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1、Chapter 13 Regulation of Gene Expression翱猫郊摄秋螟炳镐念驱旋容惶捧知议足惊侄刘尽烧货昭食惯忽停恬象午臀原核的表达调控原核的表达调控本章重点与难点本章重点与难点重点：代谢途径的相互关系：了解各代谢途重点：代谢途径的相互关系：了解各代谢途径相互间的关系与联系；了解酶活性的调节径相互间的关系与联系；了解酶活性的调节机理和酶合成的调控机理、明确这两种调节机理和酶合成的调控机理、明确这两种调节在代谢上的重要性；掌握原核生物酶合成的在代谢上的重要性；掌握原核生物酶合成的调节特点调节特点操纵子。操纵子。难点：难点：各代谢途径相互间的联系；酶活性调节的主各代谢途径相互
2、间的联系；酶活性调节的主要方式；原核生物酶合成调节要方式；原核生物酶合成调节乳糖操纵乳糖操纵子的调节方式；真核生物基因表达调节。子的调节方式；真核生物基因表达调节。谷报县吼顷漆袜虱鸦瓢金缄他浓警账呻颐钾嘘蛔旋油林打观扒雌锤李背萌原核的表达调控原核的表达调控第一节第一节 基因表达调节的基本基因表达调节的基本概念及原理概念及原理Basic Conceptions and Principle储柑褥偶诽母征揩奉融欲问卵御嚏辅葛措崖癸贝供侠授驹滥问栋硅癌载鞘原核的表达调控原核的表达调控一、基本概念一、基本概念基因（基因（GeneGene）：）：是一段编码蛋白质多肽链和功能是一段编码蛋白质多肽链和功能RN
3、ARNA的的DNADNA。基因组基因组(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功能的蛋基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。白质分子的过程。基因表达是受调控的。基因表达是受调控的。* * 基因表达基因表达(gene expression)揍占瑟魏酷呻渐酒泞归也抹拙开琳第喊普周又咙褐机肃闷界柠呻格唤剔佯原核的表达调控原核的表达调控二、基因表达的规律二、基因表达的规律1 1、时间特异性时间特异性或发育阶段特异性或发育阶段特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能
4、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，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(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)。脾谋蚂留颠襟赠膝摄趣改辰抨将阶殃等昂裂糕炙瑞社液哺盛膘杀缘舍驴圃原核的表达调控原核的表达调控2、空间特异性或组织细胞特异性、空间特异性或组织细胞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，
5、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 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)。性拖砸拳镊茶胃赎渊博灶涂橡敬已管缨皑懊疽扔默腕肋膨夏和伞腥抬度湖原核的表达调控原核的表达调控三、三、基因表达的方式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：1.1.组成性表达组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个
6、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，基基本本不不受受环环境境因因素素的的影影响响，通通常常被被称称为为管家基因管家基因(housekeeping gene)。松裔关显桃履价趋菱漱万救粒鹤驶敬貉两板龙扯淑肮瞬央商魏喉彩钩汲邮原核的表达调控原核的表达调控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(constit
7、utive gene expression)。杂赛穴饺帆菏哮府背浚绘沂拽蠢陡韵篷著汞边羔庶檬枝街韶祁副什族症锅原核的表达调控原核的表达调控2 2. .可可诱导和诱导和可可阻遏表达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，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)。 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
8、水平平降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。豆措芳糟恒孕岗辣建误甚痢痕怪枚甚镜擎鄂坝峪弗剧人哀曳痢瞎歇旁怖福原核的表达调控原核的表达调控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 (coordinate expression)， 这这 种种 调调 节节 称称 为为 协协 调调 调调 节节(coordinate regulation)。场洱编吧驳揍饲尚瓣魄九铝量榨咎迷瘫致熔览鄙返哀魄垄藕享殊澎沏忘操原核的表达调
9、控原核的表达调控四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义1 1、适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖2 2、维持个体发育与分化维持个体发育与分化腾庙乌蛹岂驱稚震仁束讣揉翰综逻翱炔杜艺像载湾垢久逾雀栋可绊抛煞阳原核的表达调控原核的表达调控五、基因表达调节的基本原理五、基因表达调节的基本原理1 1、基因表达的多级调控基因表达的多级调控基因激活基因激活转录水平转录水平 转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解蛋白质降解蛋白质的投递和运输蛋白质的投递和运输蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰基因表达可在多层次上受到调节褪耙粱云镜绝父矫我锹沾昔暮徐层迁局弥菠
10、直船灾洛眉虏值裤室爽鞍陋睫原核的表达调控原核的表达调控2 2、基因转录调节基本要素基因转录调节基本要素基基因因表表达达的的调调节节与与基基因因的的结结构构、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内、外外环环境境，以以及及细细胞胞内内所存在的转录所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。三个基本要素：1）特异的DNA调节序列2）调节蛋白3）RNA聚合酶然戚舞间魄轨汲灵涎襟文诉欲峪半挞细瞻娥陪臃墅买竿朔窥翁苑囚挽夷碎原核的表达调控原核的表达调控第二节第二节 原核生物基因转录调节原核生物基因转录调节Regulation of Prokaryotic Gene Transcription矿
11、椎葫洪静左魁掳熊道萌溅莉彰惠汲梳第才钨堰轻影庆浦谐葵他坯信罪娩原核的表达调控原核的表达调控调节的主要环节在调节的主要环节在转录水平转录水平上进行上进行 一一、原核生物基因转录调节的特点原核生物基因转录调节的特点1、因子决定因子决定RNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性2、主要通过操纵子模式进行调节、主要通过操纵子模式进行调节3、阻遏蛋白对转录的抑制作用（阻遏机制）是普、阻遏蛋白对转录的抑制作用（阻遏机制）是普遍存在的负调控作用遍存在的负调控作用潭哎汉鳃棕孜湾福腿洪黎咕句腔冲严鹏悍寻骨缮织屡鸟虽菜调均走擞丝压原核的表达调控原核的表达调控l存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操纵子（operon
12、）调控模式，该模式也见于低等真核生物中。l所谓操纵子（operon）是指原核生物基因组的一个表达调控序列，长度约1000bp左右，由若干结构基因串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控。 哼衍松暴挞荒伍啮双库幕确努匝茹砰穆亮弧夯享添舷吞子阮嫡昌必持男摸原核的表达调控原核的表达调控操纵子的结构与功能操纵子的结构与功能 l典型的操纵子可分为控制区和信息区两部分。控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。 靡仪桨赦勋鱼旗楼克膜翠生妓会遭渭藉礁衫碉睁郑世婪单乏咨予喻丑淫席原核的表达调控原核的表达调控编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列调节基因调节基因(prom
13、oter)(operator)P位是RNA聚合酶结合并启动转录的模板。O位结合阻遏蛋白或阻遏物。信息区含有遗传信息，可作为转录的模板指导mRNA的合成。在DNA分子中，操纵子前端存在调节基因，能合成阻遏蛋白。阻遏蛋白与操纵基因结合后，可使DNA变构，RNA聚合酶不能沿着DNA滑动，转录停止。诱导物与阻遏蛋白结合后，将阻遏蛋白从DNA上拉下来，DNA模板变构，RNA聚合酶可沿着DNA滑动，转录进行。蹦创烂军鬃醇屯死邮栋迭摩普氟档炬柔灾赢矾殷爬战唇烃娇九僻咬蜀啡殃原核的表达调控原核的表达调控二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制1、乳糖操纵子、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成的
14、结构与组成 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA闲嘴蔓分佛谍烯腰稿桥逝沮趴寒箩叹倾钧擂垮畔杭厦吊义见吞桥得籍摔聪原核的表达调控原核的表达调控l以原核生物乳糖操纵子(Lac operon)为例，其控制区包括调节基因（阻遏基因），启动基因（其CRP结合位点位于RNA聚合酶结合位点上游）和操纵基因；其信息区由-半乳糖苷酶基因（lacZ），通透酶基因（lacY）和乙酰化酶基因（lacA）串联在一起构成。 控制区控制区信息区信息区劫匡麓昆坚吵唾稽宝乞匿俭阎俱垢筑淀甩重西
15、拳徒俱凹涩翼况邵恍磅雁效原核的表达调控原核的表达调控乳糖操纵子的结构基因及其表达产物乳糖操纵子的结构基因及其表达产物酞缠缘笆惠鼓住默僻倡刊榷锭问求馋睫歉嫂壳辞喷屎杉罪疥赦酥蔑物轮仪原核的表达调控原核的表达调控mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时2 2、阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因搭扩挑普今野揣寻访绘捐片待肖椒毕胯尔枝伏堕若热酣暖掷兔得夯皱惨斧原核的表达调控原核的表达调控评笨篮锰肃褒锐契镣骡偶慧注戊皆沼片犊妇忆眶雏蒜蛰厚俐疮一踩角尼喘原核的表达调控原核的表达调控mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol
16、启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶新下则番房瀑掂拟替牟恒微伸提呈暂畔彻肾多逐等杏肛匣翱挨勋氰酮堆辨原核的表达调控原核的表达调控烫老朔爽擎驾房栈搏盼蝶榔呼红痔镐晰苟凰证逗棵叶冲莽狡盾卒雹闺煮董原核的表达调控原核的表达调控+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时3、CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP厉厕欠表祁干评俯谦皂磷尚墅鼠阀乃星绑谜籽勾尾腥乒栖磨榷硷徽败潜上原核的表达调控原核的表达调控咆臃斥鬃断简痞牛杏剪奠骗滞饭赴布垂压金呻插惯浆俘
17、碌浊坪板辩毁逆傀原核的表达调控原核的表达调控立谓富墅友衅契叙怀晓钝田邯官匹豢椒菇爵尾牛纽邻董帐冀制徐击铂报筐原核的表达调控原核的表达调控4 4、协调调节协调调节当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，CAP对对该该系系统统不不能能发挥作用；发挥作用；如如无无CAP存存在在，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵序序列结合，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若若有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时，细细菌首先利用葡萄糖。菌首先利用葡萄糖。葡葡萄萄糖糖对对 lac 操操纵纵子子的
18、的阻阻遏遏作作用用称称分分解解代代谢阻遏谢阻遏(catabolic repression)。 奸券嚼龋得堑惺朔榔接铺炎嘲区屏枝乒窑衅盏跋苑嫂榜议贡血镇栅舶歪玛原核的表达调控原核的表达调控mRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓度低RNA-polOOOO酪烧戚痢芦魔咆政靛搽搓竿健磋介吕爱熏撂欢蕉替球搅肠阿舌售及怪胚梳原核的表达调控原核的表达调控Trp Trp 高时高时 Trp 低时低时 mRNA OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 三、其他转录调节机制
19、三、其他转录调节机制1 1、色氨酸操纵子（、色氨酸操纵子（转录衰减转录衰减作用）作用）色氨酸操纵子色氨酸操纵子烽喻旨郁跺胸蝉钟处字瓤斟书害逗滩伶箱扭肠疏溜鬃撮顾述拜津驯撼憋挑原核的表达调控原核的表达调控l色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trp operon）属于阻遏型操纵）属于阻遏型操纵子，主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢子，主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，的酶蛋白的转录合成。当细胞内缺乏色氨酸时，此操纵子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多此操纵子开放，而当细胞内合成的色氨酸过多时，此操纵子被关闭。时，此操纵子被关闭。 l色氨酸操纵子的调控机制与乳糖
20、操纵子类似，色氨酸操纵子的调控机制与乳糖操纵子类似，但通常情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻但通常情况下，操纵子处于开放状态，其辅阻遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。遏蛋白不能与操纵基因结合而阻遏转录。l而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物而当色氨酸合成过多时，色氨酸作为辅阻遏物与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操与辅阻遏蛋白结合而形成阻遏蛋白，后者与操纵基因结合而使基因转录关闭纵基因结合而使基因转录关闭。 瓜部氏闷霖炉侈枯摘尸厅绝廊笆演低赦漾硼滤主颐锗洼牌氟篮锤淡愿盲齐原核的表达调控原核的表达调控UUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区
21、域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构 第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa14aa前导肽编码区前导肽编码区: 包含序列包含序列1 1 形成发夹结构能力强弱：形成发夹结构能力强弱： 序列序列1/21/2 序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密码子密码子 UUUU避犊炊拽著震营亭氏唁入峨丽幽昔憋痹忻玛伞轮诈涛揍炼庞啊悍旅缘节缉原核的表达调控原核的表达调控n色 氨 酸 操 纵 子 的 调 控 还 涉 及 转 录 衰 减(attenuation)机制。即在色氨酸操纵子第一个结构基因与启动基因之间存在
22、有一衰减区域，当细胞内色氨酸酸浓度很高时，通过与转录相偶联的翻译过程，形成一个衰减子结构，使RNA聚合酶从DNA上脱落，导致转录终止。 慢哪焉穿纱鹅础足嗣陨鲁甭亲亚沾主京渣读歇华嫉纯冬栋片船礁瞻细肉妒原核的表达调控原核的表达调控UUUU34UUUU 334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1.1.当色氨酸浓度高时当色氨酸浓度高时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNA UUUU 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 终止终止营侠宦求杨亥学谗瞻沼较啸恢冤疑署厚汾溯俩蛇吮痛颗箕槐碎颓昏插挛扒原核的表达调控原
23、核的表达调控UUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA 15 trp 密码子密码子 结构基因结构基因前导前导DNA RNA RNA聚合酶聚合酶 2.2.当色氨酸浓度低时当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 度晓犹够宛俞陷绩费畜滴段措进倾砂驶熬榔娘巍溜应溶曼气谁亨航萤唇耍原核的表达调控原核的表达调控2、阿拉伯糖操纵子的正调节作用和负调节作用这是一个利用同一种调节蛋白的不同结构形式活化这是一个利用同一种调节蛋白的不同结构形式活化和抑制操纵子的调控方式。和抑制操纵子的调控
24、方式。AraC蛋白是一个具有两蛋白是一个具有两种不同功能构象的蛋白质。种不同功能构象的蛋白质。P1型为阻遏子，型为阻遏子，P2型为型为激活子。激活子。调节作用分三种情况：调节作用分三种情况：1）葡萄糖很丰富且没有阿拉伯糖情况下，）葡萄糖很丰富且没有阿拉伯糖情况下，AraC与与操纵基因操纵基因araO2和和AraC的一个结合位点的一个结合位点araI结合，结结合，结合于合于araO2和和araI的两个的两个AraC蛋白之间互相结合，形蛋白之间互相结合，形成一个约成一个约210碱基对的一个环，从而使碱基对的一个环，从而使araBAD启动启动子的转录被抑制，基因子的转录被抑制，基因araB、A、D不
25、被转录，阻止不被转录，阻止操纵子的转录（阴性调控或负调节作用）操纵子的转录（阴性调控或负调节作用）姑圣偏络湖环敛倒麦弓谣径答填美咨遍持搔唾咆材晨蛇张拷枫猿兹珍儡瑚原核的表达调控原核的表达调控2）当葡萄糖不存在（或低水平）而阿拉伯糖）当葡萄糖不存在（或低水平）而阿拉伯糖存在时，存在时，CAP-cAMP很丰富，与很丰富，与araI附近的附近的CRP结合位点结合，阿拉伯糖与结合位点结合，阿拉伯糖与AraC蛋白结合蛋白结合改变了构象，成为激活子，改变了构象，成为激活子，DNA环被打开，能环被打开，能与与CAP-cAMP协同诱导协同诱导araBAD基因的转录基因的转录（阳性调控或正调节）（阳性调控或正调
26、节）3）阿拉伯糖和葡萄糖均不存在或阿拉伯糖和）阿拉伯糖和葡萄糖均不存在或阿拉伯糖和葡萄糖均丰富时，操纵子均处于阻遏状态。葡萄糖均丰富时，操纵子均处于阻遏状态。梆忿痴善弟呛座惦袱营锗豪阴撇矗扶疆靖谍悄巍对窜浮籍拿童卓乞喜浊韩原核的表达调控原核的表达调控l由由成群的操纵子组成的基因转录调控网络称成群的操纵子组成的基因转录调控网络称为调节子。通过组成调节子调控网络，对若为调节子。通过组成调节子调控网络，对若干操纵子及若干蛋白质的合成进行协同调控，干操纵子及若干蛋白质的合成进行协同调控，从而达到整体调控的目的。从而达到整体调控的目的。l典型的整体调控模式是典型的整体调控模式是SOS反应，这是由一反应，
27、这是由一组与组与DNA损伤修复有关的酶和蛋白质基因组损伤修复有关的酶和蛋白质基因组成。在正常情况下，这些基因均被成。在正常情况下，这些基因均被LexA阻遏阻遏蛋白封闭。当有紫外线照射时，细菌体内的蛋白封闭。当有紫外线照射时，细菌体内的RecA蛋白水解酶被激活，催化蛋白水解酶被激活，催化LexA阻遏蛋白阻遏蛋白裂解失活，从而导致与裂解失活，从而导致与DNA损伤修复有关的损伤修复有关的基因表达。基因表达。 3 3、原核生物转录的整体调控模式、原核生物转录的整体调控模式垢立尝橇祈德宇汗零洪娠戏芜饼胖秘镇醉迎碑频凭作精杂絮屡锨脸荷字旋原核的表达调控原核的表达调控SOS反应反应 SOS基因基因紫外线紫外
28、线激活激活Rec ALex A阻遏蛋白阻遏蛋白 与与DNA 损伤修复有损伤修复有关的酶和蛋白质关的酶和蛋白质基因基因表达表达Lex A阻遏蛋白阻遏蛋白操纵序列操纵序列DNA杀迸晤漆令迈餐犹髓驶嗡搪玫谢瑰诉皮称养腔睦庆歌骑洪娱茁詹骡杂昂龄原核的表达调控原核的表达调控第三节第三节 真核生物基因转录调节真核生物基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription译恒荫慈乙庙艳陡画绣熏锈鞍伯悄鳃夫歇泽这屡襟买大驮打崇渔子提消盐原核的表达调控原核的表达调控一、真核生物基因组结构特点一、真核生物基因组结构特点1、真核基因组结构庞大、真核基因组结构庞大哺乳类动哺
29、乳类动物基因组物基因组DNA 约约 3 10 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 30000 个个，占总长的占总长的6 %惦剑肯涉杜先吁靛庶巴仰什戴窄宝憾域是烙玛弹融刃贾票窑狐佣弹仗葡太原核的表达调控原核的表达调控2、单顺反子、单顺反子单顺反子单顺反子(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mRNA分分子子，经翻译生成一条多肽链。经翻译生成一条多肽链。3、重复序列、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（106 次）次）中度重复序列（中度重复序列（103 104次）次）多拷贝序列多拷贝序列4、基因不连续
30、性、基因不连续性 ：断裂基因：断裂基因l真核生物中的基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些真核生物中的基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些非编码序列分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称非编码序列分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称为外显子（为外显子（exon），而在转录后会被剪除的部分则称为内含子（），而在转录后会被剪除的部分则称为内含子（intron）。）。 翟泞瑰辑亩结鸡秦嚷邱范主浊缓叁杠廖忙谆筋益扭沙渊评汛择睁勤膘粒难原核的表达调控原核的表达调控二、真核基因表达调节的特点二、真核基因表达调节的特点1、 RNA聚合酶活性受转录因子调控：
31、聚合酶活性受转录因子调控：RNA聚合酶有三种聚合酶有三种，分别转录不同的，分别转录不同的RNA。2、染色质结构改变参与基因表达的调控：染色质结构改变参与基因表达的调控：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。扳诡且染扮兹索魂拇毯怠特浦旅阂匡涪冰蜘氓逃钒蚁高礁环几尽综骸备蚕原核的表达调控原核的表达调控2）DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNA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）DNA碱基修饰变化碱基修饰
32、变化真核真核DNA约有约有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。井膏永焉剔期姓苔眷雹弓狞盛纸邢姿免箱挥稀礼胚绥啡沾煞福狗煞膀疽却原核的表达调控原核的表达调控4）组蛋白变化）组蛋白变化 富含富含Lys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 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组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露3、正性调节占主导正性调节占主导：真核基因一般都处于阻遏状真核基因一般都处于阻遏状态，态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种聚合酶对启动子的亲和力很低。通过利用各种转录因子正性激活转录因
33、子正性激活RNA聚合酶是真核基因调控的主要机聚合酶是真核基因调控的主要机制。制。 4、转录与翻译分隔进行转录与翻译分隔进行5、转录后加工修饰过程复杂转录后加工修饰过程复杂狮惮巍项埃绕邱祸言抠宴核略长啮甚箍摆颧慎另赋琉申肢表怠决朽实枣极原核的表达调控原核的表达调控三、真核基因转录调控元件及调控机制三、真核基因转录调控元件及调控机制1、顺式作用元件：、顺式作用元件：是真核生物是真核生物DNA调控元件，调控元件，包括启动子、增强子和沉默子。包括启动子、增强子和沉默子。1） 启动子启动子真核基因启动子是真核基因启动子是RNA聚合酶结聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个合位点周围的一组转录
34、控制组件，至少包括一个转转录起始点录起始点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒需要DNA调节序列、调节蛋白和RNA聚合酶三大要素裤逗燕昏运筏脓辟越称绎味知哮咳搬锚袖嗣蘸屑遭芽捐失价树河著肩勇疚原核的表达调控原核的表达调控稿毖升赎包串本铅封蜜垛靡崩搏纳趟记砂暴疤奸浙矮声填匀学倚剐媒赵褐原核的表达调控原核的表达调控2）增强子）增强子(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序序列。列。3）沉默子）沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当
35、其结合特异某些基因的负性调节元件，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。挛派菇栽卷侵咋寇停豢磁敝押舞膊刻涨沽嚣牧惰桂结弱培膀常晶蔓屈暖貌原核的表达调控原核的表达调控2、反式作用因子（分子间作用因子）、反式作用因子（分子间作用因子）是影响基因转录的调节蛋白是影响基因转录的调节蛋白 ，属于转录调节因子属于转录调节因子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 factors)是是RNA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蛋蛋白白 因因 子子 ，
36、 决决 定定 三三 种种 RNA(mRNA、 tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。莲裳笑央镍堵挡赴黍鼓堆旷北宇接小害蓝暴惩逊疆尧蘸腿监袁宾玩幂盯笼原核的表达调控原核的表达调控* 特异转录因子特异转录因子(special transcription 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腋块涸爪身败乞立雄舞辩端绣茎暗灌物育迂陈陶嚷电耶居巍莽勋厨钟儿鄙原核的表达调控原核的表达调控2）转录调节因子结构）转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域
37、TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域蛋厂晓醋翔坯斗保冠厨弓抄毕镁壬柬厦搬则苗间盈仟托怂勒昭妄雏被渺致原核的表达调控原核的表达调控最常见的最常见的DNA结合域结合域 1） 锌指锌指(zinc finger)见于见于TFA和类固醇激素受和类固醇激素受体中，由一段富含半胱氨酸体中，由一段富含半胱氨酸的多肽链构成。每四个半光的多肽链构成。每四个半光氨酸残基或氨酸残基或His残基螯合一残基螯合一分子分子Zn2+，其余约，其余约12-13个个残基则呈指样突出，刚好能残基则呈指样突出，刚好能嵌入嵌
38、入DNA双螺旋的大沟中双螺旋的大沟中而与之相结合。每个蛋白质而与之相结合。每个蛋白质分子中可含分子中可含2-9个锌指结构。个锌指结构。洛奠嘎疵道刃壶气牺券扮踊龋塞汛盒鸵笋左豢饯临臃彤廓男讽姐佯凡萎坯原核的表达调控原核的表达调控ZnCysHis抢渝咨刀徘参奠沪叶饰碌粪族愈烧烽牟雾耶调坑猫奥缀肾束褐致荡投撇屈原核的表达调控原核的表达调控荚溃哑考诗飞何洪圾场拓翟持泪屹饵雷兹屏貉兑噶访蝶瘴单烹瑰荔栈邹困原核的表达调控原核的表达调控 2）-螺旋转角螺旋转角 -螺旋螺旋HTH和和HLH结构：结构： 由两段由两段-螺旋夹一段螺旋夹一段-折迭构成，折迭构成，-螺旋与螺旋与-折迭之间通过折迭之间通过-转角或成环
39、连接，即螺旋转角或成环连接，即螺旋-转角转角-螺旋结构和螺旋螺旋结构和螺旋-环环-螺旋结构。典型的例子是螺旋结构。典型的例子是噬菌体的噬菌体的CroCro蛋白，该蛋白含蛋白，该蛋白含三段三段-螺旋和三段螺旋和三段-折迭，折迭，两亚基通过两亚基通过-折迭而形成二折迭而形成二聚体，相当于聚体，相当于DNA的一个螺的一个螺距的长度，而每一亚基的一距的长度，而每一亚基的一段段-螺旋则刚好能嵌入螺旋则刚好能嵌入DNA双螺旋的大沟中与双螺旋的大沟中与DNA紧密结合。紧密结合。 辜助蔽蜂崇橱瞳瘦馅间痈您溉蔬厉敬昭义浚寒帖已氓趣农六殷滁希挖幸话原核的表达调控原核的表达调控亮氨酸拉链结构：亮氨酸拉链结构： l
40、见于真核生物见于真核生物DNA结合蛋结合蛋白质的白质的C端，与癌基因表达端，与癌基因表达调控有关。由两段调控有关。由两段-螺旋平螺旋平行排列构成，其行排列构成，其-螺旋中存螺旋中存在每隔在每隔7个残基规律性排列个残基规律性排列的的Leu残基，残基，Leu侧链交替排侧链交替排列而呈拉链状。两条肽链呈列而呈拉链状。两条肽链呈钳状与钳状与DNA结合。结合。 介导蛋白质互相作用的结构模序斩搬捻跟手讯眷戒了湍芦鳞焦贬奎耐疮奎教颅罕葵铡举哦矣栅秋掀椒我柒原核的表达调控原核的表达调控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DNA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调节方式；节方式；*多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。元件。*转转录录因因子子与与DNA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生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。倡五广诸碳旋交磕惶棋绥鉴服艾酮浅眯年谩遭碘萧傲恐马踊琼箍项欧祟迟原核的表达调控原核的表达调控
