第15章转录.ppt

第十五章 基因表达调控 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 基因经过转录 翻译 产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程 基因表达 geneexpression 基因表达是受调控的 目录 二 基因表达的时间性及空间性 一 时间特异性 目录 二 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 cellortissuespecificity 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 称之为基因表达的空间特异性 spatialspecificity 目录 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 一 组成性表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达 通常被称为管家基因 housekeepinggene 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基因表达 constitutivegeneexpression 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 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 coordinateexpression 这种调节称为协调调节 coordinateregulation 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 基因转录激活调节基本要素 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 特异DNA序列和调节蛋白质 操纵子 operon 是由结构基因及其上游调控序列组成的转录单元 结构基因转录受调控序列控制 调控序列包括远端的阻遏蛋白 repressor 基因I 近端的启动序列 promoter P 和操纵序列 operator O 一 原核细胞转录水平的调节 操纵子 operon 学说 启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位 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 原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开 关调节机制 阻遏蛋白对转录的抑制作用是普遍存在的共性调节 一 乳糖操纵子调节机制 1 乳糖操纵子 lacoperon 的结构 三个调节序列启动子 P 操纵基因 O 分解 代谢 物基因激活蛋白 catabolitegeneactivationprotein CAP 结合位点一个调节基因 I 又称R基因 调节基因编码阻遏蛋白 上游的三个调节序列与一个调节基因 没有乳糖存在时 2 阻遏蛋白的负性调节 有乳糖存在时 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 CAP是同源二聚体別构蛋白 具有DNA结合域和cAMP结合位点 与结合cAMP后构象改变 对DNA亲和力增强 cAMP的浓度受葡萄糖代谢的调节 当没有葡萄糖存在时 cAMP浓度较高 这时cAMP与CAP结合形成cAMP CAP复合物 结合到lac启动序列上游附近的CAP位点上 增强转录活性 CAP的正性调节 当培养基中有葡萄糖存在时 cAMP浓度较低 CAP不能与cAMP形成复合物 也就不能结合到CAP位点 lac基因的转录水平较低由此可见 对lac操纵子来说CAP是正性调节因素 阻遏蛋白是负性调节因素 无葡萄糖 cAMP浓度高时 有葡萄糖 cAMP浓度低时 3 CAP的正性调节 乳糖操纵子调控方式的比较 负调控 正调控 调节蛋白阻遏蛋白CAP 变构物半乳糖 乳糖cAMP 与变构物结合无活性有活性 操纵位点O序列CAP位点 结合DNA后基因关闭基因开放 未结合DNA位点基因开放基因关闭 不与变构物结合有活性无活性 单顺反子 monocistron 即一个编码基因转录生成一个mRNA分子 经翻译生成一条多肽链 重复序列 基因不连续性 二 真核细胞基因转录的调节 一 顺式作用元件 存在于DNA上的可影响自身基因表达活性特定序列称为顺式作用元件 cisacting element 按功能特征 真核基因顺式作用元件分为 启动子 promoter 增强子 enhancer 沉默子 silencer 二 真核细胞基因转录的调节 真核生物 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 二 反式作用因子 trans actingfactor 定义 能直接或间接识别和结合在顺式作用元件上 调控靶基因表达的蛋白质因子 也称为转录因子 transcriptionalfactor TF 蛋白质 DNA 蛋白质 蛋白质相互作用 interaction 是其发挥功能的基础 反式调节 顺式调节 图13 3反式与顺式作用蛋白 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 这种调节作用称为反式作用 基本转录因子转录调节因子特异转录因子转录激活因子转录抑制因子 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 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 起转录激活作用 通常是一些增强子结合蛋白质 转录抑制因子 起转录抑制作用 多数是沉默子结合蛋白质 2 转录调节因子结构 最常见的DNA结合域 1 锌指 zincfinger C CysH His 常结合GC盒 锌指结构是一类含锌的DNA结合蛋白质模体 C2H2型锌指 Zincfinger Zn Cys His 3 亮氨酸拉链 Leuzipper 亮氨酸拉链是蛋白质二聚体化 蛋白质相互作用的一种方式 的一种结构基础 蛋白质通过亮氨酸拉链形成二聚体 大大增加对DNA的结合能力 调控基因表达 在亮氨酸拉链近N 端有富含碱性 带正电荷 氨基酸残基的区域 是DNA的结合区 亮氨酸拉链是一个高亮氨酸组成的 螺旋 每两个螺圈出现一个亮氨酸 形成拉链的一边 两个蛋白质因子的 螺旋通过亮氨酸的疏水作用结合在一起形成拉链结构 亮氨酸拉链 2 螺旋 常结合CAAT盒 a 螺旋 常结合CAAT盒 碱性螺旋 环 螺旋碱性亮氨酸拉链 真核RNA聚合酶 在转录因子帮助下 形成转录起始复合物 第三节反转录 以RNA为模版合成DNA的过程 原料 dNTP酶 逆转录酶作用1 逆转录2 RNA酶3 DNA聚合酶 逆转录酶 reversetranscriptase 逆转录 reversetranscription 一 逆转录过程 逆转录病毒细胞内的逆转录现象 分子生物学研究可应用逆转录酶 作为获取基因工程目的基因的重要方法之一 此法称为cDNA法 以mRNA为模板 经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链 试管内合成cDNA cDNA complementaryDNA 二 反转录与癌变 致癌病毒 RNA致癌病毒 多数 DNA致癌病毒 少数 病毒癌基因 virusoncogene v onc 存在于病毒基因组中的癌基因 细胞癌基因 cellularoncogene c onc 生物正常细胞基因中的癌基因 也称原癌基因 proto oncogene pro onc 功能上相关的癌基因家族分类 src家族 产物多具有酪氨酸蛋白激酶活性 能促进增殖信号的转导 ras家族 编码小G蛋白p21 参与cAMP水平的调节 myc家族 编码核内DNA结合蛋白 调节其他基因转录的作用 sis家族 编码的p28 能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖 eyb家族 细胞骨架蛋白 与细胞形态和运动 获得启动子与增强子 三 癌基因活化的机制 逆转录病毒感染细胞后 病毒基因组所携带的长末端重复序列 LTR内含较强的启动子和增强子 插入到细胞原癌基因附近或内部 启动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的转录水平 使原癌基因过度表达或由不表达变为表达 从而导致细胞发生癌变 二 染色体易位 在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位和重排 使原来无活性的原癌基因