基因表达调控课件

基因表达调控李凌基因表达调控李凌1根本概念基因、基因组、基因表达管家〔看家〕基因、奢侈基因诱导、阻遏顺式作用元件、反式作用因子操纵子根本概念基因、基因组、基因表达2基因——gene

genetics：遗传学基因组——genome基因组学——genomics基因——genegenetics：遗传学3编码生物活性产物所必需的全部核苷酸序列。产物:蛋白质或各种RNA核苷酸序列：一般是DNA序列〔或RNA病毒中的RNA〕基因(gene)

编码生物活性产物所必需的全部核苷酸序列。基因(gene)4基因组〔genome〕指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。基因组的大小用全部核苷酸序列的碱基对总数表示。基因组〔genome〕指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或5人的23对染色体人的23对染色体6基因表达就是基因转录和翻译的过程。产物：产生具有特异生物学功能的蛋白质分子转录合成rRNA、tRNA基因表达就是基因转录和翻译的过程。7基因表达的特性〔时空性〕时间特异性：是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。空间特异性：是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。基因表达的特性〔时空性〕时间特异性：是指特定基因的表达严格按8*基因表达谱Geneexpressionprofile基因表达mRNA的水平反响了在一定环境、一定细胞类型、一定细胞生长阶段和一定细胞状态下的基因功能信息。所谓基因表达谱就是对上述特定状态下哪些基因表达，表达水平如何，转录产物的构造形式如何等等信息的完整表述，包括每种组织细胞中的基因表达谱、细胞不同发育阶段的基因表达谱、正常和病理状态下的基因表达谱，治疗条件下的基因表达谱等等。*基因表达谱Geneexpressionprofile9基因表达的方式人类基因组DNA中约含3万个基因；在某一特定时期，只有少数的基因处于转录激活状态，其余大多数基因那么处于静息状态。一般来说，在大局部情况下，处于转录激活状态的基因仅占5%。基因表达的方式人类基因组DNA中约含3万个基因；10基因表达的方式看家基因〔housekeepinggene)编码生命全过程所必需的产物，几乎在所有的细胞中表达的一类基因。奢侈基因〔luxurygene〕编码具有特殊功能的蛋白产物、仅在特定的细胞或特定的条件下表达的某些基因。基因表达的方式看家基因〔housekeepinggene)11基因表达的方式组成性表达诱导与阻遏基因表达的方式组成性表达12基因表达的多级调控基因激活转录起始mRNA水平蛋白质水平基因表达的多级调控基因激活转录起始mRNA水平蛋白质水平13基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列2.调节蛋白：3.DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用4.RNA聚合酶

基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列14原核生物操纵子调控模式原核生物几个功能相关的构造基因往往会排列在一起，转录出一段mRNA，然后分别翻译出几种蛋白质.这些蛋白质可能是催化某代谢途径的酶系统，或执行其他相关功能。在基因组中由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其它调控序列成簇串联组成的一个转录单位称为操纵子〔Operon〕。原核生物操纵子调控模式原核生物几个功能相关的构造基因往往会排15原核基因：操纵子构造ipo操纵子调控序列结构基因启动子p操纵区o阻遏基因iCAP结合位点TATA盒TTGACA16原核基因：操纵子构造ipo操纵子调控序列结构基因启动子原核基因转录调节要素1.特异DNA序列操纵子调控序列：P、O、CAP结合位点、I启动序列：-10——TATAAT，Pribnowbox-35——TTGACA2.调节蛋白：特异因子：决定RNA聚合酶的识别、结合能力阻遏蛋白：调节基因I编码，与操纵序列O结合激活蛋白：CAP原核基因转录调节要素1.特异DNA序列17真核基因①编码序列：外显子(exon)②插入外显子之间的非编码序列：内合子(intron)③5'-端和3'-端非翻译区(UTR)④调控序列(可位于上述三种序列中)真核基因①编码序列：外显子(exon)18基因表达调控课件19真核基因调控元件顺式作用元件：cis-actingelement〕又称分子内作用元件指可影响自身基因表达活性的DNA序列〔存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序〕。通常是非编码序列分为：启动子、增强子、沉默子真核基因调控元件顺式作用元件：cis-actingelem20顺式作用元件顺式作用元件21沉默子真核基因顺式作用元件沉默子真核基因顺式作用元件22反式作用因子trans-actingfactor，又称为分子间作用因子真核基因调节蛋白〔转录因子〕与特异的顺式作用元件相互作用反式激活另一基因的转录。反式作用因子trans-actingfactor，又称为分23反式作用蛋白与顺式作用蛋白反式作用蛋白与顺式作用蛋白24基因表达调控课件25基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列原核生物：操纵子(编码区、启动区、操纵区等)真核生物：顺式作用元件(启动子、增强子等)2.调节蛋白：原核(特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白)真核(转录因子，又称之为反式作用因子)3.DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用：二聚体化4.RNA聚合酶启动序列/启动子与RNA聚合酶活性调节蛋白与RNA聚合酶活性基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列26基因表达调控的根本原理以转录起始调节为中心环节通过启动子、RNA聚合酶和调节蛋白之间的相互作用以实现基因的开启和关闭.调节的实质是DNA与蛋白质之间的相互作用和蛋白质与蛋白质之间的相互作用.基因表达调控的根本原理以转录起始调节为中心环节27基因表达调控课件28基因表达调控课件29基因表达调控课件30基因表达调控课件31cAMP对转录的调控无葡萄糖：cAMP(促进转录）有葡萄糖：cAMP(不促进转录）cAMPcAMPCAP蛋白cAMP-CAP复合物正调控cAMP对转录的调控无葡萄糖：cAMP(促进转录）有葡萄32乳糖操纵子的认识1.包括三个构造基因z、y、a，呈多顺反子构造2.操纵基因o是阻遏蛋白的结合位点，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，lacmRNA的转录受阻3.调节基因i编码阻遏蛋白与o基因结合4.启动基因P位于I与o之间，其上游还有一个CAP结合位点，由p、o和CAP结合位点共同调节lac操纵子的调控区乳糖操纵子的认识1.包括三个构造基因z、y、a，呈多顺反子构33基因表达调控课件34基因表达调控课件35基因表达调控课件36真核基因组

原核基因组1.基因组庞大，与组蛋白结合形成染色质2.许多DNA不转录3.单顺反子4.有重复序列5.断裂基因〔有内含子〕1.只有一个DNA分子或RNA分子2.绝大局部参与基因的表达或调控3.多顺子4.无5.操纵子构造〔无内含子〕真核基因组原核基因组1.基因组庞大，37真核基因的表达调控特点1.RNA聚合酶2.活性染色体构造变化(1)对核酶敏感(2)DNA拓扑构造变化(3)DNA碱基修饰变化(4)组蛋白变化3.以正调控机制占主导地位：有效、经济4.真核基因的转录和翻译有物理分割，分属于核内行为与核外行为5.转录后有修饰、加工真核基因的表达调控特点1.RNA聚合酶38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，每一组件含7-20bp的DNA序列，包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件2.增强子：远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关3.沉默子：负性调控元件，结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用顺式作用元件1.启动子：真核基因启动子是RNA聚合酶结合位39顺式作用元件启动子TATA盒：转录起始点CAAT盒：决定转录起始频率GC盒：转录调控功能增强子：远离转录起始点，增强启动子转录活性的DNA序列沉默子：它是一些特异的DNA顺序，当其与结合特异性的蛋白因子时阻遏转录顺式作用元件启动子TATA盒：转录起始点CAAT盒：决定转录40反式作用因子分类1.根本转录因子(transcriptionfactors,TF)：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转录的类别2.特异转录因子：为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性。分为转录激活因子与转录抑制因子反式作用因子分类1.根本转录因子(transcription41反式作用因子(转录因子)的三个功能域1.DNA识别结合域2.转录激活域3.二聚体化域螺旋－转角－螺旋锌指结构亮氨酸拉链螺旋－环区－螺旋酸性激活域谷氨酰胺富含域脯氨酸富含域（蛋白－蛋白结构域）反式作用因子(转录因子)的三个功能域1.DNA识别结合域螺旋42原核-真核生物表达调控比较原核生物真核生物基因组结构多顺反子单顺反子、重复序列、断裂结构转录调节特点1.σ因子决定RNA聚合酶识别特异性2.操纵子形式3.阻遏蛋白与阻遏机制1.活性染色体变化2.正性调节主导3.转录翻译空间分隔4.转录后加工、修饰转录激活调节操纵子形式顺式作用元件与反式作用因子原核-真核生物表达调控比较原核生物真核生物基因组结构多顺反子43HLH结构特征HLH的结构特征HLH结构特征HLH的结构特征44Zinc-finger蛋白结构特征Zinc-finger蛋白结构特征Zinc-finger蛋白结构特征Zinc-finger蛋白45锌指结构锌指结构46Leucine-zipper的结构特征Lwucine-zipper结构特征Leucine-zipper的结构特征Lwucine-zip47亮氨酸拉链亮氨酸拉链48亮氨酸拉链亮氨酸拉链49基因表达调控小结概念：基因表达、操纵子、顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子、转录因子原核基因转录调控特点乳糖操纵子调节机制真核基因组特点真核基因表达调控的特点真核基因转录时的调控基因表达调控小结概念：基因表达、操纵子、顺式作用元件、反式作50基因表达调控李凌基因表达调控李凌51根本概念基因、基因组、基因表达管家〔看家〕基因、奢侈基因诱导、阻遏顺式作用元件、反式作用因子操纵子根本概念基因、基因组、基因表达52基因——gene

genetics：遗传学基因组——genome基因组学——genomics基因——genegenetics：遗传学53编码生物活性产物所必需的全部核苷酸序列。产物:蛋白质或各种RNA核苷酸序列：一般是DNA序列〔或RNA病毒中的RNA〕基因(gene)

编码生物活性产物所必需的全部核苷酸序列。基因(gene)54基因组〔genome〕指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。基因组的大小用全部核苷酸序列的碱基对总数表示。基因组〔genome〕指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或55人的23对染色体人的23对染色体56基因表达就是基因转录和翻译的过程。产物：产生具有特异生物学功能的蛋白质分子转录合成rRNA、tRNA基因表达就是基因转录和翻译的过程。57基因表达的特性〔时空性〕时间特异性：是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。故又称为阶段特异性。空间特异性：是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。故又称为细胞特异性或组织特异性。基因表达的特性〔时空性〕时间特异性：是指特定基因的表达严格按58*基因表达谱Geneexpressionprofile基因表达mRNA的水平反响了在一定环境、一定细胞类型、一定细胞生长阶段和一定细胞状态下的基因功能信息。所谓基因表达谱就是对上述特定状态下哪些基因表达，表达水平如何，转录产物的构造形式如何等等信息的完整表述，包括每种组织细胞中的基因表达谱、细胞不同发育阶段的基因表达谱、正常和病理状态下的基因表达谱，治疗条件下的基因表达谱等等。*基因表达谱Geneexpressionprofile59基因表达的方式人类基因组DNA中约含3万个基因；在某一特定时期，只有少数的基因处于转录激活状态，其余大多数基因那么处于静息状态。一般来说，在大局部情况下，处于转录激活状态的基因仅占5%。基因表达的方式人类基因组DNA中约含3万个基因；60基因表达的方式看家基因〔housekeepinggene)编码生命全过程所必需的产物，几乎在所有的细胞中表达的一类基因。奢侈基因〔luxurygene〕编码具有特殊功能的蛋白产物、仅在特定的细胞或特定的条件下表达的某些基因。基因表达的方式看家基因〔housekeepinggene)61基因表达的方式组成性表达诱导与阻遏基因表达的方式组成性表达62基因表达的多级调控基因激活转录起始mRNA水平蛋白质水平基因表达的多级调控基因激活转录起始mRNA水平蛋白质水平63基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列2.调节蛋白：3.DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用4.RNA聚合酶

基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列64原核生物操纵子调控模式原核生物几个功能相关的构造基因往往会排列在一起，转录出一段mRNA，然后分别翻译出几种蛋白质.这些蛋白质可能是催化某代谢途径的酶系统，或执行其他相关功能。在基因组中由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其它调控序列成簇串联组成的一个转录单位称为操纵子〔Operon〕。原核生物操纵子调控模式原核生物几个功能相关的构造基因往往会排65原核基因：操纵子构造ipo操纵子调控序列结构基因启动子p操纵区o阻遏基因iCAP结合位点TATA盒TTGACA66原核基因：操纵子构造ipo操纵子调控序列结构基因启动子原核基因转录调节要素1.特异DNA序列操纵子调控序列：P、O、CAP结合位点、I启动序列：-10——TATAAT，Pribnowbox-35——TTGACA2.调节蛋白：特异因子：决定RNA聚合酶的识别、结合能力阻遏蛋白：调节基因I编码，与操纵序列O结合激活蛋白：CAP原核基因转录调节要素1.特异DNA序列67真核基因①编码序列：外显子(exon)②插入外显子之间的非编码序列：内合子(intron)③5'-端和3'-端非翻译区(UTR)④调控序列(可位于上述三种序列中)真核基因①编码序列：外显子(exon)68基因表达调控课件69真核基因调控元件顺式作用元件：cis-actingelement〕又称分子内作用元件指可影响自身基因表达活性的DNA序列〔存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序〕。通常是非编码序列分为：启动子、增强子、沉默子真核基因调控元件顺式作用元件：cis-actingelem70顺式作用元件顺式作用元件71沉默子真核基因顺式作用元件沉默子真核基因顺式作用元件72反式作用因子trans-actingfactor，又称为分子间作用因子真核基因调节蛋白〔转录因子〕与特异的顺式作用元件相互作用反式激活另一基因的转录。反式作用因子trans-actingfactor，又称为分73反式作用蛋白与顺式作用蛋白反式作用蛋白与顺式作用蛋白74基因表达调控课件75基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列原核生物：操纵子(编码区、启动区、操纵区等)真核生物：顺式作用元件(启动子、增强子等)2.调节蛋白：原核(特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白)真核(转录因子，又称之为反式作用因子)3.DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用：二聚体化4.RNA聚合酶启动序列/启动子与RNA聚合酶活性调节蛋白与RNA聚合酶活性基因转录激活调节根本要素1.特异DNA序列76基因表达调控的根本原理以转录起始调节为中心环节通过启动子、RNA聚合酶和调节蛋白之间的相互作用以实现基因的开启和关闭.调节的实质是DNA与蛋白质之间的相互作用和蛋白质与蛋白质之间的相互作用.基因表达调控的根本原理以转录起始调节为中心环节77基因表达调控课件78基因表达调控课件79基因表达调控课件80基因表达调控课件81cAMP对转录的调控无葡萄糖：cAMP(促进转录）有葡萄糖：cAMP(不促进转录）cAMPcAMPCAP蛋白cAMP-CAP复合物正调控cAMP对转录的调控无葡萄糖：cAMP(促进转录）有葡萄82乳糖操纵子的认识1.包括三个构造基因z、y、a，呈多顺反子构造2.操纵基因o是阻遏蛋白的结合位点，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，lacmRNA的转录受阻3.调节基因i编码阻遏蛋白与o基因结合4.启动基因P位于I与o之间，其上游还有一个CAP结合位点，由p、o和CAP结合位点共同调节lac操纵子的调控区乳糖操纵子的认识1.包括三个构造基因z、y、a，呈多顺反子构83基因表达调控课件84基因表达调控课件85基因表达调控课件86真核基因组

原核基因组1.基因组庞大，与组蛋白结合形成染色质2.许多DNA不转录3.单顺反子4.有重复序列5.断裂基因〔有内含子〕1.只有一个DNA分子或RNA分子2.绝大局部参与基因的表达或调控3.多顺子4.无5.操纵子构造〔无内含子〕真核基因组原核基因组1.基因组庞大，87真核基因的表达调控特点1.RNA聚合酶2.活性染色体构造变化(1)对核酶敏感(2)DNA拓扑构造变化(3)DNA碱基修饰变化(4)组蛋白变化3.以正调控机制占主导地位：有效、经济4.真核基因的转录和翻译有物理分割，分属于核内行为与核外行为5.转录后有修饰、加工真核基因的表达调控特点1.RNA聚合酶88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，每一组件含7-20bp的DNA序列，包括至少一个转录起始点以及一个以上的功能组件2.增强子：远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关3.沉默子：负性调控元件，结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用顺式作用元件1.启动子：真核基因启动子是RNA聚合酶结合位89顺式作用元件启动子TATA盒：转录起始点CAAT盒：决定转录起始频率GC盒：转录调控功能增强子：远离转录起始点，增强启动子转录活性