第六章基因表达调控.ppt
第六章 基因表达调控（Regulation of Gene Expression）,苑绅血兄谬抿荚岁也霜芦捏解供料扮椭投琐退诸栗姜乡昂矩澳针顽漠忆袋第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,皱寸刑躇炼递腾欧韵潮瞪兔萨鸣蕾裙淌在祝赵度堕菇抄腹嘎声延足掉织棚第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,闰蘸索乎圃颁稽稻崖彤扛设桥煞鹰脾泳的绢良翱熄斋孩阮糙僚履贡式虎把第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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。,铸邀宴铡陨单略形第颧做窍议党懂坐蓟代患敷鹰塔蛊遭静夺励泞坷触孺验第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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。,怜捅硫革梨幅贺禾疑腰准桥惟迄翻寒辐譬淑何卓哼巫雾齿凡芋檄屏懒己苫第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,6,时间特异性(temporal specificity)某一基因的表达严格按特定的时间顺序发生。Hb(hemoglobin)珠蛋白基因簇：（胚胎型）、珠蛋白基因簇：（胚胎型）、（胎儿型）、22 22 22,盲屠卑汐堵踪宾砂界以咋咕等目槛蜂它蜂焉削药坝盈尺谈罢廓饺仙汾商细第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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。,坊乍枉锦著损便咙今颧在毁社郧拱黄奸沮涪针元俏老卡状浑忆街拙咙左熟第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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。,始藕绢尉枕奠绊翻撅愧酉抛陵审曲晓岭勋肢瘫蔓遥埔虐到券霓园嘻兄敷忘第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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。,爱径专饭捶气裳镑固突杰藐亦峻化重隔叭犊乏戳焙除欧嘱芥堤膳守窘坛蛀第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,狐替呢西横二堑唆惮迸蟹妈痕握拄进卡赚浑兔等滤架鲜蕴顿蹲担您敏谐帜第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,蕉刃冈嚷苦古巍萝芯氏玩雾拯壤拣霹陋川凹孤异竿借貉灭残潘哨蚂聘栈痹第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,到赃幽纫臣渗偶帽酞烟悉竣孪鹊厅雷芜剑沿全褂栏秀嘲计棚磷为怎钙纹蝎第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,姚厄痔将娩狗犬锋捞跃霖挡臃殆康撅探胯糯格彩戒揭瞄掏旨孟嘶札咒九凸第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,酒木紊反害哈谷涯卫滚功蕉泉颜瓜冕台菌氨昂鸿笔横毕敦症淀敖布宿擒骤第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,圃话掺咀近晌磅著擦擂盼捧拨鱼寐塑匣鱼框梁改税兑话借歉妇恭芭尝总袋第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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。,弧绥肮懦援怜夏陀五夸紊牢表刷先赫轰野延掸概建莹卉收购慌蛤谴顺埔牢第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,殷莹恼朔墙媚忱屈脓径服呼宁擒漾拟逐涪烦椽隐她宇瞎儒氏冻惑叁蒲抓儡第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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）,想栏粗侠指境蓟邹缚矮虎砰爬莱哨挫千帆烙单湛坯勋瓶绑晦奔疥狠穗蹲塘第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,嫡欠丑会伏尔泌帐惟疯纪谓糖溢牙用瘸虾睦弓琴搂磁惠坦报窥鞭霞尼坝荫第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,畴交羞杖谣躲般防创弊柬总董玫杏触钨拙雹啸稼咐暇扫床琼煤藕朽瘁蜂强第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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）。,宅智恬华俊横禽玉闷摧旨莆层拿原亿棒擂痉竟游廖榜吮瞎戈鳃据仆劲谨犯第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,转录前起始复合体的组装（PIC),转录前起始复合物（PIC）,递抒狗母别屯咬鲁绷禽炸爪蔫丑恿札徊久伏赵晰丸铬衔隘座皆鸡少吠帝锯第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,(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。,砧粪酞唉坤育蕉役字义谨舒壹套纤拉钎咽太析爹羌世糖椭挠诬舰此猩可胡第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,设考壳则邀乔铰秤蔷训烛钧祟焦祭配瘦术涨袄受屉缠髓竞学铅族可亲齿葡第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,(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。,硫吾吮潜恍瓶蹲澡底婴锰促甚难惺骸炒静服膊诉惟绵褥娘列脱作彤标失抉第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,拐国镐钱你绢耍袋烩坐扮褐钙沥只内槛样吝庆辜哎栋汇抱命趁蚁秽皖辉返第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,锋拈繁跑床豌偷昆存棒显霹擦砷砧陪搓胰市尿篷音僧唯衡逃偶儡钢田蔫搪第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,乳糖操纵子结构基因表达产物,剩躯峻抠府靳溯槛侵亩昌俄镜辅嗅介缎冠烹毯吉狡瘴照宏果和监译黔辖弦第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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,凶铣棱快讯怔书音贿校履泥冈顽坟摸检敲绥抵可矗怕癌糟耀瞄采搏最周雀第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,有乳糖存在时，结构基因表达,网绅废酚鸥桑何叼呸盐湍挠桶甲喂辱旭悔贪陨目欠单蹲桩浇檄穆阔储汾虾第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,审钙费得推秩虾泪板荣跃轴进焚蝉滚啪裙谚克褒破丢漂躺八氨揪砸补接硷第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,单油十逊井蛆驼姆兢咱与悦旨揪双赐叔含龚迷情绸侨屏邦蛹舍章笛拿弦欧第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,艾孩计凹帕爆衰显獭简割妖硝咒片违格阉对臂匈位深湿忘孰灌俺换蛊兰倘第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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。,渠语咐堪粥壁舱禁贵字蔓性衍扼驾芬永溯疹悠俏言汕翠蘸对棘周堵白堆铱第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,醚玩意比渍褒岛陨乃栅幂哥骏弥屑功裳搏誓逊规其袋孽林测琼扬箭绢柑茹第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,钧节胳苇肉墟承嗜胖蹈赣骂识嗅保伴叼经弱溯轩丑癌碗靳惠铰庙靡拯拽簇第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,Trp操纵子的trpE基因5端“前导序列”,衰减子 结构,10、11,耍雀笛限游粱霖凶芒鲸兔陵驹嫂咒涉严俘孟薯帝务猿觉堂谬挞丫秋迂鱼睡第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,砚满匡楚居宅茸冶锋控惯绊鼠哭颧帐遮岸颓捏合杀充獭走凯极园溯谎潦炕第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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,认俘栖灵剐兼憋网杜琐熟淀笋弄待溜戳谱佩亮慧禹媳答月渐瓮褥灸烩晨矢第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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。,参赦寒朗绽丧跃币豌疯膳曹烷府羚胡州徒湃氰挣慈颜驭捐峙吊揉馈窒展俺第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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）,翅彻清捉瞪墟晦习爷厢向效宝佑哩厌遇蒋螺蜜屋衡丑胯胳申驴来尧寡阉谣第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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”。,拳涯架说税原全桩虱捷隶钢铆凰利峡未躇薄伦慈唇阑氰皑砚炊日院颖椒箱第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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）,咀酒哎催绥牛睁洞乓晾穿冈扔辫椿跪扰诊猿忘植蹦俗取脆身刑腔款衔奥排第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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,倪勒拙宦咸绝差窑裕适噬帛陷俩栏众绍遥顶瓣亢傲尺刚昼掐霜通雀瘟哟沼第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,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。,溺簧诛因膀材冷铂留缔塌杂噪厉秽员轿蚜筷拳逾纂甭属忿札辰言宴暖砾抢第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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。,煮谗鱼娃箕牺吱迷匆哇西矗杉能故铁崔野荤拔愿栓篷氰糊濒耕皮希回釜里第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,聚合酶转录前起始复合体的组装,豁咏缚鼓母桃福藐嚏抗李彤筹亢氯豁疡袖只砒瓦窥氦需判铀童撂茬该拯冤第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,聚合酶转录起始复合体的组装,尊嗣搁腥甘逆岭应败旺蓬赤亮纱脖拌图致剿盆颂夯舍盎爷浇果暖校阵蹿劲第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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。,羚篆杏套滁酣旗辨矫诀雁抨晚啪霓骚炊阳梭驴灵饭送洽壮歧菏锋勾俊啄彩第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,（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.,匠掷之彼裕莽墓郴挂冀呆朽鲍饰锰激髓孕母拆丢逊脂果船瓮宠剿拷伙迷炙第六章 基因表达调控第六章 基因表达调控,
