基因表达调控课件

第十三章基因表达调控RegulationofGeneExpression第十三章基因表达调控RegulationofGen第一节

基本概念与原理BasicConceptionsandPrinciple第一节

基本概念与原理BasicConceptions一、基因表达的概念基因(gene)负载特定遗传信息的DNA片断，通常包括DNA编码序列、非编码调节序列和内含子基因经过转录和翻译，产生具有特异生物学功能的RNA或蛋白质分子的过程基因表达(geneexpression)基因组(genome)一个生物体的整套遗传物质一、基因表达的概念基因(gene)基因经过转录和翻译，产生具二、基因的表达具有时空特异性（一）时间特异性按功能需要，某些基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporalspecificity)

二、基因的表达具有时空特异性（一）时间特异性按功能需要，某些（二）空间特异性空间特异性又称细胞或组织特异性(cellortissuespecificity)（二）空间特异性空间特异性又称细胞或组织特异性(cello下列哪种情况不属于一个基因在基因表达阶段特异性

A．在分化的骨骼肌细胞表达在未分化的心肌细胞不表达

B．在分化的骨骼肌细胞不表达在未分化的骨骼肌细胞表达

C．在分化的骨骼肌细胞表达在未分化的骨骼肌细胞不表达

D．在胚胎发育过程表达，在出生后不表达

E．在胚胎发育过程不表达，出生后表达下列哪种情况不属于一个基因在基因表达阶段特异性三、基因表达的方式及调控（一）持续表达、基本表达：管家基因基因在一个个体的不同发育阶段的几乎所有组织细胞中持续表达，通常被称为管（持）家基因(house-keepinggene)三、基因表达的方式及调控（一）持续表达、基本表达：管家基因基（二）诱导和阻遏表达：表达易受环境影响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水平降低的过程称为阻遏(repression)（二）诱导和阻遏表达：表达易受环境影响在特定环境信号刺激下，（三）协调表达与协调调节功能上相关的一组基因，如参与同一代谢途径的所有酶需要分子比例适当，以确保代谢途径有条不紊地进行。这样协调一致、共同表达的方式即称为协调表达，其调节机制称为协调调节（三）协调表达与协调调节功能上相关的一组基因，如参与同一代谢四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转录转录后加工mRNA降解蛋白质降解等翻译翻译后加工修饰转录转录起始五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转（二）基因转录调节的基本要素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（二）基因转录调节的基本要素基因表达的调节与基因的结构、性质原核生物——操纵子(operon)

结构编码序列

启动子

操纵序列

其它调节序列(promoter)(operator)1.基因结构

由两个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成，是原核生物基因表达调控的经典模式。原核生物——操纵子(operon)结构编码序列启动子是RNA聚合酶识别，结合并启动转录的特异DNA序列。1)

启动序列RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列是RNA聚合酶识别，结合并启动转录的特异DNA序列。1)启共有序列(consensussequence)

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，如σ因子（又称σ亚基）共有序列(consensussequence)决定启动序2操纵序列

——阻遏蛋白(repressor)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，阻碍转录启动序列编码序列操纵序列pol阻遏蛋白2操纵序列当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合3)其他调节序列、调节蛋白例如激活蛋白(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聚合酶的转录活性，如分解（代谢）物基因激活蛋白（catabolitegeneactivateprotein,CAP）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3)其他调节序列、调节蛋白例如激活蛋白(activator真核生物1)顺式作用元件(cis-actingelement)——可影响自身基因表达活性的DNA序列，包括启动子、增强子与沉默子等。BADNA编码序列转录起始点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。

真核生物1)顺式作用元件(cis-actingeleme2)

真核基因的调节蛋白还有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。由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。反式作用因子(trans-actingfactor)

这种调节作用称为反式作用。2)真核基因的调节蛋白还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基cDNAaDNA反式调节C顺式调节mRNAC蛋白质CBAmRNA蛋白质AAcDNAaDNA反式调节C顺式调节mRNAC蛋白质C指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)3）DNA-蛋白质蛋白质-蛋白质的相互作用指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是Review:TBP的作用机制：两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型结构，与DNA小沟有效结合Review:4）RNA聚合酶的结合⑴

原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录⑵

调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。4）RNA聚合酶的结合⑴原核启动序列/真核启动子与RNA聚第三节

原核基因表达调节RegulationofProkaryoticGeneTranscription第三节

原核基因表达调节Regulationof二、乳糖操纵子的调节模式（一）乳糖操纵子(lacoperon)的结构

调控区CAP结合位点启动序列操纵序列

结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNAI调节基因二、乳糖操纵子的调节模式（一）乳糖操纵子(lacoperomRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时（二）阻遏蛋白的负性调节阻遏基因mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时（二）mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时（三）CAP的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cA（四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用当无CAP结合时，即使没有阻遏蛋白与操作序列结合，操纵子转录活性仍然很弱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单纯乳糖存在时，细菌才利用乳糖作碳源葡萄糖对lac

操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolicrepression)

（四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作mRNARNA-polOOOO

葡萄糖低cAMP浓度高

葡萄糖高cAMP浓度低低乳糖时高乳糖时mRNARNA-polOOOO葡萄糖低cAMP浓——调节的主要环节在转录起始一、原核基因转录调节特点（一）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性（二）操纵子模型的普遍性（三）原核操纵子普遍受到阻遏蛋白的负向调节——调节的主要环节在转录起始一、原核基因转录调节特点（一）σTrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调节区结构基因RNA聚合酶RNA聚合酶?三、其他转录调节机制（一）转录衰减色氨酸操纵子TrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序列衰减子区域UUUU……前导mRNA1234衰减子结构

第10、11密码子为trp密码子终止密码子14aa前导肽编码区:

包含序列1形成发夹结构能力强弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密码子

UUUU……UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时转录衰减机制125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’RNA聚合酶终止UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNUUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mRNA15’trp密码子

结构基因前导DNARNA聚合酶2.当色氨酸浓度低时Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构UUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mR第四节

真核基因转录调节RegulationofEukaryoticGeneTranscription第四节

真核基因转录调节Regulationo一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因组DNA约3×109

碱基对编码基因仅占总基因组的1%一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因（二）单顺反子单顺反子(monocistron)

编码基因转录生成的一个mRNA分子，经翻译只能生成一条多肽链。（二）单顺反子单顺反子(monocistron)编（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106

次）中度重复序列（103~104次）多拷贝序列（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106（四）基因不连续性（四）基因不连续性二、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1.对核酸酶敏感活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。二、真核基因表达调控特点（一）RNA聚合酶（二）活性染色体结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RNA-pol正超螺旋负超螺旋转录方向3.DNA碱基修饰变化真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。2.DNA拓扑结构变化天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在表观遗传学（epigenetics）表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化，基因组印记，母体效应，基因沉默，核仁显性，休眠转座子激活等表观遗传学（epigenetics）表观遗传学是与遗传学4.组蛋白变化①富含Lys组蛋白水平降低②H2A,H2B二聚体不稳定性增加③组蛋白修饰④H3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）转录后修饰、加工4.组蛋白变化①富含Lys组蛋白水平降低（三）正性调节三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件P326三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件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。TATA盒GC盒CAAT盒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基因表达调控课件2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。3.沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的（二）反式作用因子P337

1.转录调节因子分类（按功能特性）

基本转录因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。（二）反式作用因子P3371.（1）TFIID:

三种RNA聚合酶通用TBP（TATA盒结合蛋白）+TAFs（TBP协同因子）

TBPTAFsTATA-20-10+10-30-40+20Review：RNAPolⅡ基因转录的过程1、转录起始（1）TFIID:TBPTAFsTATA-20-10TBP的作用----定位因子

a、在TATA框处与DNA结合

b、是所有三种RNA聚合酶转录起始所需的因子TBP的作用----定位因子

TBP的作用机制：

a、两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型结构，与DNA小沟有效结合TBP的作用机制：b、TBP与DNA结合，使DNA弯曲了约80°，

TATA盒向大沟弯曲，拓宽了小沟。b、TBP与DNA结合，使DNA弯曲了约80°关于TFⅡD的叙述不正确的是A．TFⅡD是一种由多亚基组成的复合物B．TFⅡD通过TBP识别、结合TATA盒C．为PolI、Ⅱ和Ⅲ三种转录过程所必需D．由TATA组成的最简单的启动子只需TFⅡDE．与原核基因转录无关关于TFⅡD的叙述不正确的是特异转录因子(specialtranscriptionfactors)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特异转录因子(specialtranscriptionf2.转录调节因子结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白质结合域（二聚化结构域）

谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域2.转录调节因子结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白最常见的DNA结合域锌指(zincfinger)常结合GC盒最常见的DNA结合域锌指(zincfinger)常结合GCZnCysHisZnCysHis亮氨酸拉链(Leucinetagger)亮氨酸拉链(Helix-Turn-Helix)(Helix-Turn-Helix)HLH形成二聚体与DNA结合(Helix-Loop-Helix)HLH形成二聚体与DNA结合(Helix-Loop-Hel（三）mRNA转录激活及其调节polⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTBP真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物TATADNATBP相关因子（三）mRNA转录激活及其调节polⅡTFⅡHTAFTFⅡ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。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1、基因、基因组，基因表达、基因表达调控2、操纵子概念和原核生物乳糖操纵子的结构及调控机理3、真核生物基因组结构特点4、顺式作用元件与反式作用因子的概念复习要点1、基因、基因组，基因表达、基因表达调控复习要点SummaryKeywordsRepressorActivatorProkaryoteEukaryoteCAPEnhancerGeneexpressionOperatorPromoterOperonCis-actingelementTrans-actingfactorSummaryKeywordsRepressorGene1.Somegenesareexpressedconstitutively,butthetranscriptionofothergenesisregulated.Transcriptionmayberegulatedbyarepressororanactivator.2.Inprokaryotes,coordinatedgenecontrolisachievedbyclusteringcoordinatedstructuralgenesonthechromosome(operon)sothattheyaretranscribedintomultigenicmRNAs(polycistron).1.Somegenesareexpressedco3,Transcriptionofthethreegenesofthelacoperonisblockedwhenlacrepressorbindstooperatornearthepromoter.TherepressordissociatesfromtheDNAwhenitbindstheinducerallolactose.TranscriptionisactivatedbyacomplexofcAMPandCAP.4,Ineukaryotes,geneexpressioniscontrolledbytheinteractionofcis-actingelementandtrans-actingfactor.

3,Transcriptionofthethree5、Ineukaryotes,additionalregulatoryDNAsites,suchasenhancers,canactataconsiderabledistancefromthetranscriptionstartsitetomodulategeneexperssionbyinteractingwithspecificregulatoryproteins.5、Ineukaryotes,additionalrReview基因表达的概念

某些基因产物对于生命全过程必不可少，并且他们在一个生物个体的几乎所有的细胞中持续表达，这类基因称为_______。对基因表达进行调控的最主要位点是______。操纵子，顺式作用元件，反式作用因子理解乳糖操纵子的调节机制Review基因表达的概念Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子的A．P序列B．O序列

C．CAP结合位点D．I基因E．Z基因cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在A．有葡萄糖及cAMP较高时

B．有葡萄糖及cAMP较低时C．没有葡萄糖及cAMP较高时

D．没有葡萄糖及cAMP较低时E．葡萄糖及cAMP浓度极高时Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子的第十三章基因表达调控RegulationofGeneExpression第十三章基因表达调控RegulationofGen第一节

基本概念与原理BasicConceptionsandPrinciple第一节

基本概念与原理BasicConceptions一、基因表达的概念基因(gene)负载特定遗传信息的DNA片断，通常包括DNA编码序列、非编码调节序列和内含子基因经过转录和翻译，产生具有特异生物学功能的RNA或蛋白质分子的过程基因表达(geneexpression)基因组(genome)一个生物体的整套遗传物质一、基因表达的概念基因(gene)基因经过转录和翻译，产生具二、基因的表达具有时空特异性（一）时间特异性按功能需要，某些基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporalspecificity)

二、基因的表达具有时空特异性（一）时间特异性按功能需要，某些（二）空间特异性空间特异性又称细胞或组织特异性(cellortissuespecificity)（二）空间特异性空间特异性又称细胞或组织特异性(cello下列哪种情况不属于一个基因在基因表达阶段特异性

A．在分化的骨骼肌细胞表达在未分化的心肌细胞不表达

B．在分化的骨骼肌细胞不表达在未分化的骨骼肌细胞表达

C．在分化的骨骼肌细胞表达在未分化的骨骼肌细胞不表达

D．在胚胎发育过程表达，在出生后不表达

E．在胚胎发育过程不表达，出生后表达下列哪种情况不属于一个基因在基因表达阶段特异性三、基因表达的方式及调控（一）持续表达、基本表达：管家基因基因在一个个体的不同发育阶段的几乎所有组织细胞中持续表达，通常被称为管（持）家基因(house-keepinggene)三、基因表达的方式及调控（一）持续表达、基本表达：管家基因基（二）诱导和阻遏表达：表达易受环境影响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水平降低的过程称为阻遏(repression)（二）诱导和阻遏表达：表达易受环境影响在特定环境信号刺激下，（三）协调表达与协调调节功能上相关的一组基因，如参与同一代谢途径的所有酶需要分子比例适当，以确保代谢途径有条不紊地进行。这样协调一致、共同表达的方式即称为协调表达，其调节机制称为协调调节（三）协调表达与协调调节功能上相关的一组基因，如参与同一代谢四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转录转录后加工mRNA降解蛋白质降解等翻译翻译后加工修饰转录转录起始五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转（二）基因转录调节的基本要素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（二）基因转录调节的基本要素基因表达的调节与基因的结构、性质原核生物——操纵子(operon)

结构编码序列

启动子

操纵序列

其它调节序列(promoter)(operator)1.基因结构

由两个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成，是原核生物基因表达调控的经典模式。原核生物——操纵子(operon)结构编码序列启动子是RNA聚合酶识别，结合并启动转录的特异DNA序列。1)

启动序列RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列是RNA聚合酶识别，结合并启动转录的特异DNA序列。1)启共有序列(consensussequence)

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，如σ因子（又称σ亚基）共有序列(consensussequence)决定启动序2操纵序列

——阻遏蛋白(repressor)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，阻碍转录启动序列编码序列操纵序列pol阻遏蛋白2操纵序列当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合3)其他调节序列、调节蛋白例如激活蛋白(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聚合酶的转录活性，如分解（代谢）物基因激活蛋白（catabolitegeneactivateprotein,CAP）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3)其他调节序列、调节蛋白例如激活蛋白(activator真核生物1)顺式作用元件(cis-actingelement)——可影响自身基因表达活性的DNA序列，包括启动子、增强子与沉默子等。BADNA编码序列转录起始点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。

真核生物1)顺式作用元件(cis-actingeleme2)

真核基因的调节蛋白还有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。由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。反式作用因子(trans-actingfactor)

这种调节作用称为反式作用。2)真核基因的调节蛋白还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基cDNAaDNA反式调节C顺式调节mRNAC蛋白质CBAmRNA蛋白质AAcDNAaDNA反式调节C顺式调节mRNAC蛋白质C指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)3）DNA-蛋白质蛋白质-蛋白质的相互作用指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是Review:TBP的作用机制：两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型结构，与DNA小沟有效结合Review:4）RNA聚合酶的结合⑴

原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录⑵

调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。4）RNA聚合酶的结合⑴原核启动序列/真核启动子与RNA聚第三节

原核基因表达调节RegulationofProkaryoticGeneTranscription第三节

原核基因表达调节Regulationof二、乳糖操纵子的调节模式（一）乳糖操纵子(lacoperon)的结构

调控区CAP结合位点启动序列操纵序列

结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNAI调节基因二、乳糖操纵子的调节模式（一）乳糖操纵子(lacoperomRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时（二）阻遏蛋白的负性调节阻遏基因mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时（二）mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时（三）CAP的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cA（四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用当无CAP结合时，即使没有阻遏蛋白与操作序列结合，操纵子转录活性仍然很弱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单纯乳糖存在时，细菌才利用乳糖作碳源葡萄糖对lac

操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolicrepression)

（四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作mRNARNA-polOOOO

葡萄糖低cAMP浓度高

葡萄糖高cAMP浓度低低乳糖时高乳糖时mRNARNA-polOOOO葡萄糖低cAMP浓——调节的主要环节在转录起始一、原核基因转录调节特点（一）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性（二）操纵子模型的普遍性（三）原核操纵子普遍受到阻遏蛋白的负向调节——调节的主要环节在转录起始一、原核基因转录调节特点（一）σTrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调节区结构基因RNA聚合酶RNA聚合酶?三、其他转录调节机制（一）转录衰减色氨酸操纵子TrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序列衰减子区域UUUU……前导mRNA1234衰减子结构

第10、11密码子为trp密码子终止密码子14aa前导肽编码区:

包含序列1形成发夹结构能力强弱：序列1/2>序列2/3>序列3/4

trp密码子

UUUU……UUUU……UUUU……调节区结构基因trpROP前导序UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时转录衰减机制125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’RNA聚合酶终止UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNUUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mRNA15’trp密码子

结构基因前导DNARNA聚合酶2.当色氨酸浓度低时Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构UUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mR第四节

真核基因转录调节RegulationofEukaryoticGeneTranscription第四节

真核基因转录调节Regulationo一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因组DNA约3×109

碱基对编码基因仅占总基因组的1%一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因（二）单顺反子单顺反子(monocistron)

编码基因转录生成的一个mRNA分子，经翻译只能生成一条多肽链。（二）单顺反子单顺反子(monocistron)编（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106

次）中度重复序列（103~104次）多拷贝序列（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106（四）基因不连续性（四）基因不连续性二、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1.对核酸酶敏感活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。二、真核基因表达调控特点（一）RNA聚合酶（二）活性染色体结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RNA-pol正超螺旋负超螺旋转录方向3.DNA碱基修饰变化真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。2.DNA拓扑结构变化天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在表观遗传学（epigenetics）表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化，基因组印记，母体效应，基因沉默，核仁显性，休眠转座子激活等表观遗传学（epigenetics）表观遗传学是与遗传学4.组蛋白变化①富含Lys组蛋白水平降低②H2A,H2B二聚体不稳定性增加③组蛋白修饰④H3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）转录后修饰、加工4.组蛋白变化①富含Lys组蛋白水平降低（三）正性调节三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件P326三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件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。TATA盒GC盒CAAT盒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基因表达调控课件2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。3.沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的（二）反式作用因子P337

1.转录调节因子分类（按功能特性）

基本转录因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。（二）反式作用因子P3371.（1）TFIID:

三种RNA聚合酶通用TBP（TATA盒结合蛋白）+TAFs（TBP协同因子）

TBPTAFsTATA-20-10+10-30-40+20Review：RNAPolⅡ基因转录的过程1、转录起始（1）TFIID:TBPTAFsTATA-20-10TBP的作用----定位因子

a、在TATA框处与DNA结合

b、是所有三种RNA聚合酶转录起始所需的因子TBP的作用----定位因子

TBP的作用机制：

a、两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍型结构，与DNA小沟有效结合TBP的作用机制：b、TBP与DNA结合，使DNA弯曲了约80°，

TATA盒向大沟弯曲，拓宽了小沟。b、TBP与DNA结合，使DNA弯曲了约80°关于TFⅡD的叙述不正确的是A．TFⅡD是一种由多亚基组成的复合物B．TFⅡD通过TBP识别、结合TATA盒C．为PolI、Ⅱ和Ⅲ三种转录过程所必需D．由TATA组成的最简单的启动子只需TFⅡDE．与原核基因转录无关关于TFⅡD的叙述不正确的是特异转录因子(specialtranscriptionfactors)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特异转录因子(specialtranscriptionf2.转录调节因子结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白质结合域（二聚化结构域）

谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域2.转录调节因子结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白最常见的DNA结合域锌指(zincfinger)常结合GC盒最常见的DNA结合域锌指(zincfinger)常结合GCZnCysHisZnCysHis亮氨酸拉链(Leucinetagger)亮氨酸拉链(Helix-Turn-Helix)(Helix-Turn-Helix)HLH形成二聚体与DNA结合(Helix-Loop-Helix)HLH形成二聚体与DNA结合(Helix-Loop-Hel（三）mRNA转录激活及其调节polⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTBP真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物TATADNATBP相关因子（三）mRNA转录激活