基因调控分子生物

基因调控分子生物第1页，共40页，2023年，2月20日，星期一基因表达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或蛋白质的过程基因表达的产物是什么，各有什么作用？第2页，共40页，2023年，2月20日，星期一基因表达调控生物体通过特定的分子机制来控制基因是否表达，或调节表达产物的多少以满足生物体的自身需求以及适应环境变化的过程第3页，共40页，2023年，2月20日，星期一基因表达调控的基本规律（一）基因表达的时空特异性时间特异性(temporalspecificity)在细胞的生长发育过程中，根据功能需要，某一特定基因的表达严格按照一定的时间顺序开启或关闭，决定细胞向特定的方向分化和发育多细胞生物基因表达的时间特异性又称为阶段特异性(stagespecificity)第4页，共40页，2023年，2月20日，星期一第5页，共40页，2023年，2月20日，星期一空间/组织特异性(spatial/tissuespecificity)

多细胞生物中，个体生长发育的某一阶段，同一基因产物在不同的组织器官分布是不一样的第6页，共40页，2023年，2月20日，星期一第7页，共40页，2023年，2月20日，星期一如何理解“在个体内决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式？第8页，共40页，2023年，2月20日，星期一（二）诱导表达和阻遏表达是基因表达调控的普遍方式管家基因(housekeepinggene)：某些基因产物对生命全过程都是必须的或必不可少的，这类基因较少受环境因素的影响，在生物个体的几乎所有细胞中持续表达组成性表达(constitutiveexpression)：管家基因的表达方式第9页，共40页，2023年，2月20日，星期一奢侈基因(luxurygene)：某些基因的表达易受环境变化影响，在特定的细胞或特定的阶段表达水平呈现升高或降低（可诱导基因和可阻遏基因）诱导表达(induction)：基因表达水平在特定的条件下增强的现象阻遏表达(repression)：基因表达水平在特定的条件下降低的现象第10页，共40页，2023年，2月20日，星期一（三）基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节顺式作用原件(cis-actingelement)：

存在于DNA上调控基因转录的特定序列：启动子、增强子、沉默子、反应元件反式作用因子(trans-actingfactor)：

与顺式作用元件特异作用，调控基因转录的特定蛋白，亦称为转录因子(transcriptionfactor)第11页，共40页，2023年，2月20日，星期一（四）蛋白质-DNA以及蛋白质-蛋白质相互作用是基因表达调控的分子机制（五）基因表达调控是多层次的复杂调节第12页，共40页，2023年，2月20日，星期一原核生物的基因表达调控一、转录水平的调控是原核生物基因表达的关键环节操纵子是原核生物基因表达调控的基本单元第13页，共40页，2023年，2月20日，星期一第14页，共40页，2023年，2月20日，星期一ThelacoperonisanoperonrequiredforthetransportandmetabolismoflactoseinEscherichiacoliandsomeotherentericbacteria.Itconsistsofthreeadjacentstructuralgenes,lacZ,lacYandlacA.Thelacoperonisregulatedbyseveralfactorsincludingtheavailabilityofglucoseandoflactose.Generegulationofthelacoperonwasthefirstcomplexgeneticregulatorymechanismtobeelucidatedandisoneoftheforemostexamplesofprokaryoticgeneregulation.第15页，共40页，2023年，2月20日，星期一乳糖操纵子模式（一）乳糖操纵子的结构调节基因I半乳糖苷酶透酶乙酰基转移酶操纵序列O启动序列PCAP结合位点第16页，共40页，2023年，2月20日，星期一（二）乳糖操纵子的转录调控机制1、阻遏蛋白的负调控方式无乳糖：转录抑制第17页，共40页，2023年，2月20日，星期一有乳糖：转录激活第18页，共40页，2023年，2月20日，星期一2、CAP的正调控方式无葡萄糖：转录激活有葡萄糖：转录抑制第19页，共40页，2023年，2月20日，星期一原核生物应对生长环境中能源物质（葡萄糖、乳糖）的变化的分子机制？第20页，共40页，2023年，2月20日，星期一有乳糖：转录激活；无乳糖：转录抑制有葡萄糖：转录抑制；无葡萄糖：转录激活有乳糖、有葡萄糖：转录抑制无乳糖、无葡萄糖：转录抑制有葡萄糖、无乳糖：转录抑制无葡萄糖、有乳糖：转录激活第21页，共40页，2023年，2月20日，星期一试述编码合成色氨酸的操纵子的调控模式？第22页，共40页，2023年，2月20日，星期一第23页，共40页，2023年，2月20日，星期一二、翻译水平的调控是对转录调控的补充（一）转录与翻译的偶联调控（二）SD序列影响翻译起始速度（三）蛋白质或反义RNA与自身mRNA的结合（四）mRNA密码子的编码频率第24页，共40页，2023年，2月20日，星期一真核生物的基因表达调控（一）真核基因组结构庞大（二）大部分为重复序列等非编码序列（三）基因不连续性（四）单顺反子（五）染色质DNA（六）线粒体基因组的存在第25页，共40页，2023年，2月20日，星期一一、真核生物染色质结构直接影响基因转录1、转录活化的染色质对核酸酶极为敏感2、转录霍华德染色质的组蛋白发生改变3、RNA聚合酶结合位点的上下游具有不同的超螺旋构象4、CpG岛甲基化水平降低第26页，共40页，2023年，2月20日，星期一第27页，共40页，2023年，2月20日，星期一第28页，共40页，2023年，2月20日，星期一SAMDNMTs第29页，共40页，2023年，2月20日，星期一二、转录速度决定RNA合成效率（一）顺式作用元件可直接影响基因表达活性1、真核生物启动子结构和调节更为复杂2、增强子能提高转录效率3、沉默子能够抑制基因的转录第30页，共40页，2023年，2月20日，星期一第31页，共40页，2023年，2月20日，星期一（二）转录因子是转录调控的关键分子1、转录因子一般含有三个功能域（1）DNA结合结构域：锌指结构、碱性螺旋-环-螺旋、碱性亮氨酸拉链（2）转录激活结构域（3）和其他蛋白质结合的结构域2、区分为基本转录因子和组织特异转录因子第32页，共40页，2023年，2月20日，星期一第33页，共40页，2023年，2月20日，星期一第34页，共40页，2023年，2月20日，星期一特异表达基因何以对外界信号作出应答？第35页，共40页，2023年，2月20日，星期一基因都是由RNA聚合酶与启动序列决定了基础转录频率，该转录频率因调节蛋白和DNA序列的结合而改变，外界信号就是通过调节蛋白的表达影响而改变了基因转录频率

外界信号调节蛋白转录频率第36页，共40页，2023年，2月20日，星期一三、转录后对mRNA结构与功能的调控（一）mRNA的稳定性影响真核生物基因表达1、5’端帽子结构2、3’端尾巴结构3、非编码