基因表達(dá)調(diào)控的基本內(nèi)容

1、基因表達(dá)調(diào)控的基本內(nèi)容基因表達(dá)調(diào)控的基本內(nèi)容 一、基因表達(dá)的概念一、基因表達(dá)的概念 1 1、基因（、基因（genegene）：從遺傳學(xué)講，基因就是遺傳的基）：從遺傳學(xué)講，基因就是遺傳的基 本單位或單元，具有編碼本單位或單元，具有編碼RNARNA或多數(shù)情況下編碼多肽功或多數(shù)情況下編碼多肽功 能的信息單位。從分子生物學(xué)看，基因是負(fù)載特定遺能的信息單位。從分子生物學(xué)看，基因是負(fù)載特定遺 傳信息的傳信息的DNADNA分子片段。分子片段。 基因表達(dá)（基因表達(dá)（gene expression）：在基因組攜帶）：在基因組攜帶 的固有遺傳信息指導(dǎo)下生成各種具有生物學(xué)功能的的固有遺傳信息指導(dǎo)下生成各種具有生物學(xué)

2、功能的 RNA和蛋白質(zhì)的過程。和蛋白質(zhì)的過程。 2 2、基因表達(dá)、基因表達(dá)(gene expression)(gene expression)： 基因表達(dá)是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，但不是所有的基因表達(dá)是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，但不是所有的 基因表達(dá)都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，基因表達(dá)都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNA和和tRNA的產(chǎn)生也屬的產(chǎn)生也屬 于基因表達(dá)。于基因表達(dá)。 基因組內(nèi)基因的數(shù)量非常龐大，但是只有少數(shù)基因組內(nèi)基因的數(shù)量非常龐大，但是只有少數(shù) 表達(dá)，大多數(shù)不表達(dá)或表達(dá)水平極低。表達(dá)，大多數(shù)不表達(dá)或表達(dá)水平極低。 2.12.1基因表達(dá)是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程基因表達(dá)是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程 二、基因表達(dá)的方式二、基因表達(dá)的方式 2.

3、1 2.1 組成性表達(dá)組成性表達(dá)(constitutive gene expression)(constitutive gene expression) 2.2 2.2 適應(yīng)型表達(dá)適應(yīng)型表達(dá)( (adaptive expressionadaptive expression) ) 2.3 2.3 協(xié)調(diào)調(diào)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（節(jié)（coordinate regulationcoordinate regulation） 2.1 2.1 組成性表達(dá)組成性表達(dá) 管家基因管家基因(housekeeping gene) (housekeeping gene) ：在生物個(gè)體的幾：在生物個(gè)體的幾 乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，其表達(dá)

4、產(chǎn)物對(duì)生命全過程都乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，其表達(dá)產(chǎn)物對(duì)生命全過程都 是必需的或必不可少的基因。是必需的或必不可少的基因。 組成性基因表達(dá)（基本的基因表達(dá)）：管家基因的表組成性基因表達(dá)（基本的基因表達(dá)）：管家基因的表 達(dá)，它只受啟動(dòng)子與達(dá)，它只受啟動(dòng)子與RNARNA聚合酶相互作用的影響聚合酶相互作用的影響 2.2 2.2 適應(yīng)型適應(yīng)型表達(dá)表達(dá) 誘導(dǎo)：在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，誘導(dǎo)：在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活， 基因表達(dá)產(chǎn)物增加，該現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)。相應(yīng)基因稱為可基因表達(dá)產(chǎn)物增加，該現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)。相應(yīng)基因稱為可 誘導(dǎo)的基因。誘導(dǎo)的基因。 阻遏：基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，這種基

5、因稱阻遏：基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，這種基因稱 為可阻遏的基因。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物降低的過程稱為可阻遏的基因。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物降低的過程稱 為阻遏。為阻遏。 可誘導(dǎo)或可阻遏基因除受啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子與可誘導(dǎo)或可阻遏基因除受啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子與RNARNA聚聚 合酶相互作用的影響外，尚受其它機(jī)制調(diào)節(jié)（如：增合酶相互作用的影響外，尚受其它機(jī)制調(diào)節(jié)（如：增 強(qiáng)子）。強(qiáng)子）。 2.3 2.3 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) 在一定機(jī)制控制下，機(jī)能上相關(guān)的一組基因，無論在一定機(jī)制控制下，機(jī)能上相關(guān)的一組基因，無論 其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為 協(xié)調(diào)表達(dá)。

6、這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。協(xié)調(diào)表達(dá)。這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。 （一）時(shí)間特異性（階段特異性）（一）時(shí)間特異性（階段特異性） Temporal Specificity (Stage Specificity) （二）空間特異性（二）空間特異性（ 組織組織/細(xì)胞特異性）細(xì)胞特異性） Spatial Specificity (Tissue/Cell Specificity) 三、基因表達(dá)的特點(diǎn)三、基因表達(dá)的特點(diǎn) 按功能需要某一特定基因表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順按功能需要某一特定基因表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順 序發(fā)生。序發(fā)生。 甲胎蛋白甲胎蛋白 堿性磷酸酶堿性磷酸酶 受精卵發(fā)育受精卵發(fā)育 （一）時(shí)間特異性（一）時(shí)間特

7、異性 指在個(gè)體生長、發(fā)育過程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體指在個(gè)體生長、發(fā)育過程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體 不同組織器官表達(dá)存在差異。又稱細(xì)胞或組織特異不同組織器官表達(dá)存在差異。又稱細(xì)胞或組織特異 性。性。 胰島素胰島素 血紅蛋白：紅細(xì)胞血紅蛋白：紅細(xì)胞 鳥氨酸循環(huán)酶類：肝細(xì)胞鳥氨酸循環(huán)酶類：肝細(xì)胞 （二）空間間特異性（二）空間間特異性 四、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理四、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理 1 1、基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控：基因結(jié)構(gòu)活化、基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控：基因結(jié)構(gòu)活化、 轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄起始、 轉(zhuǎn)錄后加工及載運(yùn)、轉(zhuǎn)錄后加工及載運(yùn)、 翻譯及翻譯后加工等翻譯及翻譯后加工等。 2 2、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素、基因

8、轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素 （調(diào)控體系）（調(diào)控體系） 2.1 2.1 特異特異DNADNA序列：操縱子（原核）序列：操縱子（原核） 順式作用元件（真核）順式作用元件（真核） 操叢子操叢子(operator)：原核生物中由原核生物中由2 2個(gè)以上的編碼序個(gè)以上的編碼序 列與啟動(dòng)序列、操縱序列以及其它調(diào)節(jié)序列在基因組列與啟動(dòng)序列、操縱序列以及其它調(diào)節(jié)序列在基因組 中成簇串聯(lián)組成中成簇串聯(lián)組成的基因調(diào)控單位。的基因調(diào)控單位。 順式作用元件（順式作用元件（cis-acting element）：）：可影響自身基可影響自身基 因表達(dá)活性的因表達(dá)活性的DNADNA序列。包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子及沉默子序列。包括啟動(dòng)

9、子、增強(qiáng)子及沉默子 等。等。 2.2 2.2 調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 原核基因調(diào)節(jié)蛋白都是一些原核基因調(diào)節(jié)蛋白都是一些DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制在原核生物普遍存在阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制在原核生物普遍存在 原核：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白原核：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白 真核：轉(zhuǎn)錄因子（主要為反式作用因子）真核：轉(zhuǎn)錄因子（主要為反式作用因子） 2 2、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素 （調(diào)控體系）（調(diào)控體系） 反式作用因子反式作用因子( (transtrans-acting factor)-acting factor)：某一基因的編碼產(chǎn)物，：

10、某一基因的編碼產(chǎn)物， 與其它基因的調(diào)節(jié)序列結(jié)合，調(diào)節(jié)其它基因的表達(dá)活性。大多與其它基因的調(diào)節(jié)序列結(jié)合，調(diào)節(jié)其它基因的表達(dá)活性。大多 數(shù)反式作用因子是數(shù)反式作用因子是DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 正性調(diào)節(jié)機(jī)制在真核生物普遍存在正性調(diào)節(jié)機(jī)制在真核生物普遍存在 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理：轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理： DNA-DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、 （基本形式）（基本形式） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)相互作用、 RNARNA聚合酶活性調(diào)節(jié)聚合酶活性調(diào)節(jié) 3 3、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理 3.2 3.2 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)相互作用：二聚體是調(diào)節(jié)蛋白結(jié)蛋白質(zhì)相互作用：二聚體是調(diào)節(jié)蛋白

11、結(jié) 合合DNADNA時(shí)最常見的形式，雜二聚體比同二聚體具更強(qiáng)的時(shí)最常見的形式，雜二聚體比同二聚體具更強(qiáng)的 DNADNA結(jié)合能力結(jié)合能力 3.3 RNA 3.3 RNA聚合酶：轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)最終由聚合酶：轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)最終由RNARNA聚合酶活聚合酶活 性體現(xiàn)性體現(xiàn) 多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合DNADNA前需通過蛋白質(zhì)前需通過蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)相互作蛋白質(zhì)相互作 用形成二聚體或多聚體用形成二聚體或多聚體 這種結(jié)合通常是非共價(jià)結(jié)合這種結(jié)合通常是非共價(jià)結(jié)合 3.1 DNA- 3.1 DNA-蛋白質(zhì)相互作用：反式調(diào)節(jié)因子與順式作用蛋白質(zhì)相互作用：反式調(diào)節(jié)因子與順式作用 元件之間的特異識(shí)別及結(jié)合元件之

12、間的特異識(shí)別及結(jié)合 3 3、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理 五、原核與真核基因表達(dá)調(diào)控的區(qū)別五、原核與真核基因表達(dá)調(diào)控的區(qū)別 1 1、真核基因與原核基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、真核基因與原核基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 真核細(xì)胞基因組非常復(fù)雜：結(jié)構(gòu)龐大、重復(fù)序列、不真核細(xì)胞基因組非常復(fù)雜：結(jié)構(gòu)龐大、重復(fù)序列、不 連續(xù)性、單順反子（一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄、翻譯生成一連續(xù)性、單順反子（一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄、翻譯生成一 條多肽鏈）條多肽鏈） 因子決定因子決定RNARNA聚合酶識(shí)別特異性聚合酶識(shí)別特異性 操縱子（元）模型的普遍性：多順反子轉(zhuǎn)錄，通過調(diào)操縱子（元）模型的普遍性：多順反子轉(zhuǎn)錄，通過調(diào) 控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來完成協(xié)調(diào)表

13、達(dá)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來完成協(xié)調(diào)表達(dá) 阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性：負(fù)性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性：負(fù)性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 2 2、原核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)、原核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn) 3 3、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn) 活性染色體結(jié)構(gòu)變化：對(duì)核酸酶高度敏感、拓?fù)浣Y(jié)活性染色體結(jié)構(gòu)變化：對(duì)核酸酶高度敏感、拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)變化、構(gòu)變化、DNADNA堿基修飾、組蛋白減少堿基修飾、組蛋白減少 正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行 轉(zhuǎn)錄后修飾、加工轉(zhuǎn)錄后修飾、加工 RNARNA聚合酶有三種聚合酶有三種 六六、基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性、基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性 v 基

14、因組基因組 v 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 v 轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后 v 翻譯翻譯 v 翻譯后翻譯后 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)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性 Multi-levels and Compliexity of Gene Expression Regulation 基因激活基因激活 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn) mRNA降解降解 翻譯及翻譯后加工翻譯及翻譯后加工 蛋白質(zhì)降解蛋白質(zhì)降解 DNA甲基化甲基化 組蛋白乙?；M蛋白乙酰化 DNA element, TF mRNA可變剪接、編輯可變剪接、編輯 siRNA 化學(xué)修飾化學(xué)修飾 泛素化降解泛素化降解 七、基因表達(dá)調(diào)控是生物生長發(fā)育的