生物化学课件基因表达调控2

目录目录第十八章第十八章基因表达调控基因表达调控Regulation of Gene Expression于敏 Department of Biochemistry and Molecular Biology,Shanghai Medical College,Fudan University目录目录Summary of Prokaryotic Gene Expression Regulation nGene expression in prokayotes is controlled by the operon modelnThe operon can be switched off by a protein repressor by bing to the operatornThe repressor is the product of a separate regulatory genenSome operons are induced when the metabolic pathway is needed-Inducible OperonsnSome operons are repressed when the metabolic pathway is no longer needed-Repressible Operons目录目录nAn inducible operon is one that is usually off;a molecule called an inducer inactivates the repressor and turns on transcriptionnThe lac operon is an inducible operonnA molecule called an inducer inactivates the repressor to turn the lac operon onnThe lac operons are also subject to positive control through a stimulatory protein,such as catabolite activator protein(CAP),an activator of transcription目录目录nA repressible operon is one that is usually on;binding of a repressor to the operator shuts off transcriptionnThe trp operon is a repressible operonnThe trp operon is regulated using attenuation mechanism at the translation level.目录目录第三节第三节 真核基因表达调控真核基因表达调控Regulation of Gene Expression in Eukaryote目录目录一、真核细胞基因表达的特点一、真核细胞基因表达的特点 真核基因组比原核基因组真核基因组比原核基因组大大得多得多 原原核核基基因因组组的的大大部部分分序序列列都都为为编编码码基基因因，而而哺哺乳乳类类基基因因组组中中只只有有10%的的序序列列编编码码蛋蛋白白质质、rRNA、tRNA等等，其其余余90%的的序序列列，包包括括大大量量的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控 真真核核生生物物编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因是是不不连连续续的的，转转录录后后需需要要剪剪接接去去除除内内含含子子，这这就就增增加加了了基基因因表表达达调控的层次调控的层次 目录目录 原原核核生生物物的的基基因因编编码码序序列列在在操操纵纵子子中中，多多顺顺反反子子mRNA使使得得几几个个功功能能相相关关的的基基因因自自然然协协调调控控制制；而而真真核核生生物物则则是是一一个个结结构构基基因因转转录录生生成成一一条条mRNA，即即mRNA是是单单顺顺反反子子（monocistron），许许多多功功能能相相关关的的蛋蛋白白、即即使使是是一一种种蛋蛋白白的的不不同同亚亚基也将涉及到多个基因的协调表达基也将涉及到多个基因的协调表达目录目录 真真核核生生物物DNA在在细细胞胞核核内内与与多多种种蛋蛋白白质质结结合合构构成成染染色色质质，这这种种复复杂杂的的结结构构直直接接影影响响着着基基因因表表达；达；真真核核生生物物的的遗遗传传信信息息不不仅仅存存在在于于核核DNA上上，还还存存在在线线粒粒体体DNA上上，核核内内基基因因与与线线粒粒体体基基因因的的表达调控既相互独立而又需要协调。表达调控既相互独立而又需要协调。目录目录图图18-5 18-5 真核生物基因表达的多层次复杂调控真核生物基因表达的多层次复杂调控目录目录二、染色质结构与真核基因表达密切相关二、染色质结构与真核基因表达密切相关活性染色质活性染色质 (active chromatin)(active chromatin)具有转录活性的染色质具有转录活性的染色质超敏位点（超敏位点（hypersensitive site)hypersensitive site)当染色质活化后，常出现一些对核酸酶当染色质活化后，常出现一些对核酸酶（如（如DNase I）高度敏感的位点）高度敏感的位点（一）转录活化的染色质对核酸酶极为敏感（一）转录活化的染色质对核酸酶极为敏感 目录目录(二二)转录活化染色质的组蛋白发生改变转录活化染色质的组蛋白发生改变 组蛋白结构及其化学修饰组蛋白结构及其化学修饰（a a）组蛋白与）组蛋白与DNADNA组成的核小体；（组成的核小体；（b b）组蛋白的氨基端伸出核）组蛋白的氨基端伸出核小体，形小体，形 成组蛋白尾巴；（成组蛋白尾巴；（c c）四种组蛋白组成的八聚体）四种组蛋白组成的八聚体目录目录Organization/packaging of DNANucleus=5-10 m (0.01mm)Diploid genome=6.4x109 bp0.34nm/bpDNA=2 meters (2000 mm)目录目录Chromatin Remodeling In eukaryotes,binding of histones to form chromatin generally represses gene expression,making specific repressor proteins unnecessary.DNA nucleosomes must be“unwound”or remodeled to allow transcription.nChromatin remodeling complexes nAcetylation or Methylation目录目录组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直两种相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构，以及化学修接影响染色质或核小体的结构，以及化学修饰征集了其他调控基因转录的蛋白质，为其饰征集了其他调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。这些理论构成了这些理论构成了“组蛋白密码组蛋白密码”的假说。的假说。目录目录组组蛋白蛋白氨基酸残基位点氨基酸残基位点修修饰类饰类型型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色染色质浓缩质浓缩H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙乙酰酰化化激活激活H3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙乙酰酰化化防止防止Lys-9的甲基化的甲基化H3Lys-79甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默H4Arg-3甲基化甲基化H4Lys-5乙乙酰酰化化装配装配H4Lys-12乙乙酰酰化化装配装配H4Lys-16乙乙酰酰化化核小体装配核小体装配H4Lys-16乙乙酰酰化化Fly X激活激活组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响 目录目录Chromatin remodeling目录目录Figure 18-4Condensed chromatinDecondensed chromatinAcetyl group on histone目录目录（三三）CpG岛岛甲基化水平降低甲基化水平降低CpG岛岛（CpG island)：甲甲基基化化胞胞嘧嘧啶啶在在基基因因组组中中并并不不是是均均匀匀分分布布，有有些些成成簇簇的的非非甲甲基基化化CG存存在在于于整整个个基基因因组组中中，人人们们将将这这些些GC含含量量可可达达60%，长长度度为为300-3000bp的区段成为的区段成为CpG岛。岛。表表观观遗遗传传（epigenetic inheritance)：染染色色质质结结构构对对基基因因表表达达的的影影响响可可以以遗遗传传给给子子代代细细胞胞，其其机机制制是是细细胞胞内内存存在在着着具具有有维维持持甲甲基基化化作作用用的的DNA甲甲基基转转移移酶酶，可可以以在在DNA复复制制后后，依依照照亲亲本本DNA链链的的甲甲基基化化位位置置催化子链催化子链DNA在相同位置上发生甲基化在相同位置上发生甲基化目录目录DNA MethylationnDNA methylation,the addition of methyl groups to certain bases in DNA,is associated with reduced transcription in some speciesnDNA methylation can cause long-term inactivation of genes in cellular differentiation目录目录Epigenetic InheritancenAlthough the chromatin modifications just discussed do not alter DNA sequence,they may be passed to future generations of cellsnThe inheritance of traits transmitted by mechanisms not directly involving the nucleotide sequence is called epigenetic inheritance 目录目录三、基因组中的顺式作用元件是转录起三、基因组中的顺式作用元件是转录起始的关键调节部位始的关键调节部位順式作用元件順式作用元件 指可影响自身基因表达活性的指可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列目录目录 Sequence:TATAAAALocation:-25 -30 bpFunction:It is the binding site for TFII D,which is required for RNA polymerase binding.It controls the veracity and frequency of transcriptional initiation.TATA box目录目录nSequence:GCCAATnLocation:-70 bpnFunction:It is the binding site for CTF1(CAAT-binding transcription factor1)and C/EBP(enhancer binding protein).CAAT box目录目录 Sequence:GGGCGGLocation:-30 -110 bpFunction:It is the binding site for a protein called