微生物基因表达调控.ppt

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1、关于微生物基因表达的调控第一张，PPT共六十页，创作于2022年6月概述(Introduction)基因表达基因表达(gene expression)-基因转录及基因转录及翻译的过程。翻译的过程。生物基因组中结构基因所携带的遗传信息，经过转生物基因组中结构基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等一系列过程，合成具有特定的生物学功能录、翻译等一系列过程，合成具有特定的生物学功能和生物学效应的蛋白质的全过程和生物学效应的蛋白质的全过程中心法则中心法则(the central dogma)：第二张，PPT共六十页，创作于2022年6月基因表达是受调控的基因表达是受调控的 不是所有的基因表达都产生蛋白质

2、，不是所有的基因表达都产生蛋白质，rRNA或或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或或tRNA,也是也是rRNA或或tRNA的基因表达，因的基因表达，因为为rRNA或或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。就具有在蛋白质翻译方面的功能。但是但是基因表达转录翻译基因表达转录翻译第三张，PPT共六十页，创作于2022年6月 大肠杆菌基因组（约大肠杆菌基因组（约4000个基因个基因)，一般情况下只有，一般情况下只有510%在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，或者暂时不表达。或者暂时不表达。

3、人的基因组约含有人的基因组约含有10万个基因，但在一个组织细胞中万个基因，但在一个组织细胞中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状态，典型通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在的哺乳类细胞中开放转录的基因约在1万个上下，即使蛋白万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过超过20%的基因处于表达状态。的基因处于表达状态。生物基因组的遗传信息生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的并不是同时全部都表达出来的第四张，PPT共六十页，创作于2022年6月基因表达

4、的时间性及空间性(temporal and spatial specificity)l l时间特异性(temporal specificity)l l某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生l l Hb(hemoglobin)l l 珠蛋白基因簇：珠蛋白基因簇：（胚胎型）（胚胎型）、l l 珠蛋白基因簇：珠蛋白基因簇：（胚胎型）、（胚胎型）、（胎儿型）、（胎儿型）、l l 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2第五张，PPT共六十页，创作于2022年6月空间特异性(spatial specificity)l l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l l同形异位现象(

5、homeosis):l l果蝇头部长触角部位长出脚来果蝇头部长触角部位长出脚来l l同形异位盒基因同形异位盒基因(homeobox):(homeobox):高度保守的一段核苷酸高度保守的一段核苷酸序列（序列（180bp180bp）,控制胚胎发育的基因控制胚胎发育的基因第六张，PPT共六十页，创作于2022年6月第七张，PPT共六十页，创作于2022年6月基因表达的方式-1l l组成性基因表达(constitutive gene expression)：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。指不大受环境变动而变化的一类基因表达。管家管家基因与奢侈基因基因与奢侈基因l l产物是细胞或生物体整个生命

6、过程中都持续需要而必不可少产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的，这类基因也称为的，这类基因也称为看家基因看家基因看家基因看家基因(house-keeping gene)(house-keeping gene)；l l管家基因管家基因-在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。达的基因。l l奢侈基因（奢侈基因（luxury geneluxury gene）只在特定的细胞类型中表只在特定的细胞类型中表达的基因达的基因第八张，PPT共六十页，创作于2022年6月基因表达的方式-2l l适应性表达适应性表达(adaptive expressi

7、on)：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。l l诱导和阻遏表达l l诱导诱导（inductioninduction）-可诱导基因可诱导基因在特定环境信号刺在特定环境信号刺激下表达增强的过程。激下表达增强的过程。l lDNADNA损伤损伤 修复酶基因激活修复酶基因激活l l乳糖乳糖 利用乳糖的三种酶表达利用乳糖的三种酶表达l l阻遏阻遏（repressionrepression）-可阻遏基因可阻遏基因表达产物水平降表达产物水平降低的过程低的过程l l色氨酸色氨酸 色氨酸合成酶系色氨酸合成酶系第九张，PPT共六十页，创作于2022年6月基因表达的方式-3协调表达协调表达 协调表达协调

8、表达 在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，均均需需协协调调一一致致、共共同同表表达达，即为即为协调表达协调表达(coordinate expression)第十张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l基因表达的调控方式基因表达的调控方式:阻遏阻遏l l负调控负调控:调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 (相应蛋白质相应蛋白质降低降低)促进促进l l正调控正调控:调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 (相应蛋白质相应蛋白质增加增加)第十一张，PPT共六十页，

9、创作于2022年6月五、基因表达调控的基本原理五、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转录水平转录水平的调控的调控transcriptional level:transcriptional level:转录激活、转录起始转录激活、转录起始;转录后水平转录后水平的调控的调控post-transcriptional levelpost-transcriptional level：转录后加工、运输、转录后加工、运输、mRNAmRNA降解降解;翻译水平翻译水平的调控的调控translation leveltranslation level：翻译的起始翻译的起始;翻译后水平翻译后水

10、平的调控的调控post-translation levelpost-translation level 翻译后的加工、转运、多肽链的分解翻译后的加工、转运、多肽链的分解.l l基因表达调控的生物学意义l l适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖l l维持个体发育与分化维持个体发育与分化第十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月第十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l原原原原核核核核生生生生物物物物中中中中，营营营营养养养养状状状状况况况况（nutritional nutritional statusstatus）和和和和环环环环境境境境因因因因素素素素（environ

11、mental environmental factorfactor）对对对对基基基基因因因因表表表表达达达达起起起起着着着着举举举举足足足足轻轻轻轻重的影响。重的影响。重的影响。重的影响。l l真真真真 核核核核 生生生生 物物物物尤尤尤尤 其其其其 是是是是 高高高高 等等等等 真真真真 核核核核 生生生生 物物物物 中中中中，激激激激 素素素素 水水水水 平平平平（hormone hormone levellevel）和和和和发发发发育育育育阶阶阶阶段段段段（developmental developmental stagestage）是是是是基基基基因因因因表表表表达达达达调调调调控控控

12、控的的的的最最最最主主主主要要要要手手手手段段段段，营营营营养养养养和和和和环环环环境境境境因因因因素的影响力大为下降。素的影响力大为下降。素的影响力大为下降。素的影响力大为下降。l l在在在在转转转转录录录录水水水水平平平平上上上上对对对对基基基基因因因因表表表表达达达达的的的的调调调调控控控控决决决决定定定定于于于于DNADNA的的的的结结结结构构构构、RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶的的的的功功功功能能能能、蛋蛋蛋蛋白白白白因因因因子子子子及及及及其其其其他他他他小小小小分分分分子子子子配配配配基基基基的的的的相互作用。相互作用。相互作用。相互作用。原核生物基因表达调控原核生物基因表

13、达调控主要在转录水平，其次是翻译水主要在转录水平，其次是翻译水平平。第十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l 因为细菌因为细菌因为细菌因为细菌mRNAmRNA在形成过程中在形成过程中在形成过程中在形成过程中与核糖体混合在一起，所以，细菌与核糖体混合在一起，所以，细菌与核糖体混合在一起，所以，细菌与核糖体混合在一起，所以，细菌的转录与翻译过程几乎发生在同一的转录与翻译过程几乎发生在同一的转录与翻译过程几乎发生在同一的转录与翻译过程几乎发生在同一时间间隔内，转录与翻译相耦联时间间隔内，转录与翻译相耦联时间间隔内，转录与翻译相耦联时间间隔内，转录与翻译相耦联（coupled transc

14、ription and coupled transcription and translationtranslation）。）。）。）。l l真核生物中，转录产物（真核生物中，转录产物（真核生物中，转录产物（真核生物中，转录产物（primary primary transcripttranscript）只有从核内运转到）只有从核内运转到）只有从核内运转到）只有从核内运转到核外，才能被核糖体翻译成蛋核外，才能被核糖体翻译成蛋核外，才能被核糖体翻译成蛋核外，才能被核糖体翻译成蛋白质。白质。白质。白质。第十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月 原核生物的共有序列原核生物的共有序列 原核生物的启

15、动序列，在距离转录起始点原核生物的启动序列，在距离转录起始点10区和区和35区往往含有区往往含有一些重要的一些重要的保守序列（共有序列）保守序列（共有序列）。10区区：含：含TATAAT序列，又称序列，又称Pribnow盒盒。35区区：含：含TTGACA序列。序列。RNARNA聚合酶结合部位聚合酶结合部位 决定转录起始点决定转录起始点第十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月共共有有序序列列(consensus sequence)决决定定启启动动序序列的转录活性大小。列的转录活性大小。某某些些特特异异因因子子（蛋蛋白白质质）决决定定RNA聚聚合合酶酶对对一个或一套启动序列的特异性识别和结合

16、能力。一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。第十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNARNA聚聚合合酶酶不不能能沿沿DNADNA向前移动向前移动 ，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polpol阻遏蛋白阻遏蛋白操纵序列操纵序列 第十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNA序序列列，促促进进

17、RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，增增强强RNA聚聚合合酶酶活活性。性。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白激活蛋白激活蛋白(activator)第十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时时，RNA聚聚合合酶很少或完全不能结合启动序列。酶很少或完全不能结合启动序列。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白第二十张，PPT共六十页，创作于2022年6月操纵子模型的提出 莫洛(Monod)和雅各布(Jacob)(Jacob)获1965年诺贝尔生理学

18、和医学奖第一节 转录水平的调控(control of transcription)第二十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l操纵子（操纵子（operonoperon）：l l原核生物原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位（排列组成的一个基因表达的协同单位（DNADNA序序列）列）.l l一个操纵子一个操纵子 =编码序列（编码序列（2-62-6）+启动序列启动序列+操纵序列操纵序列+(+(其他调节序列其他调节序列)第二十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月Discovery of Operonl l1940年，M

19、onod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时，细菌先利用葡萄糖，葡萄糖用完后，才利用乳糖；在糖源转变期，细菌的生长会出现停顿。即产生“二次生长曲线”。l l文献：细胞中存在两种酶，即组成酶与适应酶（诱导酶）。l l1947年，报告：“酶的适应现象及其在细胞分化中的意义”。第二十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l1951年，Monod与Jacob合作。l l发现两对基因：l lZ Z基因：与合成基因：与合成-半乳糖苷酶有关；半乳糖苷酶有关；l lI I基因：决定细胞对诱导物的反应。基因：决定细胞对诱导物的反应。l lSzilard：I基因决定阻遏物的合成，当阻遏物存在时，酶无

20、法合成，只有有诱导物存在，才能去掉该阻遏物。l l Jacob：结构基因旁有开关基因（即操纵基因），阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的表达。第二十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l乳糖操纵子的发现：乳糖操纵子的发现：l l细菌以细菌以葡萄糖葡萄糖为能量来源为能量来源l l葡萄糖充分时：葡萄糖充分时：与与葡萄糖代谢葡萄糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-表达表达 与与其他糖代谢其他糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-关闭关闭l l葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）：葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）：与与乳糖代谢乳糖代谢有关的酶基因有关的酶基因 -表达表达 与与葡萄糖代谢葡萄糖代谢有关

21、的酶基因有关的酶基因-关闭关闭第二十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月IPOZYa调控基因调控基因调控基因调控基因 控制位点控制位点控制位点控制位点 结构基因结构基因结构基因结构基因DNADNA阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白启启启启动动动动序序序序列列列列cAMP-CAPcAMP-CAP结合位点结合位点结合位点结合位点操操操操纵纵纵纵序序序序列列列列 半半半半乳乳乳乳糖糖糖糖苷苷苷苷酶酶酶酶通通通通透透透透酶酶酶酶乙乙乙乙酰酰酰酰基基基基转转转转移移移移酶酶酶酶乳糖操纵子（乳糖操纵子（lactose opron）结构）结构RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶结合位点结合位点结合位点结

22、合位点第二十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因第二十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月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乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶第二十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP:

23、CAP:分解物基因激活物蛋白分解物基因激活物蛋白分解物基因激活物蛋白分解物基因激活物蛋白可促进乳糖利用，但须与可促进乳糖利用，但须与可促进乳糖利用，但须与可促进乳糖利用，但须与cAMPcAMP结合才有活结合才有活结合才有活结合才有活性性性性第二十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月 阻遏基因转录翻译阻遏蛋白阻遏基因转录翻译阻遏蛋白R，R与操纵基因结合，与操纵基因结合，阻止结合在启动子上的阻止结合在启动子上的DDRP前移，结构基因前移，结构基因不被转不被转录录 1 1）无乳糖也无葡萄糖存在时：）无乳糖也无葡萄糖存在时：OO2 2）当无乳糖，有葡萄糖时：）当无乳糖，有葡萄糖时：由于葡萄糖不能

24、使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子关由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子关闭，另外，由于有葡萄糖，闭，另外，由于有葡萄糖，cAMP含量低，含量低，CAP的的正性调节不起作用正性调节不起作用 总结：总结：所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭第三十张，PPT共六十页，创作于2022年6月 由于有葡萄糖，由于有葡萄糖，cAMP含量低，含量低，CAP的正性调节不的正性调节不起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细菌只能利用起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细菌只能利用葡萄糖葡萄糖。3 3）既有乳糖，又有葡萄糖时：）既有乳糖，又有葡萄糖时：O 乳糖与阻遏蛋白结合，乳糖

25、与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落纵基因结合的能力而脱落第三十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月 由于不含葡萄糖，细胞由于不含葡萄糖，细胞内内cAMP含量高，含量高，cAMP与与CAP结合成复合物，与结合成复合物，与DNA结结合，并推动合，并推动DDRP向前移动，向前移动，促进转录。促进转录。4 4）有乳糖，无葡萄糖时：）有乳糖，无葡萄糖时：mRNARNA-polO 乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操纵乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的D

26、DRP向前移向前移动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖代谢有关的酶类动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖从而利用乳糖所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放 有葡萄糖存在，操纵子关闭有葡萄糖存在，操纵子关闭第三十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月IOO诱导剂诱导剂乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控图图15-4第三十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月 CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中的作用复合物在乳糖操纵子表达中的作用-正调控正调控条件条件2:低乳糖低乳糖条件条件3:低乳糖低乳糖条件条件4:高葡萄糖高

27、葡萄糖低低cAMP高乳糖高乳糖 Lac 阻遏蛋白封闭转录时阻遏蛋白封闭转录时,CAP 对该系统不发挥作用对该系统不发挥作用条件条件1:低葡萄糖低葡萄糖高高cAMP高乳糖高乳糖Lac 阻遏蛋白阻遏蛋白不不封闭转录时封闭转录时,没有没有CAP存在存在,也也无高效转录活性。无高效转录活性。Lac 阻遏蛋白阻遏蛋白不不封闭转录封闭转录,CAP+cAMP 加强转录。加强转录。OOOOO图图15-5第三十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月l l协调调节(coordinate regulation)l l负性调节与正性调节协调合作负性调节与正性调节协调合作l l阻遏蛋白封闭转录时，阻遏蛋白封闭转录时

28、，CAPCAP不发挥作用不发挥作用l l如没有如没有CAPCAP加强转录，即使阻遏蛋白从加强转录，即使阻遏蛋白从P P上解聚仍上解聚仍无转录活性无转录活性l l葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖l l葡萄糖可降低cAMP浓度，阻碍其与CAP结合从而抑制转录l l结论：lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖第三十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月IPTG(异丙基硫代半乳糖苷)l l极强的诱导剂第三十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月1RNA编辑（编辑（RNA editing）2mRNA 前体的选择性拼接前体的选择性拼接3反义反义RNA的调控的调控反反义义RNA的

29、的调调控控是是指指真真核核生生物物基基因因组组中中，某某些些调调节节基基因因转转录录所所产产生生的的RNA可可与与基基因因组组DNA或或RNA序序列列互互补补，形形成成杂杂交交体体，阻阻断断或或减减弱弱基基因因转转录录或或翻翻译译的的调调控控机机制制。这些调节基因所产生的这些调节基因所产生的RNA称之为反义称之为反义RNA。转录后水平的调控转录后水平的调控第三十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月mRNA的加工的加工 原原核核生生物物的的mRNA往往往往一一产产生生就就是是成成熟熟的的，不不需需转转录录后后的的修修饰饰加加工工，真真核核生生物物基基因因的的初初始始转转录录产产物物则则一一

30、般般缺缺乏乏生生物物活活性性，必必须须经经过过剪剪接接加加工工后后成成为为有有活活性性的的成成熟熟mRNA分分子子，它它们们需需从从细细胞胞核核转转移移到细胞质内，指导蛋白质的合成。到细胞质内，指导蛋白质的合成。真真核核生生物物mRNA的的加加工工主主要要包包括括在在mRNA的的5末末端端加加“帽帽子子”，在在3端加上多聚腺苷酸尾巴以及进行端加上多聚腺苷酸尾巴以及进行RNA的剪接。的剪接。真真核核生生物物RNA的的剪剪接接有有三三类类：第第一一类类是是依依靠靠内内含含子子的的特特殊殊结结构构而而能能自自发发地地进进行行剪剪接接；第第二二类类是是蛋蛋白白质质（酶酶）促促剪剪切切；第第三三类类是是

31、需需要要一一种种细细胞胞核核小小分分子子核核糖糖核核蛋蛋白白参参与与剪剪接接的的方方式式，真真核核生生物物mRNA的的剪剪接接就就是是这种方式。这种方式。第三十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月翻译水平的调控l lmRNA的稳定性：mRNA的降解速度受细菌的生理状态、环境因素及mRNA结构的影响。l l翻译产物对翻译的影响l l小分子RNA的调控作用l lmRNAmRNA干扰性互补干扰性互补RNARNA（micRNA)micRNA)或反义或反义RNA RNA(antisense RNA(antisense RNA）l l调整基因表达产物的类型调整基因表达产物的类型l l低水平表达基因的

32、控制低水平表达基因的控制第三十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月真核生物基因表达的调控l lDNA水平的调控l l转录水平的调控l l转录后水平的调控l l翻译水平的调控l l翻译后水平的调控第四十张，PPT共六十页，创作于2022年6月真核基因组结构特点l l真核基因组结构庞大 3109bpl l单顺反子l l含有大量重复序列 l l基因不连续性 内含子 外显子l l非编码区较多 多于编码序列(9:1)第四十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月一、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哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA 约约

33、 3 10 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 40000 个，占总长的个，占总长的6%rDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5%10%第四十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月（二）单顺反子（二）单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)即即一一个个编编码码基基因因转转录录生生成成一一个个mRNA分分子子，经翻译生成一条多肽链。经翻译生成一条多肽链。（三）重复序列（三）重复序列（正向重复、反向重复）（正向重复、反向重复）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（10106 6 次）次）中度重复序列（中度重复序列（10103 3 10

34、104 4次）次）多拷贝序列多拷贝序列（四）基因不连续性（四）基因不连续性断裂基因断裂基因第四十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月基本概念基本概念基本概念基本概念顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子l l基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）与顺式作用元基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）与顺式作用元基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）与顺式作用元基因活性的调控主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）与顺式作用元件（通常在件（通常在件（通常在件（通常在DNADNA上）相互作用而实现。

35、上）相互作用而实现。上）相互作用而实现。上）相互作用而实现。l l顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件（cis-acting elementcis-acting element）：对基因表达有调节活性的：对基因表达有调节活性的：对基因表达有调节活性的：对基因表达有调节活性的DNADNA序列序列序列序列，其活性只影响与其自身同处在一个，其活性只影响与其自身同处在一个，其活性只影响与其自身同处在一个，其活性只影响与其自身同处在一个DNADNA分子上的基因；分子上的基因；分子上的基因；分子上的基因；l l通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如启动子。通常不编码蛋白质，多位于基因旁

36、侧或内含子中，如启动子。通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如启动子。通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如启动子。l l反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子（trans-acting factortrans-acting factor）：通过扩散自身表达产物（酶、调通过扩散自身表达产物（酶、调通过扩散自身表达产物（酶、调通过扩散自身表达产物（酶、调节蛋白）控制其他基因的表达节蛋白）控制其他基因的表达节蛋白）控制其他基因的表达节蛋白）控制其他基因的表达,如转录因子；如转录因子；如转录因子；如转录因子；l l其编码基因与其识别或结合靶核苷酸序列不在同一个其编码基因与其

37、识别或结合靶核苷酸序列不在同一个其编码基因与其识别或结合靶核苷酸序列不在同一个其编码基因与其识别或结合靶核苷酸序列不在同一个DNADNA分子上分子上分子上分子上第四十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月v基因表达的调节控制基本上是基因表达的调节控制基本上是反式作用因子反式作用因子与与顺式作用元件顺式作用元件的的相互作用相互作用。v反式作用因子只识别反式作用因子只识别DNA上非常短的一段序列（顺式元件）。上非常短的一段序列（顺式元件）。Cis-elementTrans-acting factorRegulator RNA polymarase第四十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月

38、结构基因和调控基因结构基因和调控基因结构基因和调控基因结构基因和调控基因l l结构基因结构基因结构基因结构基因（structural genesstructural genes）：编码蛋白质或：编码蛋白质或：编码蛋白质或：编码蛋白质或RNARNA的任何基因。的任何基因。的任何基因。的任何基因。zz原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。zz结构基因簇由单一启动子共同调控。结构基因簇由单一启动子共同调控。结构基因簇由单一启动子共同调控。结

39、构基因簇由单一启动子共同调控。调节基因调节基因调节基因调节基因（regulator genesregulator genes）：参与其他基因表达调控的：参与其他基因表达调控的：参与其他基因表达调控的：参与其他基因表达调控的RNARNA或或或或蛋白质的编码基因。蛋白质的编码基因。蛋白质的编码基因。蛋白质的编码基因。调节基因编码的调节基因编码的调节基因编码的调节基因编码的调节物质调节物质调节物质调节物质通过与通过与通过与通过与DNADNA上的特定位点结合控制转上的特定位点结合控制转上的特定位点结合控制转上的特定位点结合控制转录是调控的关键。录是调控的关键。录是调控的关键。录是调控的关键。调节物与调

40、节物与调节物与调节物与DNADNA特定位点的相互作用能以特定位点的相互作用能以特定位点的相互作用能以特定位点的相互作用能以正调控方式正调控方式正调控方式正调控方式（启动或增（启动或增（启动或增（启动或增强基因表达活性）调节靶基因，也能以强基因表达活性）调节靶基因，也能以强基因表达活性）调节靶基因，也能以强基因表达活性）调节靶基因，也能以负调控方式负调控方式负调控方式负调控方式（关闭或降（关闭或降（关闭或降（关闭或降低基因表达活性）调节靶基因。低基因表达活性）调节靶基因。低基因表达活性）调节靶基因。低基因表达活性）调节靶基因。第四十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月启动子和终止子l l启

41、动子启动子启动子启动子 (promoter,P)(promoter,P)：能被：能被RNARNA聚合酶识别、结合聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段并启动基因转录的一段DNADNA序列。序列。l l终止子终止子终止子终止子（terminatorterminator，T T）：给予）：给予RNARNA聚合酶转录终止聚合酶转录终止信号的信号的DNADNA序列。序列。l l启动子和终止子属于顺式作用元件，而启动子和终止子属于顺式作用元件，而RNARNA聚合酶聚合酶为反式作用因子。为反式作用因子。第四十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月启动子启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNA聚聚合合

42、酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件，至至少少包包括括一一个个转转录录起起始始点点以以及及一一个个以以上上的的功功能能组件组件。TATATATA盒盒GCGC盒盒CAATCAAT盒盒第四十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月增强子增强子(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序序列列，其其发发挥挥作作用用的的方式通常与方向、距离无关。方式通常与方向、距离无关。在转录起始点在转录起始点5或或3侧均能起作用；侧均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；

43、相对于启动子的任一指向均能起作用；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；对异源性启动子也能发挥作用；对异源性启动子也能发挥作用；通常具有一些短的重复顺序。通常具有一些短的重复顺序。特点特点第四十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月增强子第五十张，PPT共六十页，创作于2022年6月沉默子沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。白因子时，对基因转录起阻遏作用。第五十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月n同一同一DNA序列可被不同蛋白质识别序列可被不同蛋白

44、质识别n同一蛋白质因子可与多种不同同一蛋白质因子可与多种不同DNA序列发生联系，少数是序列发生联系，少数是直接结合，多数是蛋白质直接结合，多数是蛋白质-蛋白质相互作用后再影响蛋白质相互作用后再影响DNA。n蛋白质蛋白质-蛋白质或蛋白质或DNA-蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子基础。构象变化常是实现调控功能的分子基础。n反式作用因子在自身生物合成过程中，有相当大的可变性和可反式作用因子在自身生物合成过程中，有相当大的可变性和可塑性。塑性。反式作用因子反式作用因子 第五十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月操纵基因和阻

45、抑蛋白l l操纵基因操纵基因操纵基因操纵基因（operator geneoperator gene）：能被调控蛋白特异性结合的一段）：能被调控蛋白特异性结合的一段）：能被调控蛋白特异性结合的一段）：能被调控蛋白特异性结合的一段DNADNA序列，当调控蛋白结合在操纵基因序列上，会影响其下游序列，当调控蛋白结合在操纵基因序列上，会影响其下游序列，当调控蛋白结合在操纵基因序列上，会影响其下游序列，当调控蛋白结合在操纵基因序列上，会影响其下游基因转录的强弱。基因转录的强弱。基因转录的强弱。基因转录的强弱。l l与操纵基因结合后能减弱或阻止其调控基因转录的调控蛋白与操纵基因结合后能减弱或阻止其调控基因转

46、录的调控蛋白与操纵基因结合后能减弱或阻止其调控基因转录的调控蛋白与操纵基因结合后能减弱或阻止其调控基因转录的调控蛋白称为称为称为称为阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白（repressive proteinrepressive protein），其介导的调控方式称为），其介导的调控方式称为），其介导的调控方式称为），其介导的调控方式称为负负负负性调控性调控性调控性调控（negative regulationnegative regulation）；细菌通常为负调控；）；细菌通常为负调控；）；细菌通常为负调控；）；细菌通常为负调控；l l与操纵基因结合后能增强或起动其调控基因转录的调控蛋白与操纵基因

47、结合后能增强或起动其调控基因转录的调控蛋白与操纵基因结合后能增强或起动其调控基因转录的调控蛋白与操纵基因结合后能增强或起动其调控基因转录的调控蛋白称为称为称为称为激活蛋白激活蛋白激活蛋白激活蛋白（activating proteinactivating protein），所介导的调控方式称），所介导的调控方式称），所介导的调控方式称），所介导的调控方式称为为为为正性调控正性调控正性调控正性调控（positive regulationpositive regulation）。）。）。）。第五十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月转录因子l l转录因子转录因子转录因子转录因子：转录起始过程中

48、，：转录起始过程中，RNARNA聚合酶所需要的辅聚合酶所需要的辅助因子。助因子。l l转录因子转录因子转录因子转录因子参与正调控的反式作用因子。参与正调控的反式作用因子。l l正调控和负调控的共同点：调控蛋白都是反式作用因子。正调控和负调控的共同点：调控蛋白都是反式作用因子。第五十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，决决定定三三种种RNA(mRNA、tRNA及及

49、rRNA)转转录录的类别。的类别。个个别别因因子子，如如TFD为为通通用用的的，大大部部分分转转录录调调节节因子为不同因子为不同RNA聚合酶特有，决定转录的类别聚合酶特有，决定转录的类别 第五十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)能能够够选选择择性性调调控控某某种种或或某某些些基基因因转转录录表表达达的的蛋蛋白白质质因因子子称称为为特特异异性性转转录录因因子子.为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性表表达。达。转录激活因子（转录激活因子（如增强子

50、的结合蛋白如增强子的结合蛋白)转录抑制因子转录抑制因子(如沉默子的结合蛋白，或是与其他如沉默子的结合蛋白，或是与其他因子结合，抑制转录的蛋白质）因子结合，抑制转录的蛋白质）第五十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月真核基因转录调节是真核基因转录调节是复杂的、多样的复杂的、多样的*不不同同的的DNA元元件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调调节节方式；方式；*多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。元件。*转转录录因因子子与与DNA元元件件结结合合后后，对对转转录录激激活活过过程程所所产产生生的的效效果果各各异异，有有正正性性调调节节或或