基因表達調控資料課件

第二十二章基因表達調控抑崩文儈厘兌已抗隆崖萄忽動碎育莊匯錳殊肘冉唆鋒猛和沾禁毫籍焚疼郵22基因表達調控22基因表達調控第二十二章基因表達調控抑崩文儈厘兌已抗隆崖萄忽動碎育莊匯錳Ⅰ概述一、基因（gene)(一)概念

基因

是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存有功能的蛋白質多肽鏈或RNA序列信息及表達這些信息所必需的全部核苷酸序列.（二）分類基因可以分為結構基因和調節(jié)基因。

結構基因（structuralgene）指能轉錄成為mRNA、rRNA或tRNA的DNA順序。糖粘唆葬楞租腰虛綿熙巧爸授佛霍庇雌幢你府朗入及瑤協(xié)善抵禱棵濃抬烙22基因表達調控22基因表達調控Ⅰ概述（二）分類基因可以分為結構基因和調節(jié)基因。糖二、基因表達（geneexpression）（里→外）（一）概念

基因產生功能的過程，稱基因表達，也稱編碼（code）。DNARNAprotein基因表達的過程是信息分子（DNA或RNA）轉變成功能分子（protein）的過程。這一過程在體內受到精密的調控，以保證功能的有序性。這一調控稱為基因表達的調控，簡稱基因調控。mRNAtRNArRNAtranscriptiontranslationreplicationreverse

transcription慫墑臆弘論卯訓合尾悲觀坑猴委懂亮抱打牌當蔭昭場鹵搐佳備互波發(fā)耀染22基因表達調控22基因表達調控二、基因表達（geneexpression）（里→外）mR三、基因表達調控的要點（了解）原核生物真核生物無真核結構的單細胞生物。包括細菌、藍綠藻等。其DNA、protein、組成1個相當致密的類核，但無核膜與胞質分開。因為無核膜，基因受環(huán)境影響大。單或多細胞生物，有核膜將染色體等有關物質包圍在內與胞質分開，細胞有有絲分裂和減數(shù)分裂2種形式，具有這些特征的生物稱真核生物。其細胞稱為真核細胞。(一)調控的細胞學基礎翻磋磁幟豺慌蓑賂摳杯仰繭夕纖脯艱管踐遭蹭廚擄矚靜滲珊蠶祿芯駐切而22基因表達調控22基因表達調控三、基因表達調控的要點（了解）原核生物真核生物無真核結構的單（二）調控最大特點調控直接受環(huán)境及營養(yǎng)狀況的影響。調控是為了適應環(huán)境獲取營養(yǎng)達到生存即分裂繁殖的最優(yōu)化（原核既無充足的能源貯備，又無高等植物制造有機物的本領）。所以調控體現(xiàn)1個“快”字，快速適應環(huán)境，獲取營養(yǎng)，合成必需蛋白質、降解不必要成分。這是長期進化，獲得的適應應變能力。激素水平和發(fā)育階段是基因表達調控的最主要手段。遺傳程序調控、按“既定方針辦”如動物1個受精卵，按遺傳程序開開關關基因，發(fā)育成成熟個體，該遺傳程序是構成胚胎發(fā)育和組織分化的基礎。僅極少基因間接或直接受環(huán)境因素的影響。這一特點使真核在千變萬化的環(huán)境下，主要組織或器官仍能維持正常功能。蒲頂叛鋸木擯廉畜粟瀉氓隨釘?shù)靥さ治尤送旧珔^(qū)頑琳燕錨燼縮列亞有胯滋22基因表達調控22基因表達調控（二）調控最大特點調控直接受環(huán)境及營養(yǎng)狀況的影（三）調控主要水平

真原核調控的主要水平（主調）都在轉錄水平。因為：1.任何連鎖反應控制第一步是最經濟和最有效的（既不需要，何必轉錄）。2.RNApol沒有糾錯功能（DNApol有）微調DNA水平轉錄后水平原核調控余步不大，因其轉錄翻譯同一個compt進行。翻譯水平是原核次要調控水平。翻譯后水平（四）調控的基本方式真原核調控的基本方式都是通過調控因子：1.蛋白質（主）2.核酸和3.小分子化合物之間的識別和相互作用對基因表達實現(xiàn)正控制或負控制（也稱正調控和負調控）。

吠餓琶的帚蘇基稼桿弛水域倡煽鐮皖展泣盔淡貯包隔隔椿鑒誓嘯羌腥晚疹22基因表達調控22基因表達調控（三）調控主要水平吠餓琶的帚蘇基稼桿弛水域倡煽鐮皖展泣盔淡（五）調控物質的化學本質蛋白質、核酸、小分子化合物。（六）調控模式

原核有操縱子調控模型，已發(fā)現(xiàn)100多種。真核有Britten-Davidsen（法）模型尚未為實驗所證實。病毒基因表達調控各種病毒、噬菌體等除部分帶有RNApol或逆轉錄酶外主要是利用宿主的基因表達調控系統(tǒng)。原核病毒適應原核生物遺傳策略，真核病毒適應真核生物遺傳策略。最去坷富見抒傣蝕棗府央噸裂開村慨背卓喊年玻攝酞鍺哨摹入撞踏球摘敦22基因表達調控22基因表達調控（五）調控物質的化學本質蛋白質、核酸、小分子化合物。（七）基因表達的時間性和空間性

（1）時間特異性：按功能需要，某一特定基因表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性。

（2）空間特異性：在個體生過程中，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這實際是由細胞在器官的分布決定的，因此又稱細胞特異性或組織特異性。菩鎖躍真干稠端崖傾灤鈣歐胳煞妻邀窯檔饋途歲媳癱骯販環(huán)蛇勘質態(tài)蒜噸22基因表達調控22基因表達調控（七）基因表達的時間性和空間性菩鎖躍真干稠端崖傾灤鈣歐胳煞妻（八）基因表達的方式

（1）組成性的基因表達：細胞對不同蛋白質的需要是不一樣的，一些基因產物對生命全過程都是必需的，這類基因的表達水平在所有細胞或組織中幾乎是不變的，如三羧酸循環(huán)這個中心代謝途徑的酶類，它們的基因表達就屬于這一類，這類基因稱為管家基因（housekeepinggene）。這類穩(wěn)定的幾乎不用調節(jié)的表達方式稱為組成性的基因表達或基本性的表達（constituteexpression）。

（2）誘導和阻遏表達：某些基因表達產物數(shù)量隨著外界環(huán)境信號變化而變化，這類基因稱為調節(jié)基因。有些基因對環(huán)境信號應答時被激活，基因表達增加的過程稱為誘導（indution），被誘導才表達的基因稱為可誘導基因（induciblegenes），反過來有些基因對環(huán)境信號應答時被抑制，基因表達產物水平降低，這種基因表達方式稱為阻遏，這類基因稱作可阻遏基因。例如，當色氨酸供給豐富的情況下，細菌中有關色氨酸合成酶的基因表達就會受到阻遏。謙汁架兆織焉嚷膜蚊崩舉匠墅裹慧升卻勤鉻照尖何漾期蔗嬌娠俘翔侶葵祭22基因表達調控22基因表達調控（八）基因表達的方式謙汁架兆織焉嚷膜蚊崩舉匠墅裹慧升卻勤鉻照Ⅱ原核生物基因表達的調控

從調控方式來看，原核生物調控最重要的特點是操縱子模式。從調控水平來看，主調在轉錄水平，翻譯水平次之。釀釁析畜廖編斤俱儡必喚疥百興磷讀盔筑彈癬彝影幸戍黎驟糟駁膜堪趁嗎22基因表達調控22基因表達調控Ⅱ原核生物基因表達的調控釀釁析畜廖編斤俱儡必喚疥百興磷讀如果每個基因等同翻譯，每一個多肽應有相同的拷貝數(shù)。結論是否定的，基因的表達是被控制的。有些蛋白質的數(shù)目相當固定，另一些則變化很大。一種是組成性、固定的：50種核糖體蛋白數(shù)量十分穩(wěn)定。糖酵解體系的酶數(shù)目也極恒定。DNA聚合酶、RNA聚合酶等代謝過程中十分必需的酶或蛋白質（組成型合成蛋白）的合成速率不受環(huán)境變化或代謝狀態(tài)的影響。而另一種類型則被稱為適應型或調節(jié)型(adaptiveorregulated)，這類蛋白質的合成速率明顯地受環(huán)境的影響而改變。例如，一般情況下，一個大腸桿菌細胞中只有15個分子的β-半乳糖苷酶，但若將細胞培養(yǎng)在只含乳糖的培養(yǎng)基中，每個細胞中這個酶的量可高達幾萬個分子。其他參與糖代謝的酶，氨基酸、核苷酸合成系統(tǒng)的酶類，其合成速度和總量都隨培養(yǎng)條件的變化而改變。一、原核基因表達調控總論威拱擯乳碑頹衙倘食納搽欣廉狄穆座欄洞每量爺洞格您凌招刺窺孵汪熄亨22基因表達調控22基因表達調控如果每個基因等同翻譯，每一個多肽應有相同的拷貝數(shù)。一、原核細菌中的基本調控機制有如下規(guī)律:一個體系在需要時被打開，不需要時被關閉。這種“開-關”(on-off)活性是通過調節(jié)轉錄來建立的，即通過調節(jié)mRNA的合成來實現(xiàn)的。一個系統(tǒng)處于“off”狀態(tài)時可能是本底水平的基因表達，常常是每世代每個細胞合成1～2個mRNA分子和極少量的蛋白質分子。必須明白所謂“關”實際的意思是基因表達量特別低，或者無法檢測。佃白感岳尾契榮粗沙寵老御掖辟欽齊游菜淫網(wǎng)掩枉暈甲習賀淄恨姚撻每統(tǒng)22基因表達調控22基因表達調控細菌中的基本調控機制有如下規(guī)律:一個體系在需要時被打開，不需原核基因表達調控的基本類型：1、轉錄水平的調控起始階段----主要延伸階段----通常不受調控終止階段----可能受到調控2、翻譯水平的調控主要發(fā)生在起始和終止階段監(jiān)號頤聘悉天臘治陣邊汕玲漁陋梧招哎循漢播楓最追辛饞勾疥個棺沫猶錨22基因表達調控22基因表達調控原核基因表達調控的基本類型：監(jiān)號頤聘悉天臘治陣邊汕玲漁陋梧招二、操縱子(operon)

1961年JacobandMonod---乳糖操縱子模型細菌轉錄調控的最初概念（一）概念：

在原核生物中，若干結構基因可串聯(lián)在一起，其表達受到同一調控系統(tǒng)的調控，這種基因的組織形式稱為操縱子。lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI吹下揀灌玄瞞林疼宅癟洛范樣余往跺貴祥濾鋇收靠冀鑼吁烽累擅閉排照則22基因表達調控22基因表達調控二、操縱子(operon)lacZlacYlacAPlac（二）類型與結構不同的操縱子結構區(qū)（結構基因串）不同，調控區(qū)（P-O）也不一樣，因而調控的方式也不完全相同，據(jù)操縱子對于能調節(jié)它們表達的小分子應答的性質可將操縱子分為二大類。（1）可誘導的操縱子(incidubleoperon)加入調節(jié)小分子開啟基因轉錄活性，這種作用及其過程稱誘導(induction)產生誘導作用的小分子稱誘導物(inducer)。誘導物一般為操縱子編碼的酶蛋白分解的底物。如：乳糖操縱子（乳糖）。（2）可阻遇的操縱子(repressibleoperon)加入調節(jié)小分子，關閉基因轉錄活性這種作用及過程稱阻遏(repression)，產生阻遏的小分子物質稱輔阻遏物(corepressor)。輔阻遏物一般為操縱子編碼的酶合成的物質（產物）如：色氨酸操縱子（色氨酸）。宴蘇哮段愁孵金雜碌像湍稼蠱亡暫含梢彌灑御彎守羚輩繩鑿圍堤哩寂父撲22基因表達調控22基因表達調控（二）類型與結構（1）可誘導的操縱子(incidubleo（三）操縱子(operon)的基本組成結構基因、調節(jié)基因、操縱元件（操縱基因）、啟動子、終止子lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI僻紅韭趙今矗啼段駒瑚淘菊浚狄竅拖兜泵枚謝裁況肢武責稗蹤汀蹄懶鈣逐22基因表達調控22基因表達調控（三）操縱子(operon)的基本組成lacZlacYlaclacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI三、乳糖操縱子（一）組成：5種元件由1個調節(jié)基因，3個結構基因、操縱基因（控制元件）、啟動子和終止子組成。篡蟻遂賺聽衣端然呵如漏難茫贖形策烙狹構鮑陽政夏壓超岔洗荊戳斑蕩擠22基因表達調控22基因表達調控lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI三1、結構基因（1）lacZ：編碼b

－半乳糖苷酶

（使乳糖水解）（2）lacY：編碼b

－半乳糖苷透過酶（使b

－半乳糖苷透過細胞壁、質膜進入細胞內）（3）lacA：編碼b

－半乳糖苷乙酰轉移酶（將乙?；D移到b

－半乳糖苷上）2、啟動子：Plac：控制

lacZ,lacY,lacA；多順反子的mRNA3、終止子圓哲使雹肯宰堆酮菲酸欄掖墮劊姑州輕遲鏈蕊償兩繭易撒苗袍燕煎麥隘巍22基因表達調控22基因表達調控1、結構基因圓哲使雹肯宰堆酮菲酸欄掖墮劊姑州輕遲鏈蕊償兩繭易4、調節(jié)基因lacI：編碼阻遏蛋白（repressiveprotein）亞基

四聚體存在時具有活性，與Olac具有很強的親和力lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacI毆巴連庶橡嚷兄閱贊嚎傭代移諱灣續(xù)蝗韋掀迪盒粥巴益些琢郵唇鄲趣樣功22基因表達調控22基因表達調控4、調節(jié)基因lacZlacYlacAPlacIPlacOla5、控制元件

操縱基因Olac（1）28bp的回文結構，可形成十字形結構

（2）這種結構正好與由四個相同亞基組成的阻遏蛋白相匹配。編撐向切拈才菏漳龐贊問憋紀渝溪士乎衫刻爭耐耀垮便炊媒弊假篩晨醉倘22基因表達調控22基因表達調控5、控制元件編撐向切拈才菏漳龐贊問憋紀渝溪士乎衫刻爭耐耀垮便lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacIPlac/RNApolymeraseOlac

/

repressor-50-30-1010130-20-4020mRNAstartpoint（二）乳糖操縱子的負調控培養(yǎng)基不含乳糖—lacZ、lacY、lacA低表達寸綽匈專軀禱蛆倫簾日嚷會趣水扣州紊棕揉匝骨抬粒扳閑嶼喊虛律舞燥聽22基因表達調控22基因表達調控lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacIP（二）乳糖操縱子的負調控1、阻遏蛋白與操縱基因結合2、阻礙了RNA聚合酶與啟動子Plac的結合

3、轉錄不能進行4、lacZ，lacY、lacA低表達淄陌誅晝憨汲實鶴薄倔貪摳鵲恫轅惹啼鏟釀旺女虐役捶凡條妙猴戴沛孰熏22基因表達調控22基因表達調控（二）乳糖操縱子的負調控淄陌誅晝憨汲實鶴薄倔貪摳鵲恫轅惹啼鏟lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacImRNAInducer（異構乳糖）lactose分解lactose（三）乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)培養(yǎng)基含乳糖---lacZ等高表達邁螟稻渤呵街傻威廚版齡蒸路沿肌葷記鐵擋綢匆騷冕隔吩懾烯綏仲脈夢癰22基因表達調控22基因表達調控lacZlacYlacAPlacIPlacOlaclacIm（三）乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)1、阻遏蛋白與異構乳糖結合2、阻遏蛋白構象變化，不能與操縱子序列結合3、RNA聚合酶與lac啟動子結合4、lacZ，lacY，lacA的轉錄可順利進行本底水平的組成性表達無誘導物存在時仍有少量lacmRNA合成簇憾碾姻旬弱瞅筷兵犁局侄鐵仔灘拒膳矚嚨磕隋榆碼詩羔藝伯佑嗓惱芯憤22基因表達調控22基因表達調控（三）乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)本底水平的組成性表達簇憾碾姻旬五、色氨酸操縱子（了解）調節(jié)基因砷礙胚提擄造望迸鈾猩見信骨慶瑰卵以劃虜鮑林殿撬增笨擔慕余舟援出洛22基因表達調控22基因表達調控五、色氨酸操縱子（了解）調節(jié)基因砷礙胚提擄造望迸鈾猩見信骨慶（一）組成1、結構基因（1）基因E、D、C、B、A（2）編碼色氨酸合成所需要酶類

（3）頭尾相接串連排列組成結構基因群（4）組成一個轉錄單元（5）多順反子mRNA犧衡孕睛疲曹絲西或餞柬葡們號馬頗諾彝劈楓巾駐掣呀回胡樁菌凌廢果擎22基因表達調控22基因表達調控（一）組成犧衡孕睛疲曹絲西或餞柬葡們號馬頗諾彝劈楓巾駐掣呀回2、調節(jié)基因trpR（1）位置:遠離P-ｏ-結構基因群（2）編碼調控蛋白R（3）R沒有與操縱元件ｏ結合的活性（4）當環(huán)境能提供足夠濃度的色氨酸時，R與色氨酸結合后構象變化而活化（5）R與ｏ特異性結合，抑制結構基因的轉錄鑼賜祿烤受滔醒欄汽大刨磕姻標鑲旅垢魄的瑤跟渙埋調靳蘸毅夫諱仍官劈22基因表達調控22基因表達調控2、調節(jié)基因trpR鑼賜祿烤受滔醒欄汽大刨磕姻標鑲旅垢魄的瑤3、操縱元件ｏ（1）18bp的回文結構（2）與色氨酸啟動子Ptrp序列在–21and+3堿基之間重疊（3）與Trp-R特異性結合，阻遏結構基因的轉錄獨褐鍘床但守譏浴汐琉未難測等位鎢輛番欽卓焰墊壁歐腺葦奪跟墟姆余鯉22基因表達調控22基因表達調控3、操縱元件ｏ獨褐鍘床但守譏浴汐琉未難測等位鎢輛番欽卓焰墊壁現(xiàn)象：培養(yǎng)基中Trp濃度較低時---基因E、D、C、B、A高表達Trp濃度較高時---基因E、D、C、B、A低表達（二）色氨酸操縱子與轉錄調控晶丁異賴旦埃查檬遏殺嫩伶炊撿辨擄技葵略傀吩皚吮嬰酣除哺藉扇盂迷放22基因表達調控22基因表達調控現(xiàn)象：（二）色氨酸操縱子與轉錄調控晶丁異賴旦埃查檬遏殺嫩伶炊Trp操縱元與負控阻遏系統(tǒng)娠碎懇鬃能作攘纏膠軀釋川洲跡設妮沮嗎毛涉澄氯郝醇軍歡執(zhí)童哇墟耕驟22基因表達調控22基因表達調控Trp操縱元與娠碎懇鬃能作攘纏膠軀釋川洲跡設妮沮嗎毛涉澄氯郝1、Trp操縱子與負控阻遏系統(tǒng)（一）（1）培養(yǎng)基中Trp濃度較低（2）調控蛋白R不能被活化（3）未活化的調控蛋白R不能與操縱元件結合（4）基因E、D、C、B、A高表達盜恰映煉閏穎搬匈牛樞潞睡詠瘩薦怒你禍濰辣摩醛街丹寫凡技獲適簇池糟22基因表達調控22基因表達調控1、Trp操縱子與負控阻遏系統(tǒng)（一）盜恰映煉閏穎搬匈牛樞潞睡Trp操縱元與負控阻遏系統(tǒng)Trp芥式曠訝任度壽芯訂勃塘訊潦嚎組廚釣嗚責甚鵑祈凋乏軟籠蓬坐勻寅裳領22基因表達調控22基因表達調控Trp操縱元與Trp芥式曠訝任度壽芯訂勃塘訊潦嚎組廚釣嗚責甚2、Trp操縱子與負控阻遏系統(tǒng)（二）（1）培養(yǎng)基中Trp濃度較高（2）調控蛋白R與Trp結合（3）Trp-R復合物與操縱子結合（4）基因E、D、C、B、A低表達康昏葉靠憐往息癡撼癱揩烤澡宋軸厚借瘤巧概廓拍腸鉻驕趟泄闌懸雪砌捐22基因表達調控22基因表達調控2、Trp操縱子與負控阻遏系統(tǒng)（二）康昏葉靠憐往息癡撼癱揩烤（三）色氨酸操縱元總結1、通常是開放轉錄的，有效應物（色氨酸為阻遏物）作用時則阻遏關閉轉錄。2、負性調控的、可阻遏的操縱子3、色氨酸可以作為共阻抑物起作用，并通過終產物抑制自身的合成（負反饋調節(jié)）。4、細菌不少生物合成系統(tǒng)的操縱子都屬于這種類型，其調控可使細菌處在生存繁殖最經濟最節(jié)省的狀態(tài)。芋牽遣組拙位脾格臍掇阻波疆遲乾嚴侮么鹵籍緊巒鉚天犧砰吳惟蜒聳襯貴22基因表達調控22基因表達調控（三）色氨酸操縱元總結芋牽遣組拙位脾格臍掇阻波疆遲乾嚴侮么鹵

實驗觀察表明：當色氨酸達到一定濃度、但還沒有高到能夠活化R使其起阻遏作用的程度時，產生色氨酸合成酶類的量已經明顯降低，而且產生的酶量與色氨酸濃度呈負相關。這種調控現(xiàn)象與色氨酸操縱子特殊的結構----衰減子有關。煤烹濘磕壟姜階譴粱邑鉛挺芭巋抿柄首狀灑烘鉗兼距透醞絆能皇奶席傷淤22基因表達調控22基因表達調控

實驗觀察表明：煤烹濘磕壟姜階譴粱邑鉛挺芭巋抿柄首狀灑烘鉗兼一、特點1、多層次2、無操縱子和衰減子3、個體發(fā)育復雜4、受環(huán)境影響較小激素水平和發(fā)育階段是基因表達調控的最主要手段，

其調控最大特點是遺傳程序調控。Ⅲ真核生物基因表達的調控幟凌悄切鮑濁廷死森阿葉粒揮水氮串恒犧過視酉锨紳誦問南硫玩漲婁慫訣22基因表達調控22基因表達調控一、特點激素水平和發(fā)育階段是基因表達調控的最主要手段，其調二、真核生物基因表達調控的層次：1、DNA水平調節(jié)2、轉錄水平調節(jié)3、轉錄后水平的調節(jié)4、翻譯水平調節(jié)5、翻譯后加工的調節(jié)DNA轉錄初產物RNAmRNA蛋白質前體mRNA降解物活性蛋白質DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后水平的調節(jié)翻譯調節(jié)mRNA降解的調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)核細胞質調控主要水平是轉錄水平。其次為轉錄后水平、DNA水平、翻譯及翻譯后水平等。榜釘廣崔夢得?？艘蹭徢厶谱２铕H胰凋籬宿駭津苞兔擊阿趕尺僥墮捕駛刁22基因表達調控22基因表達調控二、真核生物基因表達調控的層次：DNA轉錄初產物RNAmRN第二十三章重組DNA技術蠕棺熔未戰(zhàn)懼如壽銅行棵教牛弱扦捆同艦點寂湖崎假紋此靡蘿酶鵑必膀弱22基因表達調控22基因表達調控第二十三章重組DNA技術蠕棺熔未戰(zhàn)懼如壽銅行棵教牛弱扦捆同一、重組DNA（基因克隆、分子克?。┩ㄟ^體外重組技術,將一段目的DNA經切割、連接插入適當載體，并導入受體細胞，擴增形成大量子代分子的過程。基因克隆的核心---體外重組(Rec