基因表达与调控精选PPT.ppt

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1、关于基因表达与调控第1页，讲稿共69张，创作于星期日一、概述一、概述 每种生物在生长发育和分化的过程中，以及在对外每种生物在生长发育和分化的过程中，以及在对外环境的反应中，各种相关基因有条不紊的表达起着至环境的反应中，各种相关基因有条不紊的表达起着至关重要的作用。通过基因表达，关重要的作用。通过基因表达，DNADNA中的遗传信息即中的遗传信息即可用以决定细胞的表型和生物性状。可用以决定细胞的表型和生物性状。但是，基因的表达随着组织细胞及个体发育的阶但是，基因的表达随着组织细胞及个体发育的阶段的不同，随着内外环境的变化的不同，而表现为不段的不同，随着内外环境的变化的不同，而表现为不同的基因的表达

2、。同的基因的表达。第2页，讲稿共69张，创作于星期日基因基因(gene)(gene):是一段是一段DNADNA分子，编码一种多肽链或分子，编码一种多肽链或RNARNA。基因组基因组 (genome)(genome)：指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。整套基因。1.1.几个重要的概念几个重要的概念第3页，讲稿共69张，创作于星期日基因表达基因表达 (gene expression)(gene expression)：在一定调节机制控制下，基因经过转录及翻在一定调节机制控制下，基因经过转录及翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质或译，产生具有特异生

3、物学功能的蛋白质或RNARNA分分子的过程。子的过程。简单地说，基因表达就是基因的转录和翻译过程。简单地说，基因表达就是基因的转录和翻译过程。大多数基因的表达产物是蛋白质大多数基因的表达产物是蛋白质,部分基因部分基因如如tRNAtRNA和和rRNArRNA基因表达产物是基因表达产物是RNARNA。第4页，讲稿共69张，创作于星期日基因表达的特性基因表达的特性n 时间特异性或阶段特异性时间特异性或阶段特异性n 空间特异性或组织细胞特异性空间特异性或组织细胞特异性第5页，讲稿共69张，创作于星期日时间特异性（时间特异性（temporal specificitytemporal specificit

4、y）按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。如噬菌体、病毒、细菌、侵入缩主后，呈现一如噬菌体、病毒、细菌、侵入缩主后，呈现一定的感染阶段。定的感染阶段。第6页，讲稿共69张，创作于星期日阶段特异性（阶段特异性（stage specificitystage specificity）多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段一致多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段一致的时间性的时间性,因此又称阶段特异性。因此又称阶段特异性。如在多细胞生物从受精卵到组织，器官形成的各个不

5、如在多细胞生物从受精卵到组织，器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。表现为与分化、发育阶段一致的时间性。第7页，讲稿共69张，创作于星期日空间特异性（空间特异性（spatial specificityspatial 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，就是基因表达的空间特异性。组织空间顺序出现，就是基因表达的空间特异性。第8页，讲稿共69张，创作于星期日细胞特异性（细胞特异性（cell sp

6、ecificitycell specificity）或组织）或组织特异性（特异性（tissue specificitytissue specificity）:基因表达的空间特异性又称为细胞特异性或组织特异基因表达的空间特异性又称为细胞特异性或组织特异性，因为基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的空间分性，因为基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的。布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的。第9页，讲稿共69张，创作于星期日2.基因表达的方式基因表达的方式 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：基本或组成性基本或组成

7、性(constitutive expression)基因表达基因表达 某些基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续某些基因在一个生物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(house-keeping gene)。第10页，讲稿共69张，创作于星期日 无论表达水平高低，管家基因较少受环境无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数因素影响，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。区或几乎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组成性表别于其他基因，这类基因表达被视为组成性表达。达

8、。第11页，讲稿共69张，创作于星期日诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因(inducible gene)。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程称可诱导基因在特定环境中表达增强的过程称为为诱导诱导(induction)第12页，讲稿共69张，创作于星期日 如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因是是可阻遏基因可阻遏基因(repressible gene)可阻遏基因表达产物降低的过程称为可阻遏基因表达产物

9、降低的过程称为阻遏阻遏(repression)(repression)第13页，讲稿共69张，创作于星期日 在一定机制控制下，功能上相关的一组基在一定机制控制下，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、因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为共同表达，即为协调表达协调表达(coordinate(coordinate expression)expression)。这种调节称为这种调节称为协调调节协调调节(coordinate(coordinate regulation)regulation)。第14页，讲稿共69张，创作于星期日3.基因表达调控的生物学意义基因表达

10、调控的生物学意义适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖 生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，为了生存，生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白以适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又受基因表达的质分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又受基因表达的调控。调控。第15页，讲稿共69张，创作于星期日维持个体发育与分化维持个体发育与分化 多细胞生物调节基因的表达除为适应环境外，

11、多细胞生物调节基因的表达除为适应环境外，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。还有维持组织器官分化、个体发育的功能。当某种基因缺陷或表达异常时，则会出现相当某种基因缺陷或表达异常时，则会出现相应组织或器官的发育异常。应组织或器官的发育异常。第16页，讲稿共69张，创作于星期日二、原核生物基因表达的调节二、原核生物基因表达的调节第17页，讲稿共69张，创作于星期日1.1.操纵子模型操纵子模型 转录调节普遍采用操纵子模式，原核生物功能相转录调节普遍采用操纵子模式，原核生物功能相关的基因往往串联地排列在一起，在一个共同的调关的基因往往串联地排列在一起，在一个共同的调控区的调节下，一起转录生成一个多顺

12、反子，最终控区的调节下，一起转录生成一个多顺反子，最终表达产物是一些功能相关的酶或蛋白质，它们一起表达产物是一些功能相关的酶或蛋白质，它们一起参与某种底物的代谢或某种产物的合成。参与某种底物的代谢或某种产物的合成。第18页，讲稿共69张，创作于星期日Franois Jacob and Jacques Monod,was awarded the 1965 Nobel Prize for Physiology or Medicine for discoveries concerning regulatory activities in bacteria.第19页，讲稿共69张，创作于星期日操纵子操

13、纵子(operon)(operon)的结构与功能的结构与功能Inhibitor genePS1S2S3启动子启动子结构基因结构基因1，2，3.O操纵基因操纵基因PromoterOperator geneStructure gene调控区调控区结构基因结构基因 操纵子操纵子表达表达阻阻遏蛋白遏蛋白 结合结合RNA聚合酶聚合酶 结合结合阻遏蛋白阻遏蛋白表达表达功能蛋白功能蛋白?I阻遏物（调节）基因阻遏物（调节）基因操纵子操纵子:基因表达的协调单位基因表达的协调单位第20页，讲稿共69张，创作于星期日 在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白(acti

14、vator)(activator)，激活蛋白结合，激活蛋白结合DNADNA的启动子及的启动子及RNARNA聚合酶后，聚合酶后，转录才会进行。转录才会进行。在正控诱导系统中在正控诱导系统中，诱导物的存在使激活蛋白处于，诱导物的存在使激活蛋白处于活性状态，转录进行。活性状态，转录进行。在正控阻遏系统中在正控阻遏系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态，转录不进行。于非活性状态，转录不进行。2.2.关于正调控与负调控关于正调控与负调控第21页，讲稿共69张，创作于星期日 负转录调控系统负转录调控系统中，调节基因的物质是中，调节基因的物质是阻遏蛋白阻遏蛋白(rep

15、ressor)(repressor)阻止结构基因转录。其作用部位是操纵区。阻止结构基因转录。其作用部位是操纵区。它与操纵区结合，转录受阻。它与操纵区结合，转录受阻。负控诱导系统负控诱导系统阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与阻遏蛋白不与诱导物结合时，阻遏蛋白与操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合诱导物时，操纵区相结合，结构基因不转录，阻遏蛋白结合诱导物时，阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录。阻遏蛋白与操纵区分离，结构基因转录。负控阻遏系统负控阻遏系统阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。不转录。第22页，讲稿共69张，创作于星期日酶酶的的诱诱导导和和阻阻

16、遏遏操操纵纵子子模模型型B.有活性阻遏蛋白加诱导剂有活性阻遏蛋白加诱导剂A.有活性阻遏蛋白有活性阻遏蛋白C.无活性阻遏蛋白无活性阻遏蛋白D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂操纵基因操纵基因启动基因启动基因调节基因调节基因结构基因结构基因 阻遏蛋白阻遏蛋白(有活性有活性)阻遏蛋白阻挡操纵基因阻遏蛋白阻挡操纵基因结构基因不表达结构基因不表达诱导物诱导物诱导物与阻遏蛋白结合诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起使阻遏蛋白不能起到阻挡操纵基因的作用到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达结构基因可以表达酶蛋白酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操纵基因结合阻遏蛋白不能跟操纵基因结合,结构基因可以

17、表达结构基因可以表达阻遏蛋白阻遏蛋白(无活性无活性)酶蛋白酶蛋白mRNA代谢产物与阻遏蛋白结合代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋从而使阻遏蛋白能够阻挡操纵基因白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达结构基因不表达代谢产物代谢产物I.酶的诱导酶的诱导II.酶的阻遏酶的阻遏第23页，讲稿共69张，创作于星期日第24页，讲稿共69张，创作于星期日 以以乳糖操纵子为列介绍乳糖操纵子为列介绍 原核生物原核生物操纵子调控模式操纵子调控模式第25页，讲稿共69张，创作于星期日 乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构透过酶透过酶第26页，讲稿共69张，创作于星期日1.三个结构基因三个结构基因Z 基因：基因：编码编码-半

18、乳糖苷酶（半乳糖苷酶（galactosidase），分解乳糖成），分解乳糖成为半乳糖和葡萄糖为半乳糖和葡萄糖Y 基因：基因：编码透过酶（编码透过酶（permease），使外界乳糖等透过大），使外界乳糖等透过大肠杆菌细胞壁进入细胞内。肠杆菌细胞壁进入细胞内。A 基因：基因：编码乙酰基转移酶（编码乙酰基转移酶（acetylase），能将乙酰），能将乙酰CoA上的上的乙酰基转移到半乳糖上，形成乙酰半乳糖。乙酰基转移到半乳糖上，形成乙酰半乳糖。第27页，讲稿共69张，创作于星期日2.2.三个调节序列：三个调节序列：在结构基因的上游还有一个启动子（在结构基因的上游还有一个启动子（P P）和一个操）和一个

19、操纵基因（纵基因（O O），在启动子上游还有一个分解（代谢），在启动子上游还有一个分解（代谢）物基因激活蛋白（物基因激活蛋白（catabolite gene activation catabolite gene activation protein,CAPprotein,CAP）或腺苷酸受体蛋白（）或腺苷酸受体蛋白（cAMP receptor cAMP receptor protein,CRP)protein,CRP)结合位点，以及一个调节基因（结合位点，以及一个调节基因（I I）（又称（又称R R基因），调节基因编码阻遏蛋白。基因），调节基因编码阻遏蛋白。第28页，讲稿共69张，创作于星期日

20、mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时3.3.乳糖操纵子的调节机制乳糖操纵子的调节机制阻遏基因阻遏基因I.I.阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节第29页，讲稿共69张，创作于星期日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乳糖乳糖第30页，讲稿共69张，创作于星期日 实际上，实际上，别乳糖别乳糖是是lac操纵子转录的活性诱导物。人们发操纵子转录的活性诱导物。人们发现一个合成的、结构上类似于别乳糖、不能被现一个合成的、结构上类似于别乳糖、不能被-半乳糖苷酶半乳糖苷酶水解的水解的异丙基硫代半乳糖苷异丙基硫

21、代半乳糖苷（isopropyl thiogalactoside：IPTG）起着）起着lac操纵子的一个诱导物的作用，所以操纵子的一个诱导物的作用，所以IPTG常用于诱导含有使用了常用于诱导含有使用了lac启动子的质粒载体的细菌中的启动子的质粒载体的细菌中的重组蛋白的表达。重组蛋白的表达。第31页，讲稿共69张，创作于星期日第32页，讲稿共69张，创作于星期日 II.II.CAPCAP的正性调节的正性调节第33页，讲稿共69张，创作于星期日 第34页，讲稿共69张，创作于星期日III.CAPIII.CAP的正性调节的正性调节:CAP CAP蛋白是一个同二聚体，具有蛋白是一个同二聚体，具有DNAD

22、NA结合域和结合域和cAMPcAMP结合位点。当没有葡萄糖存在时，由于结合位点。当没有葡萄糖存在时，由于cAMPcAMP的浓的浓度受葡萄糖代谢的调节，度受葡萄糖代谢的调节，cAMPcAMP浓度表现为较高，这浓度表现为较高，这时时cAMPcAMP与与CAPCAP蛋白结合形成蛋白结合形成cAMPCAPcAMPCAP复合物。此复合物复合物。此复合物可结合在可结合在laclac启动基因上游附近的启动基因上游附近的CAPCAP位点上，从而可位点上，从而可增强转录达增强转录达5050倍之倍之多。多。第35页，讲稿共69张，创作于星期日 当培养基中有葡萄糖存在时，当培养基中有葡萄糖存在时，cAMPcAMP浓

23、度较低，浓度较低，cAMPcAMP与与CAPCAP蛋白不能形成复合物，也就不能结合到蛋白不能形成复合物，也就不能结合到CAPCAP位点，位点，laclac基因的转录水平较低。基因的转录水平较低。由此可见，对由此可见，对laclac操纵子来说操纵子来说CAPCAP是正性调节因是正性调节因素，素，laclac阻遏蛋白是负性调节因素。阻遏蛋白是负性调节因素。第36页，讲稿共69张，创作于星期日葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMPcAMP的关系的关系葡萄糖葡萄糖分解代谢分解代谢产物产物腺苷酸环化腺苷酸环化酶酶磷酸二酯磷酸二酯酶酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活第37页，讲稿共69张，创作于星期

24、日乳糖操纵子调控方式的比较乳糖操纵子调控方式的比较负调控负调控正调控正调控调节蛋白调节蛋白 阻遏蛋白阻遏蛋白 CAP变构物变构物 别乳糖、乳糖别乳糖、乳糖 cAMP与变构物结合与变构物结合 无活性无活性 有活性有活性基因位点基因位点 O基因基因 CAP位点位点结合于基因位点结合于基因位点 基因关闭基因关闭 基因开放基因开放未未结合于基因位点结合于基因位点 基因开放基因开放 基因关闭基因关闭不不与变构物结合与变构物结合 有活性有活性 无活性无活性第38页，讲稿共69张，创作于星期日IV.IV.协调调节协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发对该系统不能发挥作用；

25、挥作用；如无如无CAP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。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；若有葡若有葡萄糖或葡萄糖萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时乳糖共同存在时,细菌首先利用葡萄糖。细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏（catabolic repression）。）。第39页，讲稿共69张，创作于星期日葡萄糖效应和乳糖诱导葡萄糖效应和乳糖诱导第40页，讲稿共69张，创作于星期日 第41页，讲稿共69张，创作于星

26、期日4.4.衰减子（衰减子（attenuatorattenuator）与）与 转录衰减作用（转录衰减作用（attenuationattenuation）衰减子衰减子:位于细菌操纵子结构基因上游前导区的终止子。位于细菌操纵子结构基因上游前导区的终止子。原核生物中通过翻译前导肽而实现控制原核生物中通过翻译前导肽而实现控制DNADNA的转录的调控方式的转录的调控方式称衰减称衰减作用作用。以色氨酸（以色氨酸（TrpTrp）操纵子为例，衰减子序列位于启动子与）操纵子为例，衰减子序列位于启动子与TrpTrp操纵子的第一个结构基因间，其操纵子的第一个结构基因间，其mRNAmRNA的的55端有端有162162

27、个核苷酸的个核苷酸的前导序列，当前导序列，当mRNAmRNA合成启动后，除非缺乏合成启动后，除非缺乏TrpTrp，否则，否则mRNAmRNA仅合成仅合成140140个核苷酸即终止。个核苷酸即终止。该前导序列编码一小段该前导序列编码一小段1414肽，其终止区具有潜在的茎环构象和成肽，其终止区具有潜在的茎环构象和成串的串的U U。第42页，讲稿共69张，创作于星期日大肠杆菌色氨酸操纵子的大肠杆菌色氨酸操纵子的衰减作用的可能机制衰减作用的可能机制111232233444核糖体核糖体核糖体核糖体转录继续转录继续转录终止转录终止C.高浓度色氨酸使核糖体高浓度色氨酸使核糖体到达到达2部位，部位，3与与4

28、碱基配碱基配对，转录终止。对，转录终止。B.缺乏色氨酸使核糖体缺乏色氨酸使核糖体停留在停留在1部位，转录得以完部位，转录得以完成。成。Trp-codon7US第43页，讲稿共69张，创作于星期日 阻遏和衰减机制虽然都是在转录水平上调节基因表达，阻遏和衰减机制虽然都是在转录水平上调节基因表达，但他们的作用机制完全不同，前者控制转录起始，后者控制但他们的作用机制完全不同，前者控制转录起始，后者控制转录起始后是否继续下去，因此，转录起始后是否继续下去，因此，衰减作用比阻遏作用的调衰减作用比阻遏作用的调节更为精细。节更为精细。第44页，讲稿共69张，创作于星期日5.5.生长速度的调控生长速度的调控 营

29、养丰富，温度适宜时，细菌的生长速度可以很营养丰富，温度适宜时，细菌的生长速度可以很快，在两个细胞尚未分裂的情况下，新一代的快，在两个细胞尚未分裂的情况下，新一代的DNADNA已经开始合成，大肠杆菌的倍增时间为已经开始合成，大肠杆菌的倍增时间为2525分钟时，分钟时，平均每个细胞的平均每个细胞的DNADNA分子为分子为4.54.5个，核糖体的数目也个，核糖体的数目也很多。很多。第45页，讲稿共69张，创作于星期日 当营养严重缺乏时，比如氨基酸饥饿时，就当营养严重缺乏时，比如氨基酸饥饿时，就不是缺少一、二种氨基酸，而是氨基酸的全面匮不是缺少一、二种氨基酸，而是氨基酸的全面匮乏。为了紧缩开支，渡过难

30、关，细菌将会产生一乏。为了紧缩开支，渡过难关，细菌将会产生一个应急反应，包括生产各种个应急反应，包括生产各种RNA、糖、脂肪和蛋、糖、脂肪和蛋白质在内的几乎全部生物化学反应过程均被停止。白质在内的几乎全部生物化学反应过程均被停止。细菌进入严紧控制状态，这是在困难时期获得生存细菌进入严紧控制状态，这是在困难时期获得生存的策略，的策略，被称为严紧控制（被称为严紧控制（stringent control）。）。第46页，讲稿共69张，创作于星期日 当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量的不带氨基酸的当氨基酸饥饿时，细胞中便存在大量的不带氨基酸的tRNAtRNA，这种空载的，这种空载的tRNAtRNA会激活

31、会激活焦磷酸转移酶焦磷酸转移酶，使，使ppGppppGpp（四（四磷酸鸟苷，磷酸鸟苷，魔斑魔斑I I，magic spot I)magic spot I)或或pppGpppppGpp（五磷酸鸟（五磷酸鸟苷，苷，魔斑魔斑IIII，magic spot II)magic spot II)大量合成，其浓度可增加大量合成，其浓度可增加1010倍以上。倍以上。ppGppppGpp的出现会关闭许多基因，以应付这种紧急状况。的出现会关闭许多基因，以应付这种紧急状况。当环境中出现足够的氨基酸时，当环境中出现足够的氨基酸时，pppGpppppGpp和和ppGppppGpp被迅速降被迅速降解，解，RNARNA和蛋

32、白质的合成很快恢复。和蛋白质的合成很快恢复。四四(五）磷酸鸟苷是控制多种反应的效应分子，最显著的五）磷酸鸟苷是控制多种反应的效应分子，最显著的与与RNARNA聚合酶结合，降低聚合酶结合，降低rRNArRNA的合成。的合成。第47页，讲稿共69张，创作于星期日ppGpp和和pppGpp的合成与作用的合成与作用GDP第48页，讲稿共69张，创作于星期日6.6.基因表达的时序调控基因表达的时序调控 噬菌体基因表达的时序调控研究较深入，其噬菌体基因表达的时序调控研究较深入，其5050个基个基因组成因组成4 4个操纵子。个操纵子。n 阻遏蛋白操纵子阻遏蛋白操纵子n 左早期操纵子左早期操纵子n 右早期操纵

33、子右早期操纵子n 晚期操纵子晚期操纵子 第49页，讲稿共69张，创作于星期日 噬菌体的调节基因和转录产物噬菌体的调节基因和转录产物 c cI I、crocro、N N、Q Q以及以及c cIIII和和c cIIIIII为为调节基因调节基因。pLpL和和pRpR为左右为左右启动子启动子；oLoL和和oRoR分左右分左右操纵基因操纵基因。nutLnutL和和nutRnutR为为N N蛋白结合位点蛋白结合位点；qutqut为为Q Q蛋白结合位点蛋白结合位点；tL1、tR1、tR2、tR3、tR4为左右中止子。为左右中止子。L1、L2、L3、R1、R2、R3、R4和和R5分别为左右操纵子的转录产物。分

34、别为左右操纵子的转录产物。第50页，讲稿共69张，创作于星期日 左向转录的为左向转录的为L L链，右向转录的为链，右向转录的为R R链。当链。当噬菌体侵入宿主噬菌体侵入宿主细胞后，溶原和裂解途径的最初过程一样，前早期细胞后，溶原和裂解途径的最初过程一样，前早期(crocro，N N）和后早期和后早期的基因首先表达。的基因首先表达。随后，随后，若晚期基因表达，噬菌体进入裂解循环若晚期基因表达，噬菌体进入裂解循环，若合成阻遏蛋若合成阻遏蛋白，则进入溶原状态白，则进入溶原状态。右早期操纵子的调节基因右早期操纵子的调节基因crocro可抑制溶原型阻遏蛋白可抑制溶原型阻遏蛋白cIcI的合成，的合成，使噬

35、菌体进入裂解循环，使噬菌体进入裂解循环，噬菌体对两个生活史的的选择取决于噬菌体对两个生活史的的选择取决于cIcI和和crocro的拮抗。的拮抗。紫外线和紫外线和4242度高温等可钝化度高温等可钝化cIcI，结果进入裂解循环。，结果进入裂解循环。左早期操纵子的调节基因左早期操纵子的调节基因N N的表达产物为抗终止子，使前早期基因的表达产物为抗终止子，使前早期基因的转录越过终止信号进入后早期基因，后早期基因包括左、右早期操纵的转录越过终止信号进入后早期基因，后早期基因包括左、右早期操纵子的子的3 3个调节基因，个调节基因，c/cc/c与建立溶原状态的阻遏蛋白的合成有关，与建立溶原状态的阻遏蛋白的合

36、成有关，Q Q调节基因的产物亦为抗终止子，使晚期基因表达，噬菌体进入裂解循环。调节基因的产物亦为抗终止子，使晚期基因表达，噬菌体进入裂解循环。第51页，讲稿共69张，创作于星期日7.7.翻译水平的调节和反义翻译水平的调节和反义RNARNA 翻译水平的调节的调节包括：不同翻译水平的调节的调节包括：不同mRNAmRNA的翻译能力差异、的翻译能力差异、翻译的阻遏和反义翻译的阻遏和反义RNARNA的调节的调节 某些某些RNARNA分子也可调节基因表达分子也可调节基因表达,这种这种RNARNA称为调节称为调节RNARNA.细菌中有种称为细菌中有种称为反义反义RNARNA的调节的调节RNA,RNA,含有与

37、特定含有与特定 mRNA mRNA 翻译起始翻译起始部位互补的序列部位互补的序列,通过与通过与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密码子的识别及与别及与SDSD序列的结合序列的结合,抑制翻译起始抑制翻译起始,这类这类RNARNA又称作又称作干扰干扰mRNAmRNA的互的互补补RNARNA(mRNA interfering complementary RNA,micRNA),(mRNA interfering complementary RNA,micRNA),这这种调节称为种调节称为反义控制反义控制(antisense control)(antisen

38、se control)。第52页，讲稿共69张，创作于星期日 MizunoMizuno等发现在等发现在E.coliE.coli中有两个膜蛋白质中有两个膜蛋白质OmpFOmpF、OmpCOmpC，当渗透压，当渗透压高时，高时，F F低而低而C C高。两个基因受高。两个基因受OmpROmpR调节（与渗透压感受有关），发现一调节（与渗透压感受有关），发现一种小分子种小分子RNARNA，micRNAmicRNA，大约，大约174174核苷酸，可与核苷酸，可与OmpFOmpF的的mRNAmRNA的的55端互端互补，直接干扰模板的翻译能力，抑制后者的翻译。补，直接干扰模板的翻译能力，抑制后者的翻译。Env

39、Z(感受器)细胞膜 OmpC 活化 (高压)OmpROmpR(正调控因子)micF 10 35 10 35 OmpC MicF OmpF 174b RNA mRNA interfering complementary RNA 低压时 OmpF 在E.coli 中通过反义 RNA来调控膜蛋白的合成 第53页，讲稿共69张，创作于星期日三三.真核基因表达真核基因表达调节调节第54页，讲稿共69张，创作于星期日一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点真真核基因组结构庞大，染色体结构核基因组结构庞大，染色体结构 具有多个复制起点具有多个复制起点.单顺反子单顺反子 含有大量重复序列含有大量重复序列

40、基因不连续性，内含子，外显子基因不连续性，内含子，外显子 非编码区较多（占非编码区较多（占80809090）转录与翻译分隔进行转录与翻译分隔进行 转录后修饰加工转录后修饰加工1、真核基因组结构特点、真核基因组结构特点第55页，讲稿共69张，创作于星期日 真核基因组中含大量的重复序列，这些重复序列大部真核基因组中含大量的重复序列，这些重复序列大部分是没有特定生物学功能的分是没有特定生物学功能的DNADNA片段，可占整个基因组片段，可占整个基因组DNADNA的的90%90%。根据重复频率可将其分为高度重复序列、中度重。根据重复频率可将其分为高度重复序列、中度重复序列和单拷贝序列。复序列和单拷贝序列

41、。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（10 次次）6中度重复序列中度重复序列（10 10 次次）4 3多拷贝序列多拷贝序列关于关于C C值悖理（值悖理（C value paradox)C value paradox)生物体的单倍体基因组所含生物体的单倍体基因组所含DNADNA总量称为总量称为C C值。生物进化值。生物进化总体趋势是总体趋势是C C值不断增加。但生物基因组的大小同生物在值不断增加。但生物基因组的大小同生物在进化上所处地位并不完全比例增加，如鱼类和两栖类的进化上所处地位并不完全比例增加，如鱼类和两栖类的C C值远远高于哺乳类，这种现象称为值远远

42、高于哺乳类，这种现象称为C C值悖理。值悖理。第56页，讲稿共69张，创作于星期日2.真核基因表达调节真核基因表达调节DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质1.转录前转录前调节调节2.转录调节转录调节3.转录后加转录后加工的调节工的调节5.翻译调节翻译调节6.mRNA降解降解调节调节7.翻译后加翻译后加工的调节工的调节核核细胞质细胞质4.转运调节转运调节真核基因表达调控的七个水平真核基因表达调控的七个水平第57页，讲稿共69张，创作于星期日u 转录前水平调节转录前水平调节1 1）染色体丢失染色体丢失 某些低等真核生物某些低等真核生物

43、e.g.e.g.蛔虫早期卵裂阶段分裂细胞蛔虫早期卵裂阶段分裂细胞 除一个将来成为生殖细胞外，均将异染色质部分删除。除一个将来成为生殖细胞外，均将异染色质部分删除。2 2）基因扩增基因扩增 e.g.e.g.非洲爪蟾卵的卵母细胞，在核仁周围大量积累非洲爪蟾卵的卵母细胞，在核仁周围大量积累 rDNA,rDNA,拷贝数可增至拷贝数可增至1500200000015002000000。胚胎发育开始后，这些。胚胎发育开始后，这些 rDNArDNA逐渐消失逐渐消失3 3）基因重排基因重排 e.g.e.g.产生抗体的淋巴细胞在发育过程中的基因重排现象。产生抗体的淋巴细胞在发育过程中的基因重排现象。4 4）DNA

44、DNA的修饰和异染色质化的修饰和异染色质化 真核生物通过异染色质化关闭某些基因；非活性区甲基化真核生物通过异染色质化关闭某些基因；非活性区甲基化 程度高，主要是程度高，主要是5-mC5-mC，少量，少量6-mA6-mA。第58页，讲稿共69张，创作于星期日u 转录活性的调节转录活性的调节 1 1）染色体质的活化）染色体质的活化 活化的染色质活化的染色质DNADNA会出现一些会出现一些DNaseIDNaseI超敏位点，常出现在调节超敏位点，常出现在调节蛋白结合位点附近。蛋白结合位点附近。在真核在真核DNADNA有约有约5%5%的胞嘧啶被甲基化为的胞嘧啶被甲基化为5 5甲基胞嘧啶，这种甲甲基胞嘧啶

45、，这种甲基化最常发生在某些基因基化最常发生在某些基因55侧翼区的侧翼区的CpGCpG序列序列-CpGCpG岛岛。但在转。但在转录活性区很少甲基化，录活性区很少甲基化，DNADNA甲基化与基因的表达呈反比关系，管家基甲基化与基因的表达呈反比关系，管家基因富含因富含CpGCpG岛，不被甲基化。岛，不被甲基化。染色质中与转录有关的结构变化称染色质改型（染色质中与转录有关的结构变化称染色质改型（chromatin chromatin remodelingremodeling）,包括组蛋白的酶促乙酰化包括组蛋白的酶促乙酰化/脱乙酰化。脱乙酰化。一般乙酰化与基因活化有关，脱乙酰化与基因沉默有关。一般乙酰化

46、与基因活化有关，脱乙酰化与基因沉默有关。第59页，讲稿共69张，创作于星期日 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element):(cis-acting element):指指在基因调控区域中不需要通过其编码产物而直接在基因调控区域中不需要通过其编码产物而直接控制基因表达的控制基因表达的DNADNA片段，如片段，如:启动子、增强子、启动子、增强子、沉默子、绝缘子。沉默子、绝缘子。启动子：启动子：RNARNA聚合酶结合位点周围的一聚合酶结合位点周围的一 组转录控制组件，一个转录起始点有一个以组转录控制组件，一个转录起始点有一个以 上功能组件，上功能组件，TATATATA、CAATC

47、AAT、GCGC框等，框等，CAATCAAT、GCGC框属上游控制元件，框属上游控制元件，决定基因表达的基础决定基因表达的基础 水平水平。对于可诱导基因，还有对细胞内外信对于可诱导基因，还有对细胞内外信 号作出反应的应答元件（号作出反应的应答元件（response element)2 2）启动子和增强子的顺式作用元件）启动子和增强子的顺式作用元件第60页，讲稿共69张，创作于星期日 增强子增强子(enhancer)enhancer)：远离转录起始点、决定：远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的录活性的DNADNA序列。通过启

48、动子起作用，与距离序列。通过启动子起作用，与距离无关，无方向性，具有组织特异性。无关，无方向性，具有组织特异性。沉默子沉默子(silencer)(silencer)：负性调节元件，是负：负性调节元件，是负调节蛋白的结合位点。调节蛋白的结合位点。绝缘子绝缘子（insulatorinsulator）：阻止激活或阻遏）：阻止激活或阻遏作用在染色体上的传递，使染色体活性限定在作用在染色体上的传递，使染色体活性限定在结构域之内。结构域之内。第61页，讲稿共69张，创作于星期日3 3）调节转录的反式作用因子）调节转录的反式作用因子 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor):(tr

49、ans-acting factor):和调和调控序列相结合或间接影响其作用的蛋白质因子控序列相结合或间接影响其作用的蛋白质因子,统统称反式因子。称反式因子。可分为：可分为：基本基本(通用）转录因子通用）转录因子(basal transcription(basal transcriptionfactor):factor):与与RNA PolRNA Pol一起形成转录起始复合物。一起形成转录起始复合物。上游因子上游因子（upstream factor)upstream factor)：结合在启动子和增：结合在启动子和增强子的上游结合位点。强子的上游结合位点。可诱导因子可诱导因子（inducible

50、 factor)inducible factor)：与应答元件：与应答元件相互作用。相互作用。有些因子活性受修饰控制，如磷酸化激活。有些因子活性受修饰控制，如磷酸化激活。第62页，讲稿共69张，创作于星期日 反式作用因子的结构反式作用因子的结构 DNADNA结合结构域结合结构域 转录激活域转录激活域 蛋白质蛋白质结合域（二聚化结构域）蛋白质蛋白质结合域（二聚化结构域）第63页，讲稿共69张，创作于星期日DNADNA结合结构域有共同的结构特征结合结构域有共同的结构特征 1 1）螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(Helix-turn-helix,HTH(Helix-turn-helix,HTH）。）。