5基因表达的调控-5年制教学文稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1 第五章 基因表达的调控 (Regulation and control of gene expression )主讲：陈慧勇单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*2遗传信息传递中心法则单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*3基因表达( gene expression) 生物基因组中结构基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等一系列过程，合成具有特定的生物学功能和生物学效应的蛋白质的全过程一、基因表达的概念rRNA与tRNA编码基因转录产生RNA的过程也属于基因表达单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*4单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*5按对刺激的反应性分为两大类：（一）基本（组成性）表达基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小如管家基因三、基因表达的方式单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*6管家基因(housekeepinggene)某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达bcl-2-actin12单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*7（二）诱导和阻遏表达诱导表达(induction expression)阻遏表达(repression expression)协调表达(coordinance expression)在一定机制下，功能相关的一组基因，协调一致，共同表达。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*8w四、基因表达的调控因子：蛋白质(主要)小分子RNA(某些环节)单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*9五、基因表达的调控水平v基因组v转录v转录后v翻译v翻译后单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*10 w第一节原核生物基因表达的调控w原核生物基因表达调控主要在转录水平，其次是翻译水平 本节主要以大肠杆菌为例介绍原核生物基因表达的调控单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*11w一、原核生物基因表达的特点 1.只有一种RNA聚合酶2.基因表达以操纵子为基本单位操纵子（operon） 一个多顺反子转录单位与其调控序列 即构成操纵子 P114单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*12操纵子(operon)模型ppromoter调节序列结构基因：多个串联ayzstructural genePromoterGene 1Gene 2Gene 3TerminatorDNATranscriptionmRNA31235TranslationProteins123原核生物的mRNA是多顺反子mRNA13单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*143.转录和翻译偶联进行：4.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序列-SD序列。

共有序列为AGGAGG单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*15 5.原核生物基因表达的调控主要在转录水平，即对RNA合成的调控 通常有两种方式： (1) 起始调控，即启动子调控； (2) 终止调控(衰减子调控)单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*16w二、原核生物基因表达的调控机制 (一)转录起始的调控 (二)转录终止的调控 (三)翻译水平的调控 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*17(一)转录起始的调控 1.因子与转录起始的调控 核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*18调控RNA聚合酶与特异DNA区域结合： 确保RNA 聚合酶与特异启动序列稳定结合，而不是与其它位点结合1) 因子单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*19 不同的因子决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力最早发现的因子为70新发现：32、54、28P114(2)启动序列（promoter）RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAra BADTTGACATATAAT共有序列20单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*21 共有序列决定启动序列的转录活性强弱。

某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*22 w2.转录起始的负调控 乳糖操纵子（lactose operon,lac）是原核生物基因转录负调控的最典型模式 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*23 乳糖操纵子(lacoperon)的结构结构基因Z：-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶阻遏基因I调控区CAP结合位点启动子操纵元件ZYAOPDNAmRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏蛋白的负性调节阻遏基因24单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*25 操纵元件在操纵子的位置是从-7至+28，RNA聚合酶所占的区域是从-35至+20，两者有部分重叠，因此阻遏蛋白和RNA聚合酶与DNA的结合是相互排斥的 mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖别乳糖负调控的打破26w诱导剂（inducer） 乳糖 1,6-别乳糖（体内生理） 异丙基硫代半乳糖苷（IPTG，体外试验）27转录活性提高50倍无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时乳糖操纵子中CAP的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP3.转录起始的正调控28单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*29 cAMP与葡萄糖相关性：葡萄糖，cAMP 葡萄糖，cAMPcAMP:环一磷酸腺苷 CAP：分解代谢基因激活蛋白质(catabolitegeneactivatorprotein，CAP)CAP的活性依赖cAMP， 形成cAMP-CAP复合物，促进多种操纵子的转录起始。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*30 w4转录起始的复合调控在大肠杆菌的许多操纵子中，基因的转录不是由单一因子调控的，而是通过负调控因子和正调控因子进行复合调控典型例子：糖代谢有关的操纵子，如lac 操纵子 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*31mRNA没有乳糖有乳糖葡萄糖低cAMP浓度高葡萄糖高cAMP浓度低RNA-polOOOOmRNA单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*32 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression) 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*33 w（二）转录终止的调控转录终止调控方式分两大类：A.依赖因子的终止调控；A T P单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*34 例:色氨酸操纵子表达的调控w 1.通过阻遏蛋白的负调控w 2.通过衰减子作用 B.不依赖因子的终止调控单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*35TrpTrp高时Trp低时mRNA OPtrpR调节区 结构基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 转录衰减的调控色氨酸操纵子6700个核苷酸140个核苷酸单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*36UUUUUUUU调节区 结构基因 trpROP前导序列 衰减子区域 UUUU前导mRNA1234衰减子结构第10、11密码子为trp密码子 终止密码子 14aa前导肽编码区: 包含序列1 形成发夹结构能力: 序列1/2序列2/3序列3/4 trp 密码子UUUU单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*37UUUU34UUUU334 核糖体前导肽 前导mRNA1.当色氨酸浓度高时 转录衰减机制 125 trp 密码子 衰减子结构可使转录前导DNAUUUU3 RNA聚合酶 终止单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*38UUUU342423UUUU核糖体 前导肽 前导mRNA15 trp 密码子结构基因前导DNA RNA聚合酶 2.当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*39 (三) 翻译水平的调控 翻译一般在起始和终止阶段受到调节。

调节分子:RNA、蛋白质 调节分子可直接或间接决定翻译起始位点能否为核蛋白体所利用 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*401.反义RNA的调控作用 反义RNA能与特定mRNA互补结合的RNA片段，由反义基因转录而来天然的具有功能的反义RNA分子一般在200个碱基以下单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*41反义RNA调控Tn10转位酶基因的表达示意图单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*422. RNA的稳定性与调控的关系mRNA的稳定性与其序列和结构有关 3.蛋白质合成中的自身调控 如：核糖体蛋白第二节 真核生物基因表达的调控单细胞真核生物，如酵母基因表达的调控和原核生物表达的调控基本相同 多细胞真核生物，遗传信息从细胞核的基因组DNA传递到基因编码的蛋白质均受到多层次的调控43真核基因表达的特点 6.部分基因多拷贝5.不存在超基因式操纵子结构4.初级转录产物要经过转录后加工修饰3.转录和翻译分开进行2.基因表达的时间性和空间性1.细胞的全能性44TranslationTranscriptionmRNADNAProteinPromoterGene35单顺反子mRNA (monocistronic mRNA)45真核生物基因表达的多级调控一、DNA水平二、转录水平三、转录后水平四、翻译水平五、翻译后水平46一、DNA水平的调控1.染色质的丢失：不可逆的调控；2.基因扩增：增加基因的拷贝数；3.基因重排：调节表达产物多样性；VJCVJCVJCIgG的基因重排474.基因的甲基化修饰： 甲基化程度高，基因表达降低； 早基化程度低，基因表达增加。

5.染色质结构： 组蛋白与DNA结合，抑制基因转录，非组蛋白与DNA结合促进基因转录48二、转录水平的调控491. 转录起始复合物形成的调控 转录因子结合到DNA上，形成功能性启动子，才能被RNA聚合酶识别和结合TFD TFA TFBRNApoly/TFFTFEDTATABFEDNAARNA polyTATA50转录因子(transcription factor，TF ) 是RNA合成起始所必需的因子，TF不依赖RNA聚合酶而独立地结合DNA，并且在转录过程中促使RNA聚合酶分子与启动子结合51单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*522.顺式作用元件(cis-actingelement) 指某些能影响基因表达但不编码新的蛋白质和RNA的DNA序列，按照功能分为启动子、增强子、负调控元件（沉默子等）单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*53（1）启动子(promoter) RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件 TATA盒GC盒CAAT盒决定RNA聚合酶转录起始点和转录频率的一关键元件单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*54核心启动子(core promoter)上游启动子元件(upstream promoter element, UPE)上游-25-30bp处，又称TATA盒（TATAAAA）上游-30-110bp处，包括GC盒（GG。