【學(xué)習(xí)】第十三章基因表達(dá)調(diào)控

1、整理課件1Regulation of Gene Expression整理課件2第 一 節(jié)基本概念與原理Basic Conceptions and Principle整理課件3一、基因表達(dá)的概念一、基因表達(dá)的概念* * 基因組基因組(genome)(genome)一個細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信一個細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。息或整套基因。它也是指含有一個生物體生存、它也是指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸的整套核酸。 整理課件4是指儲存遺傳信息是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物

2、功能的整表現(xiàn)出其生物功能的整個過程。個過程。典型的基因表達(dá)是典型的基因表達(dá)是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生有生物活性的蛋白產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的過程。質(zhì)的過程?；虮磉_(dá)基因表達(dá)(gene expression)(gene expression)整理課件5基因表達(dá)是受調(diào)控的基因表達(dá)是受調(diào)控的 不是所有的基因表達(dá)都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，不是所有的基因表達(dá)都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)生的基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)生成熟的成熟的rRNArRNA或或tRNA,tRNA,也是也是rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因表的基因表達(dá)，因?yàn)檫_(dá)，因?yàn)閞RNA

3、rRNA或或tRNAtRNA就具有在蛋白質(zhì)翻譯方就具有在蛋白質(zhì)翻譯方面的功能。面的功能。 但是但是基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄翻譯基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄翻譯整理課件6 大腸桿菌基因組（約大腸桿菌基因組（約40004000個基因個基因) )，一般情況，一般情況下只有下只有5 510%10%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處于在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處于較低水平的表達(dá)，或者暫時不表達(dá)。較低水平的表達(dá)，或者暫時不表達(dá)。 人的基因組約含有人的基因組約含有1010萬個基因，但在一個組織萬個基因，但在一個組織細(xì)胞中通常只有一部分基因表達(dá)，多數(shù)基因處在沉靜細(xì)胞中通常只有一部分基因表達(dá)，多數(shù)基因處在沉靜狀態(tài)，典型的哺乳類細(xì)胞中開放

4、轉(zhuǎn)錄的基因約在狀態(tài)，典型的哺乳類細(xì)胞中開放轉(zhuǎn)錄的基因約在1 1萬萬個上下，即使蛋白質(zhì)合成量比較多、基因開放比例較個上下，即使蛋白質(zhì)合成量比較多、基因開放比例較高的肝細(xì)胞，一般也只有不超過高的肝細(xì)胞，一般也只有不超過20%20%的基因處于表達(dá)的基因處于表達(dá)狀態(tài)。狀態(tài)。 生物基因組的遺傳信息生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都表達(dá)出來的并不是同時全部都表達(dá)出來的整理課件7二、基因表達(dá)的時間性及空間性二、基因表達(dá)的時間性及空間性（一）時間特異性（一）時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)

5、的時間時間特異性特異性(temporal specificity)(temporal specificity)。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階階段特異性段特異性(stage specificity)(stage specificity)。整理課件8（二）空間特異性（二）空間特異性基因表達(dá)伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分基因表達(dá)伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性細(xì)胞或組織特異性(cell (cell or tissue speci

6、ficity)or tissue specificity)。在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性空間特異性(spatial specificity)(spatial specificity)。整理課件9三、基因表達(dá)的方式三、基因表達(dá)的方式按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：（一）組成性表達(dá)（一）組成性表達(dá)某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因管家基因(h

7、ousekeeping (housekeeping gene)gene)。管家基因管家基因整理課件10無論表達(dá)水平高低，管家基因無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境較少受環(huán)境因素影響因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)，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(dá)，或變化很小。區(qū)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基組成性基因表達(dá)因表達(dá)(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)?；镜幕虮磉_(dá)只受到啟動序列或者啟動基本的基因表達(dá)只

8、受到啟動序列或者啟動子與子與RNARNA聚合酶相互作用的影響聚合酶相互作用的影響 組成性基因表達(dá)也是相對的，而不是一成不組成性基因表達(dá)也是相對的，而不是一成不變的，其表達(dá)強(qiáng)弱也是受一定機(jī)制調(diào)控的。變的，其表達(dá)強(qiáng)弱也是受一定機(jī)制調(diào)控的。 整理課件11（二）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)（二）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)(adaptive expression)(adaptive expression)指環(huán)境指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。 改變基因表達(dá)的情況以適應(yīng)環(huán)境，例如與改變基因表達(dá)的情況以適應(yīng)環(huán)境，例如與適宜溫度下生活相比較，在冷或熱環(huán)境下適應(yīng)

9、生適宜溫度下生活相比較，在冷或熱環(huán)境下適應(yīng)生活的動物，其肝臟合成的蛋白質(zhì)圖譜就有明顯的活的動物，其肝臟合成的蛋白質(zhì)圖譜就有明顯的不同；長期攝取不同的食物，體內(nèi)合成代謝酶類不同；長期攝取不同的食物，體內(nèi)合成代謝酶類的情況也會有所不同。所以，基因表達(dá)調(diào)控是生的情況也會有所不同。所以，基因表達(dá)調(diào)控是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必需。物適應(yīng)環(huán)境生存的必需。整理課件12 是指在特定環(huán)境因素刺激下，可誘導(dǎo)基因被是指在特定環(huán)境因素刺激下，可誘導(dǎo)基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。 如如:DNA:DNA發(fā)生損傷時，修復(fù)酶的誘導(dǎo)激活。發(fā)生損傷時，修復(fù)酶的誘導(dǎo)激活。 誘導(dǎo)表達(dá)（誘導(dǎo)表達(dá)（i

10、nductioninduction） 在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因可誘導(dǎo)基因。整理課件13如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答是被抑制，這種如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答是被抑制，這種基因是基因是可阻遏基因可阻遏基因。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏阻遏。阻遏阻遏(repression)(repression)如：如：周圍有充足的葡萄糖，細(xì)菌就可以利用葡周圍有充足的葡萄糖，細(xì)菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它萄糖作能源和碳源，不必更

11、多去合成利用其它糖類的酶類，如乳糖操縱子被阻遏、關(guān)閉糖類的酶類，如乳糖操縱子被阻遏、關(guān)閉整理課件14在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinate (coordinate expression)expression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)(coordinate regulation)。整理課件15四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義（一）適

12、應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（二）維持個體發(fā)育與分化（二）維持個體發(fā)育與分化整理課件16基因基因激活激活轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mRNAmRNA降解降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始（一）基因表達(dá)的多級調(diào)控（一）基因表達(dá)的多級調(diào)控五、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理五、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控最重要轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控最重要 整理課件17（二）基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素（二）基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因基因的結(jié)構(gòu)、性的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外質(zhì)

13、，生物個體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。有關(guān)。1. 1. 特異特異DNADNA序列和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)序列和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)整理課件18原核生物原核生物 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 操縱子操縱子(operon)(operon) 機(jī)制機(jī)制特異特異DNADNA序列序列 編碼序列編碼序列 啟動序列啟動序列 操縱序列操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(promoter)(operator)(operator)整理課件19是是RNARNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異的特異DNADNA序列。序列。1) 1) 啟動序列啟動序列

14、RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列整理課件20共有序列共有序列(consensus sequence)(consensus sequence) 決定啟決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。某些特異因子（蛋白質(zhì)）某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定決定RNARNA聚合酶聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合對一

15、個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。能力。整理課件21阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白阻遏蛋白時，會阻礙時，會阻礙RNARNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RNARNA聚合酶聚合酶不能沿不能沿DNADNA向前移動向前移動 ，阻礙轉(zhuǎn)錄。，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列polpol阻遏蛋白阻遏蛋白2 2 操縱序列操縱序列 整理課件223) 3) 其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如例如激活蛋白激活蛋白(activator)(activator

16、)可結(jié)合啟動序列鄰可結(jié)合啟動序列鄰近的近的DNADNA序列，促進(jìn)序列，促進(jìn)RNARNA聚合酶與啟動序列的聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強(qiáng)結(jié)合，增強(qiáng)RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列polpol激活蛋白激活蛋白整理課件23有些基因在沒有激活蛋白存在時，有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNARNA聚聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列polpol激活蛋白激活蛋白整理課件24真核生物真核生物1) 1) 順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)(cis-ac

17、ting element)可影響自身基因表達(dá)活性的可影響自身基因表達(dá)活性的DNADNA序列序列B BA ADNADNA編碼序列編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) 順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游(5(5端端) ) 啟動子啟動子 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 沉默子沉默子整理課件25順式作用元件通常是基因的非編碼序列。順式作用元件通常是基因的非編碼序列。不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)一些共有序列一些共有序列 ，如，如TATATATA盒、盒、CAATCAAT盒等，這盒等，這些共有序列是些共有序列是RNARNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的聚合

18、酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。結(jié)合位點(diǎn)。整理課件262) 2) 真核基因的調(diào)節(jié)蛋白真核基因的調(diào)節(jié)蛋白由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。調(diào)節(jié)其表達(dá)。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting factor) 這種調(diào)節(jié)作用稱為這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用反式作用。 aDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)BA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA整理課件27cDNAC順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)C還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自還有蛋白質(zhì)

19、因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱稱順式作用順式作用。整理課件28指的是反式作用因子與順式作用元件之指的是反式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結(jié)合。通常是間的特異識別及結(jié)合。通常是非共價非共價結(jié)合，結(jié)合，被識別的被識別的DNADNA結(jié)合位點(diǎn)通常呈對稱、或不完全結(jié)合位點(diǎn)通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。對稱結(jié)構(gòu)。2. DNA - 2. DNA - 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的相互作用的相互作用整理課件29絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合DNADNA前，需通過蛋前，需通過蛋白質(zhì)白質(zhì)- -蛋白質(zhì)相互作用，

20、形成蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體二聚體(dimer)(dimer)或或多多聚體聚體(polymer)(polymer)。（。（同質(zhì)或異質(zhì)同質(zhì)或異質(zhì)）也有的是在結(jié)合也有的是在結(jié)合DNADNA前，需要蛋白質(zhì)與蛋白前，需要蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的解聚過程質(zhì)之間的解聚過程 真核生物中由于蛋白質(zhì)因真核生物中由于蛋白質(zhì)因子的濃度等的不同，會造成不子的濃度等的不同，會造成不同細(xì)胞中同一基因表達(dá)程度的同細(xì)胞中同一基因表達(dá)程度的不同不同整理課件303. RNA3. RNA聚合酶聚合酶 原核啟動序列原核啟動序列/ /真核啟動子與真核啟動子與RNARNA聚合酶活聚合酶活性性 原核啟動序列原核啟動序列/ /真核啟動子的堿基

21、序列影響真核啟動子的堿基序列影響RNARNA聚合酶與其的親和力，而親和力大小直接影聚合酶與其的親和力，而親和力大小直接影響轉(zhuǎn)錄啟動的頻率。所以啟動子有強(qiáng)弱只分。響轉(zhuǎn)錄啟動的頻率。所以啟動子有強(qiáng)弱只分。 另外，由于真核啟動子與另外，由于真核啟動子與RNA-polRNA-pol的結(jié)合需要的結(jié)合需要轉(zhuǎn)錄因子的參與，所以真核的轉(zhuǎn)錄因子的參與，所以真核的RNA-polRNA-pol活性除與活性除與啟動子序列有關(guān)，和轉(zhuǎn)錄因子的存在與否有關(guān)啟動子序列有關(guān)，和轉(zhuǎn)錄因子的存在與否有關(guān)整理課件31 調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)節(jié)蛋白與RNARNA聚合酶活性聚合酶活性啟動序列決定基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率，一些特異調(diào)節(jié)啟動序列決定基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率，

22、一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號（如誘導(dǎo)劑和阻遏劑等）刺蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號（如誘導(dǎo)劑和阻遏劑等）刺激下在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，然后通過激下在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，然后通過DNA-DNA-蛋白質(zhì)、蛋白蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)質(zhì)- -蛋白質(zhì)相互作用影響蛋白質(zhì)相互作用影響RNARNA聚合酶活性，使基礎(chǔ)聚合酶活性，使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生變化，從而引起表達(dá)的變化。轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生變化，從而引起表達(dá)的變化。熱休克反應(yīng)熱休克反應(yīng)細(xì)菌的細(xì)菌的RNARNA聚合酶聚合酶 7070 （啟動常規(guī)基因表達(dá)）（啟動常規(guī)基因表達(dá)）被被 3232取代，從而啟動另一套基因的表達(dá)。取代，從而啟動另一套基因的表達(dá)。整理課件32第 二 節(jié) 原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)Regu

23、lation of Prokaryotic Gene Transcription整理課件33調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)（一）（一）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 只有一種只有一種RNA-polRNA-pol，但是有很多種，但是有很多種因子因子（二）操縱子模型的普遍性（二）操縱子模型的普遍性（三）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性（三）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性整理課件34 存在于原核生物中的一種主要的調(diào)控模式存在于原核生物中的一種主要的調(diào)控模式是操縱子（是操縱子（operonoperon）調(diào)控模式，該模

24、式也見于）調(diào)控模式，該模式也見于低等真核生物中。低等真核生物中。 在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在一在原核生物中，若干結(jié)構(gòu)基因可串聯(lián)在一起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基起，其表達(dá)受到同一調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，這種基因的組織形式稱為操縱子（因的組織形式稱為操縱子（operonoperon） 操縱子操縱子整理課件35n典型的操縱子可分為典型的操縱子可分為控制區(qū)和信息區(qū)控制區(qū)和信息區(qū)兩部分。兩部分?？刂茀^(qū)由各種調(diào)控基因所組成，而信息區(qū)則由控制區(qū)由各種調(diào)控基因所組成，而信息區(qū)則由若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。若干結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)基基因因（R Re eg gu ul la at to

25、 or ry y g ge en ne e）為為阻阻抑抑蛋蛋白白編編碼碼基基因因 控控制制區(qū)區(qū) 啟啟動動基基因因（P Pr ro om mo ot te er r）為為c cA AM MP P受受體體蛋蛋白白（C CR RP P）和和R RN NA A聚聚合合酶酶結(jié)結(jié)合合區(qū)區(qū)。 操操縱縱基基因因（0 0p pe er ra at te er r）為為阻阻抑抑蛋蛋白白結(jié)結(jié)合合位位點(diǎn)點(diǎn)。 信信息息區(qū)區(qū)由由一一個個或或數(shù)數(shù)個個結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因串串聯(lián)聯(lián)在在一一起起組組成成。 操縱子的結(jié)構(gòu)操縱子的結(jié)構(gòu)整理課件36可誘導(dǎo)和可阻遏的操縱子可誘導(dǎo)和可阻遏的操縱子類類型型 結(jié)結(jié)合合 O O 方方式式 O O 的

26、的開開放放方方式式 結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因產(chǎn)產(chǎn)物物功功能能 可可誘誘導(dǎo)導(dǎo) i i 基基因因產(chǎn)產(chǎn)物物 由由代代謝謝底底物物開開放放通通常常開開放放 分分解解代代謝謝 可可阻阻遏遏 i i 基基因因產(chǎn)產(chǎn)物物加加上上代代謝謝終終產(chǎn)產(chǎn)物物 由由代代謝謝終終產(chǎn)產(chǎn)物物關(guān)關(guān)閉閉 合合成成代代謝謝 整理課件37二、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制二、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制（一）乳糖操縱子（一）乳糖操縱子(lac operon)(lac operon)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAPCAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因Z Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y： 透酶透酶A A：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙?；D(zhuǎn)移

27、酶Z ZY YA AO OP PDNADNA整理課件38mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時（二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)（二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因阻遏基因整理課件39mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶整理課件40+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMPcAMP濃度高時濃度高時有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP濃度低時濃度低時（三）（三）CAPCAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP整

28、理課件41 阻遏基因轉(zhuǎn)錄翻譯阻遏蛋白阻遏基因轉(zhuǎn)錄翻譯阻遏蛋白R R，R R與操縱基與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)合在啟動子上的因結(jié)合，阻止結(jié)合在啟動子上的DDRPDDRP前移，結(jié)前移，結(jié)構(gòu)基因構(gòu)基因不被轉(zhuǎn)錄不被轉(zhuǎn)錄 1 1）無乳糖也無葡萄糖存在時：）無乳糖也無葡萄糖存在時：OO2 2）當(dāng)無乳糖，有葡萄糖時：）當(dāng)無乳糖，有葡萄糖時：由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操縱子由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操縱子關(guān)閉，另外，由于有葡萄糖，關(guān)閉，另外，由于有葡萄糖，cAMPcAMP含量低，含量低，CAPCAP的正性調(diào)節(jié)不起作用的正性調(diào)節(jié)不起作用 總結(jié)：總結(jié)：所以：無乳糖時，無論有無葡萄糖，操縱子關(guān)閉所以：無

29、乳糖時，無論有無葡萄糖，操縱子關(guān)閉整理課件42 由于有葡萄糖，由于有葡萄糖，cAMPcAMP含量低，含量低，CAPCAP的正性的正性調(diào)節(jié)不起作用，抑制乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄，使細(xì)調(diào)節(jié)不起作用，抑制乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄，使細(xì)菌只能利用葡萄糖菌只能利用葡萄糖。 3 3）既有乳糖，又有葡萄糖時：）既有乳糖，又有葡萄糖時：O 乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白變構(gòu)，失去與操使阻遏蛋白變構(gòu)，失去與操縱基因結(jié)合的能力而脫落縱基因結(jié)合的能力而脫落整理課件43 由于不含葡萄糖，由于不含葡萄糖，細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)cAMPcAMP含量高，含量高，cAMPcAMP與與CAPCAP結(jié)合成復(fù)合物，與結(jié)合成復(fù)合物，與DN

30、ADNA結(jié)合，并推動結(jié)合，并推動DDRPDDRP向向前移動，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。前移動，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。 4 4）有乳糖，無葡萄糖時：）有乳糖，無葡萄糖時：mRNARNA-polO 乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白變構(gòu)，失去乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白變構(gòu)，失去與操縱基因結(jié)合的能力而脫落，結(jié)合在啟動子上的與操縱基因結(jié)合的能力而脫落，結(jié)合在啟動子上的DDRPDDRP向前移動，結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄翻譯，合成與乳糖向前移動，結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄翻譯，合成與乳糖代謝有關(guān)的酶類從而利用乳糖代謝有關(guān)的酶類從而利用乳糖所以：有乳糖時，只有沒有葡萄糖，操縱子才開放所以：有乳糖時，只有沒有葡萄糖，操縱子才開放 有葡萄糖存在，操縱子關(guān)閉有葡

31、萄糖存在，操縱子關(guān)閉整理課件44（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAPCAP對該系統(tǒng)不能對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；發(fā)揮作用；如無如無CAPCAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/ /乳糖共同存在時，細(xì)乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖。菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對葡萄糖對 lac lac 操縱子的阻遏作用稱操縱子的阻遏作用稱分解代分解代謝阻遏謝阻遏(catabolic r

32、epression)(catabolic repression)。 整理課件45三三、原核生物轉(zhuǎn)錄的終止調(diào)節(jié)原核生物轉(zhuǎn)錄的終止調(diào)節(jié)原核生物轉(zhuǎn)錄的終止：原核生物轉(zhuǎn)錄的終止：1 1）依賴于）依賴于RhoRho的轉(zhuǎn)錄終止的轉(zhuǎn)錄終止2 2）不依賴于）不依賴于RhoRho的轉(zhuǎn)錄終止的轉(zhuǎn)錄終止形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu) 原核生物轉(zhuǎn)錄過程中可以通過形成相應(yīng)的原核生物轉(zhuǎn)錄過程中可以通過形成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，而使得轉(zhuǎn)錄提前終止，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，結(jié)構(gòu)，而使得轉(zhuǎn)錄提前終止，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，如如衰減衰減。如果要制止終止的發(fā)生，可以形成。如果要制止終止的發(fā)生，可以形成抗抗終止。終止。整理課件46四、原核生物翻譯水平的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋

33、白結(jié)合mRNA靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體識別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，稱為自我控制調(diào)節(jié)的位點(diǎn)主要在翻譯的起始階段調(diào)節(jié)的位點(diǎn)主要在翻譯的起始階段1 1、蛋白質(zhì)分子的自我調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)分子的自我調(diào)節(jié)整理課件47調(diào)節(jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RNARNA，稱為調(diào)節(jié)，稱為調(diào)節(jié)RNARNA反義反義RNARNA：細(xì)菌中的一種調(diào)節(jié)：細(xì)菌中的一種調(diào)節(jié)RNA,RNA,含有與特定含有與特定mRNAmRNA翻譯的起始部位互補(bǔ)的序列，通過與翻譯的起始部位互補(bǔ)的序列，通過與mRNAmRNA的雜交阻斷的雜交阻斷30S30S小亞基對小亞基對AUGAUG的識別及與的識別及與SDSD序列序列

34、的結(jié)合，抑制翻譯的起始的結(jié)合，抑制翻譯的起始反義反義RNARNA的調(diào)節(jié)作用，稱為反義控制的調(diào)節(jié)作用，稱為反義控制2 2、反義、反義RNARNA對翻譯的調(diào)節(jié)作用對翻譯的調(diào)節(jié)作用整理課件48第第 三三 節(jié)節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)Regulation of Eukaryotic Gene Transcription整理課件49一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大哺乳類動哺乳類動物基因組物基因組DNA DNA 約約 3 3 10 10 9 9 堿基對堿基對編碼基因編碼基因約約 有有 40000 40000 個，占總長的個，占總長的6

35、%6 %rDNArDNA等重復(fù)基因等重復(fù)基因約約 占占 5% 5% 10%10%整理課件50（二）單順反子（二）單順反子單順反子單順反子(monocistron)(monocistron) 即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNAmRNA分分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。（三）重復(fù)序列（三）重復(fù)序列（正向重復(fù)、反向重復(fù)）（正向重復(fù)、反向重復(fù)）單拷貝序列（一次或數(shù)次）單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（高度重復(fù)序列（10106 6 次）次）中度重復(fù)序列（中度重復(fù)序列（10103 3 10 104 4次）次）多拷貝序列多拷貝序列（四）基因不連續(xù)性（四）基

36、因不連續(xù)性斷裂基因斷裂基因整理課件51二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)（一）（一）RNARNA聚合酶聚合酶 真核生物中存在真核生物中存在RNA polRNA pol、三種不三種不同的同的RNARNA聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不同的聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不同的RNARNA。 這些這些RNARNA聚合酶與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)聚合酶與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合體，從而激活或抑制該酶的催化活性。合體，從而激活或抑制該酶的催化活性。整理課件52（二）活性染色體結(jié)構(gòu)變化（二）活性染色體結(jié)構(gòu)變化1. 1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感活化基因常有超活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)

37、附近。白結(jié)合位點(diǎn)附近。2. DNA2. DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈天然雙鏈DNADNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向整理課件533. DNA3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化真核真核DNADNA約有約有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。CpGCpG島島甲基化常發(fā)生在某些基因的甲基化常發(fā)生在某些基因的5 5側(cè)翼側(cè)翼區(qū)的區(qū)的CpGCpG序列序列4. 4. 組蛋白變化組蛋白變化 富含富含LysLys組蛋白水平降低組

38、蛋白水平降低 H2A, H2BH2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加二聚體不穩(wěn)定性增加 組蛋白修飾組蛋白修飾 H3H3組蛋白巰基暴露組蛋白巰基暴露整理課件54（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 真核基因基因組大，通過利用各種轉(zhuǎn)錄因子真核基因基因組大，通過利用各種轉(zhuǎn)錄因子正性激活正性激活RNARNA聚合酶是真核基因調(diào)控的主要機(jī)制。聚合酶是真核基因調(diào)控的主要機(jī)制。 更精確，更經(jīng)濟(jì)更精確，更經(jīng)濟(jì) 轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細(xì)胞部轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細(xì)胞部位，可分別進(jìn)行調(diào)控。位，可分別進(jìn)行調(diào)

39、控。整理課件55三、真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)三、真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)（一）順式作用元件（一）順式作用元件1. 1. 啟動子啟動子真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNARNA聚合酶結(jié)合聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個包括一個轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個以上的以及一個以上的功能組件功能組件。TATATATA盒盒GCGC盒盒CAATCAAT盒盒整理課件56TATATATA盒盒 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子TF-DTF-D結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)典型的啟動子：典型的啟動子：CAATCAAT盒和（或）盒和（或）GCGC盒盒 TATATATA盒盒 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)最簡單的啟動

40、子：最簡單的啟動子：TATATATA盒盒 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)但是，不是所有的啟動子都有但是，不是所有的啟動子都有TATATATA盒盒整理課件572. 2. 增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時間、空指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時間、空間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNADNA序列，序列，其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)。在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)5 5或或3 3側(cè)均能起作用；側(cè)均能起作用；相對于啟動子的任一指向均能起作用；相對于啟動子的任一指向均能起作用；發(fā)揮作用與受控基因的遠(yuǎn)

41、近距離相對無關(guān)；發(fā)揮作用與受控基因的遠(yuǎn)近距離相對無關(guān)；對異源性啟動子也能發(fā)揮作用；對異源性啟動子也能發(fā)揮作用；通常具有一些短的重復(fù)順序。通常具有一些短的重復(fù)順序。 特點(diǎn)特點(diǎn)整理課件583. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。整理課件59n同一同一DNADNA序列可被不同蛋白質(zhì)識別序列可被不同蛋白質(zhì)識別n同一蛋白質(zhì)因子可與多種不同同一蛋白質(zhì)因子可與多種不同DNADNA序列發(fā)生聯(lián)系，少數(shù)序列發(fā)生聯(lián)系，少數(shù)是直接結(jié)合，多數(shù)是蛋白質(zhì)是直接結(jié)合，多數(shù)是蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)相互作用后再影響蛋白質(zhì)相互作用后再影響DNADNA。n蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)或DNA-DNA-蛋白質(zhì)的結(jié)合，均導(dǎo)致構(gòu)象上的蛋白質(zhì)的結(jié)合，均導(dǎo)致構(gòu)象上的微細(xì)變化，構(gòu)象變化常是實(shí)現(xiàn)調(diào)控功能的分子基礎(chǔ)。微細(xì)變化，構(gòu)象變化常是實(shí)現(xiàn)調(diào)控功能的分子基礎(chǔ)。n反式作用因子在自身生物合成過程中，有相當(dāng)