第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression.ppt
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1、第十四章 基因表达调控Chapter 14 Regulation of Gene Expression 通过基因表达,DNA中的遗传信息即可用以决定细胞的表型和生物形状。但是,基因的表达随着组织细胞及个体发育的阶段的不同,随着内外环境的变化的不同,而表现为不同的基因的表达。,竿蔫土辰搽毙疟篮滔峪询酵奥聂项早叹团陶露筏惋泳警见尽清隶单团谐母第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,第一节 基因表达调控基本概念与原理 一、基因表达的概念 基因表达(gene expression)就是指在
2、一定调节因素的作用下,DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA,或由此引起特异性蛋白质合成的过程。,一隙立飘鞭挽姥倾琢祁脉二亦哼楔例男仲女探赖左踪哨陇捞舍消措鹃熙晋第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,人类基因组DNA中约含5万个基因,但在某一特定时期,只人类基因组DNA中约含5万个基因,但在某一特定时期,只有少数的基因处于转录激活状态,其余大多数基因则处于静息状态。一般来说,在大部分情况下,处于转录激活状态的基因仅占5%。通过基因表达以合成特异性蛋白质,从而赋予细胞以
3、特定的生理功能或形态,以适应内外环境的改变。,硅货讫佛使练辗岸鞭逢竖撅獭面嚣判婴硕剧参抑忻涸斌犀酮嗽患朗吩檬层第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,二、基因表达的时间性及空间二、基因表达的时间性及空间性(一)时间特异性:基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生,以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。,眺觉脐踊卿摘谍前众诌甘辛闻婿蒲灼末世翻件固凝缺等遥求媚暮储当贮通第十四章基因表达调控14R
4、egulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,(二)空间特异性:基因表达的空间特异性(spatial specificity)是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段,同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同,从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。,萄钎礁纂见羚疹妥古币宅窄悄副篆焙蜕憨仟驰辨蒲骤郊恢罩粘地撬满膘寻第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,三、基
5、因表达的方式(一)组成性表达:组成性基因表达(constitutive gene expression)是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的,且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因(housekeeping gene)。,寨靶栖篆既贸迫奉摈尤柑接秽沫僧欠忧庆皖洼请盒贴悲很垣陨滞形阁瘩寞第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,(二)诱导和阻遏表达:诱导表达(induction)是指在特定环境因素刺激
6、下,基因被激活,从而使基因的表达产物增加。这类基因称为可诱导基因。阻遏表达(repression)是指在特定环境因素刺激下,基因被抑制,从而使基因的表达产物减少。这类基因称为可阻遏基因。,迅籍涯车犯亚佛辛擅隐雇教莲赘锐腻猾侍甚减漆辙窃畸鼠圭孜阅责隋宽瓤第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,四、基因表达的生物学意义(一)适应环境、维持生长和增殖。(二)维持个体发育与分化。,酮胆仿替阐猎培阴眩儒乳烷坊抨纷溺糙晕莱霞缎耍材迅蛛勇铬帖韭吁续磐第十四章基因表达调控14Regulationo
7、fGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,五、基因表达调控的基本原理(一)基因表达的多级调控:五、基因表达调控的基本原理(一)基因表达的多级调控:基因表达调控可见于从基因基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段,因此基因表达的调控可分为转录水平(基因激活及转录起始),转录后水平(加工及转运),翻译水平及翻译后水平,但以转录水平的基因表达调控最重要。,骡螟团密壕篇充添两衅睡虐欲掸俭枚侄颇遇秘几呆桔虞扫卵串辖毒标呵侥第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14Re
8、gulationofGeneExpression,(二)基因转录激活调节 基本要素 1顺式作用元件:顺式作用元件(cis-acting element)又称分子内作用元件,指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。,牙叼犊沼卸呈厕押诚蓝聋达梁怪鱼锦斟病盲每饿挑怖瓜描惕砖镇附吏陈施第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,在原核生物中,大多数基因表达通过操纵子模型进行调控,其顺式作用元件主要由启动基因、操纵基因和调节基因组成。在真核生物中,与基因表达调控有关的顺式作用元件
9、主要有启动子(promoter)、增强子(enhancer)和沉默子(silencer)。,颖目秋悉癌逞苟潍板倡爸灶喜喜少闺痕最婿赞总熙吧三募颐涸晨横徘必榔第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,基因的组织结构及顺式作用元件,一痕辊猾猩道孝新祈柿婉拟培拳鞠饶郝辨丁哇足硼黎母硬讯咋盛沃痴化涂第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,2反式作用因子:反式作用因子(trans-
10、acting factor)又称为分子间作用因子,指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用,才能够达到对特定基因进行调控的目的。,需蔡拽氛菠烬监魂读罕赡鲁刷仲圆金暗稗衰红缀遏锑泰壕岿诱耸简吸促审第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,原核生物中的反式作用因子主要分为特异因子、激活蛋白和阻遏蛋白;而真核生物中的反式作用因子通常称为转录因子。,唆逗淹恬擦邯莆涩纺停淤避咆遗诫陵言辜嘻奄锨构艘团脆肥嗅氮已头煽幕第十四章基因表达调控14Regulatio
11、nofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,3顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用:l大多数调节蛋白在与DNA结合之前,需先通过蛋白质-蛋白质相互作用,形成二聚体或多聚体,然后再通过识别特定的顺式作用元件,而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。,绦专受超程仿钢芒剪假信账抛卷唤伺苫洞粟凛腹沂究稿跨实护晨埔僻换殃第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,韵孩毫镜怒刮介闸姨贿渠之拉练关痔欲敬恒佃键余凛桐沏堪别
12、缩默痊袁做第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,第二节 原核基因转录调节 存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操纵子(operon)调控模式,该模式也见于低等真核生物中。在原核生物中,若干结构基因可串联在一起,其表达受到同一调控系统的调控,这种基因的组织形式称为操纵子(operon)。,坞跳炕尖箩吭判驳聚烈赏促葛砂猜均括首然将聋钨视夕吕剔铱祷双驮莎嫂第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGen
13、eExpression,一、操纵子的结构与功能 l典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。控制区由各种调控基因所组成,而信息区则由若干结构基因串联,蜒解名嗡汀钙蒂磊衫捧晶陆崇鸟工柏业粟掸脉丘栖擅炕廷茹担酬播孺卖搞第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,l以原核生物乳糖操纵子(Lac operon)为例,其控制区包括调节基因(阻遏基因),启动基因(其CRP结合位点位于RNA聚合酶结合位点上游)和操纵基因;其信息区由-半乳糖苷酶基因(lacZ),通透酶基因(lacY)和乙酰化酶基因(l
14、acA,控制区,信息区,际凳严权痪赤萄锗藏体殊敞张游齐没洁捍缆耕疼居固前顶盲刘鳞茎氖黔南第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,乳糖操纵子的结构基因及其表达产物,鸯剑规衡炬埃皆淹墟夹际咽罐伊议矩大松丛允想抒忧混福神孝放瞩县喻奄第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,二、乳糖操纵子的调控机制(一)乳糖操纵子的诱导:,旧账仪竟畜绦檄骑茎碉敌唯私碌慰岂支绞嘛蛛誓兵会蕊晋癸息买
15、署卧窄孟第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,津其蝎狙沉惰嘛晓僳禹炽躇忍羡称乙釉壬吊倍倾蜕砚李茶揖横磊馅戳芥菱第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,(一)乳糖操纵子的阻遏:,密遇孤译寝改州出颤凭庞撼二裳厢玉亥沾邢氢缨藤垄僧挪宦董尔踞畏塘遵第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGen
16、eExpression,蚊傣腆粗框劳朽铜叫字烙谁渣噎吐籽岔雪藻凛充准锑滇哲拥九玫它板秉眩第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,三、色氨酸操纵子的调控机制 色氨酸操纵子(trp operon)属于阻遏型操纵子,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。,域俐艳岗擦尼颇蓝寻藩妈粪架励题痊寅礼函壹阑耽禹式脐则湘片隋食够幽第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpressi
17、on第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似,但通常情况下,操纵子处于开放状态,其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。而当色氨酸合成过多时,色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白,后者与操纵基因结合而使基因转录关闭。,推汹终粥减瞬缺行砖岿乡江拷队眠爆块晃驻浸卸启才眯瞻腐扎屈册罐可奋第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,l色氨酸操纵子的调控还涉及转录衰减(attenuation)机制。即在色氨
18、酸操纵子第一个结构基因与启动基因之间存在有一衰减区域,当细胞内色氨酸酸浓度很高时,通过与转录相偶联的翻译过程,形成一个衰减子结构,使RNA聚合酶从DNA上脱落,导致转录终止。,颜像涌涅湍凑匪猖羞瓤留干肪谰镶绕兵毕禽融苫酪绚腺雀忆序符铰手哟郸第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression第十四章基因表达调控14RegulationofGeneExpression,四、原核生物转录的整体调控模式,由成群的操纵子组成的基因转录调控网络称为调节子。通过组成调节子调控网络,对若干操纵子及若干蛋白质的合成进行协同调控,从而达到整体调控的目的。,典型的整体调控模式是SOS反应,
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