基因表達調控課件-2

1、基 因 表 達 調 控李 凌基 因 表 達 調 控李 凌基本概念基因、基因組、基因表達管家（看家）基因、奢侈基因誘導、阻遏順式作用元件、反式作用因子操縱子基本概念基因、基因組、基因表達基因gene genetics：遺傳學基因組genome基因組學genomics基因gene genetics：遺傳學編碼生物活性產物所必需的全部核苷酸序列。產物: 蛋白質或各種RNA核苷酸序列：一般是DNA序列（或RNA病毒中的RNA）基因 (gene) 編碼生物活性產物所必需的全部核苷酸序列?；?(gene) 基因組（genome）指一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。基因組的大小用全部核苷酸序列

2、的堿基對總數表示?；蚪M（genome）指一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或人的23對染色體人的23對染色體基因表達就是基因轉錄和翻譯的過程。產物：產生具有特異生物學功能的蛋白質分子轉錄合成rRNA、tRNA基因表達就是基因轉錄和翻譯的過程。基因表達的特性（時空性）時間特異性：是指特定基因的表達嚴格按照特定的時間順序發(fā)生，以適應細胞或個體特定分化、發(fā)育階段的需要。故又稱為階段特異性。空間特異性：是指多細胞生物個體在某一特定生長發(fā)育階段，同一基因的表達在不同的細胞或組織器官不同，從而導致特異性的蛋白質分布于不同的細胞或組織器官。故又稱為細胞特異性或組織特異性?；虮磉_的特性（時空性）時間特異性

3、：是指特定基因的表達嚴格按*基因表達譜Gene expression profile基因表達mRNA的水平反應了在一定環(huán)境、一定細胞類型、一定細胞生長階段和一定細胞狀態(tài)下的基因功能信息。所謂基因表達譜就是對上述特定狀態(tài)下哪些基因表達，表達水平如何，轉錄產物的結構形式如何等等信息的完整表述，包括每種組織細胞中的基因表達譜、細胞不同發(fā)育階段的基因表達譜、正常和病理狀態(tài)下的基因表達譜，治療條件下的基因表達譜等等。 *基因表達譜Gene expression profile基因表達的方式人類基因組DNA中約含3萬個基因；在某一特定時期，只有少數的基因處于轉錄激活狀態(tài)，其余大多數基因則處于靜息狀態(tài)。一般

4、來說，在大部分情況下，處于轉錄激活狀態(tài)的基因僅占5%。基因表達的方式人類基因組DNA中約含3萬個基因；基因表達的方式看家基因（housekeeping gene)編碼生命全過程所必需的產物，幾乎在所有的細胞中表達的一類基因。奢侈基因（luxury gene）編碼具有特殊功能的蛋白產物、僅在特定的細胞或特定的條件下表達的某些基因。基因表達的方式看家基因（housekeeping gene)基因表達的方式組成性表達誘導與阻遏基因表達的方式組成性表達基因表達的多級調控基因激活轉錄起始mRNA水平蛋白質水平基因表達的多級調控基因激活轉錄起始mRNA水平蛋白質水平基因轉錄激活調節(jié)基本要素1. 特異DNA

5、序列2. 調節(jié)蛋白：3. DNA-蛋白質、蛋白質-蛋白質相互作用4. RNA聚合酶 基因轉錄激活調節(jié)基本要素1. 特異DNA序列原核生物操縱子調控模式原核生物幾個功能相關的結構基因往往會排列在一起，轉錄出一段mRNA，然后分別翻譯出幾種蛋白質.這些蛋白質可能是催化某代謝途徑的酶系統，或執(zhí)行其他相關功能。在基因組中由2個以上的編碼序列與啟動序列、操縱序列以及其它調控序列成簇串聯組成的一個轉錄單位稱為操縱子（Operon）。原核生物操縱子調控模式原核生物幾個功能相關的結構基因往往會排原核基因：操縱子結構 i p o操縱子調控序列結構基因啟動子p操縱區(qū)o阻遏基因iCAP結合位點TATA盒TTGACA

6、16原核基因：操縱子結構 i p o操縱子調控序列結構基因啟動子原核基因轉錄調節(jié)要素1. 特異DNA序列操縱子調控序列：P、O、CAP結合位點、I啟動序列：-10TATAAT，Pribnow box -35TTGACA2. 調節(jié)蛋白： 特異因子：決定RNA聚合酶的識別、結合能力 阻遏蛋白：調節(jié)基因I編碼，與操縱序列O結合 激活蛋白：CAP原核基因轉錄調節(jié)要素1. 特異DNA序列真核基因編碼序列：外顯子(exon)插入外顯子之間的非編碼序列：內合子(intron)5-端和3-端非翻譯區(qū)(UTR) 調控序列(可位于上述三種序列中)真核基因編碼序列：外顯子(exon)基因表達調控課件_2真核基因調控

7、元件順式作用元件：cis-acting element）又稱分子內作用元件指可影響自身基因表達活性的DNA序列（存在于DNA分子上的一些與基因轉錄調控有關的特殊順序）。 通常是非編碼序列分為：啟動子、增強子、沉默子真核基因調控元件順式作用元件：cis-acting elem順式作用元件順式作用元件沉默子真核基因順式作用元件沉默子真核基因順式作用元件反式作用因子trans-acting factor，又稱為分子間作用因子真核基因調節(jié)蛋白（轉錄因子）與特異的順式作用元件相互作用反式激活另一基因的轉錄。反式作用因子trans-acting factor，又稱為分反式作用蛋白與順式作用蛋白反式作用蛋白

8、與順式作用蛋白3順式作用元件與反式作用因子之間的相互作用： 大多數調節(jié)蛋白在與DNA結合之前，需先通過蛋白質-蛋白質相互作用，形成二聚體或多聚體，然后再通過識別特定的順式作用元件，而與DNA分子結合。這種結合通常是非共價鍵結合。 3順式作用元件與反式作用因子之間的相互作用：基因轉錄激活調節(jié)基本要素1.特異DNA序列 原核生物：操縱子(編碼區(qū)、啟動區(qū)、操縱區(qū)等) 真核生物：順式作用元件(啟動子、增強子等)2.調節(jié)蛋白：原核(特異因子、阻遏蛋白、激活蛋白) 真核(轉錄因子，又稱之為反式作用因子)3.DNA-蛋白質、蛋白質-蛋白質相互作用：二聚體化4.RNA聚合酶 啟動序列/啟動子與RNA聚合酶活性

9、 調節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性基因轉錄激活調節(jié)基本要素1.特異DNA序列基因表達調控的基本原理以轉錄起始調節(jié)為中心環(huán)節(jié)通過啟動子、RNA聚合酶和調節(jié)蛋白之間的相互作用以實現基因的開啟和關閉.調節(jié)的實質是DNA與蛋白質之間的相互作用和蛋白質與蛋白質之間的相互作用.基因表達調控的基本原理以轉錄起始調節(jié)為中心環(huán)節(jié)基因表達調控課件_2基因表達調控課件_2基因表達調控課件_2基因表達調控課件_2cAMP對轉錄的調控無葡萄糖：cAMP (促進轉錄）有葡萄糖：cAMP (不促進轉錄）cAMPcAMPCAP蛋白cAMP-CAP復合物正調控cAMP對轉錄的調控無葡萄糖：cAMP (促進轉錄）有葡萄乳糖操縱子的認識

10、1.包括三個結構基因z、y、a，呈多順反子結構2.操縱基因o是阻遏蛋白的結合位點，當阻遏蛋白與操縱基因結合時，lac mRNA的轉錄受阻3.調節(jié)基因i編碼阻遏蛋白與o基因結合4.啟動基因P位于I與o之間，其上游還有一個CAP結合位點，由p、o和CAP結合位點共同調節(jié)lac操縱子的調控區(qū)乳糖操縱子的認識1.包括三個結構基因z、y、a，呈多順反子結基因表達調控課件_2基因表達調控課件_2基因表達調控課件_2真核基因組 原核基因組1. 基因組龐大，與組蛋白結合形成染色質2. 許多DNA不轉錄3. 單順反子4. 有重復序列5. 斷裂基因（有內含子）1.只有一個DNA分子或RNA分子2.絕大部分參與基因

11、的表達或調控3.多順子4.無5.操縱子結構（無內含子）真核基因組 原核基因組1. 基因組龐大，真核基因的表達調控特點1.RNA聚合酶2.活性染色體結構變化 (1) 對核酶敏感 (2) DNA拓撲結構變化 (3) DNA堿基修飾變化 (4) 組蛋白變化3.以正調控機制占主導地位：有效、經濟4.真核基因的轉錄和翻譯有物理分割，分屬于核內行為與核外行為5.轉錄后有修飾、加工真核基因的表達調控特點1.RNA聚合酶順式作用元件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，每一組件含7-20 bp的DNA序列，包括至少一個轉錄起始點以及一個以上的功能組件2. 增強子：遠離轉錄起

12、始點、決定基因的時間、空間特異性表達、增強啟動子轉錄活性的DNA序列，其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關3. 沉默子：負性調控元件，結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用順式作用元件1. 啟動子：真核基因啟動子是RNA聚合酶結合位順式作用元件啟動子TATA盒：轉錄起始點CAAT盒：決定轉錄起始頻率GC盒：轉錄調控功能增強子：遠離轉錄起始點，增強啟動子 轉錄活性的DNA序列沉默子：它是一些特異的DNA順序，當其 與結合特異性的蛋白因子時阻遏轉錄順式作用元件啟動子TATA盒：轉錄起始點CAAT盒：決定轉錄反式作用因子分類1.基本轉錄因子(transcription factors,TF)：是R

13、NA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA轉錄的類別2.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。分為轉錄激活因子與轉錄抑制因子反式作用因子分類1.基本轉錄因子(transcription反式作用因子(轉錄因子)的三個功能域1.DNA識別結合域2.轉錄激活域3.二聚體化域螺旋轉角螺旋鋅指結構亮氨酸拉鏈螺旋環(huán)區(qū)螺旋酸性激活域谷氨酰胺富含域脯氨酸富含域（蛋白蛋白結構域）反式作用因子(轉錄因子)的三個功能域1.DNA識別結合域螺旋原核-真核生物表達調控比較原核生物真核生物基因組結構多順反子單順反子、重復序列、斷裂結構轉錄調節(jié)特點1.因子決定RNA聚合酶識別特異性2.操縱子形式3.阻遏蛋白與阻遏機制1.活性染色體變化2.正性調節(jié)主導3.轉錄翻譯空間分隔4.轉錄后加工、修飾轉錄激活調節(jié)操縱子形式順式作用元件與反式作用因子原核-真核生物表達調控比較原核生物真核生物基因組結構多順反子HLH結構特征HLH的結構特征HLH結構特征HLH的結構特征Zinc-finger蛋白結構特征Zinc-finger蛋白結構特征Zinc-finger蛋白結構特征Zinc-finger蛋白鋅指