基因表达的调控精选PPT.ppt
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1、关于基因表达的调控第1页,讲稿共58张,创作于星期日 DNA RNA蛋白质蛋白质分子生物学的中心法则分子生物学的中心法则(centraldogma)复制复制转录转录转录转录翻译翻译逆转录逆转录RNA复制复制第2页,讲稿共58张,创作于星期日基因表达(基因表达(geneexpression)基因经过转录、翻译,产生具有特异生物基因经过转录、翻译,产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。学功能的蛋白质分子的过程。第3页,讲稿共58张,创作于星期日基因表达调控呈现多层次和复杂性基因表达调控呈现多层次和复杂性基因表达的多级调控基因表达的多级调控基因激活基因激活重排重排甲基化程度甲基化程度转录起始转录
2、起始转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰蛋白质降解等蛋白质降解等转录起始转录起始第4页,讲稿共58张,创作于星期日基因表达具有时间特异性和空间特异性基因表达具有时间特异性和空间特异性(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特按功能需要,某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生,称之为基因表达的定的时间顺序发生,称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporalspecificity)。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段阶段特异性特异性(stagespecificity)。第5
3、页,讲稿共58张,创作于星期日(二)空间特异性(二)空间特异性基基因因表表达达伴伴随随空空间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异,实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的,所所以以空空间间特特异异 性性 又又 称称 细细 胞胞 或或 组组 织织 特特 异异 性性(cell or tissuespecificity)。在在个个体体生生长长全全过过程程,某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现,称称之之为为基基因因表表达达的的空空间间特特异性异性(spatialspecificity)。第6页,讲稿共58张,创作于星
4、期日基因表达调控为生物体生长、发育所必需基因表达调控为生物体生长、发育所必需(一)以适应环境、维持生长和增殖(一)以适应环境、维持生长和增殖生物体所处的内、外环境是在不断变化的。生物体所处的内、外环境是在不断变化的。通过一定的程序调控基因的表达,可使生物体表通过一定的程序调控基因的表达,可使生物体表达出合适的蛋白质分子,以便更好地适应环境,达出合适的蛋白质分子,以便更好地适应环境,维持其生长和增殖。维持其生长和增殖。第7页,讲稿共58张,创作于星期日(二)以维持细胞分化与个体发育(二)以维持细胞分化与个体发育在多细胞个体生长、发育的不同阶段,或同在多细胞个体生长、发育的不同阶段,或同一生长发育
5、阶段,不同组织器官内蛋白质分子分布一生长发育阶段,不同组织器官内蛋白质分子分布、种类和含量存在很大差异,这些差异是调节细胞、种类和含量存在很大差异,这些差异是调节细胞表型的关键。表型的关键。第8页,讲稿共58张,创作于星期日第一节第一节 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 原核生物基因表达的调控方式原核生物基因表达的调控方式:对生长环境变化对生长环境变化的反应与适应的反应与适应诱导诱导(正调控)(正调控)阻遏阻遏(负调控)(负调控)第9页,讲稿共58张,创作于星期日操纵子(操纵子(operon):一些成簇排列、相互协同的基因串连所组一些成簇排列、相互协同的基因串连所组成的基因表达的协
6、同单位(成的基因表达的协同单位(acoordinatedunitofgeneexpression).编码序列编码序列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(promoter)(operator)第10页,讲稿共58张,创作于星期日一、乳糖操纵子一、乳糖操纵子(lactoseoperon)第11页,讲稿共58张,创作于星期日细菌以细菌以葡萄糖葡萄糖为能量来源为能量来源n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n葡萄糖耗尽时,葡萄糖耗尽时,乳糖存在(培养基):乳糖存在(培养基
7、):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的酶基因有关的酶基因-关闭关闭第12页,讲稿共58张,创作于星期日 细菌对乳糖的利用及其相关的细菌对乳糖的利用及其相关的酶酶:转乙酰基酶-功能未详乳糖乳糖 (在通透酶作用下进入细菌)在通透酶作用下进入细菌)半乳糖苷酶半乳糖苷酶(细菌中少量存在)(细菌中少量存在)(细菌中少量存在)(细菌中少量存在)半半半半乳乳乳乳糖糖糖糖苷苷苷苷酶酶酶酶(细细细细菌菌菌菌中中中中少少少少量量量量存存存存在在在在)别位乳糖别位乳糖半乳糖苷酶半乳糖苷酶(细菌中少量存在)(细菌中少量存在)(细菌中少量存在)(细菌中少量存在)葡萄
8、糖葡萄糖+半乳糖半乳糖第13页,讲稿共58张,创作于星期日IPOZYa 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阻阻遏遏蛋蛋白白启启动动序序列列操操纵纵序序列列半半乳乳糖糖苷苷酶酶通通通通透透透透酶酶酶酶乙乙酰酰基基转转移移酶酶1、乳糖操纵子的结构与诱导剂、乳糖操纵子的结构与诱导剂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合位点调控基因调控基因调控基因调控基因第14页,讲稿共58张,创作于星期日n生理性诱导剂生理性诱导剂n实验常用诱导剂实验常用诱导剂l别位乳糖别位乳糖l异丙基硫代半乳糖异丙基硫代半乳糖(IPTG)Lac操纵子诱导剂操纵子诱导剂第15页,
9、讲稿共58张,创作于星期日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15-42、Lac阻阻遏遏物物的的作作用用第16页,讲稿共58张,创作于星期日3、CAP-cAMP复合物在乳糖操纵子表达中复合物在乳糖操纵子表达中的作用的作用-乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控低葡萄糖、高乳糖、高低葡萄糖、高乳糖、高cAMP时:时:vLac阻遏蛋白不封闭转录阻遏蛋白不封闭转录vCAP+cAMP加强转录加强转录cAMP饥饿信号饥饿信号CAP分解物基因激活物蛋白分解物基因激活物蛋白第17页,讲稿共58张,创作于星期日n n葡萄糖存在时:葡萄糖存在时:葡萄糖存在时:葡萄糖存在时:n n优先利用葡萄糖作为
10、能源。优先利用葡萄糖作为能源。优先利用葡萄糖作为能源。优先利用葡萄糖作为能源。n n与与与与阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白的存在有关的存在有关的存在有关的存在有关-乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控n n与与与与cAMPcAMP有关:有关:有关:有关:葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 cAMPcAMPLacLac操纵子(操纵子(操纵子(操纵子(-)n n只有乳糖存在时:只有乳糖存在时:只有乳糖存在时:只有乳糖存在时:n n只能利用乳糖只能利用乳糖只能利用乳糖只能利用乳糖n n解除解除解除解除阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白的作用的作用的作用的作用n nCAP-c
11、AMPCAP-cAMP复合物的激活作用复合物的激活作用复合物的激活作用复合物的激活作用CAP+cAMPCAP+cAMP乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子 导致结构基因转录导致结构基因转录导致结构基因转录导致结构基因转录(正调控正调控正调控正调控)n ncAMPcAMP在原核生物中的作用在原核生物中的作用在原核生物中的作用在原核生物中的作用(饥饿信号)(饥饿信号)(饥饿信号)(饥饿信号)n nCAP(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):):n n有二个相同亚基的蛋白质有二个相同亚基的蛋白质有二个相同亚基的蛋白质有二个相同亚基的蛋白质n
12、 n一个与一个与一个与一个与DNADNA结合的结合的结合的结合的domaindomain一个与一个与一个与一个与cAMPcAMP结合的结合的结合的结合的domaindomain第18页,讲稿共58张,创作于星期日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 结构基因结构基因DNADNA阻阻遏遏蛋蛋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纵纵序序列列 半半乳乳糖糖苷苷酶酶通通通通透透透透酶酶酶酶乙乙酰酰基基转转移移酶酶乳糖操纵子(乳糖操纵子(lactoseoperon)结构结构RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶结
13、合位点结合位点结合位点结合位点第19页,讲稿共58张,创作于星期日 CAP-cAMP复合物复合物在乳糖操纵子表达中的作用在乳糖操纵子表达中的作用-正调控正调控图图15-5葡萄糖和乳糖在乳糖操纵子基因表达中的联系效应葡萄糖和乳糖在乳糖操纵子基因表达中的联系效应(1)(2)(3)(4)第20页,讲稿共58张,创作于星期日m原核生物基因表达的一般情况原核生物基因表达的一般情况 (乳糖操纵子)(乳糖操纵子)n环境条件的变化是相关基环境条件的变化是相关基因表达的外界信号因表达的外界信号n基因表达的基因表达的负调控负调控n基因表达的基因表达的正调控正调控n正、负调控协同表达正、负调控协同表达葡萄糖、乳糖浓
14、度的变化葡萄糖、乳糖浓度的变化Lac阻遏物阻遏物与操纵基因与操纵基因cAMP+CAP与相应的与相应的DNA序列序列第21页,讲稿共58张,创作于星期日二、色氨酸操纵子二、色氨酸操纵子第22页,讲稿共58张,创作于星期日1、阻遏物对色氨酸操纵子的负调控、阻遏物对色氨酸操纵子的负调控n n阻遏物阻遏物+Trp结合操纵基因结合操纵基因相同二个相同二个共阻遏物共阻遏物亚基组成亚基组成的蛋白质的蛋白质n n高高Trp时:阻遏物时:阻遏物+Trp结合操纵基因结合操纵基因n n低低Trp时:阻遏物时:阻遏物不结合操纵基因不结合操纵基因第23页,讲稿共58张,创作于星期日阻遏物对色氨酸操纵子的负调控阻遏物对色
15、氨酸操纵子的负调控 调控基因调控基因 结构基因结构基因 催化分支酸转变为色氨酸的酶催化分支酸转变为色氨酸的酶TrpRTrp第24页,讲稿共58张,创作于星期日2.衰减作用对色氨酸操纵子的调控衰减作用对色氨酸操纵子的调控n n衰减子衰减子(attenuator)-DNAn n位于位于L基因中基因中,离离E基因基因5端约端约30-60bp。n n通过通过衰减子(转录终止结构)衰减子(转录终止结构)使转录终止。使转录终止。n n高高Trp时:衰减子起作用,终止转录。时:衰减子起作用,终止转录。产生产生“衰减子转录产物衰减子转录产物”(mRNA),转录、翻译偶联,同时产生转录、翻译偶联,同时产生“前导
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