1、第七章基因表達(dá)的調(diào)控第七章基因表達(dá)的調(diào)控第一節(jié)概述第一節(jié)概述一基因表達(dá)的基本概念一基因表達(dá)的基本概念（一）基因表達(dá)：（一）基因表達(dá)：基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。以生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。以及及tRNA和和rRNA的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄( (一一) )時間特異性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)的時間時間特異性特異性(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

2、間特異性又稱階階段特異性段特異性(stage specificity)。目目 錄錄二基因表達(dá)的基本規(guī)律二基因表達(dá)的基本規(guī)律(二二)空間特異性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，實際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，布差異，實際上是由細(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 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)，按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的稱之為基因表達(dá)的空間特異性空間特

3、異性(spatial specificity)。目目 錄錄管家基因管家基因可調(diào)節(jié)基因可調(diào)節(jié)基因表達(dá)很少受環(huán)境因素影響表達(dá)很少受環(huán)境因素影響.受環(huán)境因素的誘導(dǎo)或阻遏.三、基因表達(dá)的方式三、基因表達(dá)的方式基因分類：基因分類：可誘導(dǎo)可誘導(dǎo)可阻遏可阻遏.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：( (一一).).組成性表達(dá)組成性表達(dá)某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞某些基因在一個個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素

4、影響，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)因素影響，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)被視為組成性基別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基因表達(dá)因表達(dá)(constitutive gene expression)。( (二二).).誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激在特定環(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，這種基因稱為活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)可誘導(dǎo)基因?；?。可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強的過程，可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強的過程，稱為

5、誘導(dǎo)稱為誘導(dǎo)(induction)。 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，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏降低的過程稱為阻遏(repression)。在一定在一定機(jī)制控制下機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基，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) ( c o o r d i n a t e e x p re s s i o n ) ， 這 種 調(diào) 節(jié) 稱 為

6、 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)。(三).協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)表達(dá)四四.基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理（一）基因表達(dá)的多級調(diào)控（一）基因表達(dá)的多級調(diào)控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mRNA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)錄水平的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是調(diào)控的最有效最經(jīng)濟(jì)的控是調(diào)控的最有效最經(jīng)濟(jì)的,轉(zhuǎn)錄起始是基轉(zhuǎn)錄起始是基本控制點本控制點五五. .基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素(一一). 特異特異DNA序列序列原核生物調(diào)控序列原核生物調(diào)

7、控序列是是RNA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DNA序列。序列。5,-10區(qū)區(qū)1) 啟動序列啟動序列2 2 操縱序列操縱序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位的結(jié)合位點點3) 3) 其他調(diào)節(jié)序列其他調(diào)節(jié)序列: :結(jié)合激活蛋白特異序列結(jié)合激活蛋白特異序列原核生物原核生物 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 操縱子操縱子(operon) 機(jī)制機(jī)制特異特異DNA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)(operator)是是RNA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DNA序列。序列。啟動序列啟動序

8、列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2.真核生物調(diào)控序列真核生物調(diào)控序列順式作用元件順式作用元件(cis-acting 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DNA序序列列真核生物真核生物調(diào)控序列調(diào)控序列增強子增強子沉默子沉默子啟動子啟動子特異反應(yīng)元件特異反應(yīng)元件真核生物啟動序列：真核生物啟

9、動序列：-25bp-25bp區(qū)一致性的區(qū)一致性的 堿基序列堿基序列 TATA盒、盒、GC盒盒CAAT盒。盒。增強子：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點，決定基因的增強子：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點，決定基因的 時間與空間特異性表達(dá)，能時間與空間特異性表達(dá)，能 增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNADNA序序 列。發(fā)揮作用的方式與方向列。發(fā)揮作用的方式與方向 距離無關(guān)。距離無關(guān)。沉默子：有些基因含有的負(fù)性調(diào)控元件，沉默子：有些基因含有的負(fù)性調(diào)控元件， 即結(jié)合特異的蛋白因子，對轉(zhuǎn)錄即結(jié)合特異的蛋白因子，對轉(zhuǎn)錄 起阻遏作用。起阻遏作用。反應(yīng)元件：真核生物的調(diào)控序列中還存反應(yīng)元件：真核生物的調(diào)控序列中還存 在受激素信號或其他

10、化合物在受激素信號或其他化合物 調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)的 DNADNA序列。序列。( (二二). ).調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白: :與相應(yīng)調(diào)控元件結(jié)合的蛋白質(zhì)與相應(yīng)調(diào)控元件結(jié)合的蛋白質(zhì)2. 2.真核生物真核生物轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子1. 1.原核生物原核生物RNA-polRNA-pol阻遏蛋白阻遏蛋白激活蛋白激活蛋白啟動序列：啟動序列：操縱序列操縱序列激活蛋白激活蛋白結(jié)合序列結(jié)合序列基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(啟動序列啟動序列)特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(其它調(diào)控序列其它調(diào)控序列)(三三).調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)方式1.反式調(diào)節(jié):由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，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通過

11、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)?；プ饔茫{(diào)節(jié)其表達(dá)。 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。 2.順式調(diào)節(jié)某一基因編碼的產(chǎn)物作用于自己基因的某一基因編碼的產(chǎn)物作用于自己基因的調(diào)控元件調(diào)控元件.cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)CBA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA六原核生物基因的調(diào)控策略六原核生物基因的調(diào)控策略(一)因子識別結(jié)合啟動序列(二)受環(huán)境因素影響較大(三)普遍存在阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控機(jī)制(四)以操縱子模式普遍存在七七.原核生物基因表達(dá)調(diào)控類型原核生物基因表達(dá)調(diào)控類型負(fù)調(diào)控機(jī)制負(fù)調(diào)控機(jī)制-調(diào)節(jié)基因編碼阻遏蛋白的調(diào)節(jié)基因編

12、碼阻遏蛋白的 調(diào)控調(diào)控.正調(diào)控機(jī)制正調(diào)控機(jī)制-調(diào)節(jié)基因編碼激活蛋白的調(diào)節(jié)基因編碼激活蛋白的 調(diào)控調(diào)控.每種調(diào)控都能體現(xiàn)基因的誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)每種調(diào)控都能體現(xiàn)基因的誘導(dǎo)和阻遏表達(dá).基因表達(dá)的四種調(diào)控類型基因表達(dá)的四種調(diào)控類型 一一. 乳糖操縱子乳糖操縱子(一)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)與功能乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)與功能1.調(diào)控元件調(diào)控元件:啟動基因啟動基因P 操縱基因操縱基因O 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因: LacZ (-半乳糖苷酶半乳糖苷酶) LacY (-半乳糖苷透性酶半乳糖苷透性酶) LacA(-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶)(1)調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 I編碼編碼-阻遏蛋白阻遏蛋白 (2)分解代謝物基因激活蛋白分

13、解代謝物基因激活蛋白(CAP).(cAMP受體蛋白受體蛋白)2.調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白: 啟動子（啟動子（promoter）的結(jié)構(gòu)與功能）的結(jié)構(gòu)與功能 （Prok.E.coli） 啟動子由兩個部分組成啟動子由兩個部分組成 （1） 上游部分上游部分 CAP-cAMP結(jié)合位點（正控制位點）結(jié)合位點（正控制位點） CAP（catabolite gene Activator Protein） （2） 下游部分下游部分 RNApol的進(jìn)入（結(jié)合）位點的進(jìn)入（結(jié)合）位點 35 10 包括識別位點和結(jié)合位點（包括識別位點和結(jié)合位點（R B位點）位點）ZYAOPDNA乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)CAP位點位點因

14、子識別結(jié)合序列因子識別結(jié)合序列調(diào)控序列調(diào)控序列（二）乳糖操縱子調(diào)控機(jī)制（二）乳糖操縱子調(diào)控機(jī)制阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控機(jī)制阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控機(jī)制誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物:乳糖乳糖直接誘導(dǎo)物直接誘導(dǎo)物:半乳糖半乳糖阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAzyaOPpol沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉mRNA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乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開放乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開放2.2.乳糖操縱子的正調(diào)控乳糖操縱子的正調(diào)控CAP結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點: 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域:同源

15、二聚體組成同源二聚體組成 DNA結(jié)合域：與結(jié)合域：與DNA調(diào)控元件結(jié)調(diào)控元件結(jié) 合位點結(jié)合合位點結(jié)合 cAMP結(jié)合域：結(jié)合胞內(nèi)結(jié)合域：結(jié)合胞內(nèi)cAM后，后， 能激活能激活CAP+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP乳糖操縱子的正性調(diào)節(jié)乳糖操縱子的正性調(diào)節(jié)葡萄糖分解產(chǎn)物葡萄糖分解產(chǎn)物ATPcAMPAMP腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶細(xì)胞外排細(xì)胞外排cAMP細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)cAMP下降下降乳糖操縱子的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)乳糖操縱子的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)阻遏蛋白阻遏蛋白蛋白

16、機(jī)制解除機(jī)制解除CAP正性調(diào)節(jié)存在正性調(diào)節(jié)存在mRNA低半乳糖時低半乳糖時高半乳糖時高半乳糖時 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-polOOOO二色氨酸操縱子二色氨酸操縱子 (Operon of tryptophan)（一）結(jié)構(gòu)特點（一）結(jié)構(gòu)特點調(diào)控元件：調(diào)控元件： 啟動基因啟動基因P 操縱基因操縱基因O 前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列L結(jié)構(gòu)基因：結(jié)構(gòu)基因：E，D（鄰氨基苯甲酸合成酶）（鄰氨基苯甲酸合成酶）A，B(色氨酸合成酶色氨酸合成酶)C (吲哚甘油磷酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶)調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白:調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因R阻遏蛋白阻遏蛋白調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)機(jī)制（）阻遏

17、蛋白負(fù)調(diào)控（）阻遏蛋白負(fù)調(diào)控（）轉(zhuǎn)錄終止衰減作用（）轉(zhuǎn)錄終止衰減作用色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子結(jié)構(gòu)ABCDELOPAUG前導(dǎo)前導(dǎo)RNA高色氨酸高色氨酸mRNA低色氨酸低色氨酸Trp Trp 高時高時 Trp 低時低時 mRNA PO調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) trpR結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 阻遏蛋白調(diào)控機(jī)制阻遏蛋白調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱子色氨酸操縱子UUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 trpROP前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu) 第第1010、1111密碼子為密碼子為trptrp密碼子密碼

18、子 終止密碼子終止密碼子 14aa14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)前導(dǎo)肽編碼區(qū): 包含序列包含序列1 1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱：形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱： 序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密碼子密碼子 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)UUUU34UUUU 334核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1. 1.當(dāng)色氨酸濃度高時當(dāng)色氨酸濃度高時 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子就是終止子可使轉(zhuǎn)錄可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)前導(dǎo)DNA UUUU 3 RNARNA聚合酶聚合酶 終止終止UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導(dǎo)肽

19、前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA 15 trp 密碼子密碼子 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)前導(dǎo)DNA RNARNA聚合酶聚合酶 2. 2.當(dāng)色氨酸濃度低時當(dāng)色氨酸濃度低時 Trp合成酶系相關(guān)合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列序列3 3、4 4不能形成衰減子結(jié)構(gòu)不能形成衰減子結(jié)構(gòu) 三三.原核生物基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)調(diào)控: 翻譯水平翻譯水平 轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄終止轉(zhuǎn)錄終止起始起始延長延長終止終止原原核核生生物物基基因因表表達(dá)達(dá)調(diào)調(diào)控控(一一) 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控亞基的替換亞基的替換啟動 DNA重排分解代謝物的阻遏調(diào)控1.轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控(1).亞基的替換亞基的替換啟動 55

20、識別營養(yǎng)階段的啟動子識別營養(yǎng)階段的啟動子28負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄探測營養(yǎng)耗盡和起始負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄探測營養(yǎng)耗盡和起始芽孢形成反應(yīng)的基因芽孢形成反應(yīng)的基因32, 37負(fù)責(zé)早期芽孢形成基因負(fù)責(zé)早期芽孢形成基因29負(fù)責(zé)中晚期芽孢形成基因負(fù)責(zé)中晚期芽孢形成基因 5528無活性無活性32, 37枯草芽胞桿菌芽胞的形成過程基因啟動順序枯草芽胞桿菌芽胞的形成過程基因啟動順序:(2). DNA重排重排 H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白Hin倒位酶倒位酶 H1鞭毛素鞭毛素沙門氏菌沙門氏菌H H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變hinH2IDNA啟動序列啟動序列H1操縱序列操縱序列轉(zhuǎn)位片段轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1(3).

21、分解代謝物的阻遏調(diào)控指原核生物細(xì)胞生存的環(huán)境中存在指原核生物細(xì)胞生存的環(huán)境中存在兩種底物時，利用快的那種底物分解兩種底物時，利用快的那種底物分解后會阻遏利用慢的底物分解所需的酶后會阻遏利用慢的底物分解所需的酶基因的表達(dá)基因的表達(dá)分解代謝物的阻遏調(diào)控：分解代謝物的阻遏調(diào)控：葡萄糖葡萄糖(快快)葡萄糖葡萄糖分解乳糖操縱子分解代謝物的阻遏機(jī)制乳糖操縱子分解代謝物的阻遏機(jī)制利用乳糖作碳源所需酶的基因表達(dá)乳糖乳糖(慢慢)葡萄糖分解產(chǎn)物葡萄糖分解產(chǎn)物ATPcAMPAMP腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶細(xì)胞外排細(xì)胞外排cAMP細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)cAMP下降下降+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無

22、葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP分解代謝物的阻遏調(diào)控分解代謝物的阻遏調(diào)控乳糖操縱子乳糖操縱子CAP2. 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄終止衰減作用UUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 trpROP前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu) 第第1010、1111密碼子為密碼子為trptrp密碼子密碼子 14aa14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)前導(dǎo)肽編碼區(qū): 包含序列包含序列1 1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱：形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強弱： 序列序列1/21/2序列序列2/32/

23、3序列序列3/4 3/4 trp 密碼子密碼子 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) (二).翻 譯 水 平 調(diào) 控1.翻譯起始翻譯起始基因重疊基因重疊mRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)反義反義mRNA調(diào)控調(diào)控（）基因重疊的翻譯起始調(diào)控 * * 部分重疊部分重疊 K K和和C C * * 兩個基因共用少數(shù)堿基對兩個基因共用少數(shù)堿基對 如：如：A A* *和和C DC D和和J JCStart codonA*Stop codonDStop codonJStart codon-TAATG-編碼鏈編碼鏈- TAATG -編碼鏈編碼鏈病毒基因重疊病毒基因重疊重疊基因重疊基因（overlapping genes

24、 overlapping genes 或嵌套基因或嵌套基因 nested genesnested genes） 重迭基因有以下幾種情況：重迭基因有以下幾種情況： * * 一個基因完全在另一個基因內(nèi)部一個基因完全在另一個基因內(nèi)部 如：如：B B和和A A E E和和D D 其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同其讀碼結(jié)構(gòu)互不相同 -ATG-/-AATGCC -/-ATAACG-/-TAA-A*BATGCCN-NNATAAT基因-Gly-Val終止終止GGA GTG TAA GAA ATG AGT編碼鏈編碼鏈K基因基因SD序列序列半乳糖操縱子基因重疊現(xiàn)象半乳糖操縱子基因重疊現(xiàn)象Met-Glu-（） mRNA的二級結(jié)構(gòu)

25、調(diào)控的二級結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制：機(jī)制：mRNA形成二級結(jié)構(gòu)，使得某些基因核形成二級結(jié)構(gòu)，使得某些基因核糖體結(jié)合位點封閉，抑制翻譯糖體結(jié)合位點封閉，抑制翻譯ACPreplysRNA單鏈?zhǔn)删w單鏈?zhǔn)删wR17基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)A:附著蛋白基因（attachment,A)CP:外殼蛋白基因（coat protein,CP)rep復(fù)制酶基因(rrplicase,rep) （3.）反義）反義RNA調(diào)控調(diào)控 （antisense RNA)反義反義RNA ：含有與特定：含有與特定mRNA翻譯起始部翻譯起始部位互補具有調(diào)節(jié)功能的位互補具有調(diào)節(jié)功能的RNAmRNA53UAC AGC AUC AUG GCU ACC反義反義

26、RNAAUG UCGUAGUAC翻譯延伸調(diào)控稀有密碼子存在,降低翻譯效率.dnaGrpsUrpoD調(diào)控序列調(diào)控序列E.Coli基因組結(jié)構(gòu)mRNADnaGRpsURpoDdnaG :AGC GCC AUA CCA AUArpsU: CCC AUU CGC AUC AUUrpoD:AGG CGA GGA AUC AGC AUC亮亮氨氨酸酸密密碼碼子子偏愛密碼偏愛密碼AUUAUCAUA翻譯速度快翻譯終止調(diào)控翻譯終止調(diào)控mRN穩(wěn)定性穩(wěn)定性嚴(yán)緊反應(yīng)嚴(yán)緊反應(yīng)嚴(yán)緊反應(yīng)（嚴(yán)緊反應(yīng)（strigent reponse)當(dāng)細(xì)菌在缺乏合成蛋白質(zhì)所必需的當(dāng)細(xì)菌在缺乏合成蛋白質(zhì)所必需的氨基酸時，表現(xiàn)出停止核塘體合成，增氨

27、基酸時，表現(xiàn)出停止核塘體合成，增加蛋白質(zhì)降解等一系列應(yīng)急反應(yīng)加蛋白質(zhì)降解等一系列應(yīng)急反應(yīng)嚴(yán)緊反應(yīng)嚴(yán)緊反應(yīng)機(jī)制：產(chǎn)生鳥苷四磷酸鳥苷五磷酸激活核糖體ReA蛋白（嚴(yán)緊因子）抑制rRNA基因表達(dá)核糖體蛋白與自身mRNA結(jié)合抑制其翻譯氨基酸饑餓GTPGDPGTP焦磷酸轉(zhuǎn)移酶焦磷酸轉(zhuǎn)移酶RecAATPAMPpppGpp核糖體蛋核糖體蛋白白EF-Tu EF-TspippGppGDPRecAATPAMPSpoT活性抑制活性抑制GDPPPi嚴(yán)緊反應(yīng)信號分子嚴(yán)緊反應(yīng)信號分子ppGpp和和pppGpp產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制以操縱子模式調(diào)控以操縱子模式調(diào)控存在阻遏蛋白負(fù)調(diào)控機(jī)制普遍存在存在阻遏蛋白負(fù)調(diào)控機(jī)制普遍存在 因子識

28、別啟動序列決定基因表達(dá)因子識別啟動序列決定基因表達(dá)主要在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)控，其中 轉(zhuǎn)錄階段調(diào)控最有效最經(jīng)濟(jì)原原核核生生物物基基因因表表達(dá)達(dá)調(diào)調(diào)控控:真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控發(fā)育調(diào)控：調(diào)控真核細(xì)胞的生長發(fā)育分化發(fā)育調(diào)控：調(diào)控真核細(xì)胞的生長發(fā)育分化 的全部過程的全部過程瞬時調(diào)控：內(nèi)外環(huán)境改變做出應(yīng)答瞬時調(diào)控：內(nèi)外環(huán)境改變做出應(yīng)答真核細(xì)胞調(diào)控類型真核細(xì)胞調(diào)控類型轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄后加工與修飾轉(zhuǎn)錄后加工與修飾翻譯水平翻譯水平真核細(xì)胞調(diào)控水平真核細(xì)胞調(diào)控水平（一）轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控（一）轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控染色體水平染色體水平染色質(zhì)水平染色質(zhì)水平 DNA水平水平染色體結(jié)構(gòu)

29、對轉(zhuǎn)錄的影響染色體結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響.染色體水平染色體水平:染色體重排染色體重排.染色質(zhì)水平染色質(zhì)水平:活性染色質(zhì)狀態(tài)活性染色質(zhì)狀態(tài)活性染色質(zhì)特點(1)結(jié)構(gòu)疏松(2)染色質(zhì)構(gòu)型發(fā)生改變:右旋轉(zhuǎn)變左旋.(3)核心組蛋白發(fā)生化學(xué)修飾:乙?；揎?甲基化,磷酸化修飾.(4)對Dnase超敏感DNA水平的調(diào)控：基因缺失基因缺失基因重排基因重排基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增 DNA甲基化和去甲化甲基化和去甲化甲基化甲基化抑制轉(zhuǎn)錄抑制轉(zhuǎn)錄乙?；訌娹D(zhuǎn)錄乙酰化加強轉(zhuǎn)錄（二）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活要素： 調(diào)控序列 調(diào)節(jié)蛋白真核生物的調(diào)控序列順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達(dá)活性

30、的可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列序列BADNA編碼序列編碼序列啟動子啟動子增強子增強子沉默子沉默子反應(yīng)元件反應(yīng)元件真核生物的調(diào)控序列組成真核生物的調(diào)控序列組成類基因啟動子組成特點類基因啟動子組成特點核心啟動子核心啟動子起始子起始子TATA盒盒上游啟動子元件上游啟動子元件核心啟動子：核心啟動子： TATA盒：位于站錄起始上游盒：位于站錄起始上游5-30 左右左右,保守序列保守序列TATAAA功能：指導(dǎo)功能：指導(dǎo)RNA聚合酶結(jié)合到聚合酶結(jié)合到DNA上是基上是基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點決定轉(zhuǎn)錄的方向和精確的起始位點決定轉(zhuǎn)錄的方向和精確的起始位點起始子：真核生物轉(zhuǎn)錄起始點一般無同起始子

31、：真核生物轉(zhuǎn)錄起始點一般無同源序列，但在源序列，但在 常有常有Py2CAPy5,其中其中A是是mRNA的第的第一個堿基，將這段序列稱為起一個堿基，將這段序列稱為起始子始子作用：被基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子作用：被基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子TFD識別識別影響啟動子的強度影響啟動子的強度轉(zhuǎn)錄起始點的選擇有關(guān)轉(zhuǎn)錄起始點的選擇有關(guān) 上游元件：上游元件：位于核心啟動子上游，主要包括位于核心啟動子上游，主要包括CAAT框，框，GC框各自的保守序框各自的保守序列與結(jié)合的蛋白因子各不相同列與結(jié)合的蛋白因子各不相同 CAAT框：位于上游框：位于上游75bp左右，左右， 其保守序列為其保守序列為: GGCCAATCT功能：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率功

32、能：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率 GC框：位于框：位于bp左右左右GGGGCGG， 是轉(zhuǎn)錄因子的是轉(zhuǎn)錄因子的SP1結(jié)合位點結(jié)合位點.功能：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率功能：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率增強子增強子(enhancer)結(jié)構(gòu)特點：由多個獨立的特異序列組成結(jié)構(gòu)特點：由多個獨立的特異序列組成多數(shù)為重復(fù)序列，內(nèi)部由多數(shù)為重復(fù)序列，內(nèi)部由 2bp組成的核心元件組成的核心元件.增強子增強子(enhancer)作用特點作用特點（）具有遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)功能（）具有遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)功能（）不具有方向性（）不具有方向性（）對同源與異源基因都有效（）對同源與異源基因都有效（）在基因中的位置不確定（）在基因中的位置不確定（）具有組織細(xì)胞特異性無基因特

33、異性（）具有組織細(xì)胞特異性無基因特異性（）與啟動子作用相輔相成，互相依賴（）與啟動子作用相輔相成，互相依賴真核生物增強子與轉(zhuǎn)錄因子作用真核生物增強子與轉(zhuǎn)錄因子作用真核生物調(diào)控序列與轉(zhuǎn)錄因子作用真核生物調(diào)控序列與轉(zhuǎn)錄因子作用沉默子：沉默子：沉默子沉默子DNA序列與調(diào)控蛋白結(jié)合后序列與調(diào)控蛋白結(jié)合后可抑制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的活化抑可抑制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的活化抑制基因表達(dá)的活性制基因表達(dá)的活性作用特點：不受距離和取向限制作用特點：不受距離和取向限制 真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNA上存在能對特定環(huán)境因上存在能對特定環(huán)境因素作出應(yīng)答反應(yīng)的素作出應(yīng)答反應(yīng)的DNA序列能專一結(jié)序列能專一結(jié)合特異性蛋白因子合特異性蛋白因子,

34、從而調(diào)控基因從而調(diào)控基因特異表特異表達(dá)達(dá).應(yīng)答元件應(yīng)答元件 包括包括:熱休應(yīng)答元件熱休應(yīng)答元件 糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件 金屬應(yīng)答元件金屬應(yīng)答元件 血清應(yīng)答元件血清應(yīng)答元件(二二)反式作用因子反式作用因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子-核心啟動元件核心啟動元件上游上游因子因子-上游啟動元件上游啟動元件可誘導(dǎo)因子可誘導(dǎo)因子-增強子或激素反應(yīng)元件增強子或激素反應(yīng)元件反式作用因子分類反式作用因子分類基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種白因子，決定三種RNA(m

35、RNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。反式作用因子作用特點反式作用因子作用特點1.一種順式作用元件可以和多種一種順式作用元件可以和多種順式作用元件結(jié)合順式作用元件結(jié)合.2.一種順式作用元件可以和多種順式作一種順式作用元件可以和多種順式作用元件結(jié)合用元件結(jié)合3.以二聚體或多聚體作用方式以二聚體或多聚體作用方式4.反式作用因子活性受反式作用因子活性受RNA剪接和翻譯后剪接和翻譯后修飾調(diào)節(jié)修飾調(diào)節(jié)DNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域TF2.反式作用因子結(jié)構(gòu)特點反式作用因子結(jié)構(gòu)特點DNA結(jié)合域：結(jié)合結(jié)合域：結(jié)合DNA元件部分元件部分 具有特異結(jié)合基序具有特異結(jié)合基序轉(zhuǎn)錄激活域：與其它

36、蛋白質(zhì)相互作用區(qū)轉(zhuǎn)錄激活域：與其它蛋白質(zhì)相互作用區(qū)域，具有激活轉(zhuǎn)錄作用域，具有激活轉(zhuǎn)錄作用DNA結(jié)合域特點：結(jié)合域特點：核心為核心為DNA結(jié)合基序，有稱模序（結(jié)合基序，有稱模序（motify)模序（模序（motify)：位于蛋白質(zhì)分子中具有二級結(jié)構(gòu)的：位于蛋白質(zhì)分子中具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上彼此接近，形成具有肽段，在空間上彼此接近，形成具有特殊功能的空間結(jié)構(gòu)，能與能識別雙特殊功能的空間結(jié)構(gòu)，能與能識別雙螺旋螺旋DNA堿基序列堿基序列模序的幾種結(jié)構(gòu)類型：模序的幾種結(jié)構(gòu)類型：螺旋轉(zhuǎn)角螺旋螺旋轉(zhuǎn)角螺旋鋅指鋅指亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈螺旋環(huán)螺旋螺旋環(huán)螺旋螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -螺旋模體螺旋模體鋅指模體鋅指模體亮氨酸拉鏈模體亮氨酸拉鏈模體亮氨酸拉鏈結(jié)合亮氨酸拉鏈結(jié)合DNA亮氨酸拉鏈結(jié)合亮氨酸拉鏈結(jié)合DNA螺旋螺旋-環(huán)螺環(huán)螺-旋模體旋模體螺旋螺旋-環(huán)螺環(huán)螺-旋模體與旋