《基因表达和调控》PPT课件.ppt
第七章 基因表达与调控,基因表达(Gene expression)：基因通过转录和翻译，产生蛋白质产物和直接转录RNA，参与生物功能的过程基因表达调控：涉及基因的启动关闭，活性的增加或减弱；发生在转录阶段，转录后加工阶段和翻译阶段,The products of gene expression can be RNA or protein,Cis-acting，顺式作用 与靶基因位于同一条染色体上的DNA序列发挥调控作用Trans-acting，反式作用 基因编码产物，RNA或protein调控另一簇基因的表达,负调控(Negative control)：阻遏蛋白(repressor protein)结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达的形式正调控(Positive control)：基因表达的活化物(activators)结合在受控基因上时，激活基因表达，不结合时就不表达的形式启动子(Promoter)：位于基因转录起点上游、负责启动基因转录的DNA序列终止子(terminator)：位于转录结束位置上的序列,A transcription unit,转录因子(Transcription factor)：起正调控作用的反式作用因子，转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录，只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的DNA序列上后，基因才开始表达,基因表达与调控：调节元件 转录调控 翻译调控调节水平：DNA转录 mRNA加工 翻译 翻译后加工,一、调控元件,1.启动子上游(Upstream)：基因转录起点前面即5端的序列下游(Downstream)：基因转录起点后面即3端的序列，把起点的位置记为+1启动子区：RNA聚合酶同启动子结合的区域,原核生物启动子,Pribnowbox(-10sequence)：原核基因转录起始点的上游10碱基处(-10bp)的序列，其基本结构是TATAATGSextama box(-35 sequence)：在-35bp处又找到另一个共同序列(TTGACA),PROMOTEROF BACTERIA,真核生物启动子,TATA框(TATA box)：Hogness等在真核基因中发现了类似Pribnow框的共同序列，即位于-25-30bp处的TATAAAAG 上游启动子元件(upstreampromoterelement，UPE)或上游激活序列(upstream activating sequence，UAS)：TATA框上游的保守序列CAAT框(CAATbox)：在-70-78bp处还有一段共同序列CCAATGC框：位于-80-110bp处，GCCACACCC or GGGCGGG,2.增强子(Enhancer)和弱化子,增强子：生物中能够增强基因表达的调控序列作用特征：1.可以相隔数千个碱基对远距离发生调控作用2.不管正向或反向，均可以发挥调控作用3.在结构基因的上游或下游都具有调控的作用分类：细胞专一性增强子和诱导性增强子,eukaryotes,DNA sequences involved in the control of transcription:enhancer,eukaryotes,eukaryotes,Structure of the enhancer of SV40,只在眼中表达,只在肠 中表达,广泛表达,眼特异增强子,肠特异增强子,广泛增强子,弱化子attenuator,大肠杆菌的色氨酸操纵子在trp mRNA 5端trp E基因的起始密码子前有一个长162bp的DNA序列称为前导区，其中第123150位核苷酸如果缺失，trp基因的表达水平可提高6倍当mRNA开始合成后，除非培养基中完全不含有色氨酸，否则转录总是在这个区域终止,3.绝缘子insulator,长约几百个核苷酸对，通常位于启动子同正调控元件(增强子)或负调控元件(为异染色质)之间的一种调控序列，其作用只是不让其他调控元件对基因的活化效应或失活效应发生作用作用是有方向性,4.沉默子silencer,T抗原受体(TCR)基因有/、/两种编码链和链是同一基因座的两个等位基因，链恒定区C基因3端下游有增强子对基因专一的沉默子的作用是阻止J基因在/型T细胞中参与重排，使J基因只参与/型T细胞中的重排在和中选择，使等位基因沉默,5.应答元件Response element,位于基因上游能被转录因子识别和结合，从而调控基因专一性表达的DNA序列热激应答元件(heat shock response element，HSE)、金属应答元件(metal response element，MSE)、糖皮质激素应答元件(glucorticoid response element，GRE)和血清应答元件(serum response element，SRE)等,6.转录因子transcription factor,转录因子的基序motif同DNA结合(1)“锌指”DNA结合基序zinc fingerCys-X2-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-HisC2H2型：2个Cys和2个His被12个Aa构成的环隔开C4型：C4 C6,(2)亮氨酸拉链leucine zipper(3)螺旋-转角-螺旋helix-turn-helix(4)螺旋-环-螺旋helix-loop-helix(5)同源域homeodomain,二、基因转录水平上的调控,1.转录调控的类型(1)转录酶 原核生物：全酶2，核心酶的功能是使全酶识别启动子并与之结合 真核生物：I、II、III(2)调控元件的作用 原核生物：超螺旋 DNA解旋酶、拓扑异构酶I,1.转录调控的类型,终止子内在终止子(发夹结构、U串)和依赖因子的终止子 真核生物：(3)基因共转录调控 原核生物：操纵子 真核生物：“同表达基因群”(synexpression group)，时间和空间上,2.转录后的调控,(1)转录后RNA的切割调控(2)mRNA的修饰和加工 选择性剪接或可变剪接 甲基化：6-甲基腺嘌呤(6mA)，5Apm6ApC3和 5Gpm6ApC3 RNA编辑翻译扩增Translational amplification：在转录后提高mRNA分子的稳定性，促进翻译进程的调控,三、翻译水平的调控,1.翻译因子的磷酸化调控2.翻译后的加工修饰(1)多肽的切割加工前胰岛素原(信号肽+B链+C链+A链)胰岛素原胰岛素(2)多肽的化学修饰：蛋白质磷酸化，蛋白质糖基化，多肽的剪接,胰岛素的结构及其生物合成,S,S,S,S,C,N,S,S,B 肽（30）,C 肽（31）,A 肽（21）,R,R,R,K,S,S,S,S,C,N,S,S,N,C,高尔基体内的特异性肽酶,N,C,信号肽,B 肽,C 肽,A 肽,信号肽酶,
