發(fā)育及環(huán)境應答的基因表達調控演示文稿1現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期五發(fā)育及環(huán)境應答的基因表達調控現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期五

主要內容

什么是基因表達調控？基因表達調控的層次原核生物的基因表達調控真核生物的基因表達調控基因表達調控的生物學意義現(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期五

基因表達

是指生物體基因組種結構基因所攜帶的遺傳信息經過轉錄及翻譯等一系列過程，合成特定的蛋白質，進而發(fā)揮其特定生物學功能的全過程。

基因表達調控對這個過程的調節(jié)。現(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期五基因表達的特異性和表達方式

時間特異性空間特異性組成性表達誘導和阻遏表達協(xié)調表達

現(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期五基因表達的多級調控

基因結構活化

DNA水平

轉錄起始轉錄后加工轉錄后水平轉錄產物的轉運翻譯調控翻譯水平翻譯后加工現(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期五7原核生物的基因表達調控DNA水平的調控

☆DNA重組☆啟動子序列轉錄水平的調控

☆轉錄起始階段：不同的σ因子、操縱子模型☆轉錄終止階段：抗終止作用、RNA開關翻譯水平的調控☆反義RNA的正負調控☆翻譯控制☆自體調控☆mRNA的穩(wěn)定性☆應急反應現(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期五8在DNA水平的調控DNA重組

DNA重組可以改變控制基因與受控基因之間的距離和方向，因而可以調控基因表達。啟動子序列：不同類型的啟動子與基因表達的關系組成型啟動子弱啟動子強啟動子一般與一致序列相同或相近缺乏一個或多個一致序列元件與一致序列相同或接近恒定的轉錄速率低轉錄速率高轉錄速率可能不受其它形式的調控經常需要激活蛋白經常受到阻遏現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期五9轉錄起始階段的調控不同σ因子的選擇使用例一：幾個熱激基因的轉錄例二：SPO1噬菌體在不同時期基因表達操縱子模型乳糖操縱子色氨酸操縱子現(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期五10σ因子的選擇性使用與熱激基因的表達調控現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期五11σ因子的級聯(lián)與SPO1噬菌體不同時期基因表達之間的關系現(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期五

乳糖操縱子調節(jié)機制控制區(qū)信息區(qū)結構基因(S)操縱序列（O）啟動序列（P）調節(jié)基因（I）CPA現(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期五（一）阻遏蛋白的負性調節(jié)作用I阻遏蛋白

無乳糖存在時，結構基因受阻遏現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期五

有乳糖存在時，結構基因表達現(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期五2CAPCAP位點

阻遏蛋白

操縱序列RNA聚合酶無葡萄糖，無乳糖②無葡萄糖有乳糖③有葡萄糖，無乳糖④有葡萄糖，有乳糖

啟動序列cAMPmRNA5'（二）CAP的正性調節(jié)作用③①②④現(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期五當培養(yǎng)基中乳糖濃度降低而葡萄糖濃度升高時

細胞中cAMP濃度降低

缺乏乳糖與阻遏蛋白結合

CAP失活

阻遏蛋白與操縱基因結合

CAP及RNA聚合酶不能與啟動基因結合

基因轉錄被阻遏

阻遏蛋白的負性調節(jié)現(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期五

當培養(yǎng)基中乳糖濃度升高而葡萄糖濃度降低時

細胞中cAMP濃度升高

乳糖作為誘導劑與阻遏蛋白結合

cAMP與CRP結合并使之激合

促使阻抑蛋白與操縱基因分離

CRP與啟動基因結合并促使RNA聚合酶與啟動基因結合

基因轉錄激活

CAP的正性調節(jié)現(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期五O阻遏蛋白（無活性）mRNAtrpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA前導trpL衰減子

結構基因

調控區(qū)色氨酸操縱子的調節(jié)機制

色氨酸合成的酶蛋白現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期五19轉錄終止階段的調控RNA開關許多細菌內存在一些特殊的雙功能mRNA，在非編碼區(qū)含有特定代謝物的特異性結合位點，充當基因表達的開關，代謝物的結合會改變mRNA的構象：

-提高轉錄的終止效率

-降低翻譯的效率

-影響到mRNA的后加工從而改變一個基因的表達。RNA開關（也稱核開關）就是指這一類特殊的mRNA?，F(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期五20核酶核開關的調控機制現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期五21轉錄終止階段的調控抗終止子轉錄的終止依賴于終止子，不同終止子的作用有強弱之分。有的蛋白質因子能作用于終止子序列，減弱或取消終止子的作用，稱為抗終止作用，這些蛋白因子就稱為抗終止因子；也有一些蛋白質因子能夠促進終止子的作用。兩種情況都可以用來調節(jié)基因的表達?，F(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期五22BglG蛋白的抗終止作用現(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期五23翻譯水平上的調控反義RNA的正負調控翻譯控制自體調控mRNA的二級結構和穩(wěn)定性對翻譯的調控SOS反應現(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期五24反義RNA的負調控和正調控

現(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期五25翻譯控制

翻譯控制是指轉錄產物本身的結構控制其翻譯的過程mRNA的二級結構和穩(wěn)定性mRNA是翻譯的模板，延長它的穩(wěn)定性也必然會使翻譯的效率提高現(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期五26自體調控自體調控是指一個基因產物對自己的基因表達產生激活或抑制的現(xiàn)象。它既可以在轉錄水平上，也可以在翻譯水平上進行。現(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期五27應急反應細菌細胞在氨基酸饑餓的時候，胞內發(fā)生各種變化：rRNA和tRNA合成量的急劇下降（10倍-20倍）；mRNA合成下降（約3倍）；蛋白質降解加強；核苷酸、碳水化合物和脂的合成下降。應急反應的意義在于使細胞“勒緊褲帶”，節(jié)省能量，以渡過難關?，F(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期五28原核生物基因表達調控的特點

主要在轉錄水平進行調節(jié)1）σ因子的特異啟動作用

2）操縱子調控機制具有普遍性3）阻遏蛋白阻遏轉錄具有普遍性現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期五29

真核生物的基因表達調控RegulationofGeneExpressioninEukaryotes現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期五30真核生物與原核生物在

調控機制上的主要差異調控的原因調控的層次：調控的手段：現(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期五31真核生物基因表達調控的特點真核生物表達調控與原核生物的不同：（1）染色體結構不同,存在特有的染色質水平調節(jié)；（2）真核生物目前已知的主要是正調控；（3）真核生物的轉錄和翻譯在時空上是分開的；（4）真核生物是多細胞的，在生物的個體發(fā)育過程中其基因表達在時間和空間上具有特異性，即細胞特異性或組織特異性表達?，F(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期五32多層次調控現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期五33染色體水平的調控

一個基因在表達前后，其所在位置的染色質結構會發(fā)生重塑或重建。

組蛋白調控非組蛋白調控基因缺失基因擴增基因重排現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期五34組蛋白對基因活性的影響機制占先模型（pre-emptivemodel）動態(tài)模型（dynamicmodel）現(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期五35現(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期五36組蛋白的修飾與染色質構象變化的關系

現(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期五37組蛋白的乙酰化-去乙?；纳锕δ埽航M蛋白乙酰化是許多轉錄調控蛋白相互作用的一種“識別信號”，如H4組蛋白的乙酰化作用參與了指示和吸引TFIID到相應的啟動子上，促進轉錄前起始復合物的裝配；現(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期五38非組蛋白（NHP)

非組蛋白大多數是磷蛋白，以磷酸化/去磷酸化修飾的方式調節(jié)細胞的代謝、生長、增殖和變異等，并能在核內接受外來信號，構成核內信息轉導系統(tǒng)，形成一條調節(jié)基因表達的重要途徑?，F(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期五39基因的丟失：不可逆某些真核生物隨細胞的分化丟失了染色體上的某些DNA片段的現(xiàn)象稱為基因丟失，基因擴增：增加基因的拷貝數非洲爪蟾卵母細胞rRNA基因卵裂時，擴增2000倍，達1012個核糖體。藥物：誘導抗藥性基因的擴增；腫瘤細胞：原癌基因拷貝數異常增加?；蛑嘏?generearrangement)：如免疫球蛋白基因重排，多樣性?，F(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期五40DNA水平上的調控DNA甲基化（DNAMethylation)啟動子的選擇使用DNA印記

現(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期五41DNA甲基化與轉錄抑制甲基化(methylated)程度高，對基因轉錄抑制的調控能力越強。去甲基化(undermethylated)：基因轉錄激活現(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期五42甲基化以兩種方式調控基因的表達（1）甲基化增強或減弱DNA與調節(jié)蛋白質之間的相互作用；例如活性基因和管家基因CpG島的區(qū)別（2）甲基化改變DNA的正常構型。

例如DNA甲基化與X染色體失活現(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期五43現(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期五44啟動子的選擇使用某些真核生物的基因不止一個啟動子，例如，抗肌營養(yǎng)不良蛋白有8個啟動子，通過使用不同的啟動子可轉錄出不同長度的mRNA，它們經過翻譯可產生不同性質或功能的蛋白質產物?，F(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期五45DNA印記基因組印記：哺乳動物的某些等位基因性狀的表達由于基因的來源不同而呈現(xiàn)出差異，甚至只表達單一親系來源（父源或母源）的基因版本。如人類的亨延頓氏舞蹈病，其基因突變是來自父源或母源基因的甲基化。現(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期五46真核基因轉錄水平的調控

順式作用元件(cis-actingelement）

反式作用因子(trans-actingFactor)現(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期五47現(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期五48真核生物在轉錄水平進行基因表達調控的主要方式現(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期五49反式作用因子的結構與功能（1）通用或基本轉錄因子—RNA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白因子。如：TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE等。（2）特異轉錄因子(specialtranscriptionfactors)—個別基因轉錄所必需的轉錄因子.如：OCT-2：在淋巴細胞中特異性表達，識別Ig基因的啟動子和增強子?，F(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期五50反式作用因子的結構特點（1）三個功能結構域：DNA結合結構域(DNA-bindingdomain)；轉錄激活結構域(transcriptionalactivationdomain)；二聚化結構域。（2）能識別并結合順式作用元件(cis-actingelement)（3）正調控與負調控現(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期五51選擇性加尾可變剪接(alternativesplicing)RNA干擾真核基因轉錄后水平的調控

現(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期五52選擇性加尾很多真核生物基因的3′-端含有2個或2個以上的加尾信號，使用不同的加尾信號將導致產生不同長度或不同性質的mRNA。選擇性加尾可能會改變編碼區(qū)的長度，也可能會保留或去除位于3′-UTR內影響mRNA穩(wěn)定性的特定信號。前一種情形是導致一個基因編碼不同的多肽產物的另外一種途徑，有時它與選擇性剪接組合使用可進一步擴大蛋白質的多樣性。生物信息學研究表明，高等生物約25%的基因可能發(fā)生選擇性加尾。現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期五53可變剪接它是指一種mRNA前體在剪接反應中某些區(qū)段的序列可能被保留，也可能被排除，從而得到幾種不同成熟mRNA產物的過程，它是高等真核生物蛋白質多樣性產生的重要來源。選擇性剪接可能是組成型的，也可能是受到調控的。