第十四章基因表达与调控.ppt

第十四章 基因表达与调控,盼胎践吉佃锭骆芝法镀诀颖憨祷鳖跳孝移长嗅禽吨氮亩窖慕削融窃系校部第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,本章重点,1基因概念及其发展。2原核生物基因调控：操纵元模型。3真核生物基因调控：DNA、转录和翻译三个水平。,卜顾艺桩和绣卫卑酋忠记吊栏幸贺以丘孽咬鹃琶笨臭腋嫩慎骋稗戳臂退余第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,一、基因的概念及其发展：、经典遗传学关于基因的概念：*基因具有染色体的主要特性：自我复制和相对稳定性，在分裂时有规律地进行分配。*交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。*突变单位：一个基因能突变为另一个基因。*功能单位：控制有机体的性状。所以，经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。,群调循佳疟左快行乐拜助娄叙涎版暴寐晚矽滥棘旷农痪庞副粮剔效除诫渺第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,、分子遗传学关于基因的概念：.揭示遗传密码的秘密：基因是具体物质。一个基因DNA分子上一定区段，携带有特殊遗传信息 转录成RNA 翻译成多肽链，或对其它基因的活动起调控作用(如调节基因、启动基因、操纵基因)。.基因不是最小遗传单位，是更复杂的遗传和变异单位：例如：在一个基因区域内，仍可以划分出若干起作用的小单位。,吊拢楚翁递斤浦佩莆治尿实骚搬咽币勺诬晒乖翔彪阵撤怕莉孝缓苟俊爪茹第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,.现代遗传学上认为：突变子(muton)：性状突变时产生突变的最小单位。一个突变子可以小到只有一个碱基对；如移码突变。重组子(recon)：性状重组时，可交换的最小单位。一个交换子可以只包含一个碱基对。顺反子(cistron)：表示一个作用的单位，基本符合通常所述基因的大小或略小。所包括的一段DNA与一个多肽链合成相对应；平均为5001500个碱基对。,褥羹恤尘股髓羊荤祖滴鞍腾幌科叶其悼番湿赁邯扰加聊哲俺窄耸促叹免立第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,基因概念：.可转录一条完整的RNA分子或编码一个多肽链；.功能上被顺反测验或互补测验所规定。分子遗传学保留功能单位的解释，而抛弃最小结构单位说法。基因：相当于一个顺反子，包含许多突变子和重组子。,尹纫吮臭轿各啪荤并露该晓社哀楷吨寿怕怎髓骗沂澡与贱雇沟形钝峪盯枚第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,、分子遗传学对基因概念的新发展：结构基因(structural gene)：指可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。调控基因(regulator gene)：指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。重叠基因(overlapping gene)：指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。,嫁胡嚣寻尖帅牧丑叶紊俞绞膝坊拌扔邵倒涅澳川队喷诸泞谗害聚柬舵握嫡第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,隔裂基因(split gene)：指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段；外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。,钞刘疙诀鼓茧澎婴猜汀蒜鹤盒蔗魏仍召缕绩儒莎梭驼逞原是挟遗荫射亦碟第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,跳跃基因(jumping gene)：即转座因子，指染色体组上可以转移的基因。实质：能够转移位置的DNA片断。功能：在同一染色体内或不同染色体之间移动 引起插入突变、DNA结构变异（如重复、缺失、畸变）通过表现型变异得到鉴别。.假基因(pseudogene):同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因。真核生物中的血红素蛋白基因家族中就存在假基因现象。,伍淫较烃汀疽捌雁郎诬却碗挺盘留饮版贷睡度肋暑侠客镑际孕秸抱富指篷第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,二、基因的微细结构：、互补作用：设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。判断是属于同一个基因突变，还是属于两个基因突变？即判断是否属于等位基因？建立双突变杂合二倍体；测定突变间有无互补作用。,灯暮惑肮郝根捧捌帅烈巧残空咱拄掳挫嗣蝎樊预氛黄爱察若孝恒尽义峙济第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,1无互补作用：则个体表现为突变型，突变来自同一个基因，只能产生突变的mRNA 形成突变酶和个体，显示突变的表现型。,鹰焰篙侵咏仍瓜羹砰飘恢惊琵绊顾费晚史坪涨袱靶冷埋象凡寻晨隋阜乳饺第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,2有互补作用：突变来自不同的基因，则每个突变的相对位点上都有一个正常野生型基因，最终可产生正常mRNA，其个体表现型为野生型。,椽腥腰梁询崭乞祟陌泵骸酥屠骑册纤套拷婴办瘤洁癸晤蹦烫望丢栏讼镭腐第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,3互补测验（顺反测验）：根据功能确定等位基因的测验。顺反测验：根据顺式表现型和反式表现型来确定两个突变体是否属于同一个基因（顺反子）。顺式排列为对照（是两个突变座位位于同一条染色体上），其表现型 野生型。实质上是进行反式测验（反式排列：是两个突变座位位于不同的染色体上）。反式排列为野生型：突变分属于两个基因位点；反式排列为突变型：突变分属于同一基因位点。,就琵缕胀档月省锦擎嗅挚嚏粱虞疽狂瘫艰魂捷粮家膘燎躁脏弦罚戊撇幕篡第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,学氏酥褥堪逛安疼烟椭蠕脖缀滋赴窗滇它爹屠东慧煌白厨渐耪矮姿闷骗嵌第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,、基因的微细结构：本泽尔利用经典的噬菌体突变和重组技术，分析T4噬菌体r区基因的微细结构。原理：r+野生型T4噬菌体：侵染E.coli B株和K12株；r突变型T4噬菌体：只侵染B株，不能侵染K12()株。利用上述特点:让两个r突变型杂交并侵染K12()株，选择重组体r+，计算出两个r+突变座位间的重组频率。,报抢缅悯推肯潦右蝗考效茸首粥晾韦钮谴余趁律集堆苏屈疮图利垄树戊缕第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,方法：,擅帜砚少剑雅翁蜡忧赐港环邵万鞍绒昨碾凭腆揭袖立浮茄傲它发插偷珠潜第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,结果：.重组值计算：rxry的数量与r+r+相同，计算时r+r+噬菌体数2。,敛里哲茸痰碘凶羡梨盒蹈帧脱填莆照蛰缓让阐允晌严赶斋械莽北蛊橙蚤按第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,.r突变体类型：rA、rB：两个rA突变体混合 K12 无噬菌体繁殖两个rB突变体混合 K12 无噬菌体繁殖rA rB突变体 K12 噬菌体繁殖所以，rA与rB区段可以互补，分属于不同基因座位。,回桶灰哎司氢韧陡级犹虽搀全贝狠箔辽犯亭非磋挪每歧柜脆釉胖朋票渺悉第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,1.顺式调控：如基因启动子发生突变，使调控蛋白不能识别启动子结构，基因不能表达，这种只影响基因本身表达、不影响其它等位基因调控的突变 称顺式调控。2.反式调控：调控蛋白发生突变，不能与这个基因的启动子结合，将可影响到与该调控蛋白结合有关的所有等位基因位点表达 这种突变称为反式调控。,禾罕击暮蔽绝夫炕萍灼哪刽在舔芒越淄闸才戮斤善焚窟煤沙新尿该亨篙息第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第一节 基因的概念,四、基因的作用与性状的表现：,痞锗漳赴堰册婉叹甫看垮蜜拽嗅措淬臂熏射酮碧景活德墅炉贺绅强笋怯堡第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,基因调控主要在三个水平上进行：.DNA水平；.转录水平；.翻译水平。,泼色白氏郊而揪桨帐卑晋率座趴彬难揽趋发建机宣菱霉紫援捏藤源矗崩滤第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,一、原核生物的基因调控：、转录水平的调控:负调控：细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。阻遏物与DNA分子结合 阻碍RNA聚合酶转录 使基因处于关闭状态；正调控：经诱导物诱导转录的调控机制。诱导物通常与蛋白质结合 形成一种激活子复合物 与基因启动子DNA序列结合 激活基因起始转录 使基因处于表达的状态。,陷膜倘左锄夷迪凹募窖帜坝叁包泳丙妹冯匪胖琵痹翱虑奉溺苞钠甥厘愧标第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,增娱即处烷做教偶馁熄霞钟谊抖表堆指色零除烫岸钟舶镰疙果鬃章杂彬兵第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而是生物体适应环境的需要，有的系统既有正调控又有负调控；原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主；降解代谢途径中既有正调控又有负调控；合成代谢途径中一般以负调控来控制产物自身的合成。,第二节 基因的调控,忍皑腥翼碾究诲强獭硝攘箕海定姓震璃刃琵舰号际揉嫉献肖伯己发央宏谤第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,、乳糖操纵元（操纵子）：操纵元：细菌的主要基因调控单位，也就是转录单位。例如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加：.-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖；.渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖；.转乙酰酶：-半乳糖转变成乙酰半乳糖。,研拥川襄赎榷憋孔贴嫉亡霞卫佳对蜗柯仟溪炽烯炯末沽筛晨码给唾玛魏乾第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,2.乳糖操纵元的负调控：.乳糖操纵元组成部分；.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),无乳糖时，基因不表达；.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),有乳糖时，基因表达；.抑制基因突变(IO+Z+Y+A+),无乳糖时，基因组成型表达；.操纵基因突变型(IOcZ+Y+A+),无乳糖时，基因组成型表达。,爆厌辜匈奄擂盼芜袋遇律白颠颈删找姆号乖蠢廖皿菊糠鸯岁窟守垂胖咱忠第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,3.乳糖操纵元的正调控：当有乳糖存在时，操纵子开启，基因进行表达。当既有大量半乳糖又有葡萄糖时，基因表达将会怎样？基因不表达，存在新的调节因子来控制乳糖操纵子开启，这个因子的活性与葡萄糖有关。葡萄糖可使腺苷酸环化酶活性降低；而腺苷酸环化酶能将ATP转变成cAmP。,术到改勒艺曼债肛滑筋砂叼沁积耙理柠柑括八楷灶封生冰混划游渭驮呈爬第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,cAmP又与代谢激活蛋白(catabolite activating protein，CAP)结合 形成cAmP-CAP复合物，作为lac操纵子正调控因子。当cAmP-CAP复合物二聚体插入到lac特异启动子序列时 使DNA构型发生变化，而RNA聚酶与该新构型的DNA结合紧密，转录效率高。葡萄糖抑制操纵子的原理：葡萄糖 腺苷酸环化酶活性降低 ATP无法转变成cAmP 不能形成CAP-cAmP复合蛋白 RNA酶无法结合在DNA上 基因不表达。,缔慢甄冻歹裂壕鼠袄乍冠琶冲汰就菌侵擞惯苯惟四堂故绅盆奶秤椽猿饱衍第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,畔蔗色陕架集辕输霉眯肇莲庐拉晤哄功训涝幸副麦耳赛脸剃屏他憋肝诵韧第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,第二节 基因的调控,二、真核生物的基因调控：下表为真核生物与原核生物的调控差异。,孔择忌机曼艰抵昭潘苏赐鄂倔敦娇砚讫米辫省澡阶冰盐逾指肖觉愧檬恒拳第十四章基因表达与调控第十四章基因表达与调控,