大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控

1、大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 基因表達(dá)的調(diào)控 (Control of Gene Expression） zhizuo 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 第一節(jié) 概述 (Introduction) DNARNA 蛋白質(zhì) 復(fù)制 轉(zhuǎn)錄翻譯 逆轉(zhuǎn)錄 RNA 復(fù)制 基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expression)-基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程?；蜣D(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程。 rRNA、tRNA的合成屬于基因表達(dá)的合成屬于基因表達(dá) 中心法則中心法則(the central dogma)： 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 一、基因表達(dá)的時(shí)空特異性一、基因表達(dá)的時(shí)空特異性 (temporal and spatial specifici

2、ty) n時(shí)間特異性時(shí)間特異性(temporal specificity) 某一基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生。某一基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生。 n Hb (hemoglobin) n珠蛋白基因簇： （胚胎型） 、 n珠蛋白基因簇： （胚胎型）、 （胎兒型）、 n22 22 22 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 n空間特異性空間特異性(spatial specificity) 在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同 組織空間順序出現(xiàn)組織空間順序出現(xiàn) n同形異位盒基因同形異位盒基因(homeobox) :高度保守的一段核高度保守的一段核 苷酸

3、序列（苷酸序列（180bp）,控制胚胎發(fā)育的基因控制胚胎發(fā)育的基因 n同形異位現(xiàn)象同形異位現(xiàn)象(homeosis): 果蠅頭部長(zhǎng)觸角部位長(zhǎng)出腳來(lái)果蠅頭部長(zhǎng)觸角部位長(zhǎng)出腳來(lái) 一、基因表達(dá)的時(shí)空特異性一、基因表達(dá)的時(shí)空特異性 (temporal and spatial specificity) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 二、基因表達(dá)的方式二、基因表達(dá)的方式 指在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)指在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù) 細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)。其基因表達(dá)產(chǎn)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)。其基因表達(dá)產(chǎn) 物通常是對(duì)生命過(guò)程必需的或必不可少的，物通常是對(duì)生命過(guò)程必需的或必不可少的， 且較少受環(huán)境因素

4、的影響。這類基因通常被且較少受環(huán)境因素的影響。這類基因通常被 稱為持家基因（稱為持家基因（housekeeping gene）。）。 1、組成型表達(dá)（、組成型表達(dá)（constitutive gene expression） 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 二、基因表達(dá)的方式二、基因表達(dá)的方式 2、誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)、誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) n誘導(dǎo)（誘導(dǎo)（induction）：是指在特定環(huán)境因素刺激下，）：是指在特定環(huán)境因素刺激下， 基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類基基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類基 因稱為可誘導(dǎo)基因。因稱為可誘導(dǎo)基因。 nDNA損傷損傷 修復(fù)酶基因激活修復(fù)酶基因激活 n乳

5、糖乳糖 利用乳糖的三種酶表達(dá)利用乳糖的三種酶表達(dá) n阻遏（阻遏（repression）：是指在特定環(huán)境因素刺激下，）：是指在特定環(huán)境因素刺激下， 基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類基基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類基 因稱為可阻遏基因。因稱為可阻遏基因。 n色氨酸色氨酸 色氨酸合成酶系色氨酸合成酶系 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 三、基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)三、基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié) 多級(jí)調(diào)控多級(jí)調(diào)控 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控 可見(jiàn)于從基因激活可見(jiàn)于從基因激活 到蛋白質(zhì)生物合成到蛋白質(zhì)生物合成 的各個(gè)階段，因此的各個(gè)階段，因此 基因表達(dá)的調(diào)控可基因表達(dá)的調(diào)控可 分為轉(zhuǎn)錄水平（基分為轉(zhuǎn)錄水

6、平（基 因激活及轉(zhuǎn)錄起因激活及轉(zhuǎn)錄起 始），轉(zhuǎn)錄后水平始），轉(zhuǎn)錄后水平 （加工及轉(zhuǎn)運(yùn)），（加工及轉(zhuǎn)運(yùn)）， 翻譯水平及翻譯后翻譯水平及翻譯后 水平，但以轉(zhuǎn)錄水水平，但以轉(zhuǎn)錄水 平的基因表達(dá)調(diào)控平的基因表達(dá)調(diào)控 最重要。最重要。 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 n適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖 n維持個(gè)體發(fā)育與分化 四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 第二節(jié)第二節(jié) 原核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控 (Control of Prokaryotic Gene Exepression ) 一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控(control of tr

7、anscription) n操縱元操縱元(operon)：由調(diào)控區(qū)（啟動(dòng)子和操縱子）：由調(diào)控區(qū)（啟動(dòng)子和操縱子） 與信息區(qū)（結(jié)構(gòu)基因）組成與信息區(qū)（結(jié)構(gòu)基因）組成 二、翻譯水平的調(diào)控二、翻譯水平的調(diào)控(control of translation) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 (control of transcription) 1 1、啟動(dòng)子、啟動(dòng)子(promoter)(promoter)：指能被：指能被RNARNA聚合酶識(shí)別、聚合酶識(shí)別、 結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNADNA序列序列 A A、啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈、啟動(dòng)子決

8、定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈 B B、啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄效率、啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄效率 啟動(dòng)子有三個(gè)功能區(qū)：?jiǎn)⑹疾课唬▎?dòng)子有三個(gè)功能區(qū)：?jiǎn)⑹疾课唬?1區(qū)）、結(jié)區(qū)）、結(jié) 合部位（合部位（-10區(qū)）、識(shí)別部位（區(qū)）、識(shí)別部位（-35區(qū)）區(qū)） ( (一一) )、影響轉(zhuǎn)錄的因素、影響轉(zhuǎn)錄的因素 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 2 2、因子：識(shí)別基因的啟動(dòng)子，控制轉(zhuǎn)錄時(shí)序因子：識(shí)別基因的啟動(dòng)子，控制轉(zhuǎn)錄時(shí)序 70：識(shí)別大多數(shù)基因的啟動(dòng)子：識(shí)別大多數(shù)基因的啟動(dòng)子 32：識(shí)別熱休克誘導(dǎo)基因的啟動(dòng)子，控制熱休克蛋：識(shí)別熱休克誘導(dǎo)基因的啟動(dòng)子，控制熱休克蛋 白白(heat shock protein,Hsp)基因表達(dá)基因表達(dá)。 (

9、(一一) ) 、影響轉(zhuǎn)錄的因素、影響轉(zhuǎn)錄的因素 一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 (control of transcription) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 激活蛋白激活蛋白(activating protein)：與操縱子結(jié)合后能增強(qiáng)：與操縱子結(jié)合后能增強(qiáng) 或起動(dòng)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為激活蛋白，所介或起動(dòng)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為激活蛋白，所介 導(dǎo)的調(diào)控方式稱為正性調(diào)控導(dǎo)的調(diào)控方式稱為正性調(diào)控(positive regulation)，促，促 進(jìn)轉(zhuǎn)錄。進(jìn)轉(zhuǎn)錄。 3 3、阻遏蛋白與激活蛋白：調(diào)控轉(zhuǎn)錄、阻遏蛋白與激活蛋白：調(diào)控轉(zhuǎn)錄 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressive prote

10、in)：與操縱子結(jié)合后能減弱：與操縱子結(jié)合后能減弱 或阻止其調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為阻遏蛋白或阻止其調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白稱為阻遏蛋白,其介其介 導(dǎo)的調(diào)控方式稱為負(fù)性調(diào)控導(dǎo)的調(diào)控方式稱為負(fù)性調(diào)控(negative regulation)，抑，抑 制轉(zhuǎn)錄；制轉(zhuǎn)錄； 一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 (control of transcription) ( (一一) ) 、影響轉(zhuǎn)錄的因素、影響轉(zhuǎn)錄的因素 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 它是一段位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)具有它是一段位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)具有 終止子結(jié)構(gòu)的短序列，通過(guò)前導(dǎo)序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)終止子結(jié)構(gòu)的短序列，通過(guò)前導(dǎo)序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn) 生的生的mRN

11、AmRNA形成類似于終止子的二級(jí)結(jié)構(gòu)，達(dá)形成類似于終止子的二級(jí)結(jié)構(gòu)，達(dá) 到終止轉(zhuǎn)錄的目的。到終止轉(zhuǎn)錄的目的。 一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 (control of transcription) 4)、弱化子（、弱化子（attenuator） ( (一一) ) 、影響轉(zhuǎn)錄的因素、影響轉(zhuǎn)錄的因素 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 n乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 n色氨酸操縱元的調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱元的調(diào)控機(jī)制 （二）、轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制（二）、轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制 一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 (control of transcription) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 莫洛莫洛(M

12、onod)(Monod)和雅各布和雅各布(Jacob)(Jacob) 獲獲19651965年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 一、操縱子模型的提出一、操縱子模型的提出 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 n1940年，年， Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的 培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖用培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)菌先利用葡萄糖，葡萄糖用 完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長(zhǎng)完后，才利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期，細(xì)菌的生長(zhǎng) 會(huì)出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生會(huì)出現(xiàn)停頓。即產(chǎn)生“二次生長(zhǎng)曲線二次生長(zhǎng)曲線”。 n文獻(xiàn)：細(xì)胞中存在兩種酶

13、，即組成酶與適應(yīng)酶文獻(xiàn)：細(xì)胞中存在兩種酶，即組成酶與適應(yīng)酶 （誘導(dǎo)酶）。（誘導(dǎo)酶）。 n1947年，報(bào)告：年，報(bào)告：“酶的適應(yīng)現(xiàn)象及其在細(xì)胞分化酶的適應(yīng)現(xiàn)象及其在細(xì)胞分化 中的意義中的意義”。 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 一、操縱子模型的提出一、操縱子模型的提出 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 n1951年，年，Monod與與Jacob合作。合作。 n發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因：發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因： nZ基因：與合成基因：與合成-半乳糖苷酶有關(guān)；半乳糖苷酶有關(guān)； nI基因：決定細(xì)胞對(duì)誘導(dǎo)物的反應(yīng)?；颍簺Q定細(xì)胞對(duì)誘導(dǎo)物的反應(yīng)。 nSzilard：I基因決定阻遏物的合成，當(dāng)阻遏物存在時(shí)，基因決定阻遏物的合

14、成，當(dāng)阻遏物存在時(shí)， 酶無(wú)法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該阻遏物。酶無(wú)法合成，只有有誘導(dǎo)物存在，才能去掉該阻遏物。 n Jacob：結(jié)構(gòu)基因旁有開(kāi)關(guān)基因（即操縱基因），阻：結(jié)構(gòu)基因旁有開(kāi)關(guān)基因（即操縱基因），阻 遏物通過(guò)與開(kāi)關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。遏物通過(guò)與開(kāi)關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 一、操縱子模型的提出一、操縱子模型的提出 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 二、操縱元的結(jié)構(gòu)與功能二、操縱元的結(jié)構(gòu)與功能 操縱元操縱元(operon): (operon): 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(structural gene)(structural gen

15、e)、啟、啟 動(dòng)子動(dòng)子(promoter,P)(promoter,P)和操縱子和操縱子(operator,O)(operator,O)。 n阻遏物基因阻遏物基因(inhibitor,I),(inhibitor,I),產(chǎn)生阻遏物產(chǎn)生阻遏物 (repressor)(repressor)。 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 1、阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)、阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)(negative control of repressor) n無(wú)乳糖無(wú)乳糖(no lactose): lac(no lactose): lac操縱元處于阻遏操縱元處于阻遏 狀態(tài)狀態(tài)(repression

16、)(repression) n有乳糖有乳糖(presence of lactose) (presence of lactose) ：laclac操縱元操縱元 即可被誘導(dǎo)即可被誘導(dǎo)(derepression,induction)(derepression,induction) n 誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)劑(inducer): (inducer): 別乳糖、半乳糖、別乳糖、半乳糖、 IPTGIPTG（異丙基硫代半乳糖苷）（異丙基硫代半乳糖苷） 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 三、乳糖操縱元調(diào)控方式三、乳糖操縱元調(diào)控方式 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)(negative

17、control of repressor) mRNA -半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶 -半乳糖苷通透酶 -半乳糖苷酶 翻譯 轉(zhuǎn)錄 無(wú)活性的 阻遏蛋白 誘導(dǎo)物 阻遏蛋白 阻遏物 蛋白亞基 有誘導(dǎo)物時(shí) lac A Lac YLac ZOPi基因 CAP cAMP CAP-cAMP RNA聚合酶 阻遏蛋白 阻遏物 蛋白亞基 無(wú)誘導(dǎo)物時(shí) lac A Lac YLac ZOPi基因 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 2、CAPCAP的的正正調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)（Positive Control of CAPPositive Control of CAP） nCAP(catabolite activator protein)CAP

18、(catabolite activator protein)分分 解代謝基因激活蛋白解代謝基因激活蛋白 n同二聚體同二聚體 nDNADNA結(jié)合區(qū)結(jié)合區(qū) ncAMP(cyclic AMP)cAMP(cyclic AMP)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn) 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 三、乳糖操縱元調(diào)控方式三、乳糖操縱元調(diào)控方式 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 CAP P O TTTACA -35區(qū) TATGTT -10區(qū) CAP位點(diǎn) 5-ATTAATGTGAGTTAGCTCACTCATTAGG-3 R基因 CAP的正性調(diào)節(jié)（的正性調(diào)節(jié)（Positive Control of CAP） -35-10 0

19、CAP cAMP O RNA聚合酶結(jié)合 無(wú)葡萄糖: 有葡萄糖: cAMP cAMP (促進(jìn)轉(zhuǎn)錄) (不促進(jìn)轉(zhuǎn)錄) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 n負(fù)調(diào)節(jié)與正調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作負(fù)調(diào)節(jié)與正調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作 n阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAPCAP不發(fā)揮作用不發(fā)揮作用 n如沒(méi)有如沒(méi)有CAPCAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從P P上解聚仍無(wú)轉(zhuǎn)上解聚仍無(wú)轉(zhuǎn) 錄活性錄活性 葡萄糖葡萄糖/ /乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖 n葡萄糖可降低葡萄糖可降低cAMPcAMP濃度，阻礙其與濃度，阻礙其與CAPCAP結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)錄結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)錄 結(jié)論：結(jié)論

20、：laclac操縱元強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。操縱元強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。 乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制乳糖操縱元調(diào)控的機(jī)制 三、乳糖操縱元調(diào)控方式三、乳糖操縱元調(diào)控方式 3 3、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)(coordinate regulation) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 色氨酸操縱元的調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱元的調(diào)控機(jī)制 trp trp操縱操縱元元屬屬阻遏型操縱阻遏型操縱元，主要元，主要 調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的調(diào)控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的 轉(zhuǎn)錄合成。轉(zhuǎn)錄合成。 色氨酸操縱子通常處于開(kāi)放狀態(tài)，其輔阻色氨酸操縱

21、子通常處于開(kāi)放狀態(tài)，其輔阻 遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。而當(dāng)遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合而阻遏轉(zhuǎn)錄。而當(dāng) 色氨酸合成過(guò)多時(shí)，色氨酸作為輔阻遏物與輔色氨酸合成過(guò)多時(shí)，色氨酸作為輔阻遏物與輔 阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基阻遏蛋白結(jié)合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基 因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉因結(jié)合而使基因轉(zhuǎn)錄關(guān)閉 一、輔阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控一、輔阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 trp 操縱操縱元輔阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控元輔阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 無(wú)色氨酸時(shí)操縱子基因開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，此后轉(zhuǎn)錄無(wú)色氨酸時(shí)操縱子基因開(kāi)始轉(zhuǎn)錄，此后轉(zhuǎn)錄 速率受轉(zhuǎn)錄速率受轉(zhuǎn)錄弱化機(jī)制弱化機(jī)制(at

22、tenuation)(attenuation)調(diào)節(jié)。在結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)。在結(jié)構(gòu) 基因與基因與 O 之間有一衰減子區(qū)域之間有一衰減子區(qū)域 ，該區(qū)域含有，該區(qū)域含有4段段 特殊的序列，高濃度色氨酸時(shí)能形成不依賴特殊的序列，高濃度色氨酸時(shí)能形成不依賴因子因子 的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，RNA聚合酶脫落，轉(zhuǎn)錄終止。聚合酶脫落，轉(zhuǎn)錄終止。 低濃度色氨酸時(shí)則不能形成轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，轉(zhuǎn)錄低濃度色氨酸時(shí)則不能形成轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，轉(zhuǎn)錄 繼續(xù)。繼續(xù)。 色氨酸操縱元的調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱元的調(diào)控機(jī)制 二、弱化子的負(fù)調(diào)控二、弱化子的負(fù)調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 trp 操縱操縱元弱化子的負(fù)調(diào)控元弱化子的負(fù)調(diào)控 大學(xué)生物

23、遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 二、翻譯水平的調(diào)控二、翻譯水平的調(diào)控 nSD序列序列(Shine-Dalgarno sequence)： mRNA起起 始密碼前的一始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列段富含嘌呤核苷酸的序列。(9-12bp) 5-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3 nSD序列的順序及位置對(duì)翻譯的影響序列的順序及位置對(duì)翻譯的影響 nmRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列的作用序列的作用 （一）、（一）、SD序列對(duì)翻譯的影響序列對(duì)翻譯的影響 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽二級(jí)結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列序列 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 腸桿菌有腸桿菌有7

24、 7個(gè)操縱元與核糖體蛋白質(zhì)合成有個(gè)操縱元與核糖體蛋白質(zhì)合成有 關(guān)。從這些操縱元轉(zhuǎn)錄而來(lái)的每一種關(guān)。從這些操縱元轉(zhuǎn)錄而來(lái)的每一種mRNAmRNA，能夠，能夠 被同一操縱元內(nèi)編碼的核糖體蛋白質(zhì)識(shí)別與結(jié)合。被同一操縱元內(nèi)編碼的核糖體蛋白質(zhì)識(shí)別與結(jié)合。 如果其中有一種核糖體蛋白質(zhì)在細(xì)胞中過(guò)量積累，如果其中有一種核糖體蛋白質(zhì)在細(xì)胞中過(guò)量積累， 它們將與其自身的它們將與其自身的mRNAmRNA結(jié)合，阻止進(jìn)一步翻譯。結(jié)合，阻止進(jìn)一步翻譯。 結(jié)合位點(diǎn)通常包括結(jié)合位點(diǎn)通常包括 mRNA 5 mRNA 5 端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) (untranslated region(untranslated region，UT

25、R)UTR)：?jiǎn)?dòng)子區(qū)域的：?jiǎn)?dòng)子區(qū)域的 Shine-Dalgarno Shine-Dalgarno 序列。序列。 二、翻譯水平的調(diào)控二、翻譯水平的調(diào)控 （二）、核糖體合成反饋抑制（二）、核糖體合成反饋抑制 （三）、（三）、mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 mRNA的降解速度受細(xì)菌的生理狀態(tài)、環(huán)境因素及的降解速度受細(xì)菌的生理狀態(tài)、環(huán)境因素及 mRNA結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)構(gòu)的影響。 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 反義反義RNARNA主要通過(guò)以下三種方式調(diào)控翻譯：主要通過(guò)以下三種方式調(diào)控翻譯： 1 1、反義反義RNARNA與與mRNAmRNA上核糖體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使核糖體脫上核糖體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使核糖體脫 落，使

26、得翻譯不能起始。落，使得翻譯不能起始。 2 2、反義、反義RNARNA可與目的基因的可與目的基因的5 UTR5 UTR或翻譯起始區(qū)的或翻譯起始區(qū)的 Shine-DalgarnoShine-Dalgarno序列結(jié)合，使序列結(jié)合，使mRNAmRNA不能與核糖體有效不能與核糖體有效 地結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)的合成。地結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)的合成。 3 3、反義、反義RNARNA也可與也可與mRNAmRNA結(jié)合，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，由于所結(jié)合，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，由于所 形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)成為內(nèi)切酶的特異底物，使與其結(jié)形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)成為內(nèi)切酶的特異底物，使與其結(jié) 合的合的RNARNA變得不穩(wěn)定。變得不穩(wěn)定。 二、

27、翻譯水平的調(diào)控二、翻譯水平的調(diào)控 （四）、反義（四）、反義RNA(antisense)的調(diào)控的調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) n真核基因組結(jié)構(gòu)龐大真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 3109bp n單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋?n含有大量重復(fù)序列含有大量重復(fù)序列 n基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性 內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 n非編碼區(qū)較多非編碼區(qū)較多 多于編碼序列多于編碼序列(9:1) 第三節(jié)第三節(jié) 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 (Control of Eukaryotic Gene Exepression ) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 第二節(jié)第二節(jié) 真核生物基因表達(dá)的

28、調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 (Control of Eukaryotic Gene Exepression ) nDNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控 n轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控(transcriptional regulation) n轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控(post transcriptional regulation) n翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控(translational regulation) n翻譯后水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控(protein maturation) 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 一、一、DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控 （一）、基因的丟失：不可逆（一）、基因的丟失

29、：不可逆 n核的全能性：細(xì)胞核內(nèi)保存了個(gè)體發(fā)育所必需的全核的全能性：細(xì)胞核內(nèi)保存了個(gè)體發(fā)育所必需的全 部基因部基因 （二）、基因劑量與基因擴(kuò)增：增加基因的拷貝數(shù)（二）、基因劑量與基因擴(kuò)增：增加基因的拷貝數(shù) n非洲爪蟾卵母細(xì)胞非洲爪蟾卵母細(xì)胞rRNA基因卵裂時(shí)，擴(kuò)增基因卵裂時(shí)，擴(kuò)增4000倍，倍， 達(dá)達(dá)1012個(gè)核糖體個(gè)核糖體 n藥物：誘導(dǎo)抗藥性基因的擴(kuò)增；腫瘤細(xì)胞：原癌基藥物：誘導(dǎo)抗藥性基因的擴(kuò)增；腫瘤細(xì)胞：原癌基 因拷貝數(shù)異常增加因拷貝數(shù)異常增加 （三）、基因重排：（三）、基因重排： n如免疫球蛋白基因重排，多樣性如免疫球蛋白基因重排，多樣性 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 一、一、DNA水平的

30、調(diào)控水平的調(diào)控 （四）、（四）、DNA甲基化甲基化(DNA methylation)： n m mCpG CpG，即，即“CpGCpG島島(CpG-rich islands)”(CpG-rich islands)” n甲基化甲基化(methylated)(methylated)程度高，基因表達(dá)降低；程度高，基因表達(dá)降低； n去甲基化去甲基化(undermethylated)(undermethylated)：基因表達(dá)增加：基因表達(dá)增加 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 一、一、DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控 （五）、染色質(zhì)（五）、染色質(zhì)(chromatin)(chromatin)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)

31、控結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控 常染色質(zhì)常染色質(zhì):結(jié)構(gòu)松散，基因表達(dá)結(jié)構(gòu)松散，基因表達(dá) 異染色質(zhì)異染色質(zhì):結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達(dá)結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達(dá) 有基因表達(dá)活性的染色質(zhì)有基因表達(dá)活性的染色質(zhì)DNA對(duì)對(duì) DNase更敏感，更敏感， 即即Dnase的敏感性可作為該基因的轉(zhuǎn)錄活性的標(biāo)志的敏感性可作為該基因的轉(zhuǎn)錄活性的標(biāo)志 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 （一（一 ）、順式作用元件的調(diào)控）、順式作用元件的調(diào)控 （二）、反式作用因子的調(diào)控（二）、反式作用因子的調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 （一）、順式作用元件的調(diào)控（一）、順式作用元件的調(diào)控 順式作用元件（順式作用元

32、件（cis-acting element）又稱分子內(nèi)作）又稱分子內(nèi)作 用元件，指存在于用元件，指存在于DNA分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有分子上的一些與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控有 關(guān)的特殊順序。主要包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子關(guān)的特殊順序。主要包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子 1 1、啟動(dòng)子：存在于結(jié)構(gòu)基因上游，與基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)有、啟動(dòng)子：存在于結(jié)構(gòu)基因上游，與基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)有 關(guān)的一段特殊關(guān)的一段特殊DNADNA順序稱為啟動(dòng)子。與原核生物類似，順序稱為啟動(dòng)子。與原核生物類似， 也含有一段富含也含有一段富含TATATATA的順序，稱為的順序，稱為TATATATA盒。除此之外，盒。除此之外， 還可見(jiàn)還可見(jiàn)CAATCAAT

33、盒和盒和GCGC盒。盒。 2 2、沉默子：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用、沉默子：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用 二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 3 3、增強(qiáng)子：位于結(jié)構(gòu)基因附近，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、增強(qiáng)子：位于結(jié)構(gòu)基因附近，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) （1 1 30kb30kb），能夠增強(qiáng)該基因轉(zhuǎn)錄活性的一段），能夠增強(qiáng)該基因轉(zhuǎn)錄活性的一段DNADNA順序順序 稱為增強(qiáng)子。稱為增強(qiáng)子。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)55或或33側(cè)均能起作用；側(cè)均能起作用； 相對(duì)于啟動(dòng)子的任一指向均能起作用；相對(duì)于啟動(dòng)子的任一指向均能起作用； 發(fā)揮作用與受控基因的遠(yuǎn)近距離相對(duì)無(wú)關(guān)；發(fā)揮作

34、用與受控基因的遠(yuǎn)近距離相對(duì)無(wú)關(guān)； 對(duì)異源性啟動(dòng)子也能發(fā)揮作用；對(duì)異源性啟動(dòng)子也能發(fā)揮作用； 通常具有一些短的重復(fù)順序。通常具有一些短的重復(fù)順序。 （一）、順式作用元件的調(diào)控（一）、順式作用元件的調(diào)控 二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 大學(xué)生物遺傳學(xué)基因表達(dá)調(diào)控 （二）、反式作用因子的調(diào)控（二）、反式作用因子的調(diào)控 反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factortrans-acting factor）又稱為分）又稱為分 子間作用因子，指一些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì)子間作用因子，指一些與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)的蛋白質(zhì) 因子。真核生物反式作用因子通常屬于轉(zhuǎn)錄因子因子。真核生物反式

35、作用因子通常屬于轉(zhuǎn)錄因子 （transcription factortranscription factor，TFTF）反式作用因子與順式）反式作用因子與順式 作用元件之間的共同作用，才能夠達(dá)到對(duì)特定基因進(jìn)作用元件之間的共同作用，才能夠達(dá)到對(duì)特定基因進(jìn) 行調(diào)控的目的。行調(diào)控的目的。 1 1、轉(zhuǎn)錄因子的種類、轉(zhuǎn)錄因子的種類 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription (general transcription factors):RNAfactors):RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白 因子因子, ,主要包括主要包括TFTF，TFTF，TF TF 。 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子( special transcript