第8章 基因表达和调控.ppt

第八章基因表达与调控 基因表达 geneexpression 基因通过转录和翻译 产生蛋白质产物和直接转录RNA参与生物功能的过程 基因调控 涉及基因的启动关闭 活性的增加或减弱 发生在转录阶段 转录后加工阶段和翻译阶段 负调控 Negativecontrol 阻遏蛋白 repressorprotein 结合在受控基因上时不表达 不结合时就表达的形式 正调控 Positivecontrol 基因表达的活化物 activators 结合在受控基因上时 激活基因表达 不结合时就不表达的形式 Cis acting 顺式作用与靶基因位于同一条染色体上的DNA序列发挥调控作用Trans acting 反式作用基因编码产物 RNA或protein调控另一簇基因的表达 Basicconceptoftranscription Anexampleofgeneticcontrolofmetabolism TheproductsofgeneexpressioncanbeRNAorprotein Basicconceptoftranscription Atranscriptionunit 基因和表达与调控 调节元件转录调控翻译调控 TheLactoseOperoninE coli PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS 调节基因 操纵子 Lac阻遏物 半乳糖苷酶 半乳糖苷透性酶 半乳糖苷乙酰基转移酶 E Coli诱导型Lac操纵子结构模型 基因长度 PI i基因启动子genei 调节基因P 结构基因启动子geneZ Y A 结构基因O 操纵单元 诱导系统负调控 乳糖操纵子 在乳糖存在下 乳糖作为诱导物 与调节基因产生的阻遏物结合 改变了阻遏物结构 不能再结合到操作基因上 使得RNA多聚酶能够与启动子结合 启动 转录了分解乳糖的三个结构基因 当乳糖分解完以后 调节基因产生的阻遏物结合到操作基因上 使得RNA多聚酶不能够与启动子结合 启动 停止转录分解乳糖的结构基因 诱导系统负调控 调节基因产物结合到操作基因基因上 启动结构基因不能转录 在底物存在下 底物作为诱导物 与调节基因产生的阻遏物结合 改变了阻遏物结构 不能再结合到操纵基因上 使得RNA多聚酶能够与启动子结合 启动 转录了分解底物的结构基因 当底物分解完以后 调节基因产生的阻遏物结合到操纵基因上 使得RNA多聚酶不能够与启动子结合 启动 停止转录分解底物的结构基因 诱导系统正调控 调节基因产物结合到操作基因基因上 启动结构基因转录 在底物存在下 底物作为诱导物 与调节基因产生的活化物结合 改变了活化物结构 使得复合物能够结合到操纵基因上 RNA多聚酶能够与启动子结合 启动 转录了分解底物的结构基因 调节基因的产物在没有底物存在下 不能与结合到操纵基因上 RNA多聚酶不能够与启动子结合 启动 停止转录分解底物的结构基因 阻遏系统负调控 调节基因产物结合到操作基因基因上 启动结构基因不能转录 在底物存在下 调节基因产生的阻遏物不能与操纵基因结合 使得RNA多聚酶能够与启动子结合 启动 转录了合成底物的结构基因 当底物合成以后 调节基因产生的阻遏物与底物的复合物结合到操纵基因上 使得RNA多聚酶不能够与启动子结合 启动 停止转录合成底物的结构基因 阻遏系统正调控 调节基因产物结合到操作基因基因上 启动结构基因能转录 调节基因产生的活化物与操纵基因结合 使得RNA多聚酶能够与启动子结合 启动 转录了合成底物的结构基因 当底物合成以后 调节基因产生的活化物与底物的复合物不能结合到操纵基因上 使得RNA多聚酶不能够与启动子结合 启动 停止转录合成底物的结构基因 诱导和阻遏系统主要区别 调控类型有底物无底物诱导系统 阻遏系统 正负调控区别 调控类型有阻遏物无阻遏物负调控 正调控 Lac操纵子基因的组成型表达 外源诱导物不存在时 功能基因仍表达 复制与转录 DNA复制 DNA多聚酶 转录 依赖于 的RNA多聚酶反转录 依赖于RNA的DNA多聚酶 THECENTRALDOGMA 基因表达过程 DNA SnRNA tRNA rRNA mRNA THEPROCESSOFGENEEXPRESSION 原核与真核生物基因转录 原核 mRNA真核 pre mRNA mRNA Thedifferenceofgeneexpressionbetweenprokaryotesandeukaryotes 调节水平 转录m 加工翻译翻译后加工 Basicconceptoftranscription 转录模版 转录时 一般以 一条链为模版链 但是也有一些基因以另一条链为模版 Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription 反义RNA 一种由两条 互补链转录成的两条完全互补的RNA链 结果形成复合体 不能翻译出蛋白多肽 Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription RNASYNTHESIS Basicconceptoftranscription RNA多聚酶与启动子 解旋与启始 10区 TATAbox Pribnowbox 核心酶结合区 35区 sigma因子结合区 Basicconceptoftranscription RNAinitiationinE coli A TrichregionInitiateunwinding RNApolymerasebindingsite Transcriptionbegins Basicconceptoftranscription PROMOTEROFBACTERIA Basicconceptoftranscription 解旋酶和恢复螺旋的酶解旋酶打开部分DNA双螺旋 使得RNA转录 恢复螺旋的酶在转录结束后 恢复原来DNA的双螺旋状 Basicconceptoftranscription RNAelongationinE coli TerminationofRNA ARho dependenttranscriptionterminator resultinterminationonlyinthepresenceofproteinrho ARho independenttranscriptionterminator resultinterminationwithouttheinvolvementofproteinrho Basicconceptoftranscription 转录终止 终止 RNA转录停止在终止信号上 RNA释放 Rho因子 在转录中起到终止转录的作用的辅助蛋白 依赖Rho因子的终止子是弱终止子 不依赖Rho因子的终止子是强终止子 终止子结构特征 基因3 端的具有反向重复特殊序列 具有终止转录的作用 Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription ARho independenttranscriptionterminator Basicconceptoftranscription TranscriptioninEukaryotes Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription StructureofapromoterrecognizedbyRNApolymeraseII Basicconceptoftranscription 参与RNA多聚酶作用的因子 TFIID 结合到TATA上TFIIA 结合到D上TFIIB 结合复合物TFIIF 与RNAII多聚酶结合 参与解旋TFIIE 结合复合物 Basicconceptoftranscription InitiationoftranscriptionbyRNApolymeraseII Basicconceptoftranscription Basicconceptoftranscription RNA加工 5 加甲基MG3 加多聚 Basicconceptoftranscription RNAelongationandtheadditionof5 cap Basicconceptoftranscription RNAterminationandtheadditionof3 poly A tails RNAprocessing RNASPLICING RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing alternativesplicing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAEDITING GeneticinformationisalteredinthemRNA RNAeditingprocessesaltertheinformationcontentofgenetranscriptsintwoways 1 changingthestructuresofindividualbases2 insertingordeletinguridinemonophosphateresidues RNAprocessing RNAprocessing Editingoftheapolipoprotein BmRNAintheintestinesofmammals RNAprocessing Editingofthemitochondrialcytochromebpre mRNA RNAprocessing Thetwo stepmechanismbywhichuridinemonophosphateresiduesareinsertedintopre mRNAmoleculesduringeditinginmitochondriaoftrypanosomes tRNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing RNAprocessing 1 Transcription 2 RNAprocessing 4 Translation 5 Post translation 3 RNAstability 5levelsofregulation TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION TRANSLATION BacteriophageLambda LysogenyorLysis PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Bacteriophagelambda Twointracellularstates Lyticgrowth lysogeny Thedeterminationofwhetherlambdaentersthelyticorthelysogenicpathway 1 thelyticregulatorycascadeor2 theautogenouslymaintainedrepressioncircuitoflysogenyQ Howthegeneticswitchofthesetworegulatorynetworkstakesplace PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS RepressionofthelambdalyticgenesinlysogenicE coli PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Thelambdarepressordimercontactsitsbindingsitesinlambdaoperatorregion OLandOR PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Autogenousregulationofphagelambdarepressorsynthesis PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Genesandrecognitionsitesinvovledinthelambdalyticregulatorycasade Genescro NandQencoderegulatoryproteinsrequiredforlyticdevelopment PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Functionsofthecrogeneproduct PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Nproteinfunctionsasanantiterminatoroftranscription PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Regulatoryelementinvolvedinsettingthelambdageneticswitchtolyticortolysogenygrowth PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS ThelambdaCII CIII PREregulatorycircuit PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Summaryofthelambdaregulatoryelements PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Translationalcontrolofgeneexpression Theregulationattheleveloftranslationisjustfine tuningInprokaryotes transcription translationandmRNAdegradationarecoupledThesametranscriptproducesdifferentamountsofgeneproduct unequalefficienciesoftranslationalinitiationalteredefficienciesofribosomemovementdifferentialratesofdegradation PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS ThecoordinationbetweenribosomalproteinsynthesisandribosomalRNAsynthesisoccursattheleveloftranslation PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Post translationregulatory PROKARYOTESANDTHEIRVIRUS Feedbackinhibitionorend productinhibition RegulationofEukaryoticgeneexpression Spatialregulationtissue specificgeneexpressionTemporalregulationtemporalspecificity differentgenesareexpressedatdifferenttimes inresponsetobiologicalsignalsorenvironmentstimuli eukaryotes Orgnanizationandtemporallyspecificexpressionofhuman and globingenes eukaryotes Thestagesatwhicheukaryoticgeneexpressioncanberegulated TranscriptionProcessingTranslation eukaryotes RNAprocessingistypicalineukaryotesPhysicalseparationoftheeventsofgeneexpressionmakeitpossibleforregulationtooccurindifferentplaces eukaryotes AlternatesplicingofRNA eukaryotes eukaryotes eukaryotes CytoplasmiccontrolofmRNAstabilitythelengthofthepoly A tailthestructureofthe3 UTRthemetabolicstateofthecell eukaryotes 环境因素诱导的转录调控 由于环境因子的改变 使得生物体特定基因的表达受到了相关基因的调控 这种调控形式称为环境因素诱导的转录调控 温度诱导的转录调控元件 热休克基因 Heat Shockgene 编码热休克蛋白的基因 例如 hsp70gene热休克转录因子 heat shocktranscriptionfactor HSTF 存在于细胞核中一种对温度敏感的多肽因子 热休克反应因子 heatshockresponseelements HSEs 在hsp70gene上游40 90bp 被HSTF识别的DNA序列 温度诱导的转录调控 热休克基因 Heat Shockgene 在原核和真核生物中都发现了这类基因 当生物体处于高温时 热休克转录因子 heat shocktranscriptionfactor HSTF 被激活 结合到热休克反应序列上 促使热休克基因转录 表达的蛋白为HSP70 对细胞在高温下起稳定作用 eukaryotes Environmentfactorsinducetranscriptionalactivity temperature eukaryotes 生物因子诱导的转录调控 生物体在生物因子诱导下的转录调控 这类因子的调控一般都需要通过细胞信号传导系统 将信息传递细胞核内的DNA上 诱导了转录进行 其中有的因子直接进入细胞内参与诱导 有些因子通过细胞跨膜蛋白受体 间接进行诱导 eukaryotes Biologicalfactorsinducetranscriptionalactivity1 steroidhormones eukaryotes Biologicalfactorsinducetranscriptionalactivity2 peptidehormone Threegeneralpropertiesofenhancerstheyactoverrelativelylargedistancestheirinfluenceongeneex