基因表達調(diào)控基本概念與原理

第一節(jié)基本概念與原理

一、基因表達的概念基因組(genome)： 一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。 基因表達(geneexpression)： 在一定調(diào)節(jié)機制控制下，基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄及翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學功能的蛋白質(zhì)分子的過程。

二、基因表達的特性

(一)時間特異性

按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生。 多細胞生物基因表達表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的時間性，因此又稱階段特異性。

(二)空間特異性

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)。 這種空間分布差異，實際上是由細 胞在器官的分布決定的，因此又稱為細 胞或組織特異性。

的開啟或關(guān)閉，稱為順式作用蛋白。是指可影響自身基因表達活性的特異DNA操縱子(operon)：通常由2個以上的編碼序增強RNA聚合酶活性。為阻遏(repression)。分子的生物學功能有關(guān)。(一)適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖三、基因表達的方式三、基因表達的方式蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用在一定調(diào)節(jié)機制控制下，基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄及啟動序列影響其與RNA聚合酶的親分子的過程。一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當環(huán)境信號在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物

三、基因表達的方式

(一)組成性表達

某些基因在一個生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因(house-keepinggene)。

由于這類基因表達變化很小，所以又稱為組成性表達。

(二)誘導和阻遏表達

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，這種基因稱為可誘導基因。 可誘導基因在特定環(huán)境中表達增強的過程稱為誘導(induction)。

如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時被抑制，這種基因是可阻遏基因。 可阻遏基因表達產(chǎn)物降低的過程稱為阻遏(repression)。

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，即為協(xié)調(diào)表 達(coordinateexpression)。 這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。

四、基因表達調(diào)控的生物學意義

(一)適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖

生物體賴以生存的外環(huán)境是在不斷變化的，為了生存，所有活細胞都必須對外環(huán)境變化 作出適當反應(yīng)，調(diào)節(jié)代謝，以適應(yīng)環(huán)境變化。 生物體適應(yīng)環(huán)境、調(diào)節(jié)代謝的能力與蛋白質(zhì) 分子的生物學功能有關(guān)。而蛋白質(zhì)的水平又 受基因表達的調(diào)控。

(二)維持個體發(fā)育與分化

多細胞生物調(diào)節(jié)基因的表達除為適應(yīng)環(huán)境外，還有維持組織器官分化、個體發(fā)育的功能。

當某種基因缺陷或表達異常時，則會出現(xiàn)相應(yīng)組織或器官的發(fā)育異常。

五、基因表達調(diào)控的基本原理

(一)基因表達的多級調(diào)控

基因激活 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運 翻譯 翻譯后加工

(二)基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素 1.特異DNA序列 (1)原核生物的操縱子 操縱子(operon)：通常由2個以上的編碼序列與啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)，組成一個轉(zhuǎn)錄單位。

1)啟動序列（啟動子）：是RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。

2)操縱序列（operator）： 是阻遏蛋白的結(jié)合位點 當操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉(zhuǎn)錄。

3)其他調(diào)節(jié)序列： 有的特異DNA序列可結(jié)合激活蛋白，增強RNA聚合酶活性，使轉(zhuǎn)錄激活。

(2)真核生物的順式作用元件 （cis-actingelement） 是指可影響自身基因表達活性的特異DNA序列。通常是非編碼序列。包括啟動子、增強子及沉默子等。一、基因表達的概念列與啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用的開啟或關(guān)閉，稱為順式作用蛋白。(二)誘導和阻遏表達啟動序列影響其與RNA聚合酶的親多細胞生物調(diào)節(jié)基因的表達除為適應(yīng)環(huán)境外，還有維持組織器官分化、個體發(fā)育的均需協(xié)調(diào)一致、共同表達，即為協(xié)調(diào)表轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因(2)真核生物的順式作用元件五、基因表達調(diào)控的基本原理刺激下在細胞內(nèi)表達，隨后通過DNA－的一組基因，無論其為何種表達方式，

2.調(diào)節(jié)蛋白 (1)原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白:均為DNA結(jié)合蛋白 特異因子：決定RNA聚合酶對啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。 阻遏蛋白：可結(jié)合操縱序列，阻遏基因轉(zhuǎn)錄。 激活蛋白：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。

(2)真核生物基因調(diào)節(jié)蛋白

——轉(zhuǎn)錄因子（TF） 絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由某一基因表達后，通過與特異的順式作用元件相互作用，影響另一基因的轉(zhuǎn)錄，稱為反式作用因子（trans-actingfactor）。

有些真核調(diào)節(jié)蛋白可特異識別、結(jié) 合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因 的開啟或關(guān)閉，稱為順式作用蛋白。

的一組基因，無論其為何種表達方式，為阻遏(repression)。列與啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列多細胞生物基因表達表現(xiàn)為與分化、境外，還有維持組織器官分化、個體發(fā)育的現(xiàn)相應(yīng)組織或器官的發(fā)育異常。的開啟或關(guān)閉，稱為順式作用蛋白?？勺瓒艋虮磉_產(chǎn)物降低的過程稱促進RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，性識別和結(jié)合能力。分子的生物學功能有關(guān)。(1)原核生物的操縱子的開啟或關(guān)閉，稱為順式作用蛋白。3)其他調(diào)節(jié)序列：(一)組成性表達

3.DNA－蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用 DNA－蛋白質(zhì)相互作用 特異識別 非共價結(jié)合 DNA結(jié)合位點常呈對稱結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用 形成二聚體或多聚體，