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1、大学生物遗传学：第十三章基因表达调控2(二)、特点具有时空性1时间特异性（阶段特异性）定义：指某一特定基因的表达严格按特定时间顺序发生。e.g:不同时间、阶段表达多少不同感染、发育（早期表达多）2空间特异性（细胞,组织特异性）定义：指某一基因的表达按不同组织空间顺序发生。e.g:不同组织、细胞表达产物多少不同（三）、（三）、方式方式基本表达基本表达对刺激反应对刺激反应小小适应性表达适应性表达（诱导诱导或或阻遏阻遏）对刺激反应对刺激反应大大1基本表达（组成性基因表达）基本表达（组成性基因表达）a.定义：定义：不易受不易受环境变化环境变化影响影响的基因表达。的基因表达。即即管家基因管家基因表达表达
2、管家基因：管家基因：在机体在机体所有所有细胞中细胞中持续持续表达的基因表达的基因;表达产物是整个生命过程中都表达产物是整个生命过程中都持续需要持续需要的。的。即进行基本表达的基因。即进行基本表达的基因。b.影响因素：影响因素：启动序列启动序列启动子与启动子与RNA-pol相互作用相互作用c.意义：意义：维持生命维持生命的基本途径。的基本途径。2适应性表达适应性表达定义：定义：易易受环境变化受环境变化影响影响的基因表达。的基因表达。形式：形式：诱导：受环境条件变化基因表达诱导：受环境条件变化基因表达增强增强的现象。的现象。阻遏：受环境条件变化基因表达阻遏：受环境条件变化基因表达减弱减弱的现象。的
3、现象。影响因素：影响因素：启动序列启动序列启动子与启动子与RNA-pol相互作用相互作用其他机制其他机制(含对特定刺激的反应元件含对特定刺激的反应元件)意义：意义：适应环境适应环境的基本途径。的基本途径。3.协调表达：在基本和适应性表达中，协调表达：在基本和适应性表达中，功能相关功能相关的的基因表达基因表达协调一致协调一致。二、基因表达调控（共性）二、基因表达调控（共性）（一）、意义1.适应环境、维持生长和增殖(原核)。2适应环境、维持个体发育与分化(真核)。(二)、调控点多级性(信息传第的任何环节)：基因激活转录起始（基本点）转录后加工翻译翻译后加工（三）、（三）、基本要素基本要素（e.g:
4、转录激活）转录激活）特异特异DNA序列序列调节蛋白调节蛋白DNA与调节蛋白结合方式与调节蛋白结合方式RNA聚合酶聚合酶1.1.特异特异DNADNA序列（调节功能）序列（调节功能） （1 1）. .原核生物原核生物 操纵子操纵子 a. a.定义定义：原核原核基因的基因的转录单位转录单位，由功能相关的，由功能相关的 一组一组结构基因结构基因及其上游的调节序列及其上游的调节序列( (启动启动 子子. .操纵操纵序列和序列和其它其它调节序列调节序列) )组成。组成。 b. b. 结构结构、作用：、作用： 编码编码序列序列 转录的转录的mRNAmRNA为为多顺反子多顺反子 （结构基因）（结构基因） 启动
5、启动序序列列 RNA-polRNA-pol识别、结合部位识别、结合部位 操纵操纵序序列列 阻遏蛋白阻遏蛋白结合部位，控制结合部位，控制 转录的转录的开关开关, ,负负调节调节 其它其它调节序列调节序列 激活蛋白激活蛋白结合部位结合部位, ,正正 调节调节（2）、真核生物）、真核生物顺式作用元件顺式作用元件a.定义：是指定义：是指真核真核生物生物DNA分子中参与基因分子中参与基因转转录调控录调控的特异的特异DNA序列序列。b.成分和功能：成分和功能：启动子启动子RNA-pol识别、结合的部位识别、结合的部位增强子增强子决定决定基因表达基因表达时空性时空性，增强增强启动启动子作用。子作用。正正调节
6、调节沉默子沉默子抑制抑制基因转录基因转录.负负调节调节增强子增强子：是指能是指能决定决定基因表达基因表达时空性时空性，增增强强启动子活性的特异启动子活性的特异DNA序列。序列。其作用方式与方向、距离无关。其作用方式与方向、距离无关。沉默子沉默子：是指能是指能抑制抑制基因基因转录转录的特异的特异DNA序列。序列。2.调节蛋白调节蛋白(1).原核生物原核生物分类分类特异因子特异因子决定决定RNA-pol对对启动子启动子（因子）因子）的结合、识别能力。的结合、识别能力。阻遏蛋白阻遏蛋白结合结合操纵序列操纵序列，阻遏阻遏转录（转录（负负性调节）。性调节）。激活蛋白激活蛋白结合结合其他其他调节序列，调节
7、序列，促进促进转录（转录（正正性调节）。性调节）。(2).真核真核生物生物反式作用因子反式作用因子（主）（主）结合调节结合调节另一另一基因基因顺式作用因子顺式作用因子结合调节结合调节自身自身基因基因 反式作用因子反式作用因子 a. a. 定义定义：结合：结合另一另一基因的顺式作用元件，基因的顺式作用元件， 并并激活激活该基因转录的该基因转录的蛋白质蛋白质。 b.b.分类：分类： 基本转录因子基本转录因子：是作用于：是作用于启动子启动子， 维持基因维持基因基础转录基础转录 （即转录成（即转录成 mRNA.tRNA.rRNA mRNA.tRNA.rRNA） 包括：包括：TFITFI、TFIITFI
8、I、TFIIITFIII。 特异转录因子特异转录因子：作用于：作用于增强子增强子和和沉默子沉默子， 为为个别基因个别基因转录所必需，转录所必需， 决定该基因表达的决定该基因表达的时空性时空性 包括包括 转录转录激活激活因子因子 增强子增强子 转录转录抑制抑制因子因子 沉默子沉默子 c.c.结构结构 DNA DNA结合域结合域 识别、识别、结合结合特特 锌指锌指结构结构（主）（主） 异异DNADNA顺式元件顺式元件 碱性碱性- -亮氨酸亮氨酸拉链拉链 碱性碱性螺旋螺旋- -环环- -螺旋螺旋 转录激活域转录激活域 调节调节基因基因 酸性酸性-螺旋结构域螺旋结构域 转录转录效率效率 富含富含Gln
9、Gln结构域结构域 富含富含ProPro结构域结构域 二聚化结构域二聚化结构域 与与DNADNA结构域结构域 结构结构有关有关3调节蛋白与调节蛋白与DNA结合方式结合方式直接直接（DNA-蛋白质蛋白质相互作用相互作用,多指反式作用）：多指反式作用）：调节调节蛋白直接蛋白直接识识别、别、结合结合特异特异DNA序列序列。反式作用。反式作用间接间接（主主）（蛋白蛋白-蛋白蛋白-DNA相互作用）：相互作用）：调节蛋白调节蛋白先形成蛋白聚体先形成蛋白聚体（二聚（二聚体为体为主主），蛋白聚体），蛋白聚体再结合再结合特特异异DNA序列。序列。4RNA聚合酶聚合酶RNA-pol活性活性最终体现最终体现转录调节
10、情况。转录调节情况。影响因素：启动子影响因素：启动子调节蛋白调节蛋白a.启动子：影响启动子：影响DNA与与RNA-pol的的亲和力亲和力，进而影响转录进而影响转录频率频率。原核原核RNA-pol()直接直接结合启动子，结合启动子，共有序列共有序列与转录活性成与转录活性成正比正比。真核真核先先形成形成调节因子调节因子-RNA-pol复合物复合物，后后才与启动子结合。才与启动子结合。b.调节蛋白：调节蛋白与调节蛋白：调节蛋白与DNA序列结合，影响序列结合，影响RNA-pol活性活性。阻遏阻遏蛋白蛋白抑制抑制RNA-pol正调节正调节蛋白蛋白促进促进RNA-pol第二节第二节原核基因转录调节原核基因
11、转录调节多级多级调控，最关键点是调控，最关键点是转录起始转录起始E.g:转录起始转录起始一、一、调节特点调节特点 1 1因子决定因子决定RNA-polRNA-pol识别识别特异性特异性 2 2操纵子模式操纵子模式具有具有普遍普遍性性 3 3阻遏调节阻遏调节具有具有普遍普遍性（性（负性负性调节占调节占主导主导）二、二、调节机制调节机制方式方式底物对酶的诱导底物对酶的诱导其它调节机制其它调节机制（一）底物对酶的诱导（一）底物对酶的诱导(e.g:乳糖操纵子乳糖操纵子lacoperon)1乳糖操纵子乳糖操纵子结构结构调节区调节区启动子（启动子（P序列）序列）结合结合RNA-pol操纵基因（操纵基因（O
12、序列）序列）结合结合阻遏蛋白阻遏蛋白调节序列（调节序列（R序列）序列）结合结合CAP信息区信息区lacZ编码半乳糖苷酶编码半乳糖苷酶(结构基因结构基因)lacY编码半乳糖苷通透酶编码半乳糖苷通透酶lacA编码已酰基转移酶编码已酰基转移酶2调节方式负性调节协调调节正性调节（1）负性调节(阻遏蛋白控制）图乳糖无：阻遏蛋白结合操纵序列，抑制转录。有：阻遏蛋白结合乳糖，不能结合操纵序列，转录开启。（去阻遏）（2）正性调节（CAP控制）图葡萄糖无：CAP活化（活化形式为CAP-cAMP），结合调节序列，促转录。有：CAP失活（cAMP少），不能结合调节序列，抑制转录。（3）协调调节：定义：负性调节和正性
13、调节相互协调。目的：适应环境（根据环境碳源，进行不同代谢）。机制:一种调节方式有某种调节意向时，另一种方式即会作出相应的支持。E.g:分解代谢阻遏图葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用a.葡萄糖与半乳糖并成时，细菌首选利用葡萄糖；cAMP，不能合成cAMP-CAP，CAP不能结合调节序列，抑制转录。b.此时、即使阻遏蛋白从操纵序列上脱落，也不能转录。阻遏蛋白(脱落）负调节支持CAP负调节负性调节占主导（二）其它调节机制1转录衰减产物对酶的抑制。机制：e.g:E.coliTrp操纵子Trp多，Trp阻遏蛋白复合物结合O序列，阻断转录。图转录衰减前导肽诱导形成衰减子（发夹结构）阻断转录。图2基因重组引起
14、变异，逃避宿主免疫监视。3SOS反应产生修复蛋白，急救修复损伤DNA。第三节第三节真核基因转录调节真核基因转录调节多级多级性（较原核性（较原核复杂复杂），），核心途径：核心途径：环境信号传导环境信号传导染色体活化染色体活化基因转录激活基因转录激活本节讲本节讲mRNA转录激活（转录起始）转录激活（转录起始）一、一、真核基因组特点真核基因组特点1基因组庞大，且结构复杂。基因组：一个细胞所携带的全部遗传信息或整套基因。人:3109bp编码基因6、重复基因510、无遗传学功能基因无遗传学功能基因80-90。2单顺反子3重复序列多多拷贝序列高度重复序列（106次）tRNA.中度重复序列（103104次）
15、rRNA单拷贝序列重复一次或几次结构基因4是断裂基因二、二、调节特点调节特点 ( (区别原核区别原核) )1 1所需所需RNA-polRNA-pol多多，TFTF不同。不同。2 2活性染色体活性染色体结构变化结构变化, , 利于转录。利于转录。 活化后结构性质变化：活化后结构性质变化： 对核酸酶极度对核酸酶极度敏感敏感。 DNA DNA拓扑结构改变（负性拓扑结构改变（负性 正正性超螺旋）性超螺旋） DNADNA碱基修饰变化（碱基修饰变化（55侧翼侧翼甲基化甲基化） 组组蛋蛋白白变变化化（量量与与稳稳定定性性下下降降、巯巯基基暴暴露露） 3 3正正性调节占性调节占主主导。导。4 4转录与翻译转录
16、与翻译分隔分隔进行。进行。5 5转录后加工修饰转录后加工修饰复杂复杂。6. 6. 调节目的主要是维持个体调节目的主要是维持个体发育发育与与分化分化。（三）调节机制（不清）复杂、多样。DNA元件和TF不同，调节方式与效果不同。基本转录因子协助RNA-pol与启动子结合,形成PIC。特异转录因子(TAF,EBP)决定组织特异性转录。转录起始过程：转录起始激活过程转录起始激活过程：TFIID(含含TBP)识别识别TATA盒盒TAFTFIID-启动子复合物启动子复合物RNA-polTFIIA-FPIC(不稳定，不能有效启动不稳定，不能有效启动mRNA转录转录)EBP(增强子结合因子增强子结合因子)转录
17、起始复合物（稳定，此时转录起始复合物（稳定，此时RNA-polII才有才有活性，启动转录。但其组织活性，启动转录。但其组织特异性由特异性由TAF和和EBP共同决共同决定。）定。）操纵子操纵子(operon)：通常由通常由2个以上个以上的编码序的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列节序列在基因组中成簇串联，组成一个转录单在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。位。1)启动序列启动序列（启动子）：（启动子）：是是RNA聚合聚合酶结合并启动转录的特异酶结合并启动转录的特异DNA序列。序列。2)操纵序列操纵序列（operator）：）：是是阻遏蛋白阻遏蛋白的结合位
18、点的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚聚合酶不能沿合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。向前移动，阻碍转录。TF （一）（一）乳糖操纵子乳糖操纵子的结构的结构R （二）（二）阻遏阻遏蛋白的负性调节蛋白的负性调节没有乳糖存在时没有乳糖存在时 有乳糖存在时有乳糖存在时 （三）（三）CAPCAP的正性调节的正性调节 （四）（四）协调协调调节调节 （）（）.转录衰减转录衰减转录衰减转录衰减（attenuation）：）：是指转录可正常起动，但在转录进入是指转录可正常起动，但在转录进入第一个结
19、构基因前第一个结构基因前即突然停止的过程。即突然停止的过程。由于这一终止作用并由于这一终止作用并不不能使正在进行的能使正在进行的结构基因转录中途停止，而仅是结构基因转录中途停止，而仅是部分部分中中途停止转录，所以称为途停止转录，所以称为转录衰减转录衰减。衰减子衰减子（attenuator）：）：操纵子操纵子前导区前导区内类似于终止子结构内类似于终止子结构的一段的一段DNA序列序列，称为衰减子。其作用，称为衰减子。其作用是是减弱减弱操纵子的转录。操纵子的转录。 转录衰减机制转录衰减机制： 实质上是实质上是转录转录与一个前导肽与一个前导肽翻译翻译过程的过程的偶联偶联。当色氨酸浓度高时：当色氨酸浓度
20、高时： 当色氨酸浓度低时：当色氨酸浓度低时： （二）基因重组（二）基因重组沙门菌鞭毛素基因的调节沙门菌鞭毛素基因的调节 （三）（三）SOSSOS反应反应 2. 2. 转录调节因子结构转录调节因子结构 DNADNA结合域结合域 转录激活域转录激活域 蛋白质蛋白质结合域（二聚化结构域）蛋白质蛋白质结合域（二聚化结构域）常见的常见的DNA结合域：结合域：锌指（锌指（zincfinger）亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（leucinezipper） 螺旋环螺旋（螺旋环螺旋（helix-loop-helix）总结：基因表达调控基因表达：定义特点方式调控的共性：意义调节点基本要素原核的调控（主）：特点机制（乳糖操
21、纵子学说）真核的调控：基因组特点调控特点第十三章第十三章基因表达调控基因表达调控第一节第一节基因表达调控基本概念与原理基因表达调控基本概念与原理一、基因表达定义一、基因表达定义基因转录或转录与翻译的过程。基因转录或转录与翻译的过程。基因组：一个细胞或病毒所携带的全部遗传基因组：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因信息或整套基因二、基因表达二、基因表达特点特点具有时间特异性和空间特异性具有时间特异性和空间特异性三、基因表达三、基因表达方式方式基本表达基本表达和适应性表达（诱导和适应性表达（诱导或阻遏）或阻遏）四、基因表达调控意义四、基因表达调控意义适应环境、适应环境、维持生长和增维持生长
22、和增殖殖、维持个体发育与分化维持个体发育与分化第二节第二节基因表达调控基本原理基因表达调控基本原理一、调控点多、转录起始为基本点二、二、基因表达调控基因表达调控转录激活基本要素：转录激活基本要素：特异特异DNA序列、调节蛋白、序列、调节蛋白、RNA聚合酶聚合酶、即其间的作、即其间的作用方式用方式第三节第三节原核基因转录调节原核基因转录调节一、特点一、特点 因子决定因子决定RNA-polRNA-pol识别特异性、识别特异性、操纵子模式具有普遍性操纵子模式具有普遍性 、负性调节占主导。、负性调节占主导。二、乳糖操纵子二、乳糖操纵子调节序列（调节序列（R序列序列+O序列序列+P序列）序列）+结构基因
23、结构基因+终止子终止子三、乳糖操纵子三、乳糖操纵子调节机制调节机制阻遏蛋白结合操纵序列、阻遏蛋白结合操纵序列、负性调节负性调节、抑制转录；、抑制转录；CAP结合结合R序列、正性调节序列、正性调节、诱导转录；正性调节与负性调节诱导转录；正性调节与负性调节相互协调、负性调节相互协调、负性调节占主导。占主导。四、其它调节机制四、其它调节机制转录衰减、基因重组转录衰减、基因重组、SOS反应反应第四节第四节真核基因转录调节真核基因转录调节一一、真真核核基基因因组组结结构构特特点点基基因因组组结结构构庞庞大大、单单顺顺反反子、重复序列多、是断裂基因。子、重复序列多、是断裂基因。二二、真真核核基基因因表表达达调调控控特特点点TFTF 协协助助RNA-polRNA-pol识识别别DNADNA序序列列、活活性性染染色色体体结结构构发发生生变变化化 、正正性性调调节节占占主主导导、转转录录与与翻翻译译分分隔隔进进行行、转转录录后后加加工工修饰修饰复杂复杂。谢谢！
