基因表達調(diào)控RegulationofGeneExpression000002學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1基因表達基因表達(biod)調(diào)控調(diào)控RegulationofGeneExpression000002第一頁，共47頁。第1頁/共46頁第二頁，共47頁。第一節(jié)第一節(jié) 基因表達調(diào)控概念基因表達調(diào)控概念(ginin)(ginin) 與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)基本要素與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)基本要素 一、一、 基因表達的概念基因表達的概念(ginin)(ginin) 二、二、 基因表達的特點基因表達的特點 三、三、 基因表達的方式基因表達的方式 四、四、 基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義 五、五、 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 第2頁/共46頁第三頁，共47頁。第3頁/共46頁第四

2、頁，共47頁。對于多細胞生物，即使處在對于多細胞生物，即使處在同一生長同一生長(shngzhng)(shngzhng)發(fā)育階發(fā)育階段，不同組織細胞內(nèi)的基因表達段，不同組織細胞內(nèi)的基因表達水平也是不一致的，稱此為空間水平也是不一致的，稱此為空間特異性（又稱細胞特異性或組織特異性（又稱細胞特異性或組織特異性）。特異性）。第4頁/共46頁第五頁，共47頁。管家基因較少受環(huán)境因素的影響，管家基因較少受環(huán)境因素的影響，在個體發(fā)育的任一階段都能在大在個體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細胞中持續(xù)表達。多數(shù)細胞中持續(xù)表達。第5頁/共46頁第六頁，共47頁。第6頁/共46頁第七頁，共47頁。第7頁/共46頁第八頁，

3、共47頁。第8頁/共46頁第九頁，共47頁。五、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素五、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素 （一）（一） 特異特異DNA序列序列(xli) （二）（二） 調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 （三）（三） RNA聚合酶聚合酶第9頁/共46頁第十頁，共47頁。原核生物的特異原核生物的特異DNADNA序列序列 原核生物基因表達與調(diào)控是通過操縱子機制來實原核生物基因表達與調(diào)控是通過操縱子機制來實現(xiàn)的?，F(xiàn)的。 操縱子操縱子 是由功能上相關(guān)聯(lián)的多個編碼序列（結(jié)構(gòu)基因）是由功能上相關(guān)聯(lián)的多個編碼序列（結(jié)構(gòu)基因）及其上游及其上游 的調(diào)控序列成簇串聯(lián)在一起構(gòu)成的一個轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列成簇串聯(lián)在一起構(gòu)成的一個轉(zhuǎn)錄(zhun

4、(zhun l)l)協(xié)調(diào)單位。協(xié)調(diào)單位。 調(diào)控序列調(diào)控序列 包括操縱序列包括操縱序列(O)(O)、啟動序列、啟動序列(P)(P)和調(diào)節(jié)基因和調(diào)節(jié)基因(I/R)(I/R)等組件。等組件。 （一）特異（一）特異(ty)DNA(ty)DNA序列序列第10頁/共46頁第十一頁，共47頁。 操縱子操縱子調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 啟動序列啟動序列 操縱序列操縱序列 編碼序列（結(jié)構(gòu)基編碼序列（結(jié)構(gòu)基因）因） 表達表達(biod) 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄ICAPPOZYA阻遏阻遏(z )蛋白蛋白結(jié)合部位結(jié)合部位RNARNA聚合酶聚合酶結(jié)合部位結(jié)合部位多順反子多順反子mRNAmRNA 功能上相關(guān)聯(lián)的多個結(jié)構(gòu)基因受同一啟動序列功能上相

5、關(guān)聯(lián)的多個結(jié)構(gòu)基因受同一啟動序列(xli)(xli)調(diào)控，被一起轉(zhuǎn)錄和翻譯生成多種蛋白質(zhì)的調(diào)控，被一起轉(zhuǎn)錄和翻譯生成多種蛋白質(zhì)的 mRNA mRNA 。啟動序列啟動序列(xli)(xli)（P P）：）： 其中的其中的-35-35區(qū)區(qū) -10 -10區(qū)是區(qū)是RNARNA聚合酶識別并結(jié)合的部位。聚合酶識別并結(jié)合的部位。 多順反子多順反子mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白（負性調(diào)節(jié)）（負性調(diào)節(jié)） （ 正性調(diào)節(jié)正性調(diào)節(jié)）多種蛋白質(zhì)多種蛋白質(zhì)第11頁/共46頁第十二頁，共47頁。 原核生物的共有(n yu)序列 RNA RNA聚合酶（聚合酶（因子）識別并結(jié)合啟動部位因子）識別并結(jié)合啟動部位(bwi)(b

6、wi)特異堿基序列特異堿基序列 DNA DNA雙鏈局部解開雙鏈局部解開 RNA RNA聚合酶移向轉(zhuǎn)錄起始點聚合酶移向轉(zhuǎn)錄起始點 啟動轉(zhuǎn)錄啟動轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)起始點起始點-35-35區(qū)區(qū)-10-10區(qū)區(qū)第12頁/共46頁第十三頁，共47頁。真核生物真核生物(shngw)(shngw)的特異的特異DNADNA序列序列 真核生物真核生物(shngw)(shngw)基因組中含有可基因組中含有可以調(diào)控自身基因表達的特異以調(diào)控自身基因表達的特異DNADNA序列，稱為順序列，稱為順式作用元件。式作用元件。 順式作用元件能夠被各種轉(zhuǎn)順式作用元件能夠被各種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白特異識別和結(jié)合，從而影響基因表

7、錄調(diào)節(jié)蛋白特異識別和結(jié)合，從而影響基因表達活性。達活性。 啟動子啟動子 順式作用元件又分順式作用元件又分 增強增強子子 沉默子沉默子第13頁/共46頁第十四頁，共47頁。（1 1）啟動子）啟動子 是是RNARNA聚合酶結(jié)合位點及其周圍的一組轉(zhuǎn)錄調(diào)控組件。聚合酶結(jié)合位點及其周圍的一組轉(zhuǎn)錄調(diào)控組件。 包括轉(zhuǎn)錄起始包括轉(zhuǎn)錄起始(q sh)(q sh)點、共有序列點、共有序列TATATATA盒（核心盒（核心序列）以及序列）以及GCGC盒或盒或CAATCAAT盒等盒等 共有共有(n yu)序列序列 110bp -30 -25bp CAATCAAT盒盒 GCGC盒盒 TATATATA盒盒 TFD TFDR

8、NA PolRNA Pol結(jié)合結(jié)合(jih)(jih)位點位點（2 2）增強子）增強子 是增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的特異是增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的特異DNADNA序列。序列。 （遠離轉(zhuǎn)錄起始點，位置靈活，其作用與啟動子相互依存）遠離轉(zhuǎn)錄起始點，位置靈活，其作用與啟動子相互依存） （3 3）沉默子）沉默子 對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用的特異對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用的特異DNADNA序列，屬于負性調(diào)控元件。序列，屬于負性調(diào)控元件。 第14頁/共46頁第十五頁，共47頁。原核生物的調(diào)節(jié)蛋白（原核生物的調(diào)節(jié)蛋白（3類）類）特異因子特異因子 決定決定RNA聚合酶對啟動聚合酶對啟動(qdng)序列的特異識別序列的特異識別和結(jié)合

9、能力；和結(jié)合能力； (如，如，RNA聚合酶的聚合酶的 因子因子)阻遏蛋白阻遏蛋白 通過與操縱序列結(jié)合，阻遏基因轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮負性通過與操縱序列結(jié)合，阻遏基因轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮負性調(diào)控作用；調(diào)控作用； （由調(diào)節(jié)基因表達的阻遏蛋白）（由調(diào)節(jié)基因表達的阻遏蛋白）激活蛋白激活蛋白 與啟動與啟動(qdng)子上游子上游DNA序列結(jié)合，促進序列結(jié)合，促進RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄活性，發(fā)聚合酶轉(zhuǎn)錄活性，發(fā) 揮正性調(diào)控作用。（如，揮正性調(diào)控作用。（如，CAP分解代謝物基因活化分解代謝物基因活化蛋白）蛋白）第15頁/共46頁第十六頁，共47頁。 2. 真核生物的調(diào)節(jié)蛋白真核生物的調(diào)節(jié)蛋白 反式作用因子反式作用因子 能直接或間接與順

10、式作用元件相互作用，進而能直接或間接與順式作用元件相互作用，進而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄(zhun l)的一類調(diào)節(jié)蛋白，統(tǒng)稱的一類調(diào)節(jié)蛋白，統(tǒng)稱為反式（作用）因子。為反式（作用）因子。 按其功能不同，常有以下三類：按其功能不同，常有以下三類： 基本轉(zhuǎn)錄基本轉(zhuǎn)錄(zhun l)因子因子 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)因子 共調(diào)節(jié)因子共調(diào)節(jié)因子 第16頁/共46頁第十七頁，共47頁。第17頁/共46頁第十八頁，共47頁。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zhun l)前起始復(fù)合體的組裝（前起始復(fù)合體的組裝（PIC)PIC)第18頁/共46頁第十九頁，共47頁。(2) (2) 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子

11、 這類調(diào)節(jié)蛋白能識別并結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始點上游的調(diào)控序這類調(diào)節(jié)蛋白能識別并結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始點上游的調(diào)控序列或遠端的增強子元件，通過蛋白質(zhì)列或遠端的增強子元件，通過蛋白質(zhì)-DNA-DNA相互作用而影響轉(zhuǎn)錄相互作用而影響轉(zhuǎn)錄活性。活性。 起激活轉(zhuǎn)錄作用起激活轉(zhuǎn)錄作用轉(zhuǎn)錄激活因子；轉(zhuǎn)錄激活因子； 起阻遏轉(zhuǎn)錄作用起阻遏轉(zhuǎn)錄作用轉(zhuǎn)錄阻遏因子。轉(zhuǎn)錄阻遏因子。（3 3） 共調(diào)節(jié)因子共調(diào)節(jié)因子 另有一類與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子發(fā)生蛋白蛋白相互作用，進而另有一類與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子發(fā)生蛋白蛋白相互作用，進而(jn r)(jn r)影響它們的分子構(gòu)象，影響轉(zhuǎn)錄活性，稱共調(diào)節(jié)因影響它們的分子構(gòu)象，影響轉(zhuǎn)錄活性，稱共調(diào)節(jié)因子。子。 如果與轉(zhuǎn)錄

12、激活因子有協(xié)同作用如果與轉(zhuǎn)錄激活因子有協(xié)同作用共激活因子；共激活因子； 與轉(zhuǎn)錄阻遏因子有協(xié)同作用與轉(zhuǎn)錄阻遏因子有協(xié)同作用共阻遏因子。共阻遏因子。第19頁/共46頁第二十頁，共47頁。 鋅子結(jié)構(gòu)鋅子結(jié)構(gòu) 亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈(llin)(llin)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第20頁/共46頁第二十一頁，共47頁。第21頁/共46頁第二十二頁，共47頁。六、基因六、基因(jyn)(jyn)表達的多級調(diào)控表達的多級調(diào)控 基因結(jié)構(gòu)活化基因結(jié)構(gòu)活化 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zhun l)水平水平 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zhun l)起始（基因表達基本起始（基因表達基本控制點）控制點） 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zh

13、un l)后加工后加工 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zhun l)后水平后水平 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zhun l)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運 翻譯調(diào)控翻譯調(diào)控 翻譯水平翻譯水平 翻譯后加工翻譯后加工第22頁/共46頁第二十三頁，共47頁?？刂茀^(qū)控制區(qū)信息信息(xnx)區(qū)區(qū)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)基因基因(S)操縱序列（操縱序列（O）啟動序列（啟動序列（P P）調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因（I）CPA第23頁/共46頁第二十四頁，共47頁。 乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因(jyn)表達產(chǎn)物第24頁/共46頁第二十五頁，共47頁。（一）阻遏（一）阻遏(z )蛋白的負性調(diào)節(jié)作用蛋白的負性調(diào)節(jié)作用O O第25頁/共46頁第二十六頁

14、，共47頁。2CAP位點位點 操縱操縱(cozng)序列序列RNARNA聚合酶聚合酶 啟動啟動(qdng)序列序列cAMPmRNA 5 DNA DNA結(jié)合結(jié)合(jih)(jih)區(qū)區(qū)與與CAPCAP位點結(jié)合位點結(jié)合(jih)(jih)CAP(CAP(同二聚體同二聚體),),含含 cAMP cAMP結(jié)合結(jié)合(jih)(jih)區(qū)區(qū) cAMP-CAPcAMP-CAP復(fù)合物（有活性）復(fù)合物（有活性）CAP（二）（二） CAPCAP的正性調(diào)節(jié)作用的正性調(diào)節(jié)作用第26頁/共46頁第二十七頁，共47頁。LacLac操縱子基因表達受阻遏蛋白和操縱子基因表達受阻遏蛋白和CAPCAP的雙重的雙重(shungch

15、ng)(shungchng)調(diào)控調(diào)控第27頁/共46頁第二十八頁，共47頁。O 阻遏阻遏(z )蛋白蛋白 （無活性）（無活性） mRNAtrpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA前導(dǎo)前導(dǎo)(qindo)trpL衰減衰減(shui jin)子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 基基 因因 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)二、色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)機制二、色氨酸操縱子的調(diào)節(jié)機制 （色氨酸合成的酶蛋白）（色氨酸合成的酶蛋白） E1 E2 E3第28頁/共46頁第二十九頁，共47頁。O 阻遏阻遏(z )蛋白蛋白 mRNATrp trpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA轉(zhuǎn)錄生成轉(zhuǎn)錄生成162162核苷酸長的前導(dǎo)序列，核苷酸長的前導(dǎo)

16、序列， 可以形成可以形成“衰減衰減(shui jin)(shui jin)子子”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)基因（結(jié)構(gòu)基因(jyn)關(guān)閉）關(guān)閉）調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 在高濃度色氨酸存在下，通過形成特殊的在高濃度色氨酸存在下，通過形成特殊的“衰減子衰減子”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，對轉(zhuǎn)錄進行更精細的調(diào)控。，對轉(zhuǎn)錄進行更精細的調(diào)控。 色氨酸的負性調(diào)控作用色氨酸的負性調(diào)控作用 有活性有活性第29頁/共46頁第三十頁，共47頁。 衰減衰減(shui jin)子子 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 10、 11第30頁/共46頁第三十一頁，共47頁。前導(dǎo)前導(dǎo)(qindo)肽肽核蛋白體核蛋白體衰減衰減(shui jin)子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)RNA聚合酶聚合酶5mRNA10、

17、11位位Trp密碼子密碼子1234UUUU 3DNADNA前導(dǎo)前導(dǎo)(qindo)肽肽51234Trp結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶聚合酶 Trp操縱子的轉(zhuǎn)錄衰減機制操縱子的轉(zhuǎn)錄衰減機制第31頁/共46頁第三十二頁，共47頁。第32頁/共46頁第三十三頁，共47頁。第33頁/共46頁第三十四頁，共47頁。第34頁/共46頁第三十五頁，共47頁。1. 1. 高度重復(fù)高度重復(fù)(chngf)(chngf)序列序列 重復(fù)重復(fù)(chngf)(chngf)數(shù)百萬次，序列簡單、不到數(shù)百萬次，序列簡單、不到10bp10bp，稱為衛(wèi)，稱為衛(wèi)星星DNADNA；2. 2. 中度重復(fù)中度重復(fù)(chngf)(chngf)序

18、列序列 重復(fù)重復(fù)(chngf)(chngf)上千次，序列由幾百個上千次，序列由幾百個bpbp構(gòu)成；構(gòu)成；3. 3. 單拷貝序列單拷貝序列 只出現(xiàn)只出現(xiàn)1 1次或幾次。真核生物極大多數(shù)為單一結(jié)構(gòu)基因；次或幾次。真核生物極大多數(shù)為單一結(jié)構(gòu)基因；反向重復(fù)反向重復(fù)(chngf)(chngf)序列序列 是指在是指在DNADNA鏈某些區(qū)域，出現(xiàn)反向排列的堿基序列。如：鏈某些區(qū)域，出現(xiàn)反向排列的堿基序列。如： “ “CGTACC-/-CCATGC-”, CGTACC-/-CCATGC-”, 又稱又稱“回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)”。 第35頁/共46頁第三十六頁，共47頁。（五）斷裂基因（五）斷裂基因 外顯子外顯子 具

19、有實際編碼意義的結(jié)構(gòu)基因具有實際編碼意義的結(jié)構(gòu)基因(jyn)(jyn)序列；序列；內(nèi)含子內(nèi)含子 不具有編碼意義的堿基序列不具有編碼意義的堿基序列 ，又稱插入序列。，又稱插入序列。（六）大多數(shù)為非編碼區(qū)（六）大多數(shù)為非編碼區(qū)（9595左右）左右）第36頁/共46頁第三十七頁，共47頁。1 1對核酸酶極度對核酸酶極度(jd)(jd)敏感敏感第37頁/共46頁第三十八頁，共47頁。第38頁/共46頁第三十九頁，共47頁。第39頁/共46頁第四十頁，共47頁。 TATA盒結(jié)合(jih)蛋白第40頁/共46頁第四十一頁，共47頁。采用負性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟采用負性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟（四）轉(zhuǎn)錄和翻譯過程分開進行（四）轉(zhuǎn)錄

20、和翻譯過程分開進行轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細胞部位（胞核存在于不同的亞細胞部位（胞核與胞漿），可分別進行調(diào)控。與胞漿），可分別進行調(diào)控。第41頁/共46頁第四十二頁，共47頁。第42頁/共46頁第四十三頁，共47頁。 基因表達調(diào)控課堂練習(xí)基因表達調(diào)控中最重要的環(huán)節(jié)是基因活化 B. 轉(zhuǎn)錄(zhun l)起始C. 轉(zhuǎn)錄(zhun l)后加工 D. 翻譯過程E. 翻譯后加工2. 典型操縱子的調(diào)控序列包括A. 編碼序列 B. 操縱序列C. 啟動序列 D. 調(diào)節(jié)基因E. 結(jié)構(gòu)基因3. 最先、最直接與啟動子核心序列TATA盒結(jié)合的 轉(zhuǎn)錄(zhun l)因子是A. TFA B. T

21、FB C. TFD D. TFE E. TFF第43頁/共46頁第四十四頁，共47頁。4. 以下是關(guān)于真核基因表達調(diào)控基本要素的敘述，錯誤的是順式作用元件的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)B. 順式作用元件的化學(xué)本質(zhì)是DNA反式作用因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA反式作用因子的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)E. 反式作用因子與順式作用元件結(jié)合(jih)后，可激活或抑制基因表達5. 以下是關(guān)于lac操縱子調(diào)節(jié)機制的敘述，正確的是A. 阻遏蛋白與操縱序列的結(jié)合(jih)，對基因表達起負性調(diào)控作用B. 乳糖與阻遏蛋白結(jié)合(jih)而使之變構(gòu)，進而與操縱序列結(jié)合(jih)更牢固C. CAP蛋白與CAP位點的結(jié)合(jih)，對基因表達起正性調(diào)控作用D. RNA Pol催化結(jié)構(gòu)基因表達單順反子mRNAE. 當(dāng)培養(yǎng)液中有乳糖而缺乏葡萄糖時，基因表達活性最強第44頁/共46頁第四十五頁，共47頁。以下是關(guān)于以下是關(guān)于trptrp操縱子調(diào)節(jié)機制的敘述，錯誤的是操縱子調(diào)節(jié)機制的敘述，錯誤的是A. A. 調(diào)節(jié)基因表達有活性的阻遏蛋白，能與操縱基因結(jié)合，阻遏基因表達