《基因表達調控》課件.ppt

1、Regulation of Gene Expression,第七章,基因表達調控,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,染色體貯存著決定生物性狀的全部基因,染色體,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,生物體內基因表達的開啟、關閉以及表達的強度受特定機制的調控，基因表達的調控是生物在長期進化過程中逐漸形成的精確而靈敏的生存能力和應變能力，在機體適應環(huán)境、維持自身的生長和增殖、維持個體發(fā)育與分化等方面均具有重要的生物學意義。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,第一節(jié)基因表達調控的基本原理,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,*基因（gene）負責編碼RNA或一條多肽鏈的 DNA片段，包括編碼序列、編碼序列外 的側翼序列及

2、插入序列。,（一）基因表達的概念,一、概 述,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,基因表達是受調控的,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,（二）基因表達的特性,時間特異性,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,空間特異性,基因表達伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細胞或組織特異性。,在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,（三）基因表達的方式,按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：,組成性表達,無論表達水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達，或變化很小。區(qū)

3、別于其他基因，這類基因表達被視為組成性表達。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,誘導和阻遏表達,在特定環(huán)境信號刺激下，相應的基因被激活，基因表達產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導基因。,可誘導基因在特定環(huán)境中表達增強的過程，稱為誘導（ induction ）。,如果基因表達對環(huán)境信號應答是被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_產(chǎn)物降低的過程稱為阻遏（ repression ）。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協(xié)調一致、共同表達，即為協(xié)調表達 （coordinate expression）。,這種調節(jié)稱為協(xié)調調節(jié),（coordinat

4、e regulation）,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,（四）基因表達調控的生物學意義,1.適應環(huán)境、維持生長和增殖,2.維持個體發(fā)育與分化,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,二、基因表達調控的多層次和復雜性,基因表達的多級調控,基因激活,轉錄起始 轉錄后加工 mRNA降解,轉錄起始,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,基因表達的調節(jié)與基因的結構、性質，生物個體或細胞所處的內、外環(huán)境，以及細胞內所存在的轉錄調節(jié)蛋白有關。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,三、基因轉錄起始調節(jié)的因素,原核生物,- 操縱子(operon) 機制,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,（一） 特異DNA序列,生物化學,護理學專業(yè)本科教

5、材,共有序列（DNA） 決定啟動序列的轉錄活性大小。,某些特異因子（蛋白質）決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結合能力。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,操縱序列 阻遏蛋白的結合位點,當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結合，或是RNA 聚合酶不能沿DNA向前移動 ，阻礙轉錄。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,其他調節(jié)序列、調節(jié)蛋白,激活蛋白（activator）可結合啟動序列鄰近的DNA 序列 ，促進RNA聚合酶與啟動序列的結合，增強RNA聚合酶活性。,有些基因在沒有激活蛋白存在時, RNA聚合酶很少或完全不能結合啟動序列。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,真

6、核生物,不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)一些共有序列 ，如TATA 盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉錄因子的結合位點。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,真核基因的調節(jié)蛋白,還有些蛋白質因子可特異識別、結合自身基因的調節(jié)序列, 調節(jié)自身基因的表達，稱順式作用。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,反式調節(jié),順式調節(jié),生物化學,護理學專業(yè)本科教材,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,RNA聚合酶,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,第二節(jié)原核基因轉錄的調節(jié)系統(tǒng),生物化學,護理學專業(yè)本科教材,因子決定RNA 聚合酶識別特異性,操縱子模型的普遍性,阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性,生物化學,護理學專業(yè)本

7、科教材,特點：,一、乳糖操縱子,(一) 乳糖操縱子的結構,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,CAP第一次出現(xiàn)應有注明,沒有乳糖存在時,(二) 阻遏蛋白的負性調節(jié),生物化學,護理學專業(yè)本科教材,有乳糖存在時,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,無葡萄糖，cAMP濃度高時,有葡萄糖，cAMP濃度低時,(三) CAP的正性調節(jié),生物化學,護理學專業(yè)本科教材,(四) 協(xié)調調節(jié),單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時 , 細菌首先利用葡萄糖。,葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏（catabolic repression）。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,低半乳糖時,

8、高半乳糖時,葡萄糖低 cAMP濃度高,葡萄糖高cAMP濃度低,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,二、色氨酸操縱子,(一) 色氨酸操縱子的結構,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,(二) 轉錄衰減,色氨酸操縱子,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,核糖體,新生肽鏈,mRNA,DNA,1,2,3,4,UUUU 3,1.當色氨酸濃度高時,trp 密碼子,轉錄衰減機制:,5,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,1,2,3,4,5,核糖體,2.當色氨酸濃度低時,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,SOS反應,紫外線,與DNA 損傷修復有關的酶和蛋白質,DNA,三 其他轉錄調控方式,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,基因重組,沙門菌鞭毛

9、素基因的調節(jié),生物化學,護理學專業(yè)本科教材,第三節(jié)真核基因轉錄的調節(jié)系統(tǒng),生物化學,護理學專業(yè)本科教材,一、真核生物基因組結構的特點,(一) 真核基因組結構龐大,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,(三) 重復序列,單拷貝序列（一次或數(shù)次）,(四) 基因不連續(xù)性,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,二、 真核基因表達調控特點,(一) RNA聚合酶,(二) 活性染色體結構變化,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,2.DNA拓撲結構變化,天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構象存在；,基因活化后，,3.DNA堿基修飾變化,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,4.組蛋白變化, 富含Lys組蛋白水平降低 H2AH2B二聚體不穩(wěn)定性增

10、加 組蛋白修飾 H3組蛋白巰基暴露,(三) 正性調節(jié)占主導,(四) 轉錄與翻譯分隔進行,(五) 轉錄或修飾、加工,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,三、 真核基因轉錄起始調節(jié),(一) 順式作用元件,1.啟動子,真核基因啟動子是RNA聚合酶結合位點周圍的一組轉錄控制組件，至少包括一個轉錄起始點以及一個以上的功能組件,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,(二) 反式作用因子,1.轉錄調節(jié)因子分類（按功能特性）,* 基本轉錄因子,是RNA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白質因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA ) 轉錄的類別。,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,* 特異轉錄因子,為個別基因轉錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。,轉錄激活因子,轉錄抑制因子,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,2.轉錄調節(jié)因子結構,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,最常見的DNA結合域：,1.鋅指（zinc finger）,C Cys H His,常結合GC盒,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,2.-螺旋,常結合CAAT盒,生物化學,護理學專業(yè)本科教材,(三) mRNA 轉錄激活及其調節(jié),真核RNA聚合酶在轉錄因子幫