第十三章基因表達調(diào)控第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)

基因表達調(diào)控的基本概念BasicConceptionsofGeneExpressionRegulation第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日一、基因表達的概念基因組(genome)來自一個生物體的一整套遺傳物質(zhì)。即生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過程?；虮磉_基因表達是受調(diào)控的基因(gene)轉(zhuǎn)錄翻譯

=+第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、基因表達的時間特異性和空間特異性（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嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生。

多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）空間特異性又稱細胞或組織特異性空間特異性：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(dǎo)致特異性的蛋白質(zhì)分布于不同的細胞或組織器官。第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、基因表達的方式按對刺激的反應(yīng)性，基因表達的方式分為：基本（或組成性）表達誘導(dǎo)或阻遏表達第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日（一）基本（或組成性）表達管家基因(housekeepinggene):某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達。組成性基因表達:無論表達水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，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，或變化很小。第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）基因的表達的誘導(dǎo)和阻遏可誘導(dǎo)基因:在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達產(chǎn)物增加。誘導(dǎo)(induction)：可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達增強的過程。阻遏(repression)：可阻遏基因在特定環(huán)境中表達降低的過程?？勺瓒艋?對環(huán)境信號應(yīng)答是被抑制的基因。第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日協(xié)調(diào)表達：在一定機制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達。第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日四、基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義（一）以適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖通過一定的程序調(diào)控基因的表達，可使生物體表達出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長和增殖。

（二）以維持細胞分化與個體發(fā)育在多細胞個體生長、發(fā)育的不同階段，或同一生長發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類和含量存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細胞表型的關(guān)鍵。第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)

基因表達調(diào)控的基本原理BasicPrinciplesofGeneExpressionRegulation第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日一、基因表達的多級調(diào)控基因表達的多級調(diào)控基因激活拷貝數(shù)重排甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等轉(zhuǎn)錄起始第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)生物個體或細胞所處的內(nèi)、外環(huán)境細胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（一）特異DNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可以增強或抑制轉(zhuǎn)錄活性第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日原核生物蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)

機制特異DNA序列編碼序列

啟動序列操縱序列

其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日是RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。1、啟動序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列圖13-1五種E.coli啟動序列的共有序列第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日共有序列(consensussequence)

決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日3、其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日真核生物1、順式作用元件(cis-actingelement)——可影響自身基因表達活性的DNA序列RNA聚合酶ⅡBADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點mRNARNA聚合酶ⅡBADNA轉(zhuǎn)錄起始點mRNA圖13-2順式作用元件第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日不同真核生物的順式作用元件中：一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、真核基因的調(diào)節(jié)蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達，稱順式作用。由某一基因表達產(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互作用，調(diào)節(jié)其表達。這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。

反式作用因子(trans-actingfactor)

第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)

mRNAC蛋白質(zhì)CbAmRNA蛋白質(zhì)AA圖13-3反式與順式作用蛋白第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日第三節(jié)

原核基因表達調(diào)節(jié)第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點（一）σ因子決定RNA聚合酶識別特異性不同的σ因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定mRNA、rRNA和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄。第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）操縱子模型的普遍性操縱子（operon）:原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位。由一組功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因及其上游的調(diào)控序列組成。第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（三）原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)特異阻遏蛋白參與的開、關(guān)調(diào)節(jié)機制特異基因的阻遏或去阻遏第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、操縱子調(diào)控模式（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日Catabolitegeneactivationproteinsite-10site-35siteCACCCCAGGCTTTACACTTTATGCTTCCGGCTCGTATGTTGTGTGGAATTGAGCGGATAACAATTTCACACCTCATTAGGACTCGATTGAGTGTAATTA5’3’Operonregion20bpRNApolymerasebindingregionorpromoterregionPrimarystructureoflacoperonregulationregion5’TATAAT3’Pribnowbox第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時（二）乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié)阻遏基因1、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶圖13-4lac操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時2、CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日3、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r，細菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。

葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏

第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日mRNA低半乳糖時高半乳糖時葡萄糖低cAMP濃度高葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日第四節(jié)

真核基因表達調(diào)節(jié)第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日一、真核基因組具有獨特的結(jié)構(gòu)特點（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大哺乳類動物基因組DNA約3×109堿基對。人編碼基因約4萬個，編碼蛋白質(zhì)的序列僅占總長的1%。rDNA等重復(fù)基因約占5%~10%。第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子單順反子(monocistron)

一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。（三）真核基因組含有大量的重復(fù)序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（106次）中度重復(fù)序列（103~104次）多拷貝序列第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，往往是基因表達的調(diào)控區(qū)。

真核基因不連續(xù)性（四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日（一）真核基因順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性啟動子真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件。TATA盒GC盒CAAT盒二、RNAPolII轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日CCAAT盒GC盒TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點高等真核生物上游激活序列（UAS）TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點酵母圖13-7真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日增強子(enhancer)指遠離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性表達、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)。沉默子(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）反式作用因子是真核細胞中重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）基本轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日最常見的DNA結(jié)合域：鋅指(zincfinger)C——CysH——His常結(jié)合GC盒第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日ZnCysHis圖13-8鋅指結(jié)構(gòu)第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日堿性a-螺旋常結(jié)合CAAT盒堿性螺旋-環(huán)-螺旋堿性亮氨酸拉鏈

第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日堿性亮氨酸拉鏈，bZIPCOOHNH2COOHNH218152229361815222936LeucineresidueCNCOHCH2CHCH3CH3第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日第五十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日堿性螺旋-環(huán)-螺旋，bHLH第五十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日第五十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日第五十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日是一大家族小分子非編碼單鏈RNA，長度約20~25個堿基，由一段具有發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)，長度為70~90個堿基的單鏈RNA前體(pre-miRNA)經(jīng)Dicer酶剪切后形成。

小分子RNA對基因表達的調(diào)節(jié)1．微小RNA(microRNA,miRNA)第五十五頁