1、第十三章 基因表達調控,思路：系列酶促反應的調節(jié) 基因表達調控 基因表達 調控 定義 特點 方式 意義 調節(jié)點 基本要素 特點 機制 共性 原核（主） 真核,第一節(jié) 基因表達調控基本概念與原理,一、基因表達 （一）.定義 基因表達：基因在各種調節(jié)機制下,經(jīng)過系列 步驟表現(xiàn)出其生物功能的過程。 即基因轉錄或轉錄與翻譯的過程。 轉錄+翻譯 蛋白質(主) 轉錄 rRNA、tRNA 基因:載有特定遺傳信息的DNA片段. 基因組：一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳 信息或整套基因,(二)、特點 具有時空性 1時間特異性（階段特異性） 定義：指某一特定基因的表達嚴格按 特定時間順序發(fā)生。 e.g :不同時間、

2、階段表達多少不同 感染、發(fā)育（早期表達多） 2空間特異性（細胞,組織特異性） 定義：指某一基因的表達按不同組織 空間順序發(fā)生。 e.g :不同組織、細胞表達產(chǎn)物多少不同,（三）、方式 基本表達 對刺激反應小 適應性表達（誘導或阻遏） 對刺激反應大 1基本表達（組成性基因表達） a.定義：不易受環(huán)境變化影響的基因表達。 即管家基因表達 管家基因：在機體所有細胞中持續(xù)表達的基因; 表達產(chǎn)物是整個生命過程中都持續(xù)需要的。 即進行基本表達的基因。 b. 影響因素： 啟動序列 啟動子與RNA-pol相互作用 c.意義：維持生命的基本途徑。,2適應性表達 定義：易受環(huán)境變化影響的基因表達。 形式： 誘導：

3、受環(huán)境條件變化基因表達增強的現(xiàn)象。 阻遏：受環(huán)境條件變化基因表達減弱的現(xiàn)象。 影響因素： 啟動序列 啟動子與RNA-pol相互作用 其他機制(含對特定刺激的反應元件) 意義：適應環(huán)境的基本途徑。 3.協(xié)調表達：在基本和適應性表達中，功能相關的 基因表達協(xié)調一致。,二、基因表達調控（共性）,（一）、意義 1. 適應環(huán)境、 維持生長和增殖(原核) 。 2適應環(huán)境、維持個體發(fā)育與分化(真核)。 (二)、調控點 多級性(信息傳第的任何環(huán)節(jié))： 基因激活 轉錄起始（基本點） 轉錄 后 加工 翻譯 翻 譯后加工 （三）、基本要素（e.g:轉錄激活） 特異DNA序列 調節(jié)蛋白 DNA與調節(jié)蛋白結合方式 RN

4、A聚合酶,1.特異DNA序列（調節(jié)功能） （1）.原核生物 操縱子 a.定義：原核基因的轉錄單位，由功能相關的 一組結構基因及其上游的調節(jié)序列(啟動 子.操縱序列和其它調節(jié)序列)組成。 b. 結構、作用： 編碼序列 轉錄的mRNA為多順反子 （結構基因） 啟動序列 RNA-pol識別、結合部位 操縱序列 阻遏蛋白結合部位，控制 轉錄的開關,負調節(jié) 其它調節(jié)序列 激活蛋白結合部位,正 調節(jié),（2）、真核生物 順式作用元件 a.定義：是指真核生物DNA分子中參與基因轉 錄調控的特異DNA序列。 b.成分和功能： 啟動子 RNA-pol識別、結合的部位 增強子 決定基因表達時空性，增強啟動 子作用。

5、 正調節(jié) 沉默子 抑制基因轉錄.負調節(jié) 增強子： 是指能決定基因表達時空性，增 強啟動子活性的特異DNA序列。 其作用方式與方向、距離無關。 沉默子： 是指能抑制基因轉錄的特異 DNA序列。,2.調節(jié)蛋白 (1).原核生物 分類 特異因子 決定RNA-pol對啟動子 （因子） 的結合、識別能力。 阻遏蛋白 結合操縱序列， 阻遏轉錄（負性調節(jié)）。 激活蛋白 結合其他調節(jié)序列， 促進轉錄（正性調節(jié)）。 (2).真核生物 反式作用因子 （主） 結合調節(jié)另一基因 順式作用因子 結合調節(jié)自身基因,反式作用因子 a. 定義：結合另一基因的順式作用元件， 并激活該基因轉錄的蛋白質。 b.分類： 基本轉錄因子

6、：是作用于啟動子， 維持基因基礎轉錄 （即轉錄成 mRNA.tRNA.rRNA） 包括：TFI、TFII、TFIII。 特異轉錄因子：作用于增強子和沉默子， 為個別基因轉錄所必需， 決定該基因表達的時空性 包括 轉錄激活因子 增強子 轉錄抑制因子 沉默子,c.結構 DNA結合域 識別、結合特 鋅指結構（主） 異DNA順式元件 堿性-亮氨酸拉鏈 堿性螺旋-環(huán)-螺旋 轉錄激活域 調節(jié)基因 酸性-螺旋結構域 轉錄效率 富含Gln結構域 富含Pro結構域 二聚化結構域 與DNA結構域 結構有關,3調節(jié)蛋白與DNA結合方式 直接 （DNA-蛋白質相互作用, 多指反式作用）： 調節(jié)蛋白直接識 別、 結合

7、特異DNA序列 。反式作用 間接（主） （蛋白-蛋白-DNA相互作用）： 調節(jié)蛋白 先形成蛋白聚體 （二聚 體為主），蛋白聚體再結合特 異DNA序列。,4RNA聚合酶 RNA-pol活性最終體現(xiàn)轉錄調節(jié)情況。 影響因素：啟動子 調節(jié)蛋白 a.啟動子：影響DNA與RNA-pol的親和力， 進而影響轉錄頻率。 原核 RNA-pol()直接結合啟動子， 共有序列與轉錄活性成正比。 真核 先形成調節(jié)因子-RNA-pol復合物， 后才與啟動子結合。 b.調節(jié)蛋白：調節(jié)蛋白與DNA序列結合，影響 RNA-pol活性。 阻遏蛋白 抑制RNA-pol 正調節(jié)蛋白 促進RNA-pol,第二節(jié) 原核基因轉錄調節(jié),

8、多級調控，最關鍵點是轉錄起始 E.g :轉錄起始,一、調節(jié)特點 1因子決定RNA-pol識別特異性 2操縱子模式具有普遍性 3阻遏調節(jié)具有普遍性（負性調節(jié)占主導）,二、調節(jié)機制 方式 底物對酶的誘導 其它調節(jié)機制 （一）底物對酶的誘導 (e.g:乳糖操縱子 lac operon) 1乳糖操縱子結構 調節(jié)區(qū) 啟動子（P序列） 結合RNA-pol 操縱基因（O序列） 結合阻遏蛋白 調節(jié)序列（R序列） 結合CAP 信息區(qū) lacZ 編碼半乳糖苷酶 (結構基因) lacY 編碼半乳糖苷通透酶 lacA 編碼已酰基轉移酶,2調節(jié) 方式 負性調節(jié) 協(xié)調調節(jié) 正性調節(jié) （1）負性調節(jié) (阻遏蛋白控制） 圖

9、乳糖 無：阻遏蛋白結合操縱序列，抑制轉錄。 有：阻遏蛋白結合乳糖，不能結合 操縱序列， 轉錄開啟。（去阻遏） （2）正性調節(jié) （CAP控制） 圖 葡萄糖 無：CAP活化（活化形式為CAP-cAMP）， 結合調節(jié)序列，促轉錄。 有 ：CAP失活（cAMP少）， 不能結合調節(jié)序列，抑制轉錄。,（3）協(xié)調調節(jié)： 定義：負性調節(jié)和正性調節(jié)相互協(xié)調。 目的：適應環(huán)境（根據(jù)環(huán)境碳源，進行 不同代謝）。 機制:一種調節(jié)方式有某種調節(jié)意向時， 另一 種方式即會作出相應的支持。 E.g:分解代謝阻遏 圖,葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用 a. 葡萄糖與半乳糖并成時， 細菌首選利用葡萄糖； cAMP ， 不能合成c

10、AMP-CAP， CAP不能結合調節(jié)序 列 ， 抑制轉錄。 b. 此時、即使阻遏蛋白從操縱序列上脫落， 也不能轉錄。 阻遏蛋白 (脫落）負調節(jié) 支持 CAP負調節(jié) 負性調節(jié)占主導,（二）其它調節(jié)機制 1轉錄衰減 產(chǎn)物對酶的抑制。 機制：e.g: E.coli Trp 操縱子 Trp 多，Trp阻遏蛋白復合 物結合O序列，阻斷轉錄。 圖 轉錄衰減 前導肽誘導形成衰減子（發(fā) 夾結構）阻斷轉錄。 圖 2基因重組 引起變異， 逃避宿主免疫監(jiān)視。 3SOS反應 產(chǎn)生修復蛋白， 急救修復損傷DNA。,第三節(jié) 真核基因轉錄調節(jié),多級性（較原核復雜）， 核心途徑： 環(huán)境信號傳導 染色體活化 基因轉錄激活 本節(jié)

11、講mRNA轉錄激活（轉錄起始）,一、真核基因組特點,1基因組龐大，且結構復雜。 基因組：一個細胞所攜帶的全部遺傳信 息或整套基因。 人:3109bp 編碼基因6、 重復基因510、 無遺傳學功能基因80-90。 2單順反子 3重復序列多 多拷貝序列 高度重復序列（106次） tRNA. 中度重復序列（103104次） rRNA 單拷貝序列 重復一次或幾次 結構基因 4是斷裂基因,二、調節(jié)特點 (區(qū)別原核),1所需RNA-pol多，TF不同。 2活性染色體結構變化, 利于轉錄。 活化后結構性質變化： 對核酸酶極度敏感。 DNA拓撲結構改變（負性 正性超螺旋） DNA堿基修飾變化（5側翼甲基化）

12、組蛋白變化（量與穩(wěn)定性下降、巰基暴露） 3正性調節(jié)占主導。 4轉錄與翻譯分隔進行。 5轉錄后加工修飾復雜。 6. 調節(jié)目的主要是維持個體發(fā)育與分化。,（三）調節(jié)機制 （不清）,復雜、多樣。 DNA元件和TF不同，調節(jié)方式與效果不同。 基本轉錄因子 協(xié)助RNA-pol與啟動子 結合,形成PIC。 特異轉錄因子(TAF,EBP) 決定組織特 異性轉錄。 轉錄起始過程：,轉錄起始激活過程： TFIID(含TBP)識別TATA盒 TAF TFIID-啟動子復合物 RNA-pol TFIIA-F PIC(不穩(wěn)定，不能有效啟動mRNA轉錄) EBP(增強子結合因子) 轉錄起始復合物（穩(wěn)定，此時RNA-po

13、l II才有 活性，啟動轉錄。但其組織 特異性由TAF和EBP共同決 定。）,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節(jié)序列 在基因組中成簇串聯(lián)，組成一個轉錄單位。,1) 啟動序列（啟動子）：是RNA聚合 酶結合并啟動轉錄的特異DNA序列。,2) 操縱序列（operator）： 是阻遏蛋白的結合位點 當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結合，或使RNA聚 合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉錄。,TF,（一）乳糖操縱子的結構,R,（二）阻遏蛋白的負性調節(jié) 沒有乳糖存在時,有乳糖存在時,（三）CAP的正性調節(jié),（四）協(xié)調調節(jié),（）.轉錄衰

14、減,轉錄衰減（attenuation）： 是指轉錄可正常起動，但在轉錄進入 第一個結構基因前即突然停止的過程。 由于這一終止作用并不能使正在進行的 結構基因轉錄中途停止，而僅是部分中 途停止轉錄，所以稱為轉錄衰減。,衰減子（attenuator）： 操縱子前導區(qū)內類似于終止子結構 的一段DNA序列，稱為衰減子。其作用 是減弱操縱子的轉錄。,轉錄衰減機制： 實質上是轉錄與一個前導肽翻譯過程的偶聯(lián)。 當色氨酸濃度高時：,當色氨酸濃度低時：,（二）基因重組 沙門菌鞭毛素基因的調節(jié),（三）SOS反應,2. 轉錄調節(jié)因子結構 DNA結合域 轉錄激活域 蛋白質蛋白質結合域（二聚化結構域）,常見的DNA結合

15、域： 鋅指（zinc finger）,亮氨酸拉鏈（leucine zipper）,螺旋環(huán)螺旋（helix-loop-helix）,總結：,基因表達調控 基因表達 ：定義 特點 方式 調控的共性：意義 調節(jié)點 基本要素 原核的調控（主）：特點 機制（乳糖操縱子學說） 真核的調控：基因組特點 調控特點,第十三章 基因表達調控 第一節(jié) 基因表達調控基本概念與原理 一、基因表達定義 基因轉錄或轉錄與翻譯的過程。 基因組：一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳 信息或整套基因 二、基因表達特點 具有時間特異性和空間特異性 三、基因表達 方式 基本表達 和適應性表達（誘導或阻遏） 四、基因表達調控意義 適應環(huán)境、

16、 維持生長和增殖 、 維持個體發(fā)育與分化,第二節(jié) 基因表達調控基本原理 一、調控點多、轉錄起始為基本點 二、基因表達調控轉錄激活基本要素： 特異DNA序列、調節(jié)蛋白、RNA聚合酶 、即其間的作用方式 第三節(jié) 原核基因轉錄調節(jié) 一、特點 因子決定RNA-pol識別特異性、 操縱子模式具有普遍性 、負性調節(jié)占主導。 二、乳糖操縱子 調節(jié)序列（ R序列+O序列+P序列）+結構基因+終止子,三、乳糖操縱子調節(jié)機制 阻遏蛋白結合操縱序列、負性調節(jié) 、抑制轉錄； CAP結合R序列、正性調節(jié) 、誘導轉錄；正性調節(jié)與負性調節(jié) 相互協(xié)調、負性調節(jié)占主導。 四、其它調節(jié)機制 轉錄衰減、基因重組 、SOS反應 第四

17、節(jié) 真核基因轉錄調節(jié) 一、真核基因組結構特點 基因組結構龐大、單順反子、重復序列多、是斷裂基因。 二、真核基因表達調控特點 TF 協(xié)助RNA-pol識別DNA序列、活性染色體結構發(fā)生變化 、正性調節(jié)占主導、轉錄與翻譯分隔進行、轉錄后加工修飾復雜。,三、基本概念 順式作用元件：真核生物DNA分子中參與基因轉 錄調控的特異DNA序列。 啟動子 ： RNA-pol識別、結合的DNA序列 增強子： 是指能決定基因表達時空性，增 強啟動子活性的特異DNA序列。其作用方式與方向、距離無關。 沉默子： 是指能抑制基因轉錄的特異DNA序列。 反式作用因子 ：結合另一基因的順式作用元件、并激活該基因轉錄的蛋白質

18、。 基本轉錄因子：是作用于啟動子，維持基因基礎轉錄。 特異轉錄因子：作用于增強子和沉默子， 為個別基因轉錄所必需，決定該基因表達的時空性。,第十四章 基因重組與基因工程 第一節(jié) 自然界的基因轉移和重組一、基因重組定義：指細胞基因組中DNA順序重新 排列組合的現(xiàn)象。 二、基因重組類型：位點特異重組、同源重組 三、方式： 接合、轉化、轉導、轉座 四、基本概念 接合:指供體細胞（細菌）和受體細胞（細菌）接觸，使DNA從一個細胞（細菌）轉移到另一個細胞 （細菌）的過程。 轉化：指外源DNA被引入細胞，導致其遺傳和生 物性狀改變的過程。 轉導：以病毒為媒介、將供體菌的DNA片段轉移到受體菌基因組的過程。 轉座：游動基