《基因表达调控》课件.ppt
Regulation of Gene Expression,第七章,基因表达调控,生物化学,护理学专业本科教材,染色体贮存着决定生物性状的全部基因,染色体,生物化学,护理学专业本科教材,生物体内基因表达的开启、关闭以及表达的强度受特定机制的调控，基因表达的调控是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存能力和应变能力，在机体适应环境、维持自身的生长和增殖、维持个体发育与分化等方面均具有重要的生物学意义。,生物化学,护理学专业本科教材,第一节基因表达调控的基本原理,生物化学,护理学专业本科教材,*基因（gene）负责编码RNA或一条多肽链的 DNA片段，包括编码序列、编码序列外 的侧翼序列及插入序列。,（一）基因表达的概念,一、概 述,生物化学,护理学专业本科教材,基因表达是受调控的,生物化学,护理学专业本科教材,（二）基因表达的特性,时间特异性,生物化学,护理学专业本科教材,空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性。,在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现。,生物化学,护理学专业本科教材,（三）基因表达的方式,按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：,组成性表达,无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性表达。,生物化学,护理学专业本科教材,诱导和阻遏表达,在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。,可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导（induction）。,如果基因表达对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏（repression）。,生物化学,护理学专业本科教材,在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达（coordinate expression）。,这种调节称为协调调节,（coordinate regulation）,生物化学,护理学专业本科教材,（四）基因表达调控的生物学意义,1.适应环境、维持生长和增殖,2.维持个体发育与分化,生物化学,护理学专业本科教材,二、基因表达调控的多层次和复杂性,基因表达的多级调控,基因激活,转录起始 转录后加工mRNA降解,转录起始,生物化学,护理学专业本科教材,基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。,生物化学,护理学专业本科教材,三、基因转录起始调节的因素,原核生物,-操纵子(operon)机制,生物化学,护理学专业本科教材,（一）特异DNA序列,生物化学,护理学专业本科教材,共有序列（DNA）决定启动序列的转录活性大小。,某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。,生物化学,护理学专业本科教材,操纵序列 阻遏蛋白的结合位点,当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA 聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。,生物化学,护理学专业本科教材,其他调节序列、调节蛋白,激活蛋白（activator）可结合启动序列邻近的DNA 序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。,有些基因在没有激活蛋白存在时,RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。,生物化学,护理学专业本科教材,真核生物,不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列，如TATA 盒、CAAT盒等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。,生物化学,护理学专业本科教材,真核基因的调节蛋白,还有些蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列,调节自身基因的表达，称顺式作用。,生物化学,护理学专业本科教材,反式调节,顺式调节,生物化学,护理学专业本科教材,生物化学,护理学专业本科教材,RNA聚合酶,生物化学,护理学专业本科教材,第二节原核基因转录的调节系统,生物化学,护理学专业本科教材,因子决定RNA 聚合酶识别特异性,操纵子模型的普遍性,阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性,生物化学,护理学专业本科教材,特点：,一、乳糖操纵子,(一)乳糖操纵子的结构,生物化学,护理学专业本科教材,CAP第一次出现应有注明,没有乳糖存在时,(二)阻遏蛋白的负性调节,生物化学,护理学专业本科教材,有乳糖存在时,生物化学,护理学专业本科教材,无葡萄糖，cAMP浓度高时,有葡萄糖，cAMP浓度低时,(三)CAP的正性调节,生物化学,护理学专业本科教材,(四)协调调节,单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时,细菌首先利用葡萄糖。,葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏（catabolic repression）。,生物化学,护理学专业本科教材,低半乳糖时,高半乳糖时,葡萄糖低 cAMP浓度高,葡萄糖高cAMP浓度低,生物化学,护理学专业本科教材,二、色氨酸操纵子,(一)色氨酸操纵子的结构,生物化学,护理学专业本科教材,(二)转录衰减,色氨酸操纵子,生物化学,护理学专业本科教材,核糖体,新生肽链,mRNA,DNA,1,2,3,4,UUUU 3,1.当色氨酸浓度高时,trp 密码子,转录衰减机制:,5,生物化学,护理学专业本科教材,1,2,3,4,5,核糖体,2.当色氨酸浓度低时,生物化学,护理学专业本科教材,SOS反应,紫外线,与DNA 损伤修复有关的酶和蛋白质,DNA,三 其他转录调控方式,生物化学,护理学专业本科教材,基因重组,沙门菌鞭毛素基因的调节,生物化学,护理学专业本科教材,第三节真核基因转录的调节系统,生物化学,护理学专业本科教材,一、真核生物基因组结构的特点,(一)真核基因组结构庞大,生物化学,护理学专业本科教材,(三)重复序列,单拷贝序列（一次或数次）,(四)基因不连续性,生物化学,护理学专业本科教材,二、真核基因表达调控特点,(一)RNA聚合酶,(二)活性染色体结构变化,生物化学,护理学专业本科教材,2.DNA拓扑结构变化,天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；,基因活化后，,3.DNA碱基修饰变化,生物化学,护理学专业本科教材,4.组蛋白变化,富含Lys组蛋白水平降低 H2AH2B二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰 H3组蛋白巯基暴露,(三)正性调节占主导,(四)转录与翻译分隔进行,(五)转录或修饰、加工,生物化学,护理学专业本科教材,三、真核基因转录起始调节,(一)顺式作用元件,1.启动子,真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件,生物化学,护理学专业本科教材,生物化学,护理学专业本科教材,(二)反式作用因子,1.转录调节因子分类（按功能特性）,*基本转录因子,是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。,生物化学,护理学专业本科教材,*特异转录因子,为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。,转录激活因子,转录抑制因子,生物化学,护理学专业本科教材,2.转录调节因子结构,生物化学,护理学专业本科教材,最常见的DNA结合域：,1.锌指（zinc finger）,C CysH His,常结合GC盒,生物化学,护理学专业本科教材,生物化学,护理学专业本科教材,2.-螺旋,常结合CAAT盒,生物化学,护理学专业本科教材,(三)mRNA 转录激活及其调节,真核RNA聚合酶在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物,TBP相关因子,生物化学,护理学专业本科教材,真核基因转录调节是复杂的、多样的：,*不同的DNA元件组合可产生多种类型的转录调节方式；,*多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。,*转录因子与DNA元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。,生物化学,护理学专业本科教材,
