基因表达调控

1、Regulation of Gene Expression,基因表达调控,第一节 基因表达调节的基本 概念及原理 Basic Conceptions and Principle,一、基本概念 基因（Gene）： 基因组(genome)：,基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。基因表达是受调控的。,* 基因表达(gene expression),二、基因表达的规律,1、时间特异性或发育阶段特异性,2、空间特异性或组织细胞特异性,三、基因表达的方式,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，基本不受环境因素的影响，通

2、常被称为管家基因(housekeeping gene)。,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(constitutive gene expression)。,2.可诱导和可阻遏表达,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。,可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。,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)。,在一定机制控制

3、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(coordinate expression)，这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。,四、基因表达调控的生物学意义,1、适应环境、维持生长和增殖,2、维持个体发育与分化,五、基因表达调节的基本原理,1、基因表达的多级调控,基因激活,转录水平 转录后加工 mRNA降解,基因表达可在多层次上受到调节,2、基因转录调节基本要素,基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。,三个基本要素： 1）特异的DNA调节序列 2）调节蛋白

4、3）RNA聚合酶,第二节 原核生物基因转录调节,Regulation of Prokaryotic Gene Transcription,1、因子决定RNA聚合酶识别特异性,2、主要通过操纵子模式进行调节,3、阻遏蛋白对转录的抑制作用（阻遏机制）是普遍存在的负调控作用,操纵子的结构与功能,典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。,所谓操纵子（operon）是指原核生物基因组的一个表达调控序列，长度约1000bp左右，由若干结构基因串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控。,P位是RNA聚合酶结合并启动转录的模板。O位结合阻遏蛋

5、白或阻遏物。信息区含有遗传信息，可作为转录的模板指导mRNA的合成。在DNA分子中，操纵子前端存在调节基因，能合成阻遏蛋白。阻遏蛋白与操纵基因结合后，可使DNA变构，RNA聚合酶不能沿着DNA滑动，转录停止。诱导物与阻遏蛋白结合后，将阻遏蛋白从DNA上拉下来，DNA模板变构，RNA聚合酶可沿着DNA滑动，转录进行。,二、乳糖操纵子调节机制,1、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成,以原核生物乳糖操纵子(Lac operon)为例，其控制区包括调节基因（阻遏基因），启动基因（其CRP结合位点位于RNA聚合酶结合位点上游）和操纵基因；其信息区由-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（l

6、acY）和乙酰化酶基因（lacA）串联在一起构成。,控制区,信息区,乳糖操纵子的结构基因及其表达产物,没有乳糖存在时,2、阻遏蛋白的负性调节,有乳糖存在时,环腺苷酸（cAMP）对原核生物许多可诱导酶的合成具有普遍的促进作用，这类以cAMP为信号分子的调节系统是通过一种正调节蛋白-环腺苷酸受体蛋白（cyclic AMP receptor protein, CRP）起作用的， 被cAMP活化，促进转录的进行。 葡萄糖含量高，葡萄糖代谢降解物可抑制细胞内腺苷酸环化酶活力并激活磷酸二酯酶，cAMP水平降低，CRP不被激活，使许多酶的基因不能转录。 CRP又称降解代谢基因激活蛋白（catabolite

7、gene activator protein, CAP）。 受cAMPCRP系统调节的操纵子有乳糖操纵子、阿拉伯糖操纵子、组氨酸操纵子等。,3、CAP的正性调节,R,LacZ,LacY,Laca,mRNA,CAP基因,结构基因,T,CAP,O,CAP结合部位,RNA聚合酶,T,cAMP -CAP,P,使CAP呈失活状态,无葡萄糖，cAMP浓度高时,有葡萄糖，cAMP浓度低时,3、CAP的正性调节,5、协调调节,当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；,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。,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

8、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)。,低半乳糖时,高半乳糖时,葡萄糖低 cAMP浓度高,葡萄糖高cAMP浓度低,第三节 真核生物基因转录调节,Regulation of Eukaryotic Gene Transcription,一、真核生物基因组结构特点,1、真核基因组结构庞大,2、单顺反子,单顺反子(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。,3、重复序列,4、基因不连续性,：断裂基因 真核生物中的基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些非编码序列

9、分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称为外显子（exon），而在转录后会被剪除的部分则称为内含子（intron）。,二、真核基因表达调节的特点,1、 RNA聚合酶活性受转录因子调控：RNA聚合酶有三种，分别转录不同的RNA。,2、染色质结构改变参与基因表达的调控：,3、正性调节占主导：真核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。,4、转录与翻译分隔进行,5、转录后加工修饰过程复杂,三、真核基因转录调控元件及调控机制,1、顺式作用元件：是真核生物DNA调控元件，包括启动子、增强子和沉默子。,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。,需要DNA调节序列、调节蛋白和RNA聚合酶三大要素,顺式作用元件： 起调节功能而无转录产物的DNA顺序称为反式作用因子 反式作用元件： 能直接、间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，现已发现数百种，统称为反式作用因子 转录因子： 反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合酶的，则称为转录因子,2、反式作用因子（分子间作用因子） 是影响基因转录的调节蛋白 ，属于转录调节因子,1）转录调节因子分类（按功能特性）,* 基本转录因子(general transcrip