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第七章　基因表达的调控

第七章　基因表达的调控. 第一节　概　　　述. 一　基因表达的基本概念. （一）基因表达： 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。以及 tRNA 和 rRNA 的转录．. 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的 时间特异性 (temporal specificity) 。. 多细胞生物基因表达的时间特异性又称 阶段特异性 (stage specificity) 。. 二基因表达的基本规律. ( 一 ) ．时间特异性. 目 录. ( 二 ) ．空间特异性.

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第七章　基因表达的调控

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Presentation Transcript

  1. 第七章　基因表达的调控

  2. 第一节　概　　　述 一　基因表达的基本概念 （一）基因表达： 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。以及tRNA和rRNA的转录．

  3. 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。 二基因表达的基本规律 (一)．时间特异性 目 录

  4. (二)．空间特异性 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。 基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。 目 录

  5. 表达很少受环境因素影响. 受环境因素的诱导或阻遏. 可诱导 可阻遏. 三、基因表达的方式 基因分类： 管家基因 可调节基因

  6. 按对刺激的反应性，基因表达的方式分为： (一).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)。

  7. 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)。

  8. (二).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。 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)。

  9. (三).协调表达 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(coordinate expression)，这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。

  10. 蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等 四.基因表达调控的基本原理 （一）基因表达的多级调控 基因激活 转录起始 转录后加工 mRNA降解 转录水平的调控是调控的最有效最经济的,转录起始是基本控制点

  11. 1)启动序列 是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。－３5,-10区 五.基因转录激活调节基本要素 (一). 特异DNA序列 １．原核生物调控序列 • 2 操纵序列 • ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点

  12. 3)其他调节序列: 结合激活蛋白特异序列

  13. 启动序列 (promoter) 编码序列 其他调节序列 操纵序列 (operator) 蛋白质因子 特异DNA序列 原核生物 —— 操纵子(operon)机制

  14. 启动序列 是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。 -35区 -10区 RNA转录起始 trp TTGACA N17 TTAACT N7 A A tRNATyr TTTACA N16 TATGAT N7 lac TTTACA N17 TATGTT N6 A recA N16 TATAAT N7 A TTGATA Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6 A 共有序列 TTGACA TATAAT

  15. 顺式作用元件(cis-acting element) ——可影响自身基因表达活性的DNA序列 启动子 真核生物调控序列 增强子 沉默子 特异反应元件 2.真核生物调控序列

  16. ⑴真核生物启动序列：-25bp区一致性的 碱基序列 TATA盒、GC盒CAAT盒。 ⑵增强子：远离转录起始点，决定基因的 时间与空间特异性表达，能 增强启动子转录活性的DNA序 列。发挥作用的方式与方向 距离无关。

  17. ⑶沉默子：有些基因含有的负性调控元件， 即结合特异的蛋白因子，对转录 起阻遏作用。 ⑷反应元件：真核生物的调控序列中还存 在受激素信号或其他化合物 调节的 DNA序列。

  18. 启动序列： RNA-pol 阻遏蛋白 激活蛋白 操纵序列 1.原核生物 激活蛋白结合序列 基本转录因子 (启动序列) 特异转录因子 (其它调控序列) (二).调节蛋白:与相应调控元件结合的蛋白质 2.真核生物 转录因子

  19. (三).调节方式 1.反式调节: 由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。 这种调节作用称为反式作用。

  20. 2.顺式调节 某一基因编码的产物作用于自己基因的 调控元件.

  21. DNA a B mRNA 蛋白质A A C A c DNA mRNA C 蛋白质C 反式调节 顺式调节

  22. 六．原核生物基因的调控策略 (一)σ因子识别结合启动序列 (二)受环境因素影响较大 (三)普遍存在阻遏蛋白的负调控机制 (四)以操纵子模式普遍存在

  23. 七.原核生物基因表达调控类型 负调控机制-------调节基因编码阻遏蛋白的 调控. 正调控机制-------调节基因编码激活蛋白的 调控. 每种调控都能体现基因的诱导和阻遏表达.

  24. 第 二 节 原核生物基因表达的调控

  25. 基因表达的四种调控类型

  26. 转录起始的负调控

  27. 一. 乳糖操纵子 (一)乳糖操纵子的结构与功能 1.调控元件:启动基因P 操纵基因O 结构基因: LacZ (β-半乳糖苷酶) LacY (β-半乳糖苷透性酶) LacA(β-半乳糖苷乙酰转移酶)

  28. 2.调节蛋白: (1)调节基因 I编码-------阻遏蛋白 (2)分解代谢物基因激活蛋白(CAP). (cAMP受体蛋白)

  29. 启动子（promoter）的结构与功能 （Prok.E.coli） 启动子由两个部分组成 （1） 上游部分 — CAP-cAMP结合位点（正控制位点） CAP（catabolite gene Activator Protein） （2） 下游部分 — RNApol的进入（结合）位点 －35 ~ －10 包括识别位点和结合位点（R B位点）

  30. DNA P O Z Y A 调控序列 δ因子识别结合序列 CAP位点 乳糖操纵子的结构

  31. （二）乳糖操纵子调控机制 １．阻遏蛋白的负调控机制 诱导物:乳糖 直接诱导物:半乳糖

  32. 阻遏基因 pol DNA I P O z y a mRNA 阻遏蛋白 • 乳糖操纵子被阻遏蛋白封闭 没有乳糖存在时

  33. DNA I P O z y a 启动转录 mRNA mRNA β-半乳糖苷酶 pol 阻遏蛋白 半乳糖 乳糖 • 乳糖操纵子被诱导物开放 有乳糖存在时

  34. 2.乳糖操纵子的正调控 CAP结构特点: 结构域:同源二聚体组成 DNA结合域：与DNA调控元件结 合位点结合． cAMP结合域：结合胞内cAM后， 能激活CAP

  35. CAP CAP CAP CAP CAP CAP + + + + 转录 DNA P O Z Y A 乳糖操纵子的正性调节 无葡萄糖，cAMP浓度高时 有葡萄糖，cAMP浓度低时

  36. － ＋ 腺苷酸环化酶 磷酸二酯酶 细胞内cAMP下降 葡萄糖分解产物 细胞外排cAMP ATP cAMP AMP

  37. ３．乳糖操纵子的协调调节 阻遏蛋白蛋白机制解除 CAP正性调节存在

  38. RNA-pol O O mRNA O O 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

  39. 二．色氨酸操纵子 (Operon of tryptophan)

  40. （一）．结构特点 １．调控元件： 启动基因P 操纵基因O 前导序列L ２．结构基因： E，D（邻氨基苯甲酸合成酶） A，B(色氨酸合成酶) C (吲哚甘油磷酸合成酶)

  41. ３．调节蛋白: 调节基因R－－阻遏蛋白 ４．调节机制 （１）阻遏蛋白负调控 （２）转录终止－－衰减作用

  42. P L E D C B A O 高色氨酸 前导RNA AUG 低色氨酸 mRNA 色氨酸操纵子结构

  43. 调节区 结构基因 O trpR Trp 阻遏蛋白调控机制 P RNA聚合酶 RNA聚合酶 Trp 低时 mRNA Trp 高时 ? 色氨酸操纵子

  44. 结构基因 调节区 P O trpR 前导序列 前导mRNA 1 2 3 4 UUUU…… 终止密码子 trp 密码子 衰减子区域 衰减子结构 UUUU…… UUUU…… UUUU…… 前导RNA的结构 14aa前导肽编码区: 包含序列1 第10、11密码子为trp密码子 形成发夹结构能力强弱： 序列1/2>序列2/3>序列3/4

  45. 前导DNA UUUU 3’ 3 4 UUUU…… 1 2 4 核糖体 3 5’ trp 密码子 转录衰减机制 RNA聚合酶 前导mRNA 衰减子结构 就是终止子 可使转录 终止 UUUU 3’ 前导肽 1.当色氨酸浓度高时

  46. 前导DNA 结构基因 3 4 UUUU…… 1 2 2 3 5’ 4 UUUU…… 核糖体 trp 密码子 Trp合成酶系相关 结构基因被转录 RNA聚合酶 前导mRNA 序列3、4不能形成衰减子结构 前导肽 2.当色氨酸浓度低时

  47. 三.原核生物基因表达调控:

  48. 转录起始 转录终止 起始 延长 终止 原核生物基因表达调控 转录水平 翻译水平

  49. (一) 转录水平调控

  50. 1.转录起始调控 σ亚基的替换启动 DNA重排 分解代谢物的阻遏调控

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