基因表達(dá)調(diào)控簡略版

1、關(guān)于基因表達(dá)調(diào)控簡略版第一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 基因表達(dá)概述Section 1 Introduction of Gene Expression第二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、基因表達(dá)的概念 基因表達(dá)(gene expression)：指細(xì)胞在生命活動(dòng)過程中，把儲(chǔ)存在DNA序列中的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)變成具有生物活性的分子的過程?；?因蛋白質(zhì)tRNArRNA生物學(xué)功能二、基因表達(dá)的特異性基因表達(dá)具有時(shí)空特異性。第三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、基因表達(dá)的方式1. 基本表達(dá)（組成性表達(dá)） 管家基因(house keeping ge

2、ne)：在個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。 管家基因的表達(dá)被視為基本的或組成性基因表達(dá)。2. 誘導(dǎo)和阻遏 誘導(dǎo)：環(huán)境信號(hào)啟動(dòng)或增強(qiáng)基因表達(dá) 阻遏：環(huán)境信號(hào)抑制基因表達(dá)第四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義 1. 適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖2. 維持個(gè)體發(fā)育與分化第五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第 二 節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控基本原理Section 2 Principle of Gene Expression Regulation第六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性 調(diào)控部位靈活，調(diào)控方式多樣DNAmRNAmR

3、NA核膜氨基酸30S50S氨酰tRNA 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄核糖體翻譯 基因表達(dá)的基本控制點(diǎn)是轉(zhuǎn)錄起始第七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素1. 特異DNA序列順式作用元件(cis-acting element)：影響基因表達(dá)的特異DNA序列，包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等。2. 調(diào)節(jié)蛋白(1) 原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白 特異因子、阻遏蛋白、激活蛋白(如CAP)(2) 真核生物基因調(diào)節(jié)蛋白第八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3. DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用(1) DNA-蛋白質(zhì)相互作用(DNA-protein interaction) 特點(diǎn)：非共價(jià)鍵

4、結(jié)合 實(shí)質(zhì)：多肽鏈中的側(cè)鏈與DNA中的堿基作用(2) 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用(protein-protein interaction) 形成二聚體或多聚體第九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)控Section 3 Regulation of Prokaryotic Gene Expression第十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、原核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是原核基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵。1. 因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性 不同的因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄2. 操縱子模型的普遍性 操縱子(operon)：原核生物基因按功能相關(guān)性成簇 串聯(lián)、密集于染色

5、體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。 乳糖、阿拉伯糖和色氨酸操縱子等。第十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA二、原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)1. 乳糖操縱子(lac operon)的調(diào)控模式 (1) 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)與功能阻礙蛋白CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子1啟動(dòng)子2終止子1終止子2半乳糖苷酶乙酰轉(zhuǎn)移酶透性酶第十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié) DNAmRNA阻礙蛋白轉(zhuǎn)錄沒有乳糖存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄被抑制第十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA乳糖半乳糖苷酶葡萄糖半乳糖DNA有乳糖存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄被激活誘導(dǎo)劑：異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)第十四

6、張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月lac操縱子阻礙蛋白與操縱序列結(jié)合模式圖操縱序列DNA阻礙蛋白四聚體第十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) CAP的正性調(diào)節(jié)CAP：catabolite activator protein分解(代謝)物基因激活蛋白，降解物激活蛋白CAPcAMPCAPcAMPlac操縱子結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄加強(qiáng)葡萄糖cAMP第十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) lac操縱子的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)阻礙蛋白CAPcAMP轉(zhuǎn)錄活性/無微弱正常轉(zhuǎn)錄第十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(5) lac操縱子與細(xì)菌節(jié)能葡萄糖乳糖cAMPCAPcAMP能量利用

7、情況乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄被激活，利用乳糖做能源乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄被抑制，利用葡萄糖做能源第十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 色氨酸操縱子(trp operon)調(diào)控模式 (1) 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)與功能DNAPOLatrp Etrp Dtrp Ctrp Btrp Att鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶分支酸鄰氨基苯甲酸磷酸核糖鄰氨基苯甲酸CDRP吲哚甘油磷酸色氨酸PRt色氨酸輔阻礙蛋白第十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) Trp對(duì)trp操縱子阻礙調(diào)節(jié) 粗調(diào)輔阻礙蛋白色氨酸DNA正常轉(zhuǎn)錄DNA轉(zhuǎn)錄被抑制第二十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月

8、trp操縱子輔阻礙蛋白與操縱序列的作用第二十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月UUU123453123453UU(3) 衰減子對(duì)trp操縱子轉(zhuǎn)錄過程的弱化作用 微調(diào) 概念 衰減子(attenuator)：是一種位于結(jié)構(gòu)基因上游前導(dǎo)區(qū)的終止序列，用于終止和減弱轉(zhuǎn)錄過程。 色氨酸衰減子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)L-RNA432153U兩個(gè)色氨酸密碼子UGAUGA第二十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 色氨酸衰減子的弱化機(jī)制 . Trp 缺少或濃度低時(shí)，Trp-tRNA的濃度低UU1234UUUUUU色氨酸密碼子終止密碼子UGARNA PolDNA第二十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年

9、6月533142UUUUUUU色氨酸密碼子終止密碼子UGA. Trp 濃度高時(shí)，Trp-tRNA的濃度升高RNA PolDNA第二十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 衰減作用的生物學(xué)意義衰減子可依細(xì)胞內(nèi)某一組分水平的高低而行止，是一種應(yīng)答靈敏，調(diào)節(jié)靈活的調(diào)控方式。第二十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)Section 4 Regulation of Eukaryotic Gene Expression第二十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 真核RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的親和力弱，一般無調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，需要激活蛋白激活相關(guān)靶

10、基因的轉(zhuǎn)錄。3. 轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行 真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同細(xì)胞部位進(jìn)行。4. 轉(zhuǎn)錄后修飾與加工 基因兩側(cè)存在調(diào)控區(qū) 基因不連續(xù)，需要剪接過程一、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)1. 真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多第二十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、RNA Pol 的轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié) 真核生物II類啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)通過順式作用元件和反式作用因子的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)錄因子 泛指除RNA聚合酶以外的一系列參與DNA轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的反式作用因子兩類轉(zhuǎn)錄因子： 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子：所有基因轉(zhuǎn)錄所必需，真核RNA聚合酶不能識(shí)別DNA上的啟動(dòng)子，識(shí)別這些啟動(dòng)子序列的反式作用因子稱為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子（與轉(zhuǎn)錄起始有

11、關(guān)的反式作用因子）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子：特定的基因表達(dá)所必需，參與轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)，激活或阻遏基因的轉(zhuǎn)錄第二十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 轉(zhuǎn)錄因子一般包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域： DNA結(jié)合域：鋅指、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、亮氨酸拉鏈 螺旋-環(huán)-螺旋 轉(zhuǎn)錄激活域 連接區(qū)域 一些轉(zhuǎn)錄因子還有二聚體結(jié)構(gòu)域第二十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月鋅指結(jié)構(gòu)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋亮氨酸拉鏈鋅離子指形區(qū)螺旋轉(zhuǎn)角螺旋Leu拉鏈區(qū)轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合域第三十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合域 鋅指(Zinc finger) 鋅指結(jié)構(gòu)存在于TF A、鋅指蛋白和類

12、固醇受體 鋅以四個(gè)配位鍵和四個(gè)Cys (或兩個(gè)Cys和兩個(gè)His)結(jié)合，形成一種“指”狀結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)指約含23個(gè)氨基酸。整個(gè)蛋白質(zhì)可以有29個(gè)鋅指重復(fù)單位，每個(gè)“指”可伸入DNA雙螺旋的大溝接觸約5個(gè)核苷酸殘基。第三十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月鋅指結(jié)構(gòu)域第三十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月鋅指與DNA的相互作用鋅離子第三十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 亮氨酸拉鏈 (Leucine zipper，LZIP) 肽鏈上每隔6個(gè)殘基分布1個(gè)疏水的Leu殘基，兩條肽鏈 (常為-螺旋) 靠Leu間的疏水作用形成二聚體，形同拉鏈狀。 亮氨酸拉鏈二聚體另一端肽

13、段富含堿性氨基酸殘基 (Lys、Arg)，借其正電荷與DNA鏈上的磷酸基團(tuán)結(jié)合。第三十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月LZIP與DNA的相互作用兩股-螺旋通過Leu 殘基的疏水作用結(jié)合在一起與DNA結(jié)合的堿性氨基酸殘基區(qū)域第三十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月LZIP與DNA的相互作用拉鏈區(qū)DNA堿性氨基酸殘基富含區(qū)第三十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋 (Helix-turn-helix，HTH) 兩個(gè)螺旋由短肽轉(zhuǎn)折形成120轉(zhuǎn)角(-轉(zhuǎn)角)，其中一個(gè)螺旋稱為識(shí)別螺旋，帶有幾個(gè)與DNA序列相識(shí)別的氨基酸可與DNA大溝結(jié)合。HTH與DNA的相

14、互作用第三十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 螺旋-環(huán)-螺旋 (Helix-loop-helix，HLH) 總長約50個(gè)氨基酸殘基，包括2個(gè)由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連的-螺旋 (長1516aa)。 HLH的DNA結(jié)合區(qū)為富含堿性氨基酸的區(qū)段。 HLH與HTH的差別在于兩個(gè)-螺旋間有一個(gè)環(huán)。第三十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月HLH與DNA的相互作用Leu第三十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月HTHLZIPHLH鋅指結(jié)構(gòu)第四十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 (transcription activating domain) 用于轉(zhuǎn)錄的活

15、化或與其他調(diào)節(jié)蛋白相互作用，從而影響轉(zhuǎn)錄效率如調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子中與蛋白 (基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子) 結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，用于和RNA Pol或其它轉(zhuǎn)錄因子相互作用。 常見的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域有三類：酸性結(jié)構(gòu)域：富含酸性氨基酸殘基（Asp和Glu）富含Gln結(jié)構(gòu)域富含Pro結(jié)構(gòu)域第四十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2. mRNA轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)就是對(duì)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成的調(diào)節(jié)。真核生物基因轉(zhuǎn)錄激活區(qū)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子區(qū)編碼序列DNA間隔區(qū)增強(qiáng)子TATA Box第四十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月TFIID(TBP)ABFEHRNAPolTFIID的組成成分TBP首先識(shí)別TATA盒或啟動(dòng)元

16、件(Inr)，隨后TFIIA、TFIIB、TFIIF-RNA Pol、TFIIE、TFIIH等轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合到啟動(dòng)子區(qū)域(此過程有TAF參與結(jié)合)，形成前起始復(fù)合物。前起始復(fù)合物第四十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月TFIID(TBP)ABFEHRNAPol輔激活因子(coactivator)激活因子(activator)前 起 始 復(fù)合物并不能啟動(dòng) RNA 轉(zhuǎn)錄，還需要在輔激 活 因子(coactivator)和激活因子(activator)的共同作用下才 能 正常啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。第四十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月TFIID(TBP)ABFEHRNAPol輔激活因子(coactivator)激活因子激活因子激活因子激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，通過輔激活因子與前起始復(fù)合物作用，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。第四十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 蛋