正常人体学基因表达的调控课件.pptx
基因表达的调控,第 四 节,基因表达的调控第 四 节,基因表达(真核) 基因的活化转录转录后加工RNA转运至细胞质翻译翻译后加工基因表达的调控适应环境、维持生长和发育需要主要是转录水平的调控,一、基因表达调控的基本概念及其生物学意义,2,基因表达(真核)一、基因表达调控的基本概念及其生物学意义2,3,3,适应外界条件的变化方式：诱导合成(正调控)或阻遏合成(负调控) 一些相应的蛋白质特点：转录与翻译偶联，快速,二、原核生物基因表达的调控,(一)原核生物基因表达调控的特点,4,适应外界条件的变化二、原核生物基因表达的调控(一)原核生物基,调控机制操纵子(operon),结构基因,启动子(promoter),操纵基因(operator),其他调控基因,原核生物中一些成簇排列、相互协同的基因所组成的单位。一个操纵子结构基因(26)启动基因(启动子) 操纵基因(其他调控基因),5,调控机制操纵子(operon)结构基因启动子操纵基因其他,控制位点 结构基因,DNA,阻遏物,启动子,操纵基因,-半乳糖苷酶,通透酶,转乙酰基酶,1. 乳糖操纵子的结构和诱导剂,调控基因,Lac操纵子,(二)乳糖操纵子的结构和诱导剂,6,IPOZYa控制位点 结构基因DNA阻遏物,-半乳糖苷酶 对乳糖的作用,7,-半乳糖苷酶7,乳糖操纵子的发现：细菌可以以葡萄糖、乳 糖作为碳源葡萄糖充分时： 与葡萄糖代谢有关的酶大量表达 与其他糖代谢有关的酶少量葡萄糖耗尽、乳糖存在时(培养基)： 与乳糖代谢有关的酶大量表达 与葡萄糖代谢有关的酶少量,8,乳糖操纵子的发现：细菌可以以葡萄糖、乳 8,Lac阻遏物由基因I编码结构特点：具有4个相同亚基，每个亚基中都有 一个与诱导剂结合的位点调控机制：无诱导剂时：Lac阻遏物与O基因结合，结构基因 关闭有诱导剂时：Lac阻遏物与诱导剂结合，阻遏物构 象改变，不能与O基因结合，结构基 因开放，RNA聚合酶结合、延伸，转 录开始,2. Lac阻遏物的作用,9,Lac阻遏物由基因I编码2. Lac阻遏物的作用9,没有诱导剂存在时,10,IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA pol没有诱导剂存在,有诱导剂(别位乳糖或IPTG)存在时,11,IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA启动转录mRNA有诱导,葡萄糖存在时：优先利用葡萄糖作为能源分解物阻遏作用(catabolite repression)葡萄糖的分解产物对其他酶的抑制效应，与cAMP有关葡萄糖cAMP乳糖操纵子加入外源cAMP乳糖操纵子,3. CAP与cAMP复合物在乳糖操纵子表达 中的作用,(-),(+),12,葡萄糖存在时：优先利用葡萄糖作为能源3. CAP与cAMP复,CAP-cAMP复合物的激活作用CAP(catabolite gene activator protein)：有两个相同亚基的蛋白质，都具有与DNA结合的结构域和与cAMP结合的结构域cAMPCAPCAP-cAMP复合物乳糖操纵子,(+),13,CAP-cAMP复合物的激活作用(+)13,CAP位,无葡萄糖时，cAMP浓度高,有葡萄糖时，cAMP浓度低,DNA,CAP的调控机制,14,CAP位 + + + + 转录无葡萄糖时，cAMP浓度高有,低乳糖,高乳糖,低葡萄糖高cAMP,高葡萄糖低cAMP,葡萄糖和乳糖在乳糖操纵子基因表达中的 联系效应,15,mRNA低乳糖高乳糖低葡萄糖高葡萄糖RNA-polOPOPO,环境条件的变化是相关基因表达的外界信号 葡萄糖、乳糖浓度的变化基因表达的负调控(negative regulation) Lac阻遏物与操纵基因O结合后抑制了结构基因的表达基因表达的正调控(positive regulation) CAP-cAMP复合物与相应的DNA序列(CAP位)结合后促进基因的表达,原核生物基因(乳糖操纵子)表达调控的一般情况,16,环境条件的变化是相关基因表达的外界信号原核生物基因(乳糖操纵,转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关：环境信号转导染色质活化转录的激活基因表达以正调控为主(活化蛋白激活靶基因)转录与翻译在不同的亚细胞区域进行,三、真核生物基因表达的调控,(一)真核生物基因表达调控的特点,17,转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关：环境信号转导染,反式调节,顺式调节,18,cDNAaDNA反式调节C顺式调节 mRNA C蛋白质C,1. 顺式作用元件,真核生物中，和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列，包括启动子和启动子上游近侧序列、及增强子等，和转录调控有关。,(二)参与基因调控的顺式作用元件和 反式作用因子,19,1. 顺式作用元件真核生物中，和被转录的结构基因在距离上比较,一类在真核细胞核中发挥作用的蛋白质因子作用特点 识别和结合顺式作用元件中的特异靶序列，启动转录例：转录因子TFD 识别和结合 TATA box 转录因子Sp1 识别和结合 GC box 转录因子CTF1 识别和结合 CAAT box反式作用因子与相应的顺式作用元件结合后才能启动或有效启动转录,2. 反式作用因子(trans acting factors),20,一类在真核细胞核中发挥作用的蛋白质因子2. 反式作用因子(t,反式因子有两个必需的结构域DNA结合结构域：与顺式元件识别、结合转录激活结构域：与其他反式因子或RNA聚合酶结合,蛋白质,21,反式因子有两个必需的结构域蛋白质21,两个短-螺旋，之间-转角结构联系；其中一个-螺旋识别、进入DNA双螺旋结构的大沟最常见DNA结合域之一，例：CAP,(1) 螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix),3. 反式作用因子结构的模式,22,两个短-螺旋，之间-转角结构联系；其中一个-螺旋识别、,约30个氨基酸残基，其中4个氨基酸残基(2个Cys，2个His或4个Cys)以配位键与Zn2+相互作用 具有多个相同的锌指结构，与DNA双螺旋大沟结合,(2) 锌指(zinc fingers),23,约30个氨基酸残基，其中4个氨基酸残基(2个Cys，2个Hi,1,2,3,4,5,6,7,8,9,蛋白质,24,123456789蛋白质24,一段肽链中每隔7个氨基酸残基就有一个亮氨酸残基出现，形成-螺旋的两面亲水面：亲水性氨基酸残基构成疏水面：亮氨酸残基构成(亮氨酸拉链条)借疏水作用形成二聚体(同二聚体/异二聚体)发挥作用DNA的结合域：拉链区以外的结构,(3) 亮氨酸拉链(leucine zippers),25,一段肽链中每隔7个氨基酸残基就有一个亮氨酸残基出现，形成-,26,26,(4) 螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix),27,(4) 螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix)2,
