医学课件基因结构与基因表达调控

基因结构与基因表达调控第一节

基因与人类基因组计划BasicConceptionsandPrinciple（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)（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，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。基因表达的方式组成性表达按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：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(housekeepinggene)。0102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(constitutivegeneexpression)。

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。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)。诱导和阻遏表达可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。01020304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(coordinateexpression)，这种调节称为协调调节(coordinateregulation)。0102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。基因组(genome)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。基因组学(genomics)二、基因组（一）人类基因组分析的主要内容基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structuralgenomics)功能基因组学(functionalgenomics)比较基因组学(comparativegenomics)基因组学概念结构基因组学(structuralgenomics)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。结构基因组学物理制图遗传制图基因组DNA序列测定创建计算机分析管理系统HGP包括以下研究内容HGP主要任务及内容通过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，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。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（functionalgenomics）。鉴定DNA序列中的基因同源搜索设计基因功能实验性设计基因功能描述基因表达模式01主要具体内容包括以下方面02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(comparativegenomics)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。基因组学与医学关系TheRelationbetweenGenomicsandMedicine0102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。根据这一概念，人类疾病大致分为三类：01单基因病02多基因病03获得性基因病04基因病的概念01检测人类基因变异或突变02疾病时基因组差异表达分析03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第二节

原核基因转录调节RegulationofProkaryoticGeneTranscription——调节的主要环节在转录起始原核基因转录调节特点1σ因子决定RNA聚合酶识别特异性2操纵子模型的普遍性3阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性一、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子(lacoperon)的结构

调控区CAP结合位点启动序列操纵序列

结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA（二）阻遏蛋白的负性调节mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶++++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ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP01当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；02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。03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。04葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolicrepression)。（四）协调调节二、色氨酸操纵子转录调节机制TrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调节区结构基因RNA聚合酶RNA聚合酶?色氨酸操纵子UUUU……UUUU……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

UUUU……转录衰减机制UUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时125’trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’RNA聚合酶终止UUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mRNA15’trp密码子

结构基因前导DNARNA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第三节

真核基因转录调节RegulationofEukaryotic0102GeneTranscription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。反式作用因子转录调节因子分类（按功能特性）基本转录因子(generaltranscriptionfactors)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。1特异转录因子(specialtranscriptionfactors)2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。3转录激活因子4转录抑制因子2.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最常见的DNA结合域锌指(zincfinger)常结合GC盒C——CysH——HisHisCysZn2.α-螺旋常结合CAAT盒（三）mRNA转录激活及其调节polⅡTFⅡ