Chapter 16 基因表达调控.ppt

1、第十六章 基因表达调控,基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的RNA和蛋白质分子的过程，体现了DNA与蛋白质、基因型与表型、遗传与代谢的关系。,基因表达(gene expression),基因表达调控(gene regulation),是指细胞或生物体在基因表达水平上对环境信号或环境变化做出应答，它决定细胞的结构和功能，决定细胞分化和形态发生，赋予生物多样性和适应性。,第 一 节基因表达调控的基本原理,一、基因表达的基本方式,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)。无论表

2、达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，这类基因表达被视为组成性基因表达。,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。,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)。,3、协调表达,1、时间特异性,目 录,2、空间特异性,二、基因表达的特异性,3、条件特异性,血红蛋白基因从胎儿到成人期都有活性的只有 基因簇的 链基因，其它五个基因只在发育的特定时期才有活性。 在成人血红蛋白中， 2 2组合的四聚体占97%， 2 2占2%，由胎儿期遗留下来的 2 2约占1%。,三

3、、基因表达调控的生理意义,适应环境，生长发育所需,四、基因表达调控的多环节性,基因激活,转录起始 转录后加工 mRNA降解,五、基因转录调控的基本要素,三个要素：调控序列，调节蛋白，RNA聚合酶。,结构基因,调控序列,RNA-pol等,调节蛋白,启动子,第 二 节原核生物的基因表达调控,一、基因组特点,1、双链环状 2、基因组DNA只有一个复制起点 3、多数基因组成操纵子 4、编码序列与调控序列在整个基因组中各占 50%,二、基因表达的特点,1、操纵子转录单位 2、基因转录的特异性由因子决定 3、转录与翻译偶联,每一个转录区段可视为一个转录单位，在原核生物中被称为操纵子(operon)。操纵子

4、包括若干个结构基因及其上游(upstream)的调控序列。,其转录区段即转录单位，包含这几个结构基因。在翻译时分别得到各个蛋白质。,三、基因表达调控的特点,1、正、负调控 2、调节蛋白是DNA结合蛋白 3、存在衰减子机制 4、存在应急应答调控机制,2 操纵基因 是阻遏蛋白(repressor)的结合位点,四、转录水平的调控,1、调控序列,（一）调控因素,3)激活蛋白结合位点,例如,激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。如分解(代谢)物基因激活蛋白(catabolite gene activator protein,

5、 CAP).,有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。,2、调节蛋白,1）特异因子 2）阻遏蛋白 3）激活蛋白,（二）乳糖操纵子(lac operon),1、乳糖操纵子的基本结构,没有乳糖存在时,2.乳糖操纵子的阻遏调控,I,有乳糖存在时,无葡萄糖，cAMP浓度高时,有葡萄糖，cAMP浓度低时,3、乳糖操纵子的激活调控,4.乳糖操纵子的双重调控,单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若葡萄糖/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)。,低乳糖时,高乳糖时,葡萄糖低 cAMP浓

6、度高,葡萄糖高cAMP浓度低,五、翻译水平的调控,第 三 节真核生物的基因表达调控,一、真核基因组结构特点 二、真核基因表达特点 三、真核基因表达调控特点 四、染色质水平调控 五、转录水平调控 六、转录后加工水平调控 七、翻译水平调控 八、翻译后修饰与靶向转运调控,二、基因表达的特点,1、以基因为转录单位 2、转录后加工复杂 3、转录与翻译不偶联 4、翻译及翻译后修饰复杂,三、基因表达调控的特点,1、瞬时及发育调控 2、调控环节多 3、染色质结构变化与转录效率 4、正性调控为主 5、调控序列与转录区可能相距很远 6、调节蛋白多,四、染色质水平的调控,结构基因,调控序列,RNA-pol等,调节蛋

7、白,启动子,顺式作用元件,反式作用因子,五、转录水平的调控,（一）调控序列（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些功能组件。如TATA盒。,转录起始点,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增强子,顺式作用元件(cis-acting element),转录起始前的上游区段,AATAAA,切离加尾,转录终止点,修饰点,外显子,翻译起始点,内含子,OCT-1,与特异的顺式作用元件相互作用的蛋白质，可调节基因的转录活性。,反式作用因子(trans-acting factor) ，也即转录因子。,（二）调节蛋白,反式作用因子与

8、顺式作用元件之间的特异识别及结合通常是非共价结合。,绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)。属于蛋白质蛋白质相互作用.,1. 调节蛋白分类,通用转录因子(general 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。TF、。,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(增强子结合蛋白EBP),转录抑制因子,共调节子(mediator),不直接与DNA结合，而是介导转录调节因子作用于RNA聚合酶-通用转录