医学课件-基因结构与基因表达调控

1、基因结构与基因表达调控Regulation of Gene Expression基因结构与基因表达调控Regulation of Gene 第 一 节基因与人类基因组计划Basic Conceptions and Principle第 一 节基因与人类基因组计划Basic Concept（一）原核生物基因结构特点 蛋白质因子 操纵子(operon) 机制特异DNA序列编码序列 启动序列 操纵序列 其他调节序列(promoter)(operator)（一）原核生物基因结构特点 蛋白质因子 操纵子（二）真核生物基因结构特点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

2、 ，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。 （二）真核生物基因结构特点BADNA编码序列转录起始点不同真（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：1 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(housekeeping gene)。（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：1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(constitutive gene expression

3、)。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2 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)。2 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(coordina

4、te regulation)。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基因组(genome)泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。 二、基因组基因组学(genomics)就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。基因组(genome)二、基因组基因组学(genomics)基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structural genomics) 功能基因组学(functional genomics)比较基因组学(comparative genomics)

5、基因组学概念（一）人类基因组分析的主要内容基因组学包括3个不同的亚领域基因组学概念（一）人类基因组分析结构基因组学结构基因组学(structural genomics)是通过HGP的实施来完成的。HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。结构基因组学结构基因组学(structural genomi（一）物理制图 （二）遗传制图 （三）基因组DNA序列测定 （四）创建计算机分析管理系统 HGP包括以下研究内容（一）物理制图 HGP包括以下研究内容HGP主要任务及内容HGP主要任务及内容通过HGP获得的

6、广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传病提供“平台”，并将成为复杂的多基因遗传病研究的发端。通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，功能基因组学完成一个生物体全部基因组测序后即进入后基因组测序阶段详尽分析序列，描述基因组所有基因的功能，包括研究基因的表达及其调控模式，这就是功能基因组学（functional genomics）。 功能基因组学完成一个生物体全部基因组测序后即进入后基因组测序 1 鉴定DNA序列中的基因 2 同源搜索设计基因功能 3 实验性设计基因功能 4 描述基因表达模式 主要具体内容包括以

7、下方面 1 鉴定DNA序列中的基因主要具体内容包括以下方面 功能基因组学研究策略及主要内容功能基因组学研究策略及主要内容比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的功能和进化关系。 比较基因组学比较基因组学(comparative genom（二）基因组学与医学关系The Relation between Genomics and Medicine（二）基因组学与医学关系The Relation be基因病的概念以基因组学为基础，从疾病和健康的角度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因相关，故有“基因病”概念产生。根据

8、这一概念，人类疾病大致分为三类：（一）单基因病 （二）多基因病 （三）获得性基因病 基因病的概念以基因组学为基础，从疾病和健康的角度考虑，人类疾疾病相关基因的鉴定1 检测人类基因变异或突变 2 疾病时基因组差异表达分析 3 染色体制图定位及疾病相关基因克隆 疾病相关基因的鉴定1 检测人类基因变异或突变 第 二 节 原核基因转录调节Regulation of Prokaryotic Gene Transcription第 二 节 原核基因转录调节Regulation of调节的主要环节在转录起始原核基因转录调节特点 1 因子决定RNA聚合酶识别特异性 2 操纵子模型的普遍性 3 阻遏蛋白与阻遏机

9、制的普遍性调节的主要环节在转录起始原核基因转录调节特点 1 一、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子(lac operon)的结构 调控区CAP结合位点启动序列操纵序列 结构基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA一、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子(lac operonmRNA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-半乳糖苷酶mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录+ +

10、+ + 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；如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。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。葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。 （四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥Trp Trp 高时 T

11、rp 低时 mRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 ?二、色氨酸操纵子转录调节机制色氨酸操纵子Trp Trp 高时 Trp 低时 mRNA OPtrpR调UUUUUUUU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 UUUUUUUUUUUU调节区 结构基因 trpROP前导序UUUU34UUUU 334核糖体 前导肽 前导mRNA1.当色氨酸浓度高时 转录衰减机制 12

12、5 trp 密码子 衰减子结构就是终止子可使转录前导DNA UUUU 3 RNA聚合酶 终止UUUU34UUUU 334核糖体 前导肽 前导mRNUUUU342423UUUU核糖体 前导肽 前导mRNA 15 trp 密码子 结构基因前导DNA RNA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 UUUU342423UUUU核糖体 前导肽 前导mR第 三 节 真核基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription第 三 节 真核基因转录调节Regulation o真核基因转录激活调节（一）顺式作用元

13、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。TATA盒GC盒CAAT盒真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件1. 启动子真核基因启医学课件-基因结构与基因表达调控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 1. 转录调节因子分类（按功能特性）* 基本转录因子(general

14、transcription factors)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 1. 转录调节因子分类（按功能特性）* * 特异转录因子(special transcription factors)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(special transcription2. 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 1. 锌指(zinc finger)C CysH His常结合GC盒最常见的DNA结合域 1. 锌指(zinc finger)CZnCysHisZnCysHis 2. -螺旋常结合CAAT盒 2. -螺旋常结合CAAT盒（三）mRNA 转录激活及其调节polTFHT