白与调节蛋白与RNA聚合酶活性聚合酶

19、活性一一一一些些些些特特特特异异异异调调调调节节节节蛋蛋蛋蛋白白白白在在在在适适适适当当当当环环环环境境境境信信信信号号号号刺刺刺刺激激激激下下下下表表表表达达达达，然然然然后后后后通通通通过过过过DNA-DNA-蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质、蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质-蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质相相相相互互互互作用影响作用影响作用影响作用影响RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。聚合酶活性。聚合酶活性。70 3270 32 HspHsp第三节第三节 原核基因转录调节原核基因转录调节调节的主要环节在调节的主要环节在调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始转录起始转录起始一、原核基因转录调节特点一

20、、原核基因转录调节特点（一一）因子决定因子决定RNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性（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 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动子启动子操纵序列操纵序列 结构基因结构基因z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶y：通透酶通透酶a：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶zyaOPDNAI基因基因二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制（一一）乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 阻遏阻遏阻遏阻遏负调控负调控负调控负调控:调控蛋白调控蛋白调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列序列序列 基因的

21、表达基因的表达基因的表达基因的表达 (相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质降低降低降低降低)促进促进促进促进正调控正调控正调控正调控:调控蛋白调控蛋白调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列序列序列 基因的表达基因的表达基因的表达基因的表达 (相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质相应蛋白质增加增加增加增加)（二）阻遏蛋白的负性调节（二）阻遏蛋白的负性调节Lac阻遏蛋白的作用阻遏蛋白的作用-负调控负调控Lac阻遏蛋白阻遏蛋白由由基因基因I编码生成的编码生成的蛋白质蛋白质结构特点结构特点v具有四级结构的蛋白质具有四级结构的蛋白质v具有具有4个相同亚基个相同亚基v每个亚基中都有一与诱导剂结合的位点每个

22、亚基中都有一与诱导剂结合的位点调控机制调控机制（负调控）（负调控）Lac阻遏物与阻遏物与O序列结合序列结合：结构基因结构基因关闭关闭Lac阻遏物与诱导剂结合：阻遏物与诱导剂结合：不与不与O序列结合，结构基因序列结合，结构基因开放开放阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAzyaOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭阻遏蛋白对于阻遏蛋白对于O序列的结合并非是经久不变的，序列的结合并非是经久不变的，而是有一个而是有一个1020分钟的半衰期。分钟的半衰期。RNA聚合酶抓住这一时机进行一次转录，从而翻聚合酶抓住这一时机进行一次转录，从而翻译出几个

23、分子的译出几个分子的-半乳糖苷酶半乳糖苷酶和和-半乳糖苷透性半乳糖苷透性酶酶生理性诱导剂生理性诱导剂实验常用诱导剂实验常用诱导剂l l别乳糖别乳糖别乳糖别乳糖l l异丙基硫代半乳糖异丙基硫代半乳糖异丙基硫代半乳糖异丙基硫代半乳糖（IPTGIPTGIPTGIPTG）l lLac操纵子诱导剂操纵子诱导剂乳糖乳糖乳糖乳糖 半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖半乳糖半乳糖mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNADNAZYAOPpol启动转录启动转录启动转录启动转录mRNAmRNA乳糖乳糖乳糖乳糖别乳糖别乳糖别乳糖别乳糖-

24、半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶（三）（三）CAP的正性调节的正性调节CAPCAP有有DNADNA结合区及结合区及cAMPcAMP结合位点结合位点乳糖启动子乳糖启动子1010区区TATTATG GTTTT序列，其中的序列，其中的G GC C碱碱基对增加了双螺旋结构的稳定性，因此基对增加了双螺旋结构的稳定性，因此RNARNA聚合聚合酶不足以使双链解开。酶不足以使双链解开。CAPCAP cAMPcAMP复合物结合在复合物结合在CAPCAP结合位点，使双螺结合位点，使双螺旋结构的稳定性降低，促进了开放性启动子复合旋结构的稳定性降低，促进了开放性启动子复合物的形成物的形成如无如无如无如无CAP

25、CAPCAPCAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性合，操纵子仍无转录活性合，操纵子仍无转录活性合，操纵子仍无转录活性+转录转录无葡萄糖（无葡萄糖（无葡萄糖（无葡萄糖（cAMPcAMP浓度高）时浓度高）时浓度高）时浓度高）时有葡萄糖（有葡萄糖（有葡萄糖（有葡萄糖（cAMPcAMP浓度低）时浓度低）时浓度低）时浓度低）时CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，

26、当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，通常通常优先利用葡萄糖优先利用葡萄糖，而不利用乳糖，而不利用乳糖当葡萄糖耗尽后，才利用乳糖，这种当葡萄糖耗尽后，才利用乳糖，这种葡萄糖对葡萄糖对 lac lac 操纵子的阻遏作用称操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏分解代谢阻遏葡萄糖能抑制腺苷酸环化酶活性，因而降低葡萄糖能抑制腺苷酸环化酶活性，因而降低cAMPcAMP浓度浓度无葡萄糖，无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高；有葡萄糖，浓度高；有葡萄糖，cAMPcAMP浓度浓度低低（四）协调调节mRNAmRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低葡萄糖低葡萄糖低 cAMPcAMP浓度高浓度高浓

27、度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高葡萄糖高葡萄糖高cAMPcAMP浓度低浓度低浓度低浓度低RNA-polRNA-polOOOOLacLac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖需缺乏葡萄糖乳糖存在：阻遏蛋白与诱导剂结合不与乳糖存在：阻遏蛋白与诱导剂结合不与O O序序列结合列结合缺乏葡萄糖：缺乏葡萄糖：CAPCAP cAMPcAMP复合物结合在复合物结合在CAPCAP结合位点结合位点Trp Trp 高时高时Trp 低时低时mRNA OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操纵子的作用原理色氨酸操纵子的作用原理操

28、纵子关闭操纵子关闭三、原核生物转录终止调节三、原核生物转录终止调节两种主要转录终止机制两种主要转录终止机制依赖依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止不依赖不依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止两种终止调节方式两种终止调节方式衰减：导致衰减：导致RNA链的过早终止链的过早终止抗终止：阻止前者的发生，使下游基因得以表达抗终止：阻止前者的发生，使下游基因得以表达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

29、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3/4 trp 密码子密码子 UUUUUUUU34UUUU 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

30、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 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 四、原核生物翻译水平的调节四、原核生物翻译水平的调节1.蛋白质分子的自我调节蛋白质分子的自我调节v调节蛋白结合调节蛋白结合mRNAmRNA靶位点，阻止核蛋白体识别靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区。翻译起始区。v调节蛋白一般作用于自身调节蛋白一般作用于自身mRNAmRNA，抑制自身的合，抑制自身的合成，称为成，称为自我控制自我控制2.反义反义RNA对翻译的调节作用对翻译的调节作用 与与mRNAmRNA杂交阻断杂交阻断30S30S小亚基对起始密码子的识小亚基对起始

31、密码子的识别及与别及与SDSD序列的结合，抑制翻译起始。称为序列的结合，抑制翻译起始。称为反反义控制义控制自我调节（自我调节（autogenous control）。）。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基因组人大肠杆菌大小（bp)3 10 3 10 9 9 4.6 10 10 6 6 含基因(已确认）40000(25000)3000(1500)编码蛋白质序列占比 1 1大于50其它特点重复基因重复基因重复基因重复基因约约约约 占占占占 5%10%5%10%第四节 真核基因表达调节（二）单顺反子二）单顺反子 一个编码基因转录生成一个一个编

32、码基因转录生成一个一个编码基因转录生成一个一个编码基因转录生成一个mRNAmRNA分分分分子，经翻译生成一条多肽链。子，经翻译生成一条多肽链。子，经翻译生成一条多肽链。子，经翻译生成一条多肽链。（三）重复序列三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）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（高度重复序列（高度重复序列（10106 6 次）次）次）次）中度重复序列（中度重复序列（中度重复序列（中度重复序列（10103 3 10 104 4次）次）次）次）多拷贝序列多拷贝序列多拷贝序列多拷贝序列（四）基因不连续性四）基因不连续性非编码序列，外显子

33、，内含子非编码序列，外显子，内含子非编码序列，外显子，内含子非编码序列，外显子，内含子二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点（一）一）RNA聚合酶聚合酶（二）活性染色体结构变化二）活性染色体结构变化1.对核酸酶敏感对核酸酶敏感RNA Pol RNA Pol、和和和和2.DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链天然双链天然双链DNADNA均以负性超螺旋构象存在均以负性超螺旋构象存在均以负性超螺旋构象存在均以负性超螺旋构象存在基因活化后基因活化后基因活化后基因活化后RNA-polRNA-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转录方向转录方向3.DNA碱基修饰变化碱基

34、修饰变化真核真核真核真核DNADNA约有约有约有约有5%5%的的的的胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶被被被被甲基化甲基化甲基化甲基化CpGCpG岛：基因的岛：基因的岛：基因的岛：基因的55末端调控区存在一段富含成对的胞嘧啶、末端调控区存在一段富含成对的胞嘧啶、末端调控区存在一段富含成对的胞嘧啶、末端调控区存在一段富含成对的胞嘧啶、鸟嘧啶（鸟嘧啶（鸟嘧啶（鸟嘧啶（CpGCpG）的序列）的序列）的序列）的序列甲基化范围与基因表达程度呈甲基化范围与基因表达程度呈甲基化范围与基因表达程度呈甲基化范围与基因表达程度呈反比，反比，反比，反比，CpGCpG岛岛岛岛去甲基化去甲基化去甲基化去甲基化与与与与与与与与转录

35、激活相联系转录激活相联系转录激活相联系转录激活相联系（三三）正性调节占主导正性调节占主导（四四）转录与翻译分隔进行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4.组蛋白变化组蛋白变化核小体结构变得不稳定或松弛核小体结构变得不稳定或松弛核小体结构变得不稳定或松弛核小体结构变得不稳定或松弛三、三、RNA Pol 转录起始的调节转录起始的调节（一）顺式作用元件一）顺式作用元件exon1intron1exon nintron n上游上游下游下游转录起始点转录起始点增强子增强子沉默子沉默子启动子启动子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒增强子增强子1.启动子启动子启动子是启动子是RNARNA

36、聚合酶结合并启动聚合酶结合并启动 基因转录的特异基因转录的特异DNADNA序列序列，至少包括，至少包括，至少包括，至少包括一个一个一个一个转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点以及一个以上的以及一个以上的以及一个以上的以及一个以上的功能功能功能功能组件组件组件组件。TATATATA盒盒盒盒 (TATAAAA)GCGC盒盒盒盒 (GGGCGG)CAATCAAT盒盒盒盒 (GCCAAT)2.增强子增强子(enhancer)指指指指远远远远离离离离转转转转录录录录起起起起始始始始点点点点、决决决决定定定定基基基基因因因因的的的的时时时时间间间间、空空空空间间间间特特特特异性、增强启动子转录活性的异

37、性、增强启动子转录活性的异性、增强启动子转录活性的异性、增强启动子转录活性的DNADNA序列。序列。序列。序列。增强子、启动子交错覆盖增强子、启动子交错覆盖增强子、启动子交错覆盖增强子、启动子交错覆盖/连续连续连续连续没有增强子没有增强子没有增强子没有增强子 启动子通常不表现活性启动子通常不表现活性启动子通常不表现活性启动子通常不表现活性没有启动子没有启动子没有启动子没有启动子 增强子无法发挥作用增强子无法发挥作用增强子无法发挥作用增强子无法发挥作用无法区分的增强子、启动子样结构统称启动子无法区分的增强子、启动子样结构统称启动子无法区分的增强子、启动子样结构统称启动子无法区分的增强子、启动子样

38、结构统称启动子3.沉默子沉默子(silencer)某些基因的某些基因的某些基因的某些基因的负性调节元件负性调节元件负性调节元件负性调节元件，当其结合特异，当其结合特异，当其结合特异，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。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。（二）反式作用因子（二）反式作用因子 反式作用因子反式作用因子 识别识别/结合结合 顺式作用元件中的靶序列顺式作用元件中的靶序列 启动转录启动转录一类在真核细胞核中发挥作用的一类在真核细胞核中发挥作用的一类在真核细胞核中发挥作用的一类在真核细胞核中发挥作用的蛋白质因子蛋

39、白质因子蛋白质因子蛋白质因子u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）1 1、基本转录因子、基本转录因子、基本转录因子、基本转录因子是是是是RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶结结结结合合合合启启启启动动动动子子子子所所所所必必必必需需需需的的的的一一一一组组组组蛋蛋蛋蛋白白白白 因因因因 子子子子，决决决决 定定定定 三三三三 种种种种 RNARNA(m(mRNARNA、tRNAtRNA及及及及rRNA)rRNA)转录的类别。转录的类别。转录的类别。转录的类别。例：转录因子例：转录因子例：转录因子例：转录因子TFD TFD 识别结合识别结合识别结合识别结合 TATA bo

40、xTATA box2、特异转录因子、特异转录因子为为为为个个个个别别别别基基基基因因因因转转转转录录录录所所所所必必必必需需需需，决决决决定定定定该该该该基基基基因因因因的的的的时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。SP1CBF(特异转录因子特异转录因子)转录激活因子：增强子结合蛋白转录激活因子：增强子结合蛋白转录激活因子：增强子结合蛋白转录激活因子：增强子结合蛋白转录抑制因子：沉默子结合蛋白转录抑制因子：沉默子结合蛋白转录抑制因子：沉默子结合蛋白转录抑制因子：沉默子结合蛋白u 转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激

41、活域TF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性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域转录因子含有不同的转录因子含有不同的DNA结合域结合域螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋是转录因子中的常见的是转录因子中的常见的DNA结合域结合域 同源异型域结构同源异型域结构 锌指结构锌指结构是一类含锌离子转录因子的是一类含锌离子转录因子的DNA结合域结合域 亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构域既可介导结合结构域既可介导结合DNA又可介导蛋白又可介导蛋白质二聚体化质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合DNA和和

42、蛋白质二聚体化蛋白质二聚体化 Zinc-fingers 锌指锌指最常见最常见DNADNA结合域之一结合域之一约有约有3030个个AAAA残基残基其中其中4 4个个AAAA残基残基（2 2个个CysCys，2 2个个HisHis）配位键配位键 ZnZn2+2+锌指锌指与与DNADNA双螺旋大沟结合双螺旋大沟结合 存在于多种真核转录因子存在于多种真核转录因子具多个具多个锌指锌指结构结构四个氨基酸残基四个氨基酸残基四个氨基酸残基四个氨基酸残基分别位于分别位于分别位于分别位于正四面正四面正四面正四面体的顶角体的顶角体的顶角体的顶角，与，与，与，与四四四四面体中心面体中心面体中心面体中心的锌离的锌离的锌

43、离的锌离子配位键结合，子配位键结合，子配位键结合，子配位键结合，稳定锌指结构稳定锌指结构稳定锌指结构稳定锌指结构CysCys和和和和HisHis之间有之间有之间有之间有1212个氨基酸残基，个氨基酸残基，个氨基酸残基，个氨基酸残基，其中数个为保守其中数个为保守其中数个为保守其中数个为保守的碱性残基的碱性残基的碱性残基的碱性残基123456789蛋白质蛋白质图图15-10图图15-11 一段肽链中每隔一段肽链中每隔一段肽链中每隔一段肽链中每隔7 7个个个个AAAA即有一个即有一个即有一个即有一个LeuLeu 在在在在 螺旋某一侧面每螺旋某一侧面每螺旋某一侧面每螺旋某一侧面每两圈出现一个两圈出现一

44、个两圈出现一个两圈出现一个LeuLeu 亲水面：亲水亲水面：亲水亲水面：亲水亲水面：亲水AAAA组组组组成成成成 疏水面：疏水面：疏水面：疏水面：LeuLeu组成组成组成组成 （亮氨酸拉链条）（亮氨酸拉链条）（亮氨酸拉链条）（亮氨酸拉链条）可形成二聚体（发挥作可形成二聚体（发挥作可形成二聚体（发挥作可形成二聚体（发挥作用）用）用）用）亮氨酸拉链亮氨酸拉链螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，HTH）同源异型域同源异型域（homeodomain，HD）识别识别螺旋螺旋DNA大沟大沟DNA小沟小沟螺旋螺旋1N端端DNA大沟大沟螺旋螺旋3 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋结构也

45、可调节螺旋结构也可调节DNA结合及蛋结合及蛋白质二聚体化白质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）bHLH双体双体DNA大沟大沟螺螺旋旋螺旋螺旋环环（三（三）mRNA 转录激活及其调节转录激活及其调节polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核真核真核RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物的转录起始复合物的转录起始复合物的转录起始复合物TATA DNAEBP真核基因转录调节是真核基因转录调节是真核基因转录调节是真核

46、基因转录调节是复杂的、多样的复杂的、多样的复杂的、多样的复杂的、多样的*不不不不同同同同的的的的DNADNA元元元元件件件件组组组组合合合合可可可可产产产产生生生生多多多多种种种种类类类类型型型型的的的的转转转转录录录录调节方式；调节方式；调节方式；调节方式；*多多多多种种种种转转转转录录录录因因因因子子子子又又又又可可可可结结结结合合合合相相相相同同同同或或或或不不不不同同同同的的的的DNADNA元元元元件。件。件。件。*转转转转录录录录因因因因子子子子与与与与DNADNA元元元元件件件件结结结结合合合合后后后后，对对对对转转转转录录录录激激激激活活活活过过过过程程程程所所所所产产产产生生生

47、生的的的的效效效效果果果果各各各各异异异异，有有有有正正正正性性性性调调调调节节节节或或或或负负负负性性性性调调调调节之分。节之分。节之分。节之分。四、转录后水平的调节四、转录后水平的调节hnRNA加工成熟的调节mRNA运输、胞质内稳定性的调节 IRE-BP对转铁蛋白受体对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节稳定性的调节低铁状态低铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区活化的活化的IRE-BP3Poly(A)n翻译翻译TfR蛋白蛋白IRE高铁状态高铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区铁铁失活的失活的IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解降解IRE五、翻译水平的调节（

48、一）翻译起始因子（一）翻译起始因子-2的磷酸化调节蛋白质翻译的磷酸化调节蛋白质翻译（二）（二）RNA 结合蛋白参与翻译起始的调节结合蛋白参与翻译起始的调节 IRE-BP对铁蛋白对铁蛋白mRNA翻译的调节翻译的调节低铁状态低铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA活化的活化的IRE-BP编码区编码区3翻译不能进行翻译不能进行高铁状态高铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA失活的失活的IRE-BP铁铁编码区编码区3翻译翻译（三）对翻译产物水平及活性的调节(四）siRNA与miRNA700bp左右左右RNA前体前体配对碱基配对碱基DICER2025bpmiRNA5RISC靶靶mRNA未配对区域未配对区域靶靶mRNA降解降

49、解导入的双链导入的双链RNA片段片段siRNARDE-1DICERRISCRISCRISC5靶靶mRNA靶靶mRNA被核酸被核酸内切酶切割内切酶切割靶靶mRNA被核酸被核酸外切酶降解外切酶降解 miRNA 与与siRNA使靶使靶mRNA沉默机制沉默机制不同点siRNAmiRNA机制性质与生物学意义往往是外源引起的，抗病毒感染等异常情况。是生物体自身的一套正常的调控机制，调节内源基因表达。直接来源长链dsRNA发夹状pre-miRNA分子结构siRNA是双链RNA，3端有2个非配对碱基，通常为UUmiRNA是单链RNA作用机制单链的siRNA结合到RISC复合物中，引导复合物与mRNA完全互补，通过其自身的解旋酶活性，解开siRNAs，通过反义siRNA链识别目的mRNA片段，通过内切酶活性切割目的片段，成熟的miRNAs则是通过与miRNP核蛋白体复合物结合，识别靶mRNA，并与之发生部分互补，从而阻遏靶mRNA的翻译。作用位置siRNA可作用于mRNA的任何部位miRNA主要作用于靶标基因3-UTR区siRNA与miRNA的比较六、六、RNA Pol、转录体系的调节相对简单转录体系的调节相对简单