基因表达调控的基本内容

,基因表达调控的基本内容,一、基因表达的概念,1、基因（gene）：从遗传学讲，基因就是遗传的基本单位或单元，具有编码RNA或多数情况下编码多肽功能的信息单位。从分子生物学看，基因是负载特定遗传信息的DNA分子片段。,基因表达（gene expression）：在基因组携带的固有遗传信息指导下生成各种具有生物学功能的RNA和蛋白质的过程。,2、基因表达(gene expression)：,基因表达是转录和翻译的过程，但不是所有的基因表达都产生蛋白质，rRNA和tRNA的产生也属于基因表达。 基因组内基因的数量非常庞大，但是只有少数表达，大多数不表达或表达水平极低。,2.1基因表达是转录和翻译的过程,二、基因表达的方式,2.1 组成性表达(constitutive gene expression),2.2 适应型表达(adaptive expression),2.3 协调调节（coordinate regulation）,2.1 组成性表达,管家基因(housekeeping gene) ：在生物个体的几乎所有细胞中持续表达，其表达产物对生命全过程都是必需的或必不可少的基因。,组成性基因表达（基本的基因表达）：管家基因的表达，它只受启动子与RNA聚合酶相互作用的影响,2.2 适应型表达,诱导：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，该现象称为诱导。相应基因称为可诱导的基因。,阻遏：基因对环境信号应答时被抑制，这种基因称为可阻遏的基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏。,可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响外，尚受其它机制调节（如：增强子）。,2.3 协调调节,在一定机制控制下，机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。这种调节称为协调调节。,（一）时间特异性（阶段特异性） Temporal Specificity (Stage Specificity)（二）空间特异性（ 组织/细胞特异性） Spatial Specificity (Tissue/Cell Specificity),三、基因表达的特点,按功能需要某一特定基因表达严格按特定的时间顺序发生。 甲胎蛋白碱性磷酸酶 受精卵发育,（一）时间特异性,指在个体生长、发育过程中，某种基因产物在个体不同组织器官表达存在差异。又称细胞或组织特异性。 胰岛素,（二）空间间特异性,四、基因表达调控的基本原理,1、基因表达的多级调控：基因结构活化、 转录起始、 转录后加工及载运、 翻译及翻译后加工等。,2、基因转录激活调节的基本要素（调控体系）,2.1 特异DNA序列：操纵子（原核） 顺式作用元件（真核）,操丛子(operator)：原核生物中由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其它调节序列在基因组中成簇串联组成的基因调控单位。,顺式作用元件（cis-acting element）：可影响自身基因表达活性的DNA序列。包括启动子、增强子及沉默子等。,2.2 调节蛋白,原核基因调节蛋白都是一些DNA结合蛋白,阻遏蛋白介导的负性调节机制在原核生物普遍存在,原核：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白 真核：转录因子（主要为反式作用因子）,2、基因转录激活调节的基本要素（调控体系）,反式作用因子(trans-acting factor)：某一基因的编码产物，与其它基因的调节序列结合，调节其它基因的表达活性。大多数反式作用因子是DNA结合蛋白,正性调节机制在真核生物普遍存在,转录调节的作用机理： DNA-蛋白质、 （基本形式） 蛋白质-蛋白质相互作用、 RNA聚合酶活性调节,3、转录调节的作用机理,3.2 蛋白质-蛋白质相互作用：二聚体是调节蛋白结合DNA时最常见的形式，杂二聚体比同二聚体具更强的DNA结合能力,3.3 RNA聚合酶：转录激活调节最终由RNA聚合酶活性体现,多数调节蛋白结合DNA前需通过蛋白质-蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体,这种结合通常是非共价结合,3.1 DNA-蛋白质相互作用：反式调节因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合,3、转录调节的作用机理,五、原核与真核基因表达调控的区别,1、真核基因与原核基因的结构特点,真核细胞基因组非常复杂：结构庞大、重复序列、不连续性、单顺反子（一个编码基因转录、翻译生成一条多肽链）,因子决定RNA聚合酶识别特异性,操纵子（元）模型的普遍性：多顺反子转录，通过调控单个启动基因的活性来完成协调表达,阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性：负性调节占主导,2、原核基因表达调控特点,3、真核基因表达调控特点,活性染色体结构变化：对核酸酶高度敏感、拓扑结构变化、DNA碱基修饰、组蛋白减少,正性调节占主导,转录与翻译分隔进行,转录后修饰、加工,RNA聚合酶有三种,六、基因表达调控的多层次和复杂性,基因组,转录,转录后,翻译,翻译后,基因表达调控的多层次和复杂性 Multi-levels and Compliexity of Gene Expression Regulation,基因激活,转录起始,转录后加工及转运,mRNA降解,翻译及翻译后加工,蛋白质降解,DNA甲基化