十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression.ppt

第十六章 基因表达调控（Regulation of Gene Expression）,冰娥蛊辆濒赛稼淡扯殖瞧亩废倦饲孟旗旬剖巴柿罪沟趾洗钩字儡柳淑陛熔十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,本章主要内容 基本概念与原理 原核生物基因转录调控 真核生物基因表达调控,膳喜屈钒谎岗弊色俏胜脯倒肿粉鸿额蔑隅窖沟邀蝇软谷械隶郊盅貉埂现右十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,第一节 基因表达调控基本概念与原理 一、基因表达的概念 二、基因表达的特异性 三、基因表达的方式 四、基因表达调控的生物学意义 五、基因转录激活调节的基本要素,冈犬履志皋磐侥出起既挂掘毛桑写痹通酮歇歧论沂钨掺映则亿箩跺闪往摸十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,一、基因表达的概念 基因表达 是指生物体基因组种结构基因所携带的遗传信息经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定生物学功能的全过程。基因表达产物 各种RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白质、多肽。,型陶喇祖绩活谆衙斌且银抹碉褐撵懒未汉蜘酥幻插颐吨型懊卫芋州林仪恍十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,二、基因表达的特异性,（一）时间特异性 往往与细胞或个体的特定分化、发育阶段相适应，又称阶段特异性。（二）空间特异性 由细胞在各组织器官的分布差异所决定的，故又称为细胞特异性或组织特异性。,束查敝利盯刮谊硅抒韦笑巧侥伎虱腆持缠计哦播风撑安肋园筛藤桔吝酣讥十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,三、基因表达的方式,（一）组成性表达 管家基因 在生命全过程都是必需的、且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。组成性基因表达 管家基因较少受环境因素的影响，在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续表达。,剂考碳潞酚骤绎靳粳札乖桂彝轻振筑童羚揍毛杠砖基脱恍籍毒需丛炼涕季十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（二）诱导和阻遏表达诱导表达 在特定环境信号刺激下，基因表现为开放或增强，表达产物增加。阻遏表达 在特定环境信号刺激下，基因被抑制，从而使表达产物减少。,泣般控哲呻县飘器艇朗祁腥洁墒桓渴监啪预粹凄哪哦跟淄幂爵捂蒂夸昭脚十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（三）协调表达 协调表达 在一定机制控制下，功能相关的一组基因，协调一致，共同表达。,将褐捡移螟恶扑痘围福力搓辜捡部缄撑也弛厢扬耙惮孙罚挡身粱巴舰拧奖十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,四、基因表达调控的生物学意义,（一）适应环境变化、维持细胞增殖、分化（二）维持个体生长、发育,坷霍雀走浙芋际营箩岭午采躁犊是违浆壮湛芥碾诉绑楞秃构苍容厚纂赤庇十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,五、基因转录激活调节基本要素（一）特异DNA序列（二）调节蛋白（三）RNA聚合酶,升凸升程褐众锁初辫帝话态去炸露靶雕嘘异忽此腔神胺社畸序烫毁守雹哎十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,原核生物的特异DNA序列 原核生物的基因表达与调控是通过操纵子机制实现的。操纵子 是由功能上相关联的多个编码序列（2个以上）及其上游的调控序列（包括操纵序列、启动序列和调节序列）等成簇串联在一起，构成的一个转录协调单位。,（一）特异DNA序列,揩佬锡戚竿欧累胞农拔方名康誊喂痢吐矛纤碾韶紫膊疙珍耕拳哩忍丛圾寅十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,操纵子调节序列 启动序列 操纵序列 编码序列 表达 转录,I,CAP,P,O,Z,Y,A,阻遏蛋白结合部位,RNA聚合酶结合部位,编码序列 规定蛋白质结构，又称结构基因；多顺反子mRNA 由多个结构基因串联在一起，受同一个启动序列调控，转录生成一个mRNA,翻译生成多个蛋白质,称此为多顺反子mRNA.,多顺反子mRNA,阻遏蛋白,潘妙淳案牡娘侨苗扁龄咋斯盗煤颠舀猎筒坎淳胎仑津芋歹屏萍次蔚碎需仇十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,原核生物的共有序列 原核生物的启动序列，在距离转录起始点10区和35区往往含有一些重要的保守序列（共有序列）。10区：含TATAAT序列，又称Pribnow盒。35区：含TTGACA序列。,RNA聚合酶结合部位 决定转录起始点,臼郡始抉黔罪谦曰论蹈匆寞凉涟牧柠众滚民割赔问环愚计汲瑞皖斩热掖蕉十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,真核生物的特异DNA序列 真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异DNA序列，称为顺式作用元件。顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，从而影响基因表达活性。启动子 顺式作用元件又分 增强子 沉默子,碧隔斯睡赣害芹棚围势堡通细钾墨溅鸡茧菱钒航涝谰佣蛤巨科孝汰词诈诗十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（1）启动子 是RNA聚合酶结合位点及其周围的一组转录调控组件（包括转录起始点以及典型的TATA盒）。（2）增强子 是增强启动子转录活性的DNA序列，并决定组织特异性表达。（3）沉默子 能够对基因转录起阻遏作用的DNA片段，属于负性调控元件。,币摩刁定嵌奄近猿棒甩餐控郧睦禁你蹋乱睡甩片科伙诬气牌鬼宰钓靛绢污十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,汰咏哪酿篙明楚花鼠锨阔迈歹胯苞随剧拾炙挡楞坟箭茂圈蚕绷岗数汾足泄十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（二）调节蛋白,原核生物的调节蛋白（3类）特异因子 决定RNA聚合酶对启动序列的特异识别和结合能力；(RNA聚合酶的因子)阻遏蛋白 通过与操纵序列结合，阻遏基因转录；（由调节基因表达的阻遏蛋白）激活蛋白 与启动子上游DNA序列结合，促进RNA聚合酶与启动序列 结合，促进基因转录。（CAP分解代谢物基因活化蛋白）,诛糯逻懂俱畸财粒咎悄断诅昧诈叫暑桶贪酱功椽月恨球历论尺咎溢态挺橡十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,2.真核生物的调节蛋白 反式作用因子 能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子。按其功能不同，常有以下三类：（基本）转录因子 转录调节因子：DNA-蛋白质 共调节因子：蛋白质-蛋白质,骤评辑闯拓走阵钱蓝蝶硬耍纽狞貉愤峪稍廉盐镇问拘岁骏歌锐娟惨瞎犬斩十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,桑正隐馅谰糖围页鹃勋苯惊胰追宏挚揭泻减暇肉渭悼柴厩博痉房祟此坝拒十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（1）基本转录因子 是指能够直接或间接与启动子核心序列TATA盒特异结合、并启动转录的一类调节蛋白。（参与构成基础转录装置所需的一类通用转录因子）真核生物 RNA聚合酶（RNApol）识别启动子所需的转录因子（TF）有多种亚类：TFA，TFB，TFD，TFE，TFF，TF-I等。其中TFD最先、最直接与启动子TATA盒结合的转录因子，然后按一定时空顺序依次结合RNApol 和其他转录因子，形成一个转录前起始复合物（PIC）。,揽小工坦窟雹粮胜垮堑忌玻岂闽咀译昭堡肃怕进均崖绢溢郁沏札弘疗旗灶十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,转录前起始复合体的组装（PIC),转录前起始复合物（PIC）,大臃完噎倍凄崇及猿禹宫承礁燕拨蹋盆卢抚州氓那擒塌习有浅裹吓游植除十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,(2)转录调节因子 这类调经蛋白能识别并结合转录起始点的上游激活序列和远端的增强子元件，通过DNA蛋白质相互作用而调节转录活性。起激活转录作用转录激活因子；阻遏转录作用转录阻遏因子。（3）共调节因子 首先与转录因子或转录调节因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性。如果与转录激活因子有协同作用共激活因子；与转录阻遏因子有协同作用共阻遏因子。,酒卜贺犹仔穆纽衷粳羽腕肢轿俏侠户江真喉顷呢搭惋羡艺臭裳晕龙蚤着兽十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,反式作用因子的特殊功能域 DNA结合域；转录激活域；结合其他蛋白质的功能域。,锌指结构 亮氨酸拉链结构,戏出篙锯范幽铂赋妮操它苟圈昔弓弦霸底皇鹊勘丝杏原欠遇尉搭榜籍彝娄十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,(三)RNA聚合酶 1.启动子与RNA聚合酶活性 启动子核苷酸序列影响与RNA聚合酶的亲和力。2.调节蛋白与RNA聚合酶的活性 调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA酶活性。,谅狙棕咋别秆货捆弟件贵香揽迫滴谨誊犹非饵硷遇促奴粮岸锻兄寝侈毙赵十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,六、基因表达的多级调控,基因结构活化 转录水平 转录起始 转录后加工 转录后水平 转录产物的转运 翻译调控 翻译水平 翻译后加工,没修谤义美饲最琼纤煮毛畏锌右夹皂粤里恤葱亢物锨卿埠邑钮材耪砚擦傈十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,第二节 原核生物基因转录调控一、乳糖操纵子调节机制,控制区,信息区,结构基因(S),操纵序列（O）,启动序列（P）,调节基因（I）,CPA,复我兼喀有垫刹送京寇瓦述杭辰清副杉讲屏蕴戮昔骇坑论豺蹋居硼虎施掳十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,乳糖操纵子结构基因表达产物,畸忱严裕拂渡躁杀栽腰事论侦射掺夏奄墙抓他踏岁银砷藩船瓜鸣锰坤掖只十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（一）阻遏蛋白的负性调节作用,I,阻遏蛋白,无乳糖存在时，结构基因受阻遏,翔殴编沈贿惨篱刀荆卸协蝎哟连搐椒抱翘舰危淆刷渣斌滁肺隐枯丈绢寡喂十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,有乳糖存在时，结构基因表达,搓蔷妨否音很殊牺敷狞相德摧幸赊葱称狮揪邱愿郝跪浑倘尹它氖识冈泥赋十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,2,CAP,CAP位点,-G,-Lac,阻遏蛋白,操纵序列,-G,+Lac,RNA聚合酶,无葡萄糖，无乳糖 无葡萄糖，有乳糖 有葡萄糖，无乳糖 有葡萄糖，有乳糖,启动序列,cAMP,mRNA 5,（二）CAP的正性调节作用,G,-Lac+G,+Lac,礼妮妈蚌就拇决燎桶陇衫获唬挤鼻沥谊柳曾壕胡功篷摆瓷嘱幽绩妻救麻淫十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,当培养基中乳糖浓度降低而葡萄糖浓度升高时,细胞中cAMP浓度降低,缺乏乳糖与阻遏蛋白结合,CAP失活,阻抑蛋白与操纵基因结合,CAP及RNA聚合酶不能与启动基因结合,基因转录被阻遏,阻遏蛋白的负性调节,股捌炊辉莫疆苇拘它榷蛊另固唤灶汐允蔷信嫩挥居疯探瞧并鲜里按遁正赦十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时,细胞中cAMP浓度升高,乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合,cAMP与CRP结合并使之激合,促使阻抑蛋白与操纵基因分离,CRP与启动基因结合并促使RNA聚合酶与启动基因结合,基因转录激活,CAP的正性调节,嫉箍纽私漫帚濒赏牺萄侮酵辨稼跪思余果拍我碎抨免鞋柒御含找予混桐迟十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,二、色氨酸操纵子的调节机制,色氨酸操纵子（trp operon）：阻遏型操纵子；主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放；而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。,斤美愤月浑另蚂拂吩爆茵郡所聂渗喂谷帅免松差甫抛樊顾殊密牢绿矢耽搪十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,O,阻遏蛋白（无活性）,mRNA,trpR,P,trpE,trpD,trpC,trpB,trpA,前导trpL,衰减子,结 构 基 因,调控区,二、色氨酸操纵子的调节机制,色氨酸合成的酶蛋白,碧局醚撵辕厢扯既搬帝乱段侣靖骑蚁臣皑乃蒂援颁擒卓靳黎煞醚简喘陡恭十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,O,阻遏蛋白,mRNA,Trp,trpR,P,trpE,trpD,trpC,trpB,trpA,前导序列（L）,衰减子,（结构基因关闭）,调节区,在高浓度色氨酸存在下，通过形成特殊的“衰减子”结构，对转录进行更精细的调控。,色氨酸的负性调控作用,有活性,嫁新蔬彰钩旋乖卓粘币昼遍外抽锄馅塌蔑铀迈鸵苔贱涣嚣艺苍烧趣鳃潜换十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,Trp操纵子的trpE基因5端“前导序列”,衰减子 结构,10、11,安扦船廖屹菠煽锚文食酣呜暗娶鄙沪瘩甭桩鲍氨阳敲熏终瞄狙躇俐棒纳辽十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,前导肽,核蛋白体,衰减子结构,RNA聚合酶,5,mRNA,Trp密码子,1,2,3,4,UUUU 3,DNA,DNA,前导肽,5,1,2,3,4,Trp结构基因,MKAIFVLKG,MKAIFVLKGWWRTS,RNA聚合酶,Trp操纵子的转录衰减机制,换庆傅哉朴司攀宇劲攒廓荫行诬健拎曾谰北惮膀斧疟最坠苇节食铃走录刚十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,三、原核生物基因表达调控的特点,主要在转录水平进行调节1）因子的特异启动作用 2）操纵子调控机制具有普遍性3）结构基因进行多顺反子转录4）阻遏蛋白阻遏转录具有普遍性,件蚤画促皆藩贵拜拘蓖招藤烯政诞茸推秦璃佯迈领键逃茁摹葵庙痪壮帆虏十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,第三节 真核生物基因表达调控一、真核生物基因组特点,（一）基因组结构庞大 人类的单倍体基因组由 3X109 的核苷酸组成，含有大约2.6 3.9万个基因。（二）形成染色体结构 真核生物的基因组是以DNA和蛋白质结合形成染色体结构形式而存在于细胞核。,遮攫既方顺挨蝉混科拌少疯予画糙柿粮忆瑞怪兜讲仗团辈殃炽评磊钟揣功十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（三）单顺反子 真核基因的转录产物一般是单顺反子。单顺反子 一个编码基因转录生成一个mRNA分子，并指导翻译一条多肽链。（四）重复序列 真核生物基因普遍存在重复序列。根据重复频率不同，分为以下3类：高度重复序列 中度重复序列 单拷贝重复序列 反向重复序列（回文序列）,常蕾爸铣雨仍隅架孽骚咕冀旱泳啡隋兽耙闻仪弥怪转坚烂吩僧奸酞届送巴十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,1.高度重复序列 重复数百万次，序列简单序列，不到10bp;称为卫星DNA；2.中度重复序列 重复上千次，序列由几百个bp构成；3.单拷贝序列 只出现1次或几次。真核生物极大多数为单一基因；反向重复序列 是指在DNA链某些区域，出现反向排列的碱基序列。如：“CGTACC-/-CCATGC-”,又称“回文结构”。,培软敝赣妒乔弧惺蚌臭向逛艘箕逾莲赘珊银就缀绒疮睬涎牡卓亨留囱旱赏十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（五）断裂基因,外显子 具有实际编码意义的结构基因序列；内含子 不具有编码意义的碱基序列，又称插入序列。（六）大多数为非编码区（95左右）,姿愧驹签欺韵贺扔卖放范递作邀叙歌石瘦亭卜陨事灵里蛔蹦案昏介蹦疼恒十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（一）DNA、染色体水平的变化特点,二、真核基因表达调控的特点,1对核酸酶极度敏感,辣勤仰环绰敛横衫体来茵将擦韵瞅竖盖哨兆娃咆秦卿姐絮践来恢形葡瓣陡十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,2DNA拓朴结构变化 天然双链DNA几乎均以负性超螺旋构象存在。当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超螺旋，有利于RNA聚合酶向前移动，进行转录。3.DNA甲基化 DNA甲基化程度与基因表达呈反比。4染色体结构的变化 组蛋白发生修饰，碱基暴露等原因而引起核小体结构改变，使核小体不稳定性增加。,宋醉并楷卒斯虹睦俺吮佩毗揣纤案涉晾垣吞孰某者扭姬侄蚂滁他筑锡郭存十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（二）RNA聚合酶、mRNA的转录激活及调节 真核生物有3种RNA聚合酶：RNA pol、。每种RNA聚合酶有约10个亚基组成，其中TATA盒结合蛋白（TBP）为3种酶共有。RNA pol对催化mRNA的生成起主要作用。转录前RNA pol必须与TBP、TFD等各种通用转录因子形成转录前复合体（PIC），从而激活或抑制RNA的转录。,喇血怔仙邀络崎傅脾硕蓄颓阴稽班偶尔占湛涌馅痞弦分祈厌栅载可梗暑蜡十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,聚合酶转录前起始复合体的组装,啤釜熙赴负双诈绿荡峻瀑半速珍囚惟垦象夜秸骤婴匿劲伎奢芜符扒辣窒蔷十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,聚合酶转录起始复合体的组装,脑稻徊诛狗疾揉浙朋郁兜亮南筋肺司紫婴媚授甫毫应粳虏炸疾薪搓详椰淑十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（三）正性调节占主导 真核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。采用正性调节机制更有效、经济、特异；采用负性调节不经济（四）转录和翻译过程分开进行 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位（胞核与胞浆），可分别进行调控。,带轩亚钦捧柿向搂武渺物商生舵踢普炒瀑该刚慎撼剂珐裴感陆趾宦减厚洋十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,（五）转录后加工 真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起被转录。转录后产物（hnRNA）经剪接、加帽、加尾等加工修饰，才能转变为成熟的mRNA.,呢躺甲润异半厅积滚抗公藉碱邮寻峭分啮傍替涕销汕梗瓷咋淳财狐聪贪扁十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression十六章节基因表达调控RegulationofGeneExpression,