正常人体学-基因表达的调控

基因表达的调控第四节一、基因表达调控的基本概念及其生物学意义2基因的活化→转录→转录后加工→RNA转运至细胞质→翻译→翻译后加工基因表达(真核)1适应环境、维持生长和发育需要主要是转录水平的调控基因表达的调控2二、原核生物基因表达的调控4适应外界条件的变化1方式:诱导合成(正调控)或阻遏合成(负调控)一些相应的蛋白质2特点:转录与翻译偶联，快速原核生物基因表达调控的特点3调控机制——操纵子(operon)5结构基因启动子(promoter)操纵基因(operator)其他调控基因原核生物中一些成簇排列、相互协同的基因所组成的单位。一个操纵子＝结构基因(2~6)＋启动基因(启动子)＋操纵基因＋(其他调控基因)(二)乳糖操纵子的结构和诱导剂6IPOZYa控制位点结构基因DNA阻遏物启动子操纵基因β-半乳糖苷酶通透酶转乙酰基酶1.乳糖操纵子的结构和诱导剂RNA聚合酶结合位点调控基因Lac操纵子β-半乳糖苷酶对乳糖的作用乳糖操纵子的发现:细菌可以以葡萄糖、乳

糖作为碳源葡萄糖充分时:与葡萄糖代谢有关的酶——大量表达与其他糖代谢有关的酶——少量葡萄糖耗尽、乳糖存在时(培养基):与乳糖代谢有关的酶——大量表达与葡萄糖代谢有关的酶——少量2.Lac阻遏物的作用Lac阻遏物由基因I编码结构特点:具有4个相同亚基，每个亚基中都有

一个与诱导剂结合的位点调控机制:无诱导剂时:Lac阻遏物与O基因结合，结构基因

关闭有诱导剂时:Lac阻遏物与诱导剂结合，阻遏物构

象改变，不能与O基因结合，结构基

因开放，RNA聚合酶结合、延伸，转

录开始9IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNApol没有诱导剂存在时调控基因IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNApol启动转录mRNA有诱导剂(别位乳糖或IPTG)存在时别位乳糖或IPTGprotein11葡萄糖存在时:优先利用葡萄糖作为能源分解物阻遏作用(cataboliterepression)葡萄糖的分解产物对其他酶的抑制效应，与cAMP有关葡萄糖↑→cAMP↓→乳糖操纵子加入外源cAMP↑→乳糖操纵子3.CAP与cAMP复合物在乳糖操纵子表达

中的作用(-)(+)CAP-cAMP复合物的激活作用CAP(catabolitegeneactivatorprotein):有两个相同亚基的蛋白质，都具有与DNA结合的结构域和与cAMP结合的结构域cAMP＋CAP→CAP-cAMP复合物→乳糖操纵子(+)CAP位++++转录无葡萄糖时,cAMP浓度高有葡萄糖时,cAMP浓度低ZYaOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的调控机制mRNA低乳糖高乳糖低葡萄糖高cAMP高葡萄糖低cAMPRNA-polOPOPOPOP葡萄糖和乳糖在乳糖操纵子基因表达中的联系效应环境条件的变化是相关基因表达的外界信号葡萄糖、乳糖浓度的变化基因表达的负调控(negativeregulation)Lac阻遏物与操纵基因O结合后抑制了结构基因的表达基因表达的正调控(positiveregulation)CAP-cAMP复合物与相应的DNA序列(CAP位)结合后促进基因的表达原核生物基因(乳糖操纵子)表达调控的一般情况(一)真核生物基因表达调控的特点三、真核生物基因表达的调控17转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关:环境信号转导→染色质活化→转录的激活基因表达以正调控为主(活化蛋白激活靶基因)转录与翻译在不同的亚细胞区域进行反式调节18cDNAaDNAC顺式调节mRNAC蛋白质CbAmRNA蛋白质AA顺式作用元件真核生物中,和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列,包括启动子和启动子上游近侧序列、及增强子等,和转录调控有关。参与基因调控的顺式作用元件和反式作用因子一类在真核细胞核中发挥作用的蛋白质因子作用特点

识别和结合顺式作用元件中的特异靶序列，启动转录例:转录因子TFⅡD识别和结合TATAbox

转录因子Sp1识别和结合GCbox

转录因子CTF1识别和结合CAATbox反式作用因子与相应的顺式作用元件结合后才能启动或有效启动转录2.反式作用因子(transactingfactors)反式因子有两个必需的结构域DNA结合结构域:与顺式元件识别、结合转录激活结构域:与其他反式因子或RNA聚合酶结合蛋白质两个短α-螺旋，之间β-转角结构联系;其中一个α-螺旋识别、进入DNA双螺旋结构的大沟最常见DNA结合域之一，例：CAP螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)反式作用因子结构的模式约30个氨基酸残基,其中4个氨基酸残基(2个Cys,2个His或4个Cys)以配位键与Zn2+相互作用

具有多个相同的锌指结构,与DNA双螺旋大沟结合

锌指(zincfingers)蛋白质一段肽链中每隔7个氨基酸残基就有一个亮氨酸残基出现，形成α-螺旋的两面亲水面:亲水性氨基酸残基构成疏水