基因表达调控-基本概念与原理 .

,第一节 基本概念与原理,一、基因表达的概念 基因组 (genome)： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。 基因表达 (gene expression)： 在一定调节机制控制下，基因经过转录及 翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 分子的过程。,二、基因表达的特性 (一) 时间特异性 按功能需要，某一特定基因的表达严 格按特定的时间顺序发生。 多细胞生物基因表达表现为与分化、 发育阶段一致的时间性，因此又称阶段 特异性。,(二) 空间特异性 在个体生长全过程，某种基因产物 在个体按不同组织空间顺序出现。 这种空间分布差异，实际上是由细 胞在器官的分布决定的，因此又称为细 胞或组织特异性。,三、基因表达的方式 (一) 组成性表达 某些基因在一个生物个体的几乎所有 细胞中持续表达，通常被称为管家基因 (house-keeping gene)。 由于这类基因表达变化很小，所 以又称为组成性表达。,(二) 诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因 被激活，基因表达产物增加，这种基因 称为可诱导基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的 过程称为诱导(induction)。,如果基因对环境信号应答时被抑制， 这种基因是可阻遏基因。 可阻遏基因表达产物降低的过程称 为阻遏(repression)。,在一定机制控制下，功能上相关 的一组基因，无论其为何种表达方式， 均需协调一致、共同表达，即为协调表 达(coordinate expression)。 这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。,四、基因表达调控的生物学意义 (一) 适应环境、维持生长和增殖 生物体赖以生存的外环境是在不断变化的， 为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化 作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。 生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质 分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又 受基因表达的调控。,(二) 维持个体发育与分化 多细胞生物调节基因的表达除为适应环 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。 当某种基因缺陷或表达异常时，则会出 现相应组织或器官的发育异常。,五、基因表达调控的基本原理 (一) 基因表达的多级调控 基因激活 转录起始 转录后加工及转运 翻译 翻译后加工,(二) 基因转录激活调节基本要素 1. 特异DNA序列 (1) 原核生物的操纵子 操纵子(operon)：通常由2个以上的编码序 列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列 在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。,1) 启动序列（启动子）：是RNA聚合 酶结合并启动转录的特异DNA序列。,2) 操纵序列（operator）： 是阻遏蛋白的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚 合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。,3) 其他调节序列： 有的特异DNA序列可结合激活蛋白，增强 RNA聚合酶活性，使转录激活。,(2) 真核生物的顺式作用元件 （cis-acting element） 是指可影响自身基因表达活性的特异DNA 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增 强子及沉默子等。,2. 调节蛋白 (1)原核生物基因调节蛋白:均为DNA结合蛋白 特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异 性识别和结合能力。 阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录。 激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列， 促进RNA聚合酶与启动序列的结合， 增强RNA聚合酶活性。,(2) 真核生物基因调节蛋白 转录因子（TF） 绝大多数真核转录调节因子由某一基因表 达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用， 影响另一基因的转录，称为反式作用因子（trans-acting factor）。,有些真核调节蛋白可特异识别、结 合自身基因的调节序列，调节自身基因 的开启或关闭，称为顺式作用蛋白。,3. DNA蛋白质、 蛋白质蛋白质相互作用 DNA蛋白质相互作用 特异识别 非共价结合 DNA结合位点常呈对称结构 蛋白质蛋白质相互作用 形成二聚体或多聚体，间接结合DNA,4. RNA聚合酶 （1）启动子与RNA聚合酶活性 启动序列/启动子是由转录起始点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节 组件组成。 启动序列影响其与RNA聚合酶的亲 和力，而亲和力大小则直接影响转录 起动的频率。,（2）调节蛋白与RNA聚合酶活性 一些特异调节蛋白在适当环境信号 刺激下在细胞内表达，随后通过DNA 蛋白质、蛋白质蛋白质相互作用影响 RNA 聚合酶活性，从而改变基础转录频 率。,