基因表達調控的基本內容

1、基因表達調控的基本內容基因表達調控的基本內容 一、基因表達的概念一、基因表達的概念 1 1、基因（、基因（genegene）：從遺傳學講，基因就是遺傳的基）：從遺傳學講，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。從分子生物學看，基因是負載特定遺能的信息單位。從分子生物學看，基因是負載特定遺 傳信息的傳信息的DNADNA分子片段。分子片段。 基因表達（基因表達（gene expression）：在基因組攜帶）：在基因組攜帶 的固有遺傳信息指導下生成各種具有生物學功能的的固有遺傳信息指導下生成各種具有生物學

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

3、1 2.1 組成性表達組成性表達(constitutive gene expression)(constitutive gene expression) 2.2 2.2 適應型表達適應型表達( (adaptive expressionadaptive expression) ) 2.3 2.3 協(xié)調調協(xié)調調節(jié)（節(jié)（coordinate regulationcoordinate regulation） 2.1 2.1 組成性表達組成性表達 管家基因管家基因(housekeeping gene) (housekeeping gene) ：在生物個體的幾：在生物個體的幾 乎所有細胞中持續(xù)表達，其表達

4、產(chǎn)物對生命全過程都乎所有細胞中持續(xù)表達，其表達產(chǎn)物對生命全過程都 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（基本的基因表達）：管家基因的表組成性基因表達（基本的基因表達）：管家基因的表 達，它只受啟動子與達，它只受啟動子與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 適應型適應型表達表達 誘導：在特定環(huán)境信號刺激下，相應的基因被激活，誘導：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，該現(xiàn)象稱為誘導。相應基因稱為可基因表達產(chǎn)物增加，該現(xiàn)象稱為誘導。相應基因稱為可 誘導的基因。誘導的基因。 阻遏：基因對環(huán)境信號應答時被抑制，這種基

5、因稱阻遏：基因對環(huán)境信號應答時被抑制，這種基因稱 為可阻遏的基因?？勺瓒艋虮磉_產(chǎn)物降低的過程稱為可阻遏的基因?？勺瓒艋虮磉_產(chǎn)物降低的過程稱 為阻遏。為阻遏。 可誘導或可阻遏基因除受啟動序列或啟動子與可誘導或可阻遏基因除受啟動序列或啟動子與RNARNA聚聚 合酶相互作用的影響外，尚受其它機制調節(jié)（如：增合酶相互作用的影響外，尚受其它機制調節(jié)（如：增 強子）。強子）。 2.3 2.3 協(xié)調調節(jié)協(xié)調調節(jié) 在一定機制控制下，機能上相關的一組基因，無論在一定機制控制下，機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。

6、這種調節(jié)稱為協(xié)調調節(jié)。協(xié)調表達。這種調節(jié)稱為協(xié)調調節(jié)。 （一）時間特異性（階段特異性）（一）時間特異性（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/細胞特異性）細胞特異性） Spatial Specificity (Tissue/Cell Specificity) 三、基因表達的特點三、基因表達的特點 按功能需要某一特定基因表達嚴格按特定的時間順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。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）時間特異性（一）時間特

7、異性 指在個體生長、發(fā)育過程中，某種基因產(chǎn)物在個體指在個體生長、發(fā)育過程中，某種基因產(chǎn)物在個體 不同組織器官表達存在差異。又稱細胞或組織特異不同組織器官表達存在差異。又稱細胞或組織特異 性。性。 胰島素胰島素 血紅蛋白：紅細胞血紅蛋白：紅細胞 鳥氨酸循環(huán)酶類：肝細胞鳥氨酸循環(huán)酶類：肝細胞 （二）空間間特異性（二）空間間特異性 四、基因表達調控的基本原理四、基因表達調控的基本原理 1 1、基因表達的多級調控：基因結構活化、基因表達的多級調控：基因結構活化、 轉錄起始、轉錄起始、 轉錄后加工及載運、轉錄后加工及載運、 翻譯及翻譯后加工等翻譯及翻譯后加工等。 2 2、基因轉錄激活調節(jié)的基本要素、基因

8、轉錄激活調節(jié)的基本要素 （調控體系）（調控體系） 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個以上的編碼序個以上的編碼序 列與啟動序列、操縱序列以及其它調節(jié)序列在基因組列與啟動序列、操縱序列以及其它調節(jié)序列在基因組 中成簇串聯(lián)組成中成簇串聯(lián)組成的基因調控單位。的基因調控單位。 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 因表達活性的因表達活性的DNADNA序列。包括啟動子、增強子及沉默子序列。包括啟動

9、子、增強子及沉默子 等。等。 2.2 2.2 調節(jié)蛋白調節(jié)蛋白 原核基因調節(jié)蛋白都是一些原核基因調節(jié)蛋白都是一些DNADNA結合蛋白結合蛋白 阻遏蛋白介導的負性調節(jié)機制在原核生物普遍存在阻遏蛋白介導的負性調節(jié)機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：轉錄因子（主要為反式作用因子）真核：轉錄因子（主要為反式作用因子） 2 2、基因轉錄激活調節(jié)的基本要素、基因轉錄激活調節(jié)的基本要素 （調控體系）（調控體系） 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， 與其它基因的調節(jié)序列結合，調節(jié)其它基因的表達活性。大多與其它基因的調節(jié)序列結合，調節(jié)其它基因的表達活性。大多 數(shù)反式作用因子是數(shù)反式作用因子是DNADNA結合蛋白結合蛋白 正性調節(jié)機制在真核生物普遍存在正性調節(jié)機制在真核生物普遍存在 轉錄調節(jié)的作用機理：轉錄調節(jié)的作用機理： DNA-DNA-蛋白質、蛋白質、 （基本形式）（基本形式） 蛋白質蛋白質- -蛋白質相互作用、蛋白質相互作用、 RNARNA聚合酶活性調節(jié)聚合酶活性調節(jié) 3 3、轉錄調節(jié)的作用機理、轉錄調節(jié)的作用機理 3.2 3.2 蛋白質蛋白質- -蛋白質相互作用：二聚體是調節(jié)蛋白結蛋白質相互作用：二聚體是調節(jié)蛋白

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

12、間的特異識別及結合 3 3、轉錄調節(jié)的作用機理、轉錄調節(jié)的作用機理 五、原核與真核基因表達調控的區(qū)別五、原核與真核基因表達調控的區(qū)別 1 1、真核基因與原核基因的結構特點、真核基因與原核基因的結構特點 真核細胞基因組非常復雜：結構龐大、重復序列、不真核細胞基因組非常復雜：結構龐大、重復序列、不 連續(xù)性、單順反子（一個編碼基因轉錄、翻譯生成一連續(xù)性、單順反子（一個編碼基因轉錄、翻譯生成一 條多肽鏈）條多肽鏈） 因子決定因子決定RNARNA聚合酶識別特異性聚合酶識別特異性 操縱子（元）模型的普遍性：多順反子轉錄，通過調操縱子（元）模型的普遍性：多順反子轉錄，通過調 控單個啟動基因的活性來完成協(xié)調表

13、達控單個啟動基因的活性來完成協(xié)調表達 阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性：負性調節(jié)占主導阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性：負性調節(jié)占主導 2 2、原核基因表達調控特點、原核基因表達調控特點 3 3、真核基因表達調控特點、真核基因表達調控特點 活性染色體結構變化：對核酸酶高度敏感、拓撲結活性染色體結構變化：對核酸酶高度敏感、拓撲結 構變化、構變化、DNADNA堿基修飾、組蛋白減少堿基修飾、組蛋白減少 正性調節(jié)占主導正性調節(jié)占主導 轉錄與翻譯分隔進行轉錄與翻譯分隔進行 轉錄后修飾、加工轉錄后修飾、加工 RNARNA聚合酶有三種聚合酶有三種 六六、基因表達調控的多層次和復雜性、基因表達調控的多層次和復雜性 v 基

14、因組基因組 v 轉錄轉錄 v 轉錄后轉錄后 v 翻譯翻譯 v 翻譯后翻譯后 DNARNA 蛋白質 復制 轉錄 翻譯 逆轉錄 RNA 復制 基因表達調控的多層次和復雜性 Multi-levels and Compliexity of Gene Expression Regulation 基因激活基因激活 轉錄起始轉錄起始 轉錄后加工及轉運轉錄后加工及轉運 mRNA降解降解 翻譯及翻譯后加工翻譯及翻譯后加工 蛋白質降解蛋白質降解 DNA甲基化甲基化 組蛋白乙酰化組蛋白乙?；?DNA element, TF mRNA可變剪接、編輯可變剪接、編輯 siRNA 化學修飾化學修飾 泛素化降解泛素化降解 七、基因表達調控是生物生長發(fā)育的