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1、第十一章 基因表达与调控,基因表达调控的几个概念基因表达（gene expression):基因通过转录和翻译，产生蛋白质产物和直接转录RNA参与生物功能的过程。 基因调控：涉及基因的启动关闭，活性的增加或减弱。发生在转录阶段，转录后加工阶段和翻译阶段。,负调控（ Negative control ）：阻遏蛋白（repressor protein）结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达的形式。正调控（ Positive control ）：基因表达的活化物（ activators ）结合在受控基因上时，激活基因表达，不结合时就不表达的形式。,Cisacting，顺式作用 与靶基因位于同一条染
2、色体上的DNA序列发挥调控作用Trans-acting，反式作用基因编码产物，RNA或protein调控另一簇基因的表达,Basic concept of transcription,转录因子（Transcription factor)：是起正调控作用的反式作用因子。 启动子（promoter)：位于基因转录起点上游，负责启动基因转录的DNA序列。 终止子(terminator)：位于基因转录结束位置,结束转录的DNA序列被称为终止子。,An example of genetic control of metabolism,The products of gene expression can
3、 be RNA or protein,Basic concept of transcription,A transcription unit：,第一节 基因和表达与调控,一、基因和表达与调控,调节元件 转录调控 翻译调控,1、调控元件,.启动子：位于结构基因5端上游的一段DNA序列，能够指导RNA聚合酶同摸板正确结合，活化RNA聚合酶，启动基因转录。,Pribnow框：位于转录起点上游-10 区，又称-10序列。 序列为：TATAA 真核生物的位于-25- -30处，序列为TATAAAAG称为TATA框,-35序列：位于转录起点上游-35 区 序列为：TTGACA 在真核生物中位于-70- -
4、78区序列为 CCAAT称为CAAT框,A typical promoter has three components, consisting of consensus sequences at -35 and -10, and the startpoint.,1.2 增强子和弱化子,增强子（enhancer)：指能增强和它连锁的基因转录频率的DNA序列）组织和细胞专一性增强子）诱导性增强子 弱化子(attenuator)：位于结构基因的端，结构与终止子相似起弱化基因表达的DNA序列。,弱化子的结构和作用原理,1.3 绝缘子,绝缘子(insulator)： 长约几百个核酸对，通常位于启动子同正
5、调控元件或负调控因子之间的一种调控序列。绝缘子本身对基因的表达无正或负效应，其作用是不让其它调控元件对基因的活化或失活效应发生作用。,.4 沉默子,沉默子(silencer)：参与基因表达负调控的DNA序列，使基因表达沉默。,1.5 应答元件,应答元件（response element): 是位于基因上游能被转录因子识别和结合，从而调控基因专一性表达的DNA序列，如热应答元件。,1.6 转录因子,锌指序列(zinc finger) 亮氨酸拉链（leucine zipper) 螺旋转角螺旋（helix-turn-helix) 螺旋环螺旋（helix-loop-helix) 同源域（homeodo
6、main),Figure Zinc fingers may form a-helices that insert into the major groove, associated with b-sheets on the other side.,Figure An HLH dimer in which both subunits are of the bHLH type can bind DNA, but a dimer in which one subunit lacks the basic region cannot bind DNA.,Figure The basic regions
7、of the bZIP motif are held together by the dimerization at the adjacent zipper region when the hydrophobic faces of two leucine zippers interact in parallel orientation.,.7 基因表达调控的个水平,1.Transcription,2.RNA processing,4.Translation,5.Post-translation,3.RNA stability,THE PROCESS OF GENE EXPRESSION, 转录
8、水平的调控,2.1 转录的正，负调控模式 负调控模式：反式作用产物（阻遏物）与顺式作用位点（操纵基因）结合，关闭转录 (原核生物有负调控，并且是多基因协调控制) 。正调控模式: 反式作用因子（转录因子）以一定顺序与RNA聚合酶结合从而起始转录. 原核生物亦有正调控，而真核生物普遍为正调控，结构基因为单个控制。反式作用因子通常识别DNA上一段非常短的序列，通常10bp,2.2 E.Coli 诱导型Lac操纵子结构模型,调节基因,操纵子,Lac 阻遏物,半乳糖苷酶,半乳糖苷 透性酶,半乳糖苷 乙酰基转移酶,基因 长度,PI: i基因启动子 gene i：调节基因 P： 结构基因启动子 gene Z
9、,Y,A：结构基因 O： 操纵单元,诱导系统负调控乳糖操纵子,在乳糖存在下，乳糖作为诱导物， 与调节基因产生的阻遏物结合，改变了阻遏物结构，不能再结合到操作基因上，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了分解乳糖的三个结构基因。当乳糖分解完以后，调节基因产生的阻遏物结合到操作基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录分解乳糖的结构基因。,诱导系统负调控,调节基因产物结合到操作基因基因上，启动结构基因不能转录。 在底物存在下，底物作为诱导物， 与调节基因产生的阻遏物结合，改变了阻遏物结构，不能再结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了分解底物的结构基
10、因。 当底物分解完以后，调节基因产生的阻遏物结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录分解底物的结构基因。,诱导系统正调控,调节基因产物结合到操纵基因上，启动结构基因转录。 在底物存在下，底物作为诱导物， 与调节基因产生的活化物结合，改变了活化物结构，使得复合物能够结合到操纵基因上，RNA多聚酶能够与启动子结合，启动转录分解底物的结构基因。 调节基因的产物在没有底物存在下，不能与结合到操纵基因上，RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录分解底物的结构基因。,阻遏系统负调控,调节基因产物结合到操纵基因上，启动结构基因不能转录。 在底物存在下，调节基因产生的阻遏物不
11、能与操纵基因结合，使得RNA多聚酶能够与启动子结合。启动转录合成底物的结构基因。 当底物合成以后，调节基因产生的阻遏物与底物的复合物结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录合成底物的结构基因。,阻遏系统正调控,调节基因产物结合到操作基因基因上，启动结构基因能转录。调节基因产生的活化物与操纵基因结合，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了合成底物的结构基因。当底物合成以后，调节基因产生的活化物与底物的复合物不能结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录合成底物的结构基因。,2.3 复制与转录,DNA复制：DNA多聚酶 转录：依赖于的R
12、NA多聚酶 反转录：依赖于RNA的DNA多聚酶,THE CENTRAL DOGMA,2.4 原核与真核生物基因转录,原核 mRNA 真核 pre-mRNA -mRNA,The difference of gene expression between prokaryotes and eukaryotes,2.5 转录水平的调控,R转录调控 转录后的调控,第二节 原核和真核生物的R转录,、原核和真核生物的R转录,转录时，一般以一条链为模版链，但是也有一些基因以另一条链为模版。,Basic concept of transcription,反义RNA：一种由两条互补链转录成的两条完全互补的RNA链
13、，结果形成复合体，不能翻译出蛋白多肽。,Basic concept of transcription,RNA 聚合酶的结构,Basic concept of transcription,RNA SYNTHESIS,Basic concept of transcription,RNA多聚酶与启动子,解旋与启始 10区：TATA box（Pribnow box），核心酶结合区。 35区：sigma因子结合区。,Basic concept of transcription,RNA 起始 E. coli,A:T rich region Initiate unwinding,RNA polymerase
14、 binding site,Transcription begins,Basic concept of transcription,PROMOTER OF BACTERIA,Basic concept of transcription,解旋酶和恢复螺旋的酶解旋酶打开部分DNA双螺旋，使得RNA转录。 恢复螺旋的酶在转录结束后，恢复原来DNA的双螺旋状。,Basic concept of transcription,RNA 延伸 E. coli,转录终止,终止：RNA转录停止在终止信号上，RNA释放。 Rho因子：在转录中起到终止转录的作用的辅助蛋白。依赖Rho因子的终止子是弱终止子，不依赖Rh
15、o因子的终止子是强终止子。 终止子结构特征：基因3端的具有反向重复特殊序列，具有终止转录的作用。,Basic concept of transcription,Basic concept of transcription,A Rho-independent transcription terminator,真核生物的转录,Basic concept of transcription,Basic concept of transcription,Basic concept of transcription,Structure of a promoter recognized by RNA pol
16、ymerase II,Basic concept of transcription,参与真核RNA多聚酶作用的因子,TFIID:结合到TATA上 TFIIA：结合到D上 TFIIB：结合复合物 TFIIF：与RNA II多聚酶结合，参与解旋 TFIIE：结合复合物,Basic concept of transcription,Initiation of transcription by RNA polymerase II,Basic concept of transcription,Basic concept of transcription,、转录后的调控,RNA加工5加甲基MG 3加多聚,Basic concept of transcription,RNA elongation and the addition of 5- cap,
