基因表達調(diào)控-1精

1、基因表達的調(diào)控基因表達調(diào)控旻生令的必需本章內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié) 原核生物基因表達調(diào)控第三節(jié)真核生物基因表達調(diào)控2第一節(jié)概述基因表達:指基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的 蛋白質(zhì)分于或RNA產(chǎn)物的過程.基因表達的調(diào)控在不同時期和不同條件下基因表達的開啟或關(guān)閉以及基 因活性的增加或減弱等，是受到調(diào)節(jié)的。不論是真核還是原核生物都有基因表達調(diào)控機制。指揮 基因調(diào)控的信號原核生物：營養(yǎng)狀況、環(huán)境因素真核生物：激素水平、發(fā)育階段基因表達調(diào)控的時間性和空間性5一.基因表達調(diào)控的元件和作用方式1、順式作用元件與相關(guān)基因處于同一DNA分子上，能起調(diào)控作用的DNA 序列,一般不轉(zhuǎn)錄任何產(chǎn)物.如：啟動子、

2、增強子、終止子、衰減子等2、反式作用因子一個基因的產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)或RNA ）如對另一個基因的 表達具有調(diào)控作用，則被稱為反式作用因子。DNACmRNA 蛋白質(zhì)ADNAmRNA蛋白質(zhì)C6調(diào)控方式順式調(diào)控和反式調(diào)控 正調(diào)控和負調(diào)控負調(diào)控：調(diào)節(jié)蛋白是阻遏蛋白無調(diào)節(jié)蛋白時，基因是表達的，加入調(diào)節(jié)蛋白, 基因活性被關(guān)閉.正調(diào)控：調(diào)節(jié)蛋白是激活蛋白無調(diào)節(jié)蛋白時，基因是關(guān)閉的，加入調(diào)節(jié)蛋白, 基因活性被開啟.二、原核生物和真核生物的基因表達調(diào)控策略原核生物的基因調(diào)控取決于環(huán)境因素及細胞對環(huán)境條件的適應(yīng)在DNA、和翻譯三個水平上進行操縱子一原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式-真核生物的基因調(diào)控比原核生物復(fù)雜得多（多細

3、胞生物）基因表達調(diào)控貫穿于DNA到有功能蛋白質(zhì)的全過程未發(fā)現(xiàn)操縱子的存在9第二節(jié)原核生腸基因表達碉控操縱子的定義操縱子(operon )是基因表達的協(xié)調(diào)單位，由啟動 子、操縱序列及其所控制的一組功能上相關(guān)的結(jié)構(gòu)基 因所組成。操以孑是康栓基因表達調(diào)控的一種重 要的形式I其他調(diào)節(jié)序列啟動子 (P romoter)結(jié)構(gòu)基因操縱序列(op erator)10原核基因調(diào)控機制的類型與特點1、根據(jù)操縱子轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制的不同，可分為負調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白(repressor)正調(diào)控：調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(activator)112、根據(jù)操縱子對小分子效應(yīng)物的反應(yīng)可誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)是指一些基因在特殊的代

4、謝物或化合物的作用下，由原來 關(guān)閉的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質(zhì)的誘導(dǎo)下使基 因活化.如乳糖操縱子.可阻遏的調(diào)節(jié)這類基因平時都是開啟的，處在生產(chǎn)蛋白質(zhì)或酶的工作過 程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累而將其關(guān)閉， 阻遏了基因的表達.如色氨酸操縱子.13原核基因調(diào)控機制的類型與特點負調(diào)控負控誘導(dǎo):負控阻遏:阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。 阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。正調(diào)控正控誘導(dǎo):正控阻遏:效應(yīng)物使激活蛋白處于活性狀態(tài).效應(yīng)物使激活蛋白處于非活性狀態(tài)13負控誘導(dǎo)負調(diào)控正控誘導(dǎo)負控阻遏可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)正調(diào)控正控阻遏1417原核生物結(jié)構(gòu)基因的4種表達調(diào)控類型15獲1965年諾貝爾生理

5、學(xué)和醫(yī)學(xué) 獎、乳糖操縱子和負控誘導(dǎo)系統(tǒng)操縱子模型Jacob and Monod1961 年，Monod和Jacob提出（一）乳糖操縱子（lac operon）的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)基因Z、（*DNAO 丨 Z I Y I A I操縱序列調(diào)節(jié)基因I啟動序列Z：卩-半乳糖昔酶Y： P半乳糖昔酶透過酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶19CAP結(jié)合位點17大腸桿菌乳糖操縱子模型(lactose operon)結(jié)構(gòu)基因（Z、Y. A）:卩半乳糖昔酶：乳糖乳糖+葡萄糖 卩半乳糖昔透過酶：使乳糖能透過細菌壁卩半乳糖昔乙?；D(zhuǎn)移酶啟動區(qū)（Promotor,P） : lacP操縱區(qū)(opei'ator, O) : lacO調(diào)

6、節(jié)基因（/）:產(chǎn)生阻遏蛋白，結(jié)合到操縱基因（二）乳糖操縱子的負調(diào)控和正調(diào)控當(dāng)細菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基中生長時，通常優(yōu) 先利用葡萄糖，而不利用乳糖。當(dāng)培養(yǎng)基中含有充分的乳糖，但不含葡萄糖時，細菌便 會自動產(chǎn)生半乳糖昔酶來分解乳糖，以資利用.當(dāng)培養(yǎng)基中不含乳糖時，細菌便自動關(guān)閉乳糖操縱子, 以免浪費物質(zhì)和能量。191、Lac操縱子的負調(diào)控：阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)vO調(diào)節(jié)基因DNAmRNA阻遏蛋白21DNAmRNA啟論/*mRNA阻遏蛋白乳糖212、Lac操縱子的正調(diào)控 調(diào)節(jié)蛋白：分解代謝基因激活蛋白(catabolic gene activator protein, CAP) -激活蛋白 CAP

7、-cA MP復(fù)合物是激活轉(zhuǎn)錄的必要條件I. CAP亞基由兩個結(jié)構(gòu)域，氨基末端結(jié)構(gòu)域與cAMP結(jié)合, 竣基末端結(jié)構(gòu)域與DN A結(jié)合2.CAP可結(jié)合到乳糖操縱子上(CAP結(jié)合位點)，增強 RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄效率提高50倍。22葡萄糖利用對乳糖操縱子的影響葡萄糖一©> 5*AMPCRP（非活性狀態(tài)）CAP（活性狀態(tài)）PJL2324CAP的正性調(diào)節(jié)+ + + +轉(zhuǎn)錄DNA有葡萄糖，CAMP濃度低時 不促進轉(zhuǎn)錄促進轉(zhuǎn)錄3、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)：阻遏蛋白負調(diào)節(jié)與CAP正調(diào)節(jié)兩種機 制協(xié)調(diào)合作。只有當(dāng)CAP-CAM P復(fù)合物形成并結(jié)合到CAP結(jié)合 位點以及阻遏蛋白脫離LacO時，

8、才開始結(jié)構(gòu)基因 的轉(zhuǎn)錄。25The Lac OpeTon:When Glucose Is Present But Not LactoseLacV、Hey man, I'm constitutiveNo way Jose!Come on,let me throughPoL26The Lac OpcTon:When Lactose Is Present But Not Glucose、Bind to mePol ymerase 丿RNA PoLThis lactose has bent me out ofshape 丿I心、Yip ee !J Pol.cANW27The Lac OpcTo

9、n:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentBind lo me Polvmerase« STOPRight there PoRmeraseJRNAPoLALacY%cANW28二.色氨酸操縱子及其調(diào)控機制31輔阻遏基EIR弱化子調(diào)控區(qū)打0 ZIIfIS"I (Atleluiator)Genes for enzymesXDE：鄰氨基苯甲酸合酶D：鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶C：專喙甘油磷酸合SBB：色氮戰(zhàn)合酶8亞基A：色氨酸臺81 a亞基29啟動子區(qū).操縱區(qū)（一）帀操縱子的阻遏系統(tǒng)效應(yīng)物是色氨酸，是由操縱子所編碼的生物 合成途徑的

10、末端終產(chǎn)物。切/?基因產(chǎn)物為輔阻遏蛋白，與色氨酸相結(jié)合形成 有活性的阻遏物，與操縱區(qū)結(jié)合并關(guān)閉切 mRNA轉(zhuǎn)錄。7"操縱子的阻遏調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因Trp低時Trp高時Trp（誘導(dǎo)物）3133（二）帀操縱子的衰減作用前導(dǎo)序列：在tTpE基因上游一個長162bp的DNA片段。Genes for enzymes輔阻遏基因RIl衰減子IIi ； 7i 耳I (Atlef mor)E：鄰氮基苯甲酸臺酶D=鄰氨基苯甲酸鑄酸核糖轉(zhuǎn)嘶C：唱喘廿油磷酸合酶B：色氨酸合蜀B亞基A：色氮酸合酶a亞基啟動子區(qū)、操縱區(qū)研究發(fā)現(xiàn)衰減子（123150區(qū)）mRNA通過自我配對可以形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，有典型的終止子特點

11、。33前導(dǎo)mRNA結(jié)構(gòu)基因終止密碼子前導(dǎo)序歹I trp密碼子14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):包含序歹i第10. 11密狷子為環(huán)(III序列1/2序列2/3序列3/4形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱：34Tip操縱子轉(zhuǎn)錄衰減作用由于前導(dǎo)肽基因中有兩個相鄰的色氨酸密碼子，因此細胞 內(nèi)Trp-tRNA說水平?jīng)Q定前導(dǎo)肽的翻譯速度.若環(huán)境中Trp令量低，Trp-tRNA水 平也低，前導(dǎo)肽的翻譯不能順利進 行，核糖體前進到鏈1的色氨酸密碼 子處便停下來.鏈I完全被核糖體占據(jù)而無法與鏈2 配對，此時鏈2和鏈3之間能夠形成 配對，因此鏈3和鏈4之間無法形成 轉(zhuǎn)錄終止子結(jié)構(gòu)，于是RNA聚合酶 越過前導(dǎo)區(qū)進入結(jié)構(gòu)基因而繼續(xù)轉(zhuǎn) 錄.Ti

12、p操縱子轉(zhuǎn)錄衰減作用若環(huán)境中Trp含量高， Trp-tRNA水平也高，核 糖體在色氨酸密碼子處沒 有停頓，繼續(xù)前進.直到 終止密碼子處停下，此時 核糖體覆蓋了鏈1和鏈2, 此時鏈3與鏈4能夠互補 配對形成終止子結(jié)構(gòu)，并 終止轉(zhuǎn)錄。36三、轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控 RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控1. 通過&亞基替換的調(diào)控2. 基因重組對轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控3. 分解代謝物的阻遏調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控衰減作用37381通過&亞基替換的調(diào)控原核生物轉(zhuǎn)錄起始時，需要b亞基指導(dǎo)RNA聚合酶與 啟動子結(jié)合。不同的b亞基識別一組特定的啟動子，以進 行各種特定基因的表達.RNA聚合酶全酶(1)枯草芽葩桿菌芽葩形成在枯

13、草芽葩桿菌中發(fā)現(xiàn)10種不同的CT亞基參與轉(zhuǎn)錄與起始調(diào)節(jié)，大部分b亞基的替換與芽范的形成有關(guān)當(dāng)一種新的C亞基被激活后，原來的C亞基就被取代,通過這種有序的b亞基替換，讓RNA聚合酶識別不同基因的啟動子，使芽葩形成有關(guān)的基因有序地表達39(2) EcoM在溫度較高時誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白E.coli在較高溫度下，常規(guī)的蛋白合成開始關(guān)閉或下降, 而促進某些基因的迅速表達，誘導(dǎo)產(chǎn)生各種熱休克蛋白 熱休克應(yīng)答反應(yīng)由*2參與構(gòu)成的RNA聚合酶與熱休克應(yīng)答基因啟動子 結(jié)合，誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的熱休克蛋白，以保護細胞，應(yīng)付高 溫環(huán)境的不利影響.40E.coli中的各種b因子比較O因子編碼基因主要功能護rpoTy參與

14、對數(shù)生長期和大多數(shù)碳代謝過程 基因的調(diào)控rpoN參與多數(shù)氮源利用基因的調(diào)控小rpoH熱休克基因的表達調(diào)控Ct2NfliA揪毛趨化相關(guān)基因的表達調(diào)控4?3、分解代謝物的阻遏調(diào)控細胞內(nèi)同時存在兩種分解底物時，利用快的那種底物分 解后會阻遏消耗底物恆的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象。如E.coli生長在既有葡萄糖又有其他糖類（乳糖.半乳 糖等）的介質(zhì)中，只利用葡萄糖；當(dāng)葡萄糖耗盡后才利用 其他糖類，即葡萄糖阻斷多種操縱子的表達42第三節(jié)真核生物的基因表達調(diào)控43四.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要是通過順式作用元件和 反式作用因子的相互作用來實現(xiàn)的。反式作用因子通過與順式作用元件（啟動子、增 強子等）結(jié)合，改

15、變DNA的構(gòu)象影響轉(zhuǎn)錄。45（一）順式作用元件1、啟動子(promoter)核心啟動子：RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn) 錄起始子（Ini'）及其上游2530bp處的TATA box.決定轉(zhuǎn)錄的方向和轉(zhuǎn)錄精確的起始上游啟動子元件（UPE）: 主要包括位于70bp附近的CAAT box和GC box。影響轉(zhuǎn)錄起始的效率45真核生物啟動子的典型結(jié)構(gòu)-40： Ro-20TATA上游啟i子元件I nRNAPy A Py|i 轉(zhuǎn)求as鮒i 您二核心啟動子462、調(diào)控元件(1)增強子(enhancer)是一種能增強真核細胞某些啟動子功能的DNA序 列，不能啟動基因的轉(zhuǎn)錄，但有增強啟動子轉(zhuǎn)錄 的作用。48增強子的主要特性1. 具有遠距離調(diào)節(jié)功能。2. 無方向性。無基因?qū)Ｒ恍?，同?