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1、第十三章第十三章基因表达的调理基因表达的调理基因表达调理的根本概念及原理基因表达调理的根本概念及原理原核生物基因转录调理原核生物基因转录调理真核生物基因转录调理真核生物基因转录调理第第 一一 节节根本概念与原理根本概念与原理一、根本概念一、根本概念基因基因gene一段一段编码蛋白蛋白质多多肽链和功能和功能RNA的的DNA片段。片段。基因基因组(genome)一个一个细胞或病毒所携胞或病毒所携带的全部的全部遗传信息信息或整套基因。或整套基因。典型的基因表达是典型的基因表达是储存存遗传信息的基因，在一信息的基因，在一定定调理机制控制下，理机制控制下，经过转录、翻、翻译，产生有生物生有生物活性的蛋白
2、活性的蛋白质或成熟的或成熟的rRNArRNA和和tRNAtRNA的的过程。程。基因表达基因表达基因表达转录翻译基因表达转录翻译 大肠杆菌基因组约大肠杆菌基因组约40004000个基因个基因) )，普通情况，普通情况下只需下只需5 510%10%在高程度转录形状，其它基因有的在高程度转录形状，其它基因有的处于较低程度的表达，或者暂时不表达。处于较低程度的表达，或者暂时不表达。 人的基因组约含有人的基因组约含有1010万个基因，但在一个组万个基因，但在一个组织细胞中通常只需一部分基因表达，多数基因处织细胞中通常只需一部分基因表达，多数基因处在沉静形状，典型的哺乳类细胞中开放转录的基在沉静形状，典型
3、的哺乳类细胞中开放转录的基因约在因约在1 1万个上下，即使蛋白质合成量比较多、万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，普通也只需不超越基因开放比例较高的肝细胞，普通也只需不超越20%20%的基因处于表达形状。的基因处于表达形状。 生物基因组的遗传信息生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的并不是同时全部都表达出来的二、基因表达的规律二、基因表达的规律 - -时间性及空间性时间性及空间性1 1时间特异性特异性按功能需求，某一特定基因的表达严厉按按功能需求，某一特定基因的表达严厉按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性。特异
4、性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。段特异性。2 2空间特异性空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时间顺序序所所表表现出出的的这种种分分布布差差别，实践践上上是是由由细胞胞在在器器官官的的分分布布决决议的的，所以空所以空间特异性又称特异性又称细胞或胞或组织特异性。特异性。在在个个体体生生长全全过程程，某某种种基基因因产物物在在个个体体按按不不同同组织空空间顺序序出出现，称称之之为基基因因表表达达的的空空间特异性。特异性。三、基因表达的方式三、基因表达的方式按按对刺激的反响性，基因表达的方式分刺激的反响性，基因表达的方式分为：1 1组成性表达成性
5、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一一切切细胞胞中中继续表达，通常被称表达，通常被称为管家基因。管家基因。管家基因管家基因无无论表表达达程程度度高高低低，管管家家基基因因较少少受受环境境要要素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组织中中继续表表达达，或或变化化很很小小。区区别于于其其他基因，他基因，这类基因表达被基因表达被视为组成性基因表达。成性基因表达。组成成性性基基因因表表达达只只遭遭到到启启动序序列列或或者者启启动子子与与RNA聚合聚合酶相互作用的影响。相互作用的影响。 组成性基因表达也是相成性基因表达也是相对的，而不
6、是一成不的，而不是一成不变的，其表达的，其表达强弱也是受一定机制弱也是受一定机制调控的。控的。 2 2诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达顺顺应应性性表表达达指指环环境境的的变变化化容容易易使使其其表表达达程程度变动的一类基因表达。度变动的一类基因表达。 改动基因表达的情况以顺应环境，例如与适改动基因表达的情况以顺应环境，例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下顺应生活宜温度下生活相比较，在冷或热环境下顺应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。所以，
7、基因表达调控是生物情况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物顺应环境生存的必需。顺应环境生存的必需。 是指在特定环境要素刺激下，可诱导基因被是指在特定环境要素刺激下，可诱导基因被激活，从而使基因的表达产物添加。激活，从而使基因的表达产物添加。 如如:DNA:DNA发生损伤时，修复酶的基因被诱导激发生损伤时，修复酶的基因被诱导激活。活。 诱导表达诱导表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物添加，这种基因称为可诱导基因。基因表达产物添加，这种基因称为可诱导基因。假假设设基基因因对对环环境境信信号号应应对对是是被被抑抑制制，这这种种基因是可阻
8、遏基因。基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物程度降低的过程称为阻遏。可阻遏基因表达产物程度降低的过程称为阻遏。阻遏阻遏如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不用更多去合成利用其它糖类糖作能源和碳源，不用更多去合成利用其它糖类的酶类，如乳糖支配子被阻遏、封锁。的酶类，如乳糖支配子被阻遏、封锁。在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，均均需需协协调调一一致致、共共同同表表达达，即即为为协协调调表表达达(coordinateexpression)，这这种种调调理
9、理称称为为协调调理协调调理(coordinateregulation)。1 1、基因表达的多级调控、基因表达的多级调控四、基因表达调控的根本原理四、基因表达调控的根本原理基因基因激活激活转录起始转录起始转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录程度的基因表达调控最重要转录程度的基因表达调控最重要 2 2、特异、特异DNADNA序列对基因转录激活的调理序列对基因转录激活的调理基因转录激活调理根本要素基因转录激活调理根本要素基基因因表表达达的的调调理理与与基基因因的的构构造造、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处的的内
10、内、外外环环境境，以及细胞内所存在的转录调理蛋白有关。以及细胞内所存在的转录调理蛋白有关。原核生物原核生物 支配子支配子(operon) (operon) 机制机制 编码序列编码序列 启动序列启动序列 支配序列支配序列 其他调理序列其他调理序列共有序列决议启动序列的转录活性大小。共有序列决议启动序列的转录活性大小。RNA聚合酶结合并启动转录的聚合酶结合并启动转录的特异特异DNA序列。序列。启动序列启动序列RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16
11、N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAra BADTTGACATATAAT共有序列共有序列真核生物真核生物 顺式作用元件式作用元件可影响本身基因表达活性的可影响本身基因表达活性的DNADNA序列序列 顺式作用元件并非都位于式作用元件并非都位于转录起始点的上游起始点的上游(5(5端端) ) 启启动子子 加加强子子 沉默子沉默子转录起始点转录起始点加强子加强子DNA编码序列编码序列启动子启动子顺式作用元件通常是基因的非式作用元件通常是基因的非编码序列。序列。不不同同真真核核生生物物的的顺式式作作用用元元件件中中也也会会发现一一些些共共有有序序列列，如如TATA盒盒、CA
12、AT盒盒等等，这些些共共有有序序列列是是RNA聚聚合合酶或或特特异异转录因因子子的的结合位点。合位点。3 3、调理蛋白对转录起始的调理、调理蛋白对转录起始的调理原核生物基因的调理蛋白原核生物基因的调理蛋白-DNA结合蛋白结合蛋白特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白真核生物基因的调理蛋白真核生物基因的调理蛋白-反式作用因子反式作用因子与与DNADNA结合的调理蛋白结合的调理蛋白与蛋白质结合的调理蛋白与蛋白质结合的调理蛋白热休克反响热休克反响细菌的细菌的RNA聚合酶聚合酶70启动常规基因表达启动常规基因表达被被32取代，从而启动另一套基因的表达。取代，从而启动另一套基因的表达。
13、启动序列启动序列编码序列编码序列支配序列支配序列polpol阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白是由是由调理基因理基因编码产生的生的调理理蛋白。蛋白。专注与支配基因支配序列注与支配基因支配序列结合。合。当当支支配配序序列列结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时，会会妨妨碍碍RNA聚聚合合酶与与启启动序序列列的的结合合，或或是是RNA聚聚合合酶不能沿不能沿DNA向前挪向前挪动，妨碍，妨碍转录。 支配序列支配序列 阻遏蛋白的阻遏蛋白的结合位点合位点 因阻遏蛋白结合因阻遏蛋白结合DNADNA产生的阻断转录调理产生的阻断转录调理作用称负调理。作用称负调理。激激活活蛋蛋白白可可结结合合启启动动序序列列临临近近的的DN
14、A序序列列，促促进进RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，加加强强RNA聚合酶活性。聚合酶活性。启动序列启动序列编码序列编码序列支配序列支配序列polpol激活蛋白激活蛋白激活蛋白激活蛋白是由是由调理基因理基因编码产生的生的调理蛋白。理蛋白。 因激活蛋白结合因激活蛋白结合DNADNA产生的加强转录调理产生的加强转录调理作用称正调理。作用称正调理。有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时，RNA聚合聚合酶很少或完全不能很少或完全不能结合启合启动序列。序列。启动序列启动序列编码序列编码序列支配序列支配序列polpol激活蛋白激活蛋白真核基因的调理蛋白真核基因的调理蛋白-
15、反式作用因子转录因子反式作用因子转录因子由由某某一一基基因因表表达达产生生的的蛋蛋白白质因因子子，经过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺式式作作用用元元件件相相互互作作用用，调理其表达。理其表达。这种种调理作用称理作用称为反式作用。反式作用。 反式反式调理理BAaDNAmRNA蛋白质蛋白质AA转录调理因子构造转录调理因子构造DNA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蛋白质蛋白质结合域二聚化构造域二聚化构造域酸性激活域酸性激活域谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域脯氨酸富含域脯氨酸富含域1调理蛋白与调理蛋白与DNA的结合的结合大部分调理蛋白与大部分调理蛋白与DNA的结合为特异结合。的结
16、合为特异结合。调理蛋白中与调理蛋白中与DNA特异结合的构造域中有特征特异结合的构造域中有特征性的亚构造性的亚构造-即构造模序。如：螺旋即构造模序。如：螺旋-转角转角-螺旋螺旋HTH、锌指、锌指zincfinger、同质异形构造域、同质异形构造域等。等。调理蛋白中的一些极性带电荷的氨基酸残基调理蛋白中的一些极性带电荷的氨基酸残基Asn、Gln、Glu、Arg、Lys与与DNA碱基构成氢键。碱基构成氢键。螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋HTH由两个由两个7-9个氨基个氨基酸残基组成的酸残基组成的螺旋。螺旋。一个用于识别一个用于识别DNA，结合在，结合在DNA分子分子的大沟中。的大沟中。锌指指zincf
17、inger见于于TFA和和类固醇激素受体中，由一段固醇激素受体中，由一段富含半胱氨酸的多富含半胱氨酸的多肽链构成。每四个半胱氨酸构成。每四个半胱氨酸残基或残基或His残基螯合一分子残基螯合一分子Zn2+，其他，其他约12-13个残基那么呈指个残基那么呈指样突出，突出，刚好能嵌入好能嵌入DNA双螺双螺旋的大沟中而与之相旋的大沟中而与之相结合。每个蛋白合。每个蛋白质分子中分子中可含可含2-9个个锌指构造。指构造。常常结合合DNA的的GC盒，也盒，也有与有与mRNA结合的功能。合的功能。同质异形构造域同质异形构造域由由6060个氨基酸残基组成，构造与个氨基酸残基组成，构造与HTHHTH类似。类似。在
18、真核生物发育，如身体构成期间在真核生物发育，如身体构成期间起作用。起作用。 编码这种构造域的DNA序列，叫做同质异形盒。2 2调理蛋白中调理蛋白中 蛋白质蛋白质- -蛋白质相互作用构造域蛋白质相互作用构造域绝大大多多数数调理理蛋蛋白白质结合合DNA前前，需需经过蛋蛋白白质-蛋蛋白白质相相互互作作用用，构构成成二二聚聚体体或或多多聚聚体体。同同质或异或异质也也有有的的是是在在结合合DNA前前，需需求求蛋蛋白白质与与蛋蛋白白质之之间的解聚的解聚过程程二聚体二聚体亮亮氨氨酸酸之之间相相互互作作用用构构成成二聚体，构成二聚体，构成“拉拉链。肽链氨氨基基端端2030个个富富含含碱碱性性氨氨基基酸酸构构造
19、造域域与与DNA结合。合。亮氨酸拉链亮氨酸拉链(zip)(zip)亮氨酸拉链亮氨酸拉链碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋(HLH)可构成二聚体可构成二聚体由由50个氨基酸残基的个氨基酸残基的保守区组成保守区组成肽环长度可变肽环长度可变碱性螺旋与碱性螺旋与DNA结合结合4、RNA聚合酶聚合酶DNA顺式作用元件、调理蛋白对转录激活顺式作用元件、调理蛋白对转录激活的调理最终是由的调理最终是由RNA聚活酶的活性表达的。聚活酶的活性表达的。启动子的构造、调理蛋白的性质对启动子的构造、调理蛋白的性质对RNA聚聚活酶活性影响最大。活酶活性影响最大。 启启动序列与序列与RNARNA聚合聚合酶活性活性 启动子有强
20、弱只分，原核、真核启动子碱基启动子有强弱只分，原核、真核启动子碱基序列影响序列影响RNA聚合酶与其亲和力，进而影响转聚合酶与其亲和力，进而影响转录启动频率。录启动频率。启动子序列的差别，使细胞中不同的管家启动子序列的差别，使细胞中不同的管家基因在不同的程度表达。基因在不同的程度表达。调理蛋白与理蛋白与RNA聚合聚合酶活性活性启启动动序序列列决决议议根根底底转转录录频频率率，一一些些特特异异调调理理蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号如如诱诱导导剂剂和和阻阻遏遏剂剂等等刺刺激激下下在在细细胞胞内内表表达达，然然后后经经过过DNA-蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用影影响响R
21、NA聚聚合合酶酶活活性性，使使根底转录频率发生变化，从而引起表达的变化。根底转录频率发生变化，从而引起表达的变化。第第 二二 节节 原核生物基因转录调理原核生物基因转录调理调理的主要理的主要环节在在转录起始起始一、原核生物基因转录调理特点一、原核生物基因转录调理特点1 1因子决因子决议RNARNA聚合聚合酶识别特异性特异性 只需一种只需一种RNA-polRNA-pol，但是，但是有很多种有很多种因子因子2 2支配子模型的普遍性支配子模型的普遍性 功能相关基因成簇串功能相关基因成簇串联经过单个启个启动子子协调表达表达3 3阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 原核生物主要以原核生
22、物主要以这种种负调理方式理方式为主主二、乳糖支配子调理机制二、乳糖支配子调理机制1 1乳糖支配子乳糖支配子(lac operon)(lac operon)的构造的构造 构造基因构造基因Z Z： - -半乳糖苷半乳糖苷酶Y Y： 透透酶A A：乙：乙酰基基转移移酶 调控区调控区CAPCAP结合位点结合位点启动序列启动序列支配序列支配序列Z ZY YA AO OP PDNADNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在没有乳糖存在时2 2阻遏蛋白的负性调理阻遏蛋白的负性调理调理基因调理基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录m
23、RNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷半乳糖苷酶CAP降解物基因活化蛋白降解物基因活化蛋白CAP-cAMP复合物复合物CAP+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低度低时3CAP的正性调理的正性调理ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP 调理基因理基因转录翻翻译阻遏蛋白阻遏蛋白R R，R R与支配基与支配基因因结合，阻止合，阻止结合在启合在启动子上的子上的RNA-polRNA-pol前移，前移，构造基因不被构造基因不被转录 。1 1无乳糖也无葡萄糖存在时：无乳糖也无葡萄糖存在时：2 2当无乳糖，有葡萄糖当无乳
24、糖，有葡萄糖时：由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖支由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖支配子封配子封锁，另外，由于有葡萄糖，另外，由于有葡萄糖，cAMP含量含量低，低，CAP的正性的正性调理不起作用。理不起作用。总结：总结：所以：无乳糖所以：无乳糖时，无，无论有无葡萄糖，支配子封有无葡萄糖，支配子封锁OPOP 由于葡萄糖降解物能降低由于葡萄糖降解物能降低cAMPcAMP含量，不与含量，不与CAPCAP构成复合物，构成复合物， CAP CAP不能结合到启动子附近，不能结合到启动子附近，RNARNA聚合酶不能有效转录，使细菌只能利用葡聚合酶不能有效转录，使细菌只能利用葡萄糖。萄糖。3 3既有乳糖，
25、又有葡萄糖时：既有乳糖，又有葡萄糖时：O 乳糖与阻遏蛋白结合，乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与支使阻遏蛋白变构，失去与支配基因结合的才干而零落。配基因结合的才干而零落。细胞内细胞内cAMP含量高，含量高，cAMP与与CAP结合成复合结合成复合物，与物，与DNA结合，并推进结合，并推进RNA-pol向前挪动，促进向前挪动，促进转录。转录。4 4有乳糖，无葡萄糖时：有乳糖，无葡萄糖时：mRNARNA-polO 乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与支配基因结合的才干而零落，结合在启动子上的与支配基因结合的才干而零落，结合在启动子上的RNA-po
26、lRNA-pol向前挪动，构造基因被转录翻译，合成与乳向前挪动，构造基因被转录翻译，合成与乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖。糖代谢有关的酶类从而利用乳糖。所以：有乳糖所以：有乳糖时，没有葡萄糖，支配子才开放；，没有葡萄糖，支配子才开放； 有葡萄糖存在，支配子封有葡萄糖存在，支配子封锁4 4协调调理协调调理阻遏蛋白封锁转录时，阻遏蛋白封锁转录时，CAP对该系统不能发扬作用；对该系统不能发扬作用；没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与支支配配序序列列结结合合，如如无无CAP存存在在加加强强转录，支配子仍无转录活性。转录，支配子仍无转录活性。单纯乳糖存在乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源。菌利用乳糖作碳源。假假设有
27、有葡葡萄萄糖糖或或葡葡萄萄糖糖/ /乳乳糖糖共共同同存存在在时，细菌首先利用葡萄糖。菌首先利用葡萄糖。葡萄糖葡萄糖对laclac支配子的阻遏作用称分解代支配子的阻遏作用称分解代谢阻遏。阻遏。三、其它转录调理机制三、其它转录调理机制1 1、阿拉伯糖支配子的正调理和负调理作用、阿拉伯糖支配子的正调理和负调理作用阿拉伯糖是另一个可以为代谢提供碳源的五阿拉伯糖是另一个可以为代谢提供碳源的五碳糖。在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需求碳糖。在大肠杆菌中阿拉伯糖的降解需求araB、araA和和araD3个基因编码个基因编码3个酶：核酮糖激酶，个酶：核酮糖激酶，L-阿拉伯糖异构酶和阿拉伯糖异构酶和L-核酮糖核酮糖-
28、5-磷酸磷酸-4-差向异差向异构酶。与构酶。与araBAD相邻的是一个复合的启动子区相邻的是一个复合的启动子区域和一个调理基因域和一个调理基因araC，araC产生的产生的AraC蛋蛋白同时显示正、负调理因子的功能。白同时显示正、负调理因子的功能。AraC蛋白经过两种异构体蛋白经过两种异构体P1和和P2来来实现正、负调理因子的双重功能。实现正、负调理因子的双重功能。在没有阿拉伯糖时，在没有阿拉伯糖时，P1方式占优势，可以方式占优势，可以与如今尚未鉴定的类支配区位点相结合，与如今尚未鉴定的类支配区位点相结合，起起阻遏作用。阻遏作用。一旦有阿拉伯糖存在，它就可以与一旦有阿拉伯糖存在，它就可以与Ar
29、aC蛋白结合，使蛋白结合，使P1分开支配基因位点，构象平分开支配基因位点，构象平衡趋向于衡趋向于P2方式。方式。P2是起诱导作用的方式，是起诱导作用的方式，它经过与启动子结合促进它经过与启动子结合促进RNA-pol开场转录，开场转录，发扬正向调理作用。发扬正向调理作用。2 2、色氨酸支配子的转录弱化调理、色氨酸支配子的转录弱化调理色氨酸支配子担任色氨酸的生物合成，色氨酸支配子担任色氨酸的生物合成，编码5种种酶的基因的基因trpE、trpD、trpC、trpB、trpA严密密连锁在一同，当培育基在一同，当培育基中有足中有足够的色氨酸的色氨酸时，支配子自，支配子自动封封锁，缺乏色氨酸缺乏色氨酸时支
30、配子被翻开。支配子被翻开。色氨酸或与其代色氨酸或与其代谢有关的某种物有关的某种物质在阻在阻遏基因表达遏基因表达过程中起作用。由于程中起作用。由于trp支配子支配子参与生物合成而不是降解，因此它不受葡参与生物合成而不是降解，因此它不受葡萄糖或萄糖或cAMP-CAP的的调控。控。RDNAECAOPDBL调理基因调理基因启动子启动子支配基因支配基因前导序列前导序列构造基因构造基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白辅阻遏物辅阻遏物Trp研讨发现，有研讨发现，有色氨酸，转录总色氨酸，转录总是在这个区域终是在这个区域终止，这种终止是止，这种终止是被调理的，这个被调理的，这个区域被称为衰减区域被称为衰减子弱化子。子弱
31、化子。阻遏阻遏-支配机制是一级开关，主管转录能否启支配机制是一级开关，主管转录能否启动，相当于粗调开关。动，相当于粗调开关。前导序列翻译前导肽是二级开关，属细调控，前导序列翻译前导肽是二级开关，属细调控，指示曾经启动的转录能否继续下去。这个细微调指示曾经启动的转录能否继续下去。这个细微调控是经过转录到达第一个构造基因之前的过早终控是经过转录到达第一个构造基因之前的过早终止来实现的，由色氨酸的浓度来调理这种过早终止来实现的，由色氨酸的浓度来调理这种过早终止的频率。止的频率。 色氨酸支配子是翻译与转录相偶联色氨酸支配子是翻译与转录相偶联的基因表达调理机制的基因表达调理机制前导序列由162个核苷酸组
32、成，分为1、2、3、4区域，四个区域根据需求彼此互补结合，构成特殊的二级构造，到达调理基因表达的目的。其中一部分序列编码了一个含14个氨基酸的前导肽。该多肽内含有两个相邻的色氨酸。正是这两个相连色氨酸的密码子组氨酸、苯丙氨酸支配子中都有这种景象调控了色氨酸支配子构造基因的表达。当培育基中当培育基中当培育基中当培育基中TrpTrp浓浓度很低度很低度很低度很低时时，Trp-tRNATrp-tRNA含量减少，含量减少，含量减少，含量减少，这样这样翻翻翻翻译经过译经过两个相两个相两个相两个相邻邻TrpTrp密密密密码码子的速度就会很慢，子的速度就会很慢，子的速度就会很慢，子的速度就会很慢，当当当当4
33、4区被区被区被区被转录转录完成完成完成完成时时，核糖体才，核糖体才，核糖体才，核糖体才进进展到展到展到展到1 1区或停留区或停留区或停留区或停留在两个相在两个相在两个相在两个相邻邻的的的的TrpTrp密密密密码码子子子子处处，这时这时的前的前的前的前导导区构造区构造区构造区构造是是是是2-32-3配配配配对对，不构成，不构成，不构成，不构成3-43-4配配配配对对的的的的终终止构造，止构造，止构造，止构造，RNA-polRNA-pol继续继续前前前前进转录进转录，直到将，直到将，直到将，直到将trptrp支配子中的构造基因全支配子中的构造基因全支配子中的构造基因全支配子中的构造基因全部部部部转
34、录转录完成。完成。完成。完成。 当培育基中当培育基中当培育基中当培育基中TrpTrp浓浓度度度度较较高高高高时时，核糖体可，核糖体可，核糖体可，核糖体可顺顺利利利利经过经过两两两两个相个相个相个相邻邻的的的的TrpTrp密密密密码码子，在子，在子，在子，在4 4区被区被区被区被转录转录之前就到达之前就到达之前就到达之前就到达2 2区，区，区，区，使使使使2-32-3区不能配区不能配区不能配区不能配对对，3-43-4区自在配区自在配区自在配区自在配对对构成茎构成茎构成茎构成茎环终环终止子止子止子止子构造，构造，构造，构造，转录转录被被被被终终止，止，止，止，trptrp支配子被封支配子被封支配子
35、被封支配子被封锁锁。调理基因表达的调理基因表达的调理基因表达的调理基因表达的RNARNA，称为调理，称为调理，称为调理，称为调理RNARNA。反义反义反义反义RNARNA：细菌中的一种调理：细菌中的一种调理：细菌中的一种调理：细菌中的一种调理RNA,RNA,含有与特含有与特含有与特含有与特定定定定mRNAmRNA翻译的起始部位互补的序列，经过与翻译的起始部位互补的序列，经过与翻译的起始部位互补的序列，经过与翻译的起始部位互补的序列，经过与mRNAmRNA的杂交阻断的杂交阻断的杂交阻断的杂交阻断30S30S小亚基对小亚基对小亚基对小亚基对AUGAUG的识别及的识别及的识别及的识别及与与与与SDS
36、D序列的结合，抑制翻译的起始。序列的结合，抑制翻译的起始。序列的结合，抑制翻译的起始。序列的结合，抑制翻译的起始。反义反义反义反义RNARNA的调理作用，称为反义控制。的调理作用，称为反义控制。的调理作用，称为反义控制。的调理作用，称为反义控制。反义反义RNA对翻译的调理作用对翻译的调理作用第第 三三 节节 真核生物基因转录调理真核生物基因转录调理一、真核生物基因组构造特点一、真核生物基因组构造特点1 1、真核基因组构造庞大、真核基因组构造庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA DNA 约 3 10 9 3 10 9 碱基碱基对编码基因编码基因 约有约有 40000 40000 个，占总长
37、的个，占总长的6%6%rDNArDNA等反复基因等反复基因 约占约占 5% 5% 10% 10%2 2、染色质的独特构造、染色质的独特构造DNA与组蛋白、非组蛋白和少量与组蛋白、非组蛋白和少量RNA等等其它物质相结合，组蛋白可以维护其它物质相结合，组蛋白可以维护DNA免受免受损伤，维持稳定，调理表达。损伤，维持稳定，调理表达。3 3、单顺反子、单顺反子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mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。分子，经翻译生成一条多肽链。4 4、反复序列正向反复、反向、反复序列正向反复、反向反复反复单拷贝序列一次或数次单拷贝序列一次或数次高度反复序列高度反复序列10
38、6 106 次次中度反复序列中度反复序列103 103 104 104次次多拷贝序列多拷贝序列5 5、基因不延、基因不延续性性断裂基因断裂基因 - -是指核苷酸序列或是指核苷酸序列或编码产物的构造物的构造具有一定程度同源性的一具有一定程度同源性的一组基因。基因。 同一家族的基因成同一家族的基因成员是由同一祖先基因是由同一祖先基因进化而来。其化而来。其编码产物物经常具有常具有类似的功能。似的功能。 基因家族中，某些成基因家族中，某些成员并不能表达出有并不能表达出有功能的功能的产物，物，这些基因称些基因称为假基因，表示假基因，表示为“。哺乳。哺乳动物中普遍存在物中普遍存在这一景象。能一景象。能够由
39、突由突变产生。生。6 6、基因家族、基因家族二、真核生物基因表达调理的特点二、真核生物基因表达调理的特点1 1、组织特异性表达和时相性、组织特异性表达和时相性 真核生物和原核生物的分界限是真核生物真核生物和原核生物的分界限是真核生物染色体由一层核膜所包围，真核生物转录和翻染色体由一层核膜所包围，真核生物转录和翻译在时空上是分隔的；原核生物是严密偶联的。译在时空上是分隔的；原核生物是严密偶联的。1 1时间特异性时间特异性/ /阶段特异性阶段特异性2 2空间特异性空间特异性/ /细胞特异性细胞特异性/ /组织特异性组织特异性2 2、活性染色体构造变化、活性染色体构造变化1 1对核酸核酸酶敏感敏感活
40、活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点，位位于于调理理蛋蛋白白结合位点附近。合位点附近。2 2DNADNA拓扑构造拓扑构造变化化天然双天然双链DNA均以均以负性超螺旋构象存在。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3DNA碱基修碱基修饰变化化真核真核DNA约有约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。化范围与基因表达程度呈反比。CpG岛甲基化常甲基化常发生在某些基因的生在某些基因的5侧翼区翼区的的CpG序列序列4 4组蛋白蛋白变化化富含富含Lys组蛋白程度降低蛋白程度降低H2A,H2B二聚体不二
41、聚体不稳定性添加定性添加组蛋白修蛋白修饰H3组蛋白蛋白巯基暴露基暴露4 4、多、多级调理系理系统3 3、正性调理占主导、正性调理占主导 真核基因基因真核基因基因组大，大，经过利用各种利用各种转录因子因子正性激活正性激活RNARNA聚合聚合酶是真核基因是真核基因调控的主要机制。控的主要机制。 特异性特异性强，更准确，更，更准确，更经济 在在转录前、前、转录、转录后与翻后与翻译、mRNAmRNA降解、降解、翻翻译后、后、转运等不同程度分运等不同程度分别进展展调控。控。短期短期调理可逆理可逆- -环境、代境、代谢物物对合成的影响。合成的影响。长期期调理不可逆理不可逆- -发育中的育中的细胞决胞决议和
42、分化。和分化。1DNA程度调理转录前染色质的丧失 不可逆调理基因扩增 添加基因拷贝数基因重排 主要调理方式DNA甲基化 甲基化与基因表达呈负相关2转录程度调理转录程度调理RNA聚合酶活性调理聚合酶活性调理Britten-Davidson模型模型Britten-Davidson模型模型CDNAS1S2STZ1传感基因传感基因Z2st整合基因整合基因(受体基因受体基因)构造基因构造基因受体序列受体序列mRNA传感蛋白传感蛋白激素激素激活蛋白激活蛋白3 3转录后程度后程度调理理 mRNA mRNA前体加工前体加工对基因表达基因表达调理的影响理的影响 mRNA mRNA的剪接的剪接对基因表达基因表达调
43、理的影响理的影响 mRNA mRNA运运输的控制的控制4翻翻译程度的程度的调理理翻翻译起始的起始的调理：阻遏蛋白的理：阻遏蛋白的调理；起始因理；起始因子的子的调理；理；5AUG不是起始密不是起始密码子的子的调理；理；5非非编码区区长度的影响等。度的影响等。mRNA稳定性定性调理理小分子小分子RNA的影响的影响三、真核生物基因转录起始的调理三、真核生物基因转录起始的调理1 1、顺式作用元件式作用元件是是RNA聚合聚合酶结合位点周合位点周围的一的一组转录控制控制组件，件，至少包括一个至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能起始点以及一个以上的功能组件。件。典型的启动子：典型的启动子：CAAT盒和或
44、盒和或GC盒盒TATA盒盒转录起始点转录起始点最简单的启动子：最简单的启动子：TATA盒盒转录起始点转录起始点有的启动子没有有的启动子没有GC盒盒或或TATA盒盒1 1启动子启动子与构造基因表达相关、可以被转录因子识别和结合的与构造基因表达相关、可以被转录因子识别和结合的DNA序列序列.2. 2. 加强子加强子(enhancer)(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决议议基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、加加强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序序列列，其其发扬作用的方式通常与方向、间隔无关。发扬作用的方式通常与方向、间隔无关。在在转录起始点起始点5或或3侧
45、均能起作用；均能起作用；相相对于启于启动子的任一指向均能起作用；子的任一指向均能起作用；发扬作用与受控基因的作用与受控基因的远近近间隔相隔相对无关；无关；对异源性启异源性启动子也能子也能发扬作用；作用；通常具有一些短的反复通常具有一些短的反复顺序。序。特点特点3. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer)某些基因的负性调理元件，当其结合特异某些基因的负性调理元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。n同一同一DNA序列可被不同蛋白质识别。序列可被不同蛋白质识别。n同一蛋白质因子可与多种不同同一蛋白质因子可与多种不同DNA序列发生联络
46、，序列发生联络，少数是直接结合，多数是蛋白质少数是直接结合，多数是蛋白质-蛋白质相互作用后蛋白质相互作用后再影响再影响DNA。n蛋白质蛋白质-蛋白质或蛋白质或DNA-蛋白质的结合，均导致构象蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子根底。根底。n反式作用因子在本身生物合成过程中，有相当大的反式作用因子在本身生物合成过程中，有相当大的可变性和可塑性。可变性和可塑性。2 2、反式作用因子、反式作用因子 细胞中具有使基因开放或封锁功能的序列特异性细胞中具有使基因开放或封锁功能的序列特异性DNA结合蛋白结合蛋白3 3、转录起始的调理、转录起始的调理1 1反式作用因子的活性反式作用因子的活性调理理表达式表达式调理理 共价修共价修饰 配体配体结合合2 2反式作用因子与顺式作用元件的结合反式作用因子与顺式作用元件的结合3 3反式作用因子的作用方式反式作用因子的作用方式成成环 扭曲扭曲 协同同4 4反式作用因子的组合式调理作用反式作用因子的组合式调理作用
