高中生物奧賽講座基因表達(dá)的調(diào)控第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日基因表達(dá)：基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生蛋白質(zhì)產(chǎn)物和直接轉(zhuǎn)錄RNA參與生物功能的過程?；蛘{(diào)控：涉及基因的啟動關(guān)閉，活性的增加或減弱。發(fā)生在轉(zhuǎn)錄階段，轉(zhuǎn)錄后加工階段和翻譯階段。負(fù)調(diào)控：阻遏蛋白結(jié)合在受控基因上時不表達(dá)，不結(jié)合時就表達(dá)的形式。正調(diào)控：基因表達(dá)的活化物結(jié)合在受控基因上時，激活基因表達(dá)，不結(jié)合時就不表達(dá)的形式。有關(guān)名詞解釋：第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控大腸桿菌一般是將葡萄糖作為碳源，當(dāng)其生活的環(huán)境中有乳糖而沒有葡萄糖時，大腸桿菌產(chǎn)生的適應(yīng)性變化是迅速合成大量的分解乳糖的酶----半乳糖苷酶，將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。

當(dāng)大腸桿菌生活的環(huán)境中沒有乳糖后，半乳糖苷酶的合成就停止。說明半乳糖苷酶的合成與周圍環(huán)境中有無乳糖有密切關(guān)系。乳糖似乎對半乳糖苷酶基因的表達(dá)起到誘導(dǎo)作用。半乳糖苷酶的合成受半乳糖苷酶基因控制。(一)大腸桿菌的乳糖操縱子模型第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日1）結(jié)構(gòu)基因：編碼蛋白質(zhì)或RNA的基因直接編碼乳糖分解代謝所需酶類的基因。lacZ基因：編碼β-半乳糖苷酶。lacY基因、lacA基因：分別編碼β-半乳糖苷透性酶和β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R2）操縱基因(O)：是DNA上僅為26bp的一小段序列，不編碼蛋白質(zhì)，它是調(diào)節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白的結(jié)合部位。操縱基因決定了RNA聚合酶是否能夠與DNA序列上的啟動子接觸從而沿著DNA分子移動，啟動RNA的轉(zhuǎn)錄。對結(jié)構(gòu)基因起著“開關(guān)”的作用，直接控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R3）啟動子(P)：有與RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，可識別轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。RNA聚合酶在這一位點(diǎn)與DNA接觸，并開始進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。RNA聚合酶一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R4）調(diào)節(jié)基因(R)：能產(chǎn)生阻抑物(阻遏蛋白)，通過阻抑物與操縱基因的結(jié)合與否來控制操縱基因的關(guān)閉和開啟。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.與乳糖代謝有關(guān)的核苷酸序列及其作用第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日當(dāng)環(huán)境中沒有乳糖時：信使RNA轉(zhuǎn)錄P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R阻遏物(阻遏蛋白)翻譯阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，同時阻擋了RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，從而使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯受阻，不能合成有關(guān)的酶。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日當(dāng)環(huán)境中有乳糖時：P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R+阻遏物(阻遏蛋白)乳糖RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄翻譯乳糖與阻遏蛋白結(jié)合，引起其構(gòu)象變化，使阻抑物失去與操縱基因結(jié)合的能力，RNA聚合酶便可與啟動子結(jié)合，從而使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯正常進(jìn)行。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日當(dāng)環(huán)境中有乳糖時：P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R半乳糖苷酶酶酶轉(zhuǎn)錄翻譯+阻遏物(阻遏蛋白)乳糖RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄翻譯分解乳糖一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日一個操縱基因控制下的一組相鄰的結(jié)構(gòu)基因以及啟動子和調(diào)節(jié)基因，統(tǒng)稱為操縱子。P啟動子結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因OlacZlacYlacA操縱基因R操縱子操縱子是原核生物的基因在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行調(diào)控的一個功能單位。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日從大腸桿菌乳糖調(diào)控過程可以看出大腸桿菌細(xì)胞只有在環(huán)境中有乳糖存在時，才能產(chǎn)生相關(guān)的酶。所以，其乳糖代謝調(diào)控過程是一個自我調(diào)控過程。在這一過程的作用下，生物體才不會浪費(fèi)細(xì)胞中的物質(zhì)和能量，并能不斷適應(yīng)變化的外界環(huán)境。一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日(二)色氨酸操縱子

1.阻遏物對色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控

調(diào)控基因結(jié)構(gòu)基因

催化分支酸轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼?/p>

的酶trpRtrp一、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

真核生物是由多細(xì)胞組成的，多細(xì)胞生物的細(xì)胞分化，是選擇性基因表達(dá)的結(jié)果。不同的細(xì)胞有特異的基因表達(dá)方式?；虻谋磉_(dá)受到開啟或關(guān)閉的調(diào)控，隨細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境條件的改變和時間程序而在不同的表達(dá)水平上進(jìn)行著精確而有序的調(diào)節(jié)。

在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)是（1）多層次，（2）無操縱子和衰減子(在色氨酸操縱子中存在一種轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，用以終止和減弱轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)作用稱為衰減子)（3）個體發(fā)育復(fù)雜，（4）受環(huán)境影響較小第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日在真核生物中，DNA的三級超螺旋結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)合，構(gòu)成染色質(zhì)的基本單位---核小體。其核心由組蛋白八聚體(由H2A、H2B、H3、H4各兩分子組成)和盤繞其上的一段DNA雙鏈組成，連接區(qū)含有組蛋白H1和一小段DNA雙鏈。核小體彼此連成串珠狀染色質(zhì)細(xì)絲，經(jīng)高度螺旋化形成染色質(zhì)纖維，進(jìn)一步卷曲、折疊成染色單體。這樣，DNA的長度被壓縮近萬倍。核小體可能通過阻止轉(zhuǎn)錄酶接近DNA分子的方式起到了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.DNA的包裝影響基因的表達(dá)第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日多線染色體來源于核內(nèi)有絲分裂，即核內(nèi)DNA多次復(fù)制產(chǎn)生子染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體配對，緊密地結(jié)合在一起，從而阻止了染色質(zhì)纖維的進(jìn)一步聚縮，形成體積很大的多線染色體。

光鏡下觀察多線染色體，可見一系列交替分布的帶和間帶，帶區(qū)的染色質(zhì)包裝程度比間帶染色質(zhì)包裝程度高得多，所以呈帶色較深間帶較淺的染色。多線染色體上的數(shù)目、形態(tài)、大小及分布位置都很穩(wěn)定。

果蠅幼蟲唾液腺多線染色體

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.DNA的包裝影響基因的表達(dá)第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日個體發(fā)育的某個階段，多線染色體的某些區(qū)段變得疏松膨大而形成脹泡。最大的脹泡叫Balbiani環(huán)。脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志?？刂乒壎嗑€染色體基因轉(zhuǎn)錄的主要因素之一就是蛻皮激素，這種激素水平在幼蟲發(fā)育期間周期性變化，從而誘導(dǎo)那些編碼每次蛻皮和蛹化所需的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄。

多線染色體的帶與脹泡,(a)帶與間帶;(b)脹泡

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控1.DNA的包裝影響基因的表達(dá)第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日

2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活在染色質(zhì)中可分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)，它們在細(xì)胞中凝聚的時期不同。異染色質(zhì)是包裝成20-30nm，不具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。它又分為組成性異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)。前者是指在各種細(xì)胞中，在整個細(xì)胞周期內(nèi)都處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)，如著絲粒，端粒等。后者指在某些特定的細(xì)胞中，或在一定的發(fā)育時期和生理?xiàng)l件下凝聚，由常染色質(zhì)變成異染色質(zhì)，這本身也是真核生物的一種表達(dá)調(diào)控的途經(jīng)。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日在正常女性的細(xì)胞核核膜附近有一團(tuán)高度凝聚的染色質(zhì)小體與性別及X染色體的數(shù)目有關(guān)，稱為性染色質(zhì)體又名巴氏小體，在正常男性的細(xì)胞核中都沒有。正常的女性個體中有XX染色體，而它們的體細(xì)胞中有一個巴氏小體。在正常男性個體中有XY染色體，沒有巴氏小體。在帶有多條X染色體的個體，只有一條X染色體是有活性的。巴氏小體的數(shù)目為X染色體的條數(shù)減1。圖18-25巴氏小體(a)正常女人的細(xì)胞，在核膜附近存在巴氏小體(箭頭所指)；(b)正常男人的細(xì)胞，在核膜附近無巴氏小體(轉(zhuǎn)引自Russell,1992)二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日1961年提出了萊昂假說，其主要論點(diǎn)是：①巴爾小體是一個失活的X染色體，失活的過程就稱為萊昂化；②在哺乳動物中，雌雄個體細(xì)胞中的兩個X染色體中有一個X染色體在受精后的第16天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宮壁時）失活；③兩條X染色體中哪一條失活是隨機(jī)的；④X染色體失活后，在細(xì)胞繼續(xù)分裂形成的克隆中，此條染色體都是失活的；⑤生殖細(xì)胞形成時失活的X染色體可得到恢復(fù)。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日

實(shí)例：三色貓（又叫做玳瑁貓）的雌性個體腹部的毛是白色的，背部和頭部的皮毛由桔黃色和黑色斑組成。這種雌貓是一個X-連鎖基因雜合體，X-連鎖的b基因控制橙色毛皮，其等位基因B是控制黑色的毛皮?；蚴荴b染色體若失活，XB表達(dá)，產(chǎn)生黑色毛斑，若基因是XB染色體失活，Xb表達(dá)，則產(chǎn)生橙黃色毛斑。三色貓

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日真核生物基因表達(dá)調(diào)控過程與原核生物的共同點(diǎn)：在真核生物結(jié)構(gòu)基因的側(cè)翼序列上，同樣存在許多不同的調(diào)控序列，并能通過特異性蛋白與某些調(diào)控序列的結(jié)合與否，來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)：原核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是連續(xù)的，真核細(xì)胞基因的編碼區(qū)是間隔的，不連續(xù)的。3.真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日什么叫側(cè)翼序列？每個基因在第一個和最后一個外顯子的外側(cè)各有一段非編碼區(qū)，稱為側(cè)翼序列。側(cè)翼序列上有一系列的調(diào)控序列。編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)側(cè)翼序列二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日真核生物基因表達(dá)調(diào)控過程與原核生物的不同之處：①真核生物中編碼蛋白質(zhì)的基因通常是間斷的、不連續(xù)的，由于轉(zhuǎn)錄時內(nèi)含子和外顯子是一起轉(zhuǎn)錄的，因而轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的信使RNA必須經(jīng)加工，將內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分剪切掉，將外顯子轉(zhuǎn)錄部分拼接起來，才能成為成熟的RNA。

二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日信使RNA的加工：編碼區(qū)下游編碼區(qū)上游成熟的信使RNA轉(zhuǎn)錄加工初級轉(zhuǎn)錄物剪切內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄部分拼接外顯子轉(zhuǎn)錄部分

真核生物基因轉(zhuǎn)錄后的剪切、拼接和轉(zhuǎn)移等過程，都需要有調(diào)控序列的調(diào)控，這是真核生物所特有的。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日真核生物基因表達(dá)調(diào)控過程與原核生物的不同之處：②真核生物有細(xì)