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1、第十三章基因结构与基因表达调控基因结构与基因表达调控 Gene Structure and Expression 生化教研室：牛永东生化教研室：牛永东第一节第一节基因与人类基因组计划基因与人类基因组计划Gene and Human genome project, HGPGene and Human genome project, HGP一、基因组及表达的概念一、基因组及表达的概念* * 基因组基因组(genome)(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。整套基因。基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学基因经过转录、翻译，产生具有特异生物
2、学功能的蛋白质分子的过程。功能的蛋白质分子的过程。* * 基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)基因表达是受调控的基因表达是受调控的基因组学基因组学 Genomics基因组学概念基因组学概念基因组学基因组学( (genomicsgenomics) )就是发展和应用就是发展和应用DNADNA制图、测序新技术以及制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。组结构及功能。基因组学包括：基因组学包括：结构基因组学结构基因组学(structural genomics) (structu
3、ral genomics) 功能基因组学功能基因组学(functional genomics)(functional genomics)比较基因组学比较基因组学(comparative genomics) (comparative genomics) * *结构基因组学结构基因组学结结构构基基因因组组学学(structural (structural genomics)genomics)是是通通过过HGPHGP的实施来完成的。的实施来完成的。HGPHGP的的内内容容就就是是制制作作高高分分辨辨率率的的人人类类遗遗传传图图和和物物理理图图，最最终终完完成成人人类类和和其其它它重重要要模模式式生生
4、物物全全部部基基因因组组DNADNA序序列列测测定定，因因此此HGPHGP属属于于结结构构基基因因组学范畴。组学范畴。（一）物理制图（一）物理制图 （二）遗传制图（二）遗传制图 （三）基因组（三）基因组DNADNA序列测定序列测定 （四）创建计算机分析管理系统（四）创建计算机分析管理系统 HGPHGP包括：包括：HGPHGP主要任务及内容主要任务及内容通过通过HGPHGP获得的广泛基因组信息组成了结构基获得的广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传病
5、提供病提供“平台平台”，并将成为复杂的多基因遗传，并将成为复杂的多基因遗传病研究的发端病研究的发端* *功能基因组学功能基因组学完成一个生物体全部基因组测序后即进入完成一个生物体全部基因组测序后即进入后基因组测序阶段后基因组测序阶段详尽分析序列，描详尽分析序列，描述基因组所有基因的功能，包括研究基因述基因组所有基因的功能，包括研究基因的表达及其调控模式，这就是功能基因组的表达及其调控模式，这就是功能基因组学（学（functional genomicsfunctional genomics）（一）鉴定（一）鉴定DNADNA序列中的基因序列中的基因（二）同源搜索设计基因功能（二）同源搜索设计基因功
6、能 （三）实验性设计基因功能（三）实验性设计基因功能 （四）描述基因表达模式（四）描述基因表达模式 主要具体内容包括以下方面主要具体内容包括以下方面 功能基因组学研究策略及主要内容功能基因组学研究策略及主要内容* *比较基因组学比较基因组学比较基因组学比较基因组学(comparative genomics)(comparative genomics)涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的功能和进化关系。理解每个基因组的功能和进化关系。 二二. .基因组学与医学关系基因组学与医学关系The Relation between Genomics
7、and Medicine* *基因病的概念基因病的概念以基因组学为基础，从疾病和健康的角以基因组学为基础，从疾病和健康的角度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因相关，故有相关，故有“基因病基因病”概念产生。根据这一概念产生。根据这一概念，人类疾病大致分为三类：概念，人类疾病大致分为三类：（一）单基因病（一）单基因病 （二）多基因病（二）多基因病 （三）获得性基因病（三）获得性基因病 * *疾病相关基因的鉴定疾病相关基因的鉴定（一）检测人类基因变异或突变（一）检测人类基因变异或突变 （二）疾病时基因组差异表达分析（二）疾病时基因组差异表达分析 （三）染色体制
8、图定位及疾病相关基因克隆（三）染色体制图定位及疾病相关基因克隆 寡核苷酸杂交分析寡核苷酸杂交分析SNPSNP和等位基因特异和等位基因特异寡核苷酸杂交寡核苷酸杂交 DNADNA芯片检测的差异表达谱芯片检测的差异表达谱* *基因组学与肿瘤病因学基因组学与肿瘤病因学* *基因组学与流行病病因学基因组学与流行病病因学* *基因组学与医学伦理、法律和社会问题基因组学与医学伦理、法律和社会问题三、基因表达的时间性及空间性三、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，
9、称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specificity)(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特异性段特异性(stage specificity)(stage specificity)。（二）空间特异性（二）空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell (cell or tissue speci
10、ficity)or tissue specificity)在在个个体体生生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity)四、基因表达的方式四、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性表达（一）组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeepin
11、g (housekeeping gene)gene)无无论论表表达达水水平平高高低低，管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，或或变变化化很很小小。区区别别于于其其他他基基因因，这这类类基基因因表表达达被被视视为为组组成成性性基基因表达因表达(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的基基因因被被激激活活
12、，基基因因表表达达产产物物增增加加，这这种种基基因因称称为为可可诱诱导导基因。基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过过程程，称为称为诱导诱导(induction)(induction)。 如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物物水水平平降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏(repression)(repression)五、基因表达调控的生物学意义五、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化（二）
13、维持个体发育与分化一、基因表达的多级调控一、基因表达的多级调控（一）（一）DNADNA水平水平基因丢失；基因丢失；基因扩增基因扩增基因重排；基因重排； 甲基化修饰甲基化修饰染色质的结构状态染色质的结构状态（二）（二）RNARNA水平水平转录水平调控转录水平调控RNARNA的转录后加工的转录后加工mRNAmRNA从核内向胞浆转运从核内向胞浆转运mRNAmRNA稳定性稳定性（三）（三）蛋白质水平蛋白质水平翻译过程翻译过程翻译后加工翻译后加工蛋白质的稳定性蛋白质的稳定性基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理二、基因转录激活调节基本要素二、基因转录激活调节基本要素1. 1. 特异的特异的DNAD
14、NA序列序列2. 2. 调节蛋白调节蛋白3.DNA-3.DNA-蛋白质，蛋白质蛋白质，蛋白质- -蛋白质相互作用蛋白质相互作用4.RNA4.RNA聚合酶聚合酶如启动序列，操纵序列，如启动序列，操纵序列，PribnowPribnow盒，盒，GCGC序列等序列等如阻遏蛋白，激活蛋白，如阻遏蛋白，激活蛋白，CAPCAP，转录因子等，转录因子等改变改变DNADNA的结构和的结构和RNARNA聚合酶的功能聚合酶的功能原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon)(operon) 机制机制特异特异DNADNA序列序列编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其
15、他调节序列(promoter)(promoter)(operator)(operator)是是RNARNA聚合酶结合并启动转录聚合酶结合并启动转录的特异的特异DNADNA序列。序列。1) 1) 启动序列启动序列RNARNA转录起始转录起始-35-35区区-10-10区区TTGACATTGACATTAACTTTAACTTTTACATTTACATATGATTATGATTTTACATTTACATATGTTTATGTTTTGATATTGATATATAATTATAATCTGACGCTGACGTACTGTTACTGTN N1717N N1616N N1717N N1616N N1616N N7 7N N7
16、 7N N6 6N N7 7N N6 6A AA AA AA AA Atrptrp tRNA tRNATyrTyrlaclacrecrecA AAra Ara BADBAD TTGACA TTGACA TATAAT TATAAT共有序列共有序列共共有有序序列列(consensus (consensus sequence)sequence) 决决定定启启动序列的转录活性大小动序列的转录活性大小某某些些特特异异因因子子（蛋蛋白白质质）决决定定RNARNA聚聚合合酶酶对对一一个个或或一一套套启启动动序序列列的的特特异异性性识识别别和和结结合合能力能力2 2 操纵序列操纵序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(rep
17、ressor)(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNARNA聚聚合合酶酶不能沿不能沿DNADNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白3) 3) 其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白例如例如激激活活蛋蛋白白(activator)(activator)可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNADNA序序列列，促促进进RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结合，增强
18、结合，增强RNARNA聚合酶活性聚合酶活性真核生物真核生物1) 1) 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting element)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列B BA ADNADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列 ，如如TATATATA盒盒、CAATCAAT盒盒等等，这这些些共共有有序序列列是是RNARNA聚聚合合酶酶或或特特异异转转录录因因子子的的结结合合位点位点 2) 2) 真核基因的调节蛋白真核基因的调节
19、蛋白还还有有蛋蛋白白质质因因子子可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺式作用顺式作用由由某某一一基基因因表表达达产产生生的的蛋蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting (trans-acting factor)factor) 这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用c cDNADNAa aDNADNA反式调节反式调节C C顺式调节顺式调节 mRNA mRNA C C蛋白质
20、蛋白质C CB BA A mRNA mRNA蛋白质蛋白质A AA A指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合。通通常常是是非非共共价价结结合合，被被识识别别的的DNADNA结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全全对称结构对称结构绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNADNA前前，需需通通过过蛋蛋 白白 质质 - -蛋蛋 白白 质质 相相 互互 作作 用用 ， 形形 成成 二二 聚聚 体体(dimer(dimer) )或或多聚体多聚体(polymer)(polymer)2. 2. DNA - DNA - 蛋白
21、质蛋白质蛋白质蛋白质- -蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用3. 3. RNARNA聚合酶聚合酶 原核启动序列原核启动序列/ /真核启动子与真核启动子与RNARNA聚合酶活聚合酶活性性 RNARNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。聚合酶与其的亲和力，影响转录。 调节蛋白与调节蛋白与RNARNA聚合酶活性聚合酶活性一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号刺刺激激下下表表达达，然然后后通通过过DNA-DNA-蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质- -蛋蛋白白质质相相互互作用影响作用影响RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。基因表达的调控方式基因表达的调控方式: : 阻遏阻遏负调控负调控: :调
22、控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 ( (相应蛋白质相应蛋白质降低降低) ) 促进促进正调控正调控: :调控蛋白调控蛋白+DNA+DNA序列序列 基因的表达基因的表达 ( (相应蛋白质相应蛋白质增加增加) )第一节第一节 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控方式方式特点特点调控机制调控机制 - -操纵子操纵子正调控正调控负调控负调控转录翻译偶联转录翻译偶联快速快速乳糖操纵子乳糖操纵子 - -负、正调控负、正调控 转录转录起始起始的调控的调控 色氨酸操纵子色氨酸操纵子-负调控负调控 转录转录起始、起始、终止终止的调控的调控一、乳糖操纵子一、乳糖操纵子(lacto
23、se operon)(lactose operon)操纵子（操纵子（operonoperon）：原核生物原核生物中几个功能相关的结构基因成簇中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位串联排列组成的一个基因表达的协同单位（DNADNA序列）序列）. .一个操纵子一个操纵子 = =编码序列（编码序列（2-62-6） + +启动序列启动序列+ +操纵序列操纵序列+(+(其他调节序列其他调节序列) )乳糖操纵子的发现：乳糖操纵子的发现：细菌以细菌以葡萄糖葡萄糖为能量来源为能量来源葡萄糖充分时：葡萄糖充分时： 与与葡萄糖代谢葡萄糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-表达表达 与与其他糖代
24、谢其他糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-关闭关闭葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）：葡萄糖耗尽时，乳糖存在（培养基）： 与与乳糖代谢乳糖代谢有关的酶基因有关的酶基因 - -表达表达 与与葡萄糖代谢葡萄糖代谢有关的酶基因有关的酶基因-关闭关闭（一）乳糖操纵子（一）乳糖操纵子（lactose opronlactose opron） 结构结构IPOZYA调控基因 控制位点 结构基因DNA阻遏蛋白启动序列cAMP-CAP结合位点操纵序列半乳糖苷酶通透酶乙酰基转移酶RNA聚合酶结合位点 细菌代谢酶的诱导葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖细菌合成代谢葡萄糖葡萄糖的酶类细菌合成代谢乳糖乳糖的酶类 细菌对乳糖的利用及其相关的细
25、菌对乳糖的利用及其相关的酶酶: 乳糖乳糖 (在通透酶作用下进入细菌）在通透酶作用下进入细菌） 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 （细菌中少量存在）（细菌中少量存在） 别位乳糖别位乳糖 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 （细菌中少量存在）（细菌中少量存在） 葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖 半半乳乳糖糖苷苷酶酶 （细细菌菌中中少少量量存存在在）转乙酰基酶转乙酰基酶-功能未详功能未详（二）Lac阻遏物的作用-负调控Lac阻遏物结构特点调控机制 （负调控）由基因I编码生成的蛋白质具有四级结构的蛋白质具有4个相同亚基每个亚基中都有一与诱导剂结合的位点Lac阻遏物与O基因结合： 结构基因关闭Lac阻遏物与诱导剂结合： 不与O基因结合
26、，结构基因开放 RNA聚合酶结合，转录开始生理性诱导剂实验常用诱导剂l别位乳糖l异丙基硫代半乳糖（IPTG）lLac操纵子诱导剂mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白I IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppolpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二）阻遏蛋白的负性调节（二）阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因与操纵序列结合，RNA 聚合酶则不起作用，不转录mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时I IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppolpol启动转录启动转录mRNAmRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，
27、无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP浓度低时浓度低时（三）（三）cAMP-CAPcAMP-CAP的正性调节的正性调节Z ZY YA AO OP PDNADNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP葡萄糖存在时：葡萄糖存在时：优先利用葡萄糖作为能源。优先利用葡萄糖作为能源。与与阻遏蛋白阻遏蛋白的存在有关的存在有关 - -乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控与与cAMPcAMP有关：有关： 葡萄糖葡萄糖 cAMP cAMP Lac Lac操纵子（操纵子（- -）只有乳糖存在时：只有乳糖存在时：只能利用乳糖只能利用乳糖解除解
28、除阻遏蛋白阻遏蛋白的作用的作用CAP-cAMPCAP-cAMP复合物的激活作用复合物的激活作用 CAP+cAMP CAP+cAMP 乳糖操纵子乳糖操纵子 导致结构基因转录导致结构基因转录( (正调控正调控) )vcAMPcAMP 在原核生物中的作用在原核生物中的作用 （饥饿信号）（饥饿信号）vCAP(CAP(分解物基因激活物蛋白分解物基因激活物蛋白):):有二个相同亚基的蛋白质有二个相同亚基的蛋白质一个与一个与DNADNA结合的结合的domaindomain 一个与一个与cAMPcAMP结合的结合的domain domain 原核生物基因表达的一般情况 （乳糖操纵子）环境条件的变化是相关基因表
29、达的外界信号基因表达 的负调控基因表达 的正调控正、负调控协同表达葡萄糖、乳糖浓度的变化Lac阻遏物与操纵基因cAMP+CAP与相应的DNA序列第第 三三 节节 真核基因转录调节真核基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大（一）真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNADNA 约约 3 10 3 10 9 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 30000 30000 个个rDNArDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5% 5% 10% 10%（二）
30、单顺反子（二）单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)(monocistron) 即即一一个个编编码码基基因因转转录录生生成成一一个个mRNAmRNA分分子，经翻译生成一条多肽链子，经翻译生成一条多肽链（三）重复序列（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（10106 6 次）次）中度重复序列（中度重复序列（10103 310104 4次）次）多拷贝序列多拷贝序列（四）基因不连续性（四）基因不连续性二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点（一）（一）RNARNA聚合酶聚合酶（二）（二）核心途径(活性染色体结构变化活性染色体结构变
31、化)：环境信号转导 染色质活化 转录的激活1. 1. 对核酸酶敏感对核酸酶敏感活活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点，位位于于调调节节蛋蛋白结合位点附近白结合位点附近2. DNA2. DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNADNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向3. DNA3. DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真核真核DNADNA约有约有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。4. 4. 组蛋白变化组蛋白变化 富含富含
32、LysLys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 H2A, H2B H2A, H2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰组蛋白修饰 H3 H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露（三）正性调节占主导（三）正性调节占主导（四）转录与翻译分隔进行（四）转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工（五）转录后修饰、加工（一）（一） 顺式作用元件顺式作用元件真核生物真核生物DNADNA序列序列和被转录的结构基因距离较近和被转录的结构基因距离较近包括：启动子（启动子上游近侧序列）包括：启动子（启动子上游近侧序列） 增强子增强子和转录调控有关和转录调控有关( (可影响自身编码基因表达活性可影响自身编码基因表达活性
33、) )三、真核基因转录激活调节三、真核基因转录激活调节1. 启动子和启动子上游近侧序列是RNA聚合酶结合位点周围的DNA序列位于转录起始点的上游按其对RNA聚合酶的影响分为两类:v位于较上游的元件，强烈影响转录起始 CAAT box ，GC boxv离转录点较近，起转录起始调控作用 TATA box真真核核基基因因启启动动子子是是RNARNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件，至至少少包包括括一一个个转转录录起起始始点点以以及及一个以上的一个以上的功能组件功能组件2.2.增强子增强子一类能增强真核生物启动子功能的顺式作用一类能增强真核生物启动子功能的顺式作
34、用元件元件（DNADNA序列）序列）增强子、启动子交错覆盖增强子、启动子交错覆盖/ /连续连续v没有增强子没有增强子 启动子不表现活性启动子不表现活性v没有启动子没有启动子 增强子无法发挥作用增强子无法发挥作用增强子作用不受序列方向的制约增强子作用不受序列方向的制约有组织特异性有组织特异性3. 3. 反应元件反应元件真核细胞处于某一特定环境时真核细胞处于某一特定环境时 有反应的基因具有相同的顺式作用元件有反应的基因具有相同的顺式作用元件 这这一类一类顺式作用元件顺式作用元件-反应元件反应元件（DNADNA序列）序列） 特点：（）具较短的保守序列特点：（）具较短的保守序列（）与转录起始点的距离不
35、固定（）与转录起始点的距离不固定（）可位于启动子或增强子内（）可位于启动子或增强子内举例：激素反应元件（举例：激素反应元件（HREHRE）当糖皮质激素当糖皮质激素作用时作用时, ,真核真核细胞中有反应细胞中有反应的基因具有此的基因具有此类顺式作用元类顺式作用元件件（二）反式作用因子（二）反式作用因子（转录因子（转录因子 transcription factor transcription factor）一类一类在在真核细胞核真核细胞核中发挥作用的中发挥作用的蛋白质因子蛋白质因子 反式作用因子反式作用因子 识别识别/ /结合结合 顺式作用元件中的靶序列顺式作用元件中的靶序列 启动转录启动转录v例
36、：转录因子例：转录因子TFD TFD 识别结合识别结合 TATA box TATA box 转录因子转录因子 SP1 SP1 识别结合识别结合 GC box GC box 转录因子转录因子 CTF1 CTF1 识别结合识别结合 CCAATbox CCAATbox（二）反式作用因子（二）反式作用因子 1. 1. 转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）* * 基本转录因子基本转录因子(general transcription (general transcription factors)factors)是是RNARNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组
37、蛋蛋白白因因子子，决决定定三三种种RNA(mRNARNA(mRNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)转转录录的的类别类别* * 特异转录因子特异转录因子(special transcription (special transcription factors)factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子反式因子有两个必需的结构域DNA 结合结构域：与顺式元件识别、结合转录激活结构域：与RNA聚合酶结合蛋白质蛋白质 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激
38、活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域l反式作用因子（反式作用因子（DNADNA结合域）结构模式结合域）结构模式 -蛋白质蛋白质Helix-turn-helix Helix-turn-helix 螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋最常见最常见最常见最常见DNADNADNADNA结合域之一结合域之一结合域之一结合域之一例：例：例：例：CAPCAPCAPCAP ( ( ( (最早在原核生物中发现）最早在原核生物中发现）最早在原核生物中发现）最早在原核生物中发现）螺旋识别、进入螺旋识别、进入螺旋识别、进入螺旋识别、进入DNADNADNADNA双双双双螺旋结构的大沟螺旋结构的大沟螺旋结构的大沟螺旋结构的大沟Zinc-
39、fingersZinc-fingers 锌指锌指最常见最常见DNADNA结合域之一结合域之一约有约有3030个个AAAA残基残基其中其中4 4个个AAAA残基残基（2 2个个CysCys，2 2个个HisHis或或4 4个个CysCys） 配位键配位键 Zn Zn2+2+ 锌指锌指与与DNADNA双螺旋大沟结合。双螺旋大沟结合。 存在于多种真核转录因子存在于多种真核转录因子具多个具多个锌指锌指结构结构123456789蛋白质蛋白质Leucine-zippers 亮氨酸拉链一段肽链中每隔一段肽链中每隔7 7个个AAAA 即有一个即有一个LeuLeu 螺旋螺旋 亲水面：亲水亲水面：亲水AAAA组成
40、组成 疏水面：疏水面：LeuLeu组成组成 （亮氨酸拉链条）（亮氨酸拉链条）可形成二聚体（发挥作用）可形成二聚体（发挥作用） （同二聚体（同二聚体/ /异二聚体）异二聚体）DNADNA的结合域：的结合域： 拉链区以外结构拉链区以外结构图图15-12图图15-13helix-loop-helix 螺旋-环-螺旋 -螺旋有兼性形成二聚体有利于其与DNA结合二聚体二聚体真核基因转录调节是真核基因转录调节是复杂的、多样的复杂的、多样的* *不不同同的的DNADNA元元件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调节方式；调节方式；* *多多种种转转录录因因子子又又可可结结合合相相同同或或不不同
41、同的的DNADNA元元件。件。* *转转录录因因子子与与DNADNA元元件件结结合合后后，对对转转录录激激活活过过程程所所产产生生的的效效果果各各异异，有有正正性性调调节节或或负负性性调调节之分节之分选择题练习选择题练习基因表达调控基因表达调控1 1 基因表达的产物可以是基因表达的产物可以是A DNAB tRNAC mRNAD rRNAE ProteinG hn RNAH mit DNAI small nuclear RNA，snRNAJ polyA tail RNAF hetero-nuclear RNA2 2 基因表达的组织特异性可表现为基因表达的组织特异性可表现为A.A.某种基因只在一种
42、组织中表达，而在其它组织某种基因只在一种组织中表达，而在其它组织中不表达。中不表达。B.B.某种基因只在一种组织中表达相对多，而在其某种基因只在一种组织中表达相对多，而在其它组织中表达相对少。它组织中表达相对少。C.C.某种基因只在一类组织中表达，而在其它类组某种基因只在一类组织中表达，而在其它类组织中不表达。织中不表达。D.D.某种基因只在一类组织中表达相对多，而在其某种基因只在一类组织中表达相对多，而在其它类组织中表达相对少。它类组织中表达相对少。E.E.同一基因在不同组织中表达不同。同一基因在不同组织中表达不同。F.F.某种基因在所有组织中均表达。某种基因在所有组织中均表达。3 3 直接
43、参与乳糖操纵子调控的因素是直接参与乳糖操纵子调控的因素是A IA I基因编码蛋白基因编码蛋白B ZB Z基因编码蛋白基因编码蛋白C CAPC CAPD YD Y基因编码蛋白基因编码蛋白E E 乳糖乳糖F F 半乳糖半乳糖G AG A基因编码蛋白基因编码蛋白4 4 参与原核基因表达调控的因素是参与原核基因表达调控的因素是A A 激活蛋白激活蛋白B B 阻遏蛋白阻遏蛋白C C 某些小分子化合物某些小分子化合物D D 启动序列启动序列E E 操纵序列操纵序列F F 基本转录因子基本转录因子F F 启动子启动子5 5 基因表达调控可以发生在基因表达调控可以发生在A A 转录起始水平转录起始水平B B
44、转录水平转录水平C C 转录后加工水平转录后加工水平D D 翻译起始水平翻译起始水平E E 翻译水平翻译水平F F 翻译后加工水平翻译后加工水平G G 复制水平复制水平H H 基因扩增水平基因扩增水平？I I 基因重组水平基因重组水平6 6 顺式作用元件是下述的顺式作用元件是下述的A TATAA TATA盒和盒和 CCAAT CCAAT盒盒B B 具有调节功能的各种具有调节功能的各种DNADNA序列序列C C 具有调节功能的具有调节功能的 5 5 侧翼序列侧翼序列D D 具有调节功能的具有调节功能的 3 3 侧翼序列侧翼序列E E 所有非编码序列所有非编码序列7 7 反式作用因子是反式作用因子
45、是A A 转录调节蛋白转录调节蛋白B B 转录调节因子转录调节因子C RNAC RNA聚合酶聚合酶D DNAD DNA聚合酶聚合酶E DNAE DNA酶酶 I I8 8 真核基因表达调控的特点是真核基因表达调控的特点是A A 正性调节占主导正性调节占主导B B 伴有染色体结构变化伴有染色体结构变化C C 转录与翻译分隔进行转录与翻译分隔进行D D 转录与翻译偶联进行转录与翻译偶联进行E E 负性调节占主导负性调节占主导9 9 乳糖操纵子乳糖操纵子A A 在没有半乳糖存在时处于阻遏状态在没有半乳糖存在时处于阻遏状态B B 在半乳糖存在时可能处于表达状态在半乳糖存在时可能处于表达状态C C 有高浓
46、度半乳糖、低浓度葡萄糖存在时处于有高浓度半乳糖、低浓度葡萄糖存在时处于 表达状态表达状态D D 有半乳糖存在时处于阻遏状态有半乳糖存在时处于阻遏状态E E 没有半乳糖存在时处于表达状态没有半乳糖存在时处于表达状态10 10 可影响可影响RNARNA聚合酶活性的因素是聚合酶活性的因素是A A 启动子或启动序列启动子或启动序列B B 调节蛋白的性质调节蛋白的性质C RNAC RNA转录本的结构转录本的结构D RNAD RNA转录本的长度转录本的长度E E 多聚多聚A A序列的长度序列的长度11 11 基因表达具有基因表达具有A A 阶段特异性阶段特异性B B 时间特异性时间特异性C C 组织特异性
47、组织特异性D D 细胞特异性细胞特异性E E 空间特异性空间特异性12 12 原核基因表达调控的意义是原核基因表达调控的意义是（只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A A 调节生长与分化调节生长与分化B B 调节发育与分化调节发育与分化C C 调节生长、发育与分化调节生长、发育与分化D D 调节代谢，适应环境调节代谢，适应环境E E 维持细胞特性和调节生长维持细胞特性和调节生长13 13 真核基因表达调控的意义是真核基因表达调控的意义是（只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A A 调节代谢，维持生长调节代谢，维持生长B B 调节代谢，维持发育与分化调节代谢，维持发育与分化C C 调节代谢，
48、发育与分化调节代谢，发育与分化D D 调节代谢，适应环境调节代谢，适应环境E E 调节代谢，适应环境，维持生长、发育与分化调节代谢，适应环境，维持生长、发育与分化14 14 下述关于管家基因表达的描述最确切的是下述关于管家基因表达的描述最确切的是 （只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A.A.在生物个体的所有细胞中表达在生物个体的所有细胞中表达B.B.在生物个体生命全过程几乎所有细胞中持续表达在生物个体生命全过程几乎所有细胞中持续表达C.C.在生物个体生命全过程部分细胞中持续表达在生物个体生命全过程部分细胞中持续表达D.D.特定环境下，特定环境下， 在生物个体生命全过程几乎所有细胞在生物个体
49、生命全过程几乎所有细胞中持续表达。中持续表达。E.E.特定环境下，在生物个体生命全过程部分细胞中持续特定环境下，在生物个体生命全过程部分细胞中持续表达。表达。 15 15 基本的基因表达基本的基因表达（只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A A 有诱导剂存在时表达水平增高有诱导剂存在时表达水平增高B B 有诱导剂存在时表达水平降低有诱导剂存在时表达水平降低C C 有阻遏剂存在时表达水平增高有阻遏剂存在时表达水平增高D D 有阻遏剂存在时表达水平降低有阻遏剂存在时表达水平降低E E 极少受诱导剂或阻遏剂的影响极少受诱导剂或阻遏剂的影响16 16 紫外线照射引起紫外线照射引起DNADNA损伤时，
50、细菌损伤时，细菌DNADNA修复酶修复酶 基因表达增强，这种现象被称为基因表达增强，这种现象被称为（只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A A 诱导诱导B B 阻遏阻遏C C 基本的基因表达基本的基因表达D D 正反馈正反馈E E 负反馈负反馈17 17 大多数基因表达调控的最基本环节是大多数基因表达调控的最基本环节是（只有一个（只有一个 正确答案）正确答案）A A 复制水平复制水平B B 转录水平转录水平C C 转录起始水平转录起始水平D D 转录后加工水平转录后加工水平E E 翻译水平翻译水平18 18 顺式作用元件的最确切定义是顺式作用元件的最确切定义是（只有一个正确答案）（只有一个正
51、确答案）A TATAA TATA盒和盒和 CCAAT CCAAT盒盒B B 具有调节功能的各种具有调节功能的各种DNADNA序列序列C C 具有调节功能的具有调节功能的 5 5 侧翼序列侧翼序列D D 具有调节功能的具有调节功能的 3 3 侧翼序列侧翼序列E E 所有非编码序列所有非编码序列19 19 对乳糖操纵子来说对乳糖操纵子来说（只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A.A.CAPCAP是正性调节因素，阻遏蛋白是负性调节因素是正性调节因素，阻遏蛋白是负性调节因素B.B.CAPCAP是负性调节因素，阻遏蛋白是正性调节因素是负性调节因素，阻遏蛋白是正性调节因素C.C.CAPCAP和阻遏蛋白都
52、是正性调节因素和阻遏蛋白都是正性调节因素D.D.CAPCAP和阻遏蛋白都是负性调节因素和阻遏蛋白都是负性调节因素E.E.在不同条件下，在不同条件下，CAPCAP和阻遏蛋白均显示正性或负性和阻遏蛋白均显示正性或负性调节特点调节特点 20 20 一个操纵子通常含有一个操纵子通常含有（只有一个正确答案）（只有一个正确答案）A A 一个启动序列和一个编码基因一个启动序列和一个编码基因B B 一个启动序列和数个编码基因一个启动序列和数个编码基因C C 数个启动序列和一个编码基因数个启动序列和一个编码基因D D 数个启动序列和数个编码基因数个启动序列和数个编码基因E E 一个启动序列和数个调节基因一个启动序列和数个调节基因
