基因表达调控-基本概念与原理.pptVIP

第一节 基本概念与原理 一、基因表达的概念 基因组 (genome)： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息 或 整套基因。 基因表达 (gene expression)： 在一定调节机制控制下，基因经过转录 及 翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质 分子的过程。 二、基因表达的特性 (一) 时间特异性 按功能需要，某一特定基因的表达 严 格按特定的时间顺序发生。 多细胞生物基因表达表现为与分化 、 发育阶段一致的时间性，因此又称阶 段 特异性。 (二) 空间特异性 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。 这种空间分布差异，实际上是由 细 胞在器官的分布决定的，因此又称为细 胞或组织特异性。 三、基因表达的方式 (一) 组成性表达 某些基因在一个生物个体的几乎所 有 细胞中持续表达，通常被称为管家基 因 (house-keeping gene)。 由于这类基因表达变化很 小，所 以又称为组成性表达。 (二) 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)。 如果基因对环境信号应答时被抑制 ， 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)。 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)。 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 生物体赖以生存的外环境是在不断变化 的， 为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化 作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化 。 生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质 分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又 受基因表达的调控。 (二) 维持个体发育与分化 多细胞生物调节基因的表达除为适应环 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。 当某种基因缺陷或表达异常时，则会出 现相应组织或器官的发育异常。 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 转录起始 转录后加工及转运 翻译 翻译后加 工 (二) 基因转录激活调节基本要素 1. 特异DNA序列 (1) 原核生物的操纵子 操纵子(operon)：通常由2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，组成一个转录单位 。 1) 启动序列（启动子）：是RNA聚 合 酶结合并启动转录的特异DNA序列 。 2) 操纵序列（operator）： 是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，或使RNA聚 合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。 3) 其他调节序列： 有的特异DNA序列可结合激活蛋白，增强 RNA聚合酶活性，使转录激活。 (2) 真核生物的顺式作用元件 （cis-acting element） 是指可影响自身基因表达活性的特异 DNA 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增 强子及沉默子等。 2. 调节蛋白 (1)原核生物基因调节蛋白:均为DNA结合蛋白 特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异 性识别和结合能力。 阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录 。 激活蛋白：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。 (2) 真核生物基因调节蛋白 转录因子（TF） 绝大多数真核转录调节因子由某一基因 表 达后，通过与特异的顺式作用元件相互作 用， 影响另一基因的转录，称为反式作用因子 （trans-acting factor）。 有些真核调节蛋白可特异识别、 结 合自身基因的调节序列，调节自身基因 的开启或关闭，称为顺式作用蛋白。 3. DNA蛋白质、 蛋白质蛋白质相互作用 DNA蛋白质相互作用 特异识别 非共价结合 DNA结合位点常呈对称结构 蛋白质蛋白质相互作用 形成二聚体或多聚体，间接结合 DNA 4. RNA聚合酶 （1）启动子与RNA聚合酶活性 启动序列/启动子是由转录起始 点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调 节 组件组成。 启动序列影响其与RNA聚合酶的亲 和力，而亲和力大小则直接影响转录 起动