基因与基因表达调控课件.ppt

1、 基因是一个特定的基因是一个特定的DNA或或RNA片段，但片段，但并非一段并非一段DNA或或RNA都是基因。都是基因。一、基因概念的发展：一、基因概念的发展：现代基因的概念：现代基因的概念：基因是基因是DNADNA分子中含有分子中含有特定特定遗传信息遗传信息的一段核苷酸序列，是的一段核苷酸序列，是遗传物质的最遗传物质的最小功能单位小功能单位。遗传因子染色体是基因的载体DNA是遗传物质基因是有功能的DNA片段4（一）遗传因子（一）遗传因子（1）孟德尔认为生物的性状是由“遗传因子”决定的。孟德尔（Johann Gregor Mendel）2023-7-275（2）1909年，丹麦生物学家约翰逊根据

2、希腊文“给予生命”之义，创造了基因（gene）一词，并用这个术语代替孟德尔的“遗传因子”。约翰逊（W.L.Johannsen,1857-1927）6（二）染色体是基因的载体（二）染色体是基因的载体（3）1910年，摩尔根及其同事们以果蝇、玉米为材料，经过大量研究，证明基因位于染色体上，并呈直线排列，建立了以基因和染色体为主体的经典遗传学。摩尔根(Thomas Hunt Morgan,1866-1945)l经典的基因概念：突变的最小单位突变的最小单位 重组的最小单位 功能的最小单位功能的最小单位“三位一体三位一体”1926 基因论它决定决定着一个特定的性状，而且能发生突变突变并随着染色体同源节段

3、的互换而交换交换，它不仅是决定性状的功能单它不仅是决定性状的功能单位，而且是一个突变单位和交换单位。位，而且是一个突变单位和交换单位。2023-7-278（三三）DNADNA是遗传物质是遗传物质19281928，GriffithGriffith肺炎球菌转化实验。肺炎球菌转化实验。2023-7-279 19441944年，年，AveryAvery体外的转化实验。体外的转化实验。19561956年，年，Hershey-ChaseHershey-Chase噬菌体感染实验。噬菌体感染实验。19561956年，年，Fraenkel-ConratFraenkel-Conrat烟草花叶病毒实验。烟草花叶病毒

4、实验。12（四）基因是有功能的（四）基因是有功能的DNADNA片段片段1、1941年Beadle 和 Tatum（19091975）提出一个基因一种酶学说，沟通了蛋白质合成与基因功能的研究。2023-7-2713 2、1953年，美国生物化学家沃森和英国生物物理学家克里克提出了DNA双螺旋结构模型。沃森(JamesD.Watson,1928)和克里克(FrancisH.C.Crick，1916)3、1957年S.Benzer用大肠杆菌T4噬菌体作为材料，分析了基因内部的精细结构，提出顺反子(cistor)概念，证明基因是DNA分之上一个特定的区段，是一个功能单位，包括许多突变位点（突变子），突

5、变位点之间可以发生重组（重组子）（S.Benzer,1921)三位一体基因具有精细结构重组子突变子顺反子Benzer的重组测验和互补测验跳跃基因断裂基因重复序列假基因基因序列的多样性二、基因的类别及其相互关系根据基因的功能和性质，可将其分为以下几类：l结构基因（结构基因（structural gene)和调节基因和调节基因(regulatory gene)：既可转录又可翻译既可转录又可翻译。l核糖体核糖体RNA基因（基因（rRNA基因简称基因简称rDNA）和转移）和转移RNA基因基因（tRNA基因简称基因简称tDNA）：）：只可转录不可翻译只可转录不可翻译。l启动子（启动子（promotor）

6、和操纵基因）和操纵基因(operator)：既无转录功能既无转录功能又无翻译功能又无翻译功能，确切说，它们不能称为基因。，确切说，它们不能称为基因。三、基因与DNAl一个基因大约有一个基因大约有500-6000个核苷酸对，但个核苷酸对，但并非并非DNA分子上任一含有几千个核苷酸对分子上任一含有几千个核苷酸对的区段都是一个基因，的区段都是一个基因，基因是一个含有特基因是一个含有特定遗传信息的定遗传信息的DNADNA分子区段。分子区段。l如何判断一段核苷酸序列是否是某个基因？如何判断一段核苷酸序列是否是某个基因？要看这个特定的核苷酸序列是否与其转录产物要看这个特定的核苷酸序列是否与其转录产物RNA

7、RNA核核苷酸序列或翻译产物多肽链的氨基酸序列相对应，苷酸序列或翻译产物多肽链的氨基酸序列相对应，这样就必须同时测定某一段这样就必须同时测定某一段DNADNA的核苷酸序列和相应的核苷酸序列和相应产物的序列。产物的序列。第一节 基因的结构与功能第二节 基因组的结构与功能第三节 基因的表达与调控第一节基因的结构与功能一、基因的分子基础二、结构基因的基本结构三、原核生物基因结构与调控模式四、真核生物基因结构与调控模式五、特殊结构与功能基因 基因的化学本质是一段DNA分子片段，携带有特定的遗传信息。1953年,Watson&CrickDNA双螺旋半保留复制 基因是一个遗传功能单位，它所对应的一段核苷酸

8、序列被称为顺反子。一个顺反子编码一条完整的多肽链。PPP5 3 蛋白质蛋白质原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子mRNAmRNAPPPmG-5 3 蛋白质蛋白质真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子mRNAmRNAATGTAA3UTR5UTRRNA起点polyA位点启动子终止子转录区基因内含子外显子ATGTAA3UTR5UTRRNA起点转录终止位点核糖体结合位点启动子终止子转录区基因原核基因真核基因转录区非翻译区非翻译区非编码区非编码区编码区：非编码区：可以被转录的区域，由连续的密码子组成。翻译区：从ATG至TAA非翻译区：5UTR、3UTR位于转录区以外，包含有调控作用的序列。如启动子，增强子

9、等。转录翻译三、原核生物基因结构与调控模式操纵子调控模式操纵子（operon）：在原核生物中，若干功能相关的结构基因串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式成为操纵子。1、操纵子概念由启动子（P）、操纵基因（O）、调节基因、结构基因所组成。2、原核生物基因表达调控操纵子模式调控区信息区1、断裂基因（splitgene）（1 1）外显子）外显子ExonExon：基因中编码的序列，与基因中编码的序列，与mRNAmRNA的序列相对应的序的序列相对应的序列区域。列区域。（2 2）内含子）内含子IntronIntron：基因中不编码的序列基因中不编码的序列,是是 mRNA mRNA

10、被转录后剪接加被转录后剪接加工过程中去除的区域。工过程中去除的区域。真核生物的结构基因是不连续的，编码氨基酸的序列被非编码序列所打断，因被被称为断裂基因。四、真核生物基因结构与调控模式剪接剪接:前体前体RNARNA中由内含子转录中由内含子转录下来的序列去除，并把由外显子下来的序列去除，并把由外显子转录的转录的RNARNA序列连接起来的过程。序列连接起来的过程。断裂基因断裂基因前体前体mRNAIntrons 去除去除Exons 连接连接断裂基因是由一系列交替存在的外显子和内含子组成。R环环鸡的卵清蛋白基因鸡的卵清蛋白基因DNADNA与其与其mRNAmRNA杂交图杂交图2020世纪世纪7070年代

11、，年代，Chambon&BergetChambon&Berget发现。发现。2、真核生物基因表达调控模式真核生物基因表达调控较原核生物要复杂得多！人类细胞单倍体基因组就包含有人类细胞单倍体基因组就包含有3 310109 9bpbp总总DNADNA，大肠杆菌总大肠杆菌总DNA DNA 含有含有4 4 10106 6bpbp，10001000倍，倍，噬菌体总噬菌体总DNADNA几十至几百几十至几百kbkb，1010万倍左右！万倍左右！n真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现预定的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内

12、保持正常功能。真核基因表达调控多水平进行，转录调控是主要环节！真核基因转录与翻译两个过程是分开的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性。同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。真核生物转录调控是通过顺式作用元件和反式作用因子相互作用实现的。真核基因的顺式作用元件是指基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括：（1）启动子(promoter)、（2）增强子(enhancer)；（3）近年又发现起负性调控作用的静止子(silencer)顺式作用元件(cisacting elements)（1）启动子 指RNA聚合酶特异性识别和结

13、合并启动转录的DNA序列。真核启动子启动转录需要多种蛋白质因子的相互协调作用。真核启动子一般位于结构基因转录起始点上游，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长730bp。真核生物有3类RNA聚合酶，负责转录3类不同的启动子，分别为：类、类和类。启动子元件分为核心启动子元件和上游启动子元件。真核启动子含有不同的组件真核启动子含有不同的组件SV40 早期启动子早期启动子胸苷激酶胸苷激酶组蛋白组蛋白H2B-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 Oct CAAT GC TATA真核生物真核生物RNA聚合酶的种类和性质聚合酶的种类和性质variety trans

14、cripts respond to -amanitine 45s-rRNA resistant (28S,18S,5.8S)*hnRNA,snRNA very sensitive tRNA,5s-rRNA middling snRNA,sensitiveI类启动子III类启动子启动子中的元件可以分为两种：上游启动子元件(upstream promoter element)包括通常位于70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控核心启动子元

15、件(core promoter element)指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游25/30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。一种能够提高转录效率的顺式调控元件。最早是在SV40病毒中发现的长约200bp的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍，其后在多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。增强子通常占100200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常为812bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。（2）增强子 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。3.静止子u 最

16、早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在。u 目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多。u 静止子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。五、特殊结构与功能的基因可以在基因组内移动位置的基因。不产生有功能产物的基因。同一个DNA序列可以参与编码两个以上的RNA或多肽链。核苷酸序列或编码产物结构具有一定程度同源性的一组基因。(1)核酸序列相同：多拷贝基因，如tRNA基因家族(2)核酸序列高度同源：如人类生长激素基因家族(3)编码产物具有同源功能区：如src癌基因家族(4)编码产物具有小段保守基序：

17、如DEAD盒基因家族(5)基因超家族：一组由多基因家族及单基因组构成的。BarbaraMcClintock(1902-1992)Nobel Prize for Physiology or Medicine 1983原核生物转座子的类型：原核生物转座子的类型：1、插入序列(insertion sequence,IS)2000bp2、复合转座子(composite transposon)2000bp3、转座噬菌体，如噬菌体Mu和D108简单转座复制性转座人珠蛋白基因家族中的假基因（）正常情况下人红细胞可发现正常情况下人红细胞可发现6种不同的血红蛋白分子：种不同的血红蛋白分子：胚胎期的血红蛋白为胚胎

18、期的血红蛋白为Gower 1(22)、Gower 2(22)和和Portland(22)；胎儿期血红蛋白为；胎儿期血红蛋白为HbF(22)；成人血红蛋白，即；成人血红蛋白，即HbA(22)及及HbA2(22)。19771977年年 Sanger Sanger X174X174噬菌体：噬菌体：DNADNA为单链环状，有为单链环状，有53865386个核苷酸个核苷酸；感染后合成感染后合成1111种蛋白质种蛋白质=60786078个核苷酸个核苷酸第二节基因组的结构与功能一、病毒基因组的结构与功能特点二、原核生物基因组的结构与功能特点三、真核生物基因组的结构与功能特点四、线粒体基因组五、人类基因组一、

19、病毒基因组的结构与功能特点1不同病毒基因组大小相差较大 2不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸 3病毒基因组有连续的也有不连续的 4病毒基因组的编码序列大于90%5单倍体基因组 6基因有连续的和间断的 7相关基因丛集 8基因重叠 9病毒基因组含有不规则结构基因 二、原核生物基因组的结构与功能特点1具有操纵子结构2编码序列在基因组中约占50%3多顺反子结构，无内含子4基因组中重复序列很少5存在移动基因三、真核生物基因组的结构与功能特点三、真核生物基因组的结构与功能特点1多条染色体，两份同源的基因组2基因组庞大、复杂3单顺反子结构4非编码的顺序占绝大部分，含有大量的重复顺序5具有内含子结构6.有基

20、因家族四、线粒体基因组的结构和功能特点四、线粒体基因组的结构和功能特点1基因组多为环状DNA分子，少数为线状2.一个细胞里有多个线粒体基因组2不同物种的线粒体基因组相差悬殊3线粒体基因DNA没有内含子4基因组能够单独进行复制、转录和合成蛋白质五、人类基因组的结构和功能特点五、人类基因组的结构和功能特点1人类基因组DNA总量为3109bp2.编码序列占基因组DNA的5%3非编码序列占基因组DNA的95%4.非编码序列中还有大量的重复序列5重复序列在个体间最具有变异性，是形成DNA多 态性的基础。DNA多态性：基因组基因组DNADNA中中,由不同碱基结构的由不同碱基结构的等位基因等位基因所形成所形

21、成的多态性。的多态性。（1）DNA序列多态性（序列多态性（DNA位点多态性）位点多态性）（2）DNA长度多态性长度多态性DNA多态性可分为两类：等位基因之间在特定位点上等位基因之间在特定位点上的的DNADNA序列序列存在差异。存在差异。同一基因座上等位基因之间同一基因座上等位基因之间DNADNA片段片段长度长度存在差异存在差异点突变？（一）人类基因组的DNA多态性由于限制性内切酶位点上发生了单个碱基突变而使这一限制性位点发生丢失或获得而产生的多态性。n 可变数目串联重复序列（可变数目串联重复序列（variable number variable number of tandem repeats

22、of tandem repeats，VNTRsVNTRs）重复次数不同。）重复次数不同。n 基因的某一片段缺失或扩增。基因的某一片段缺失或扩增。小卫星：小卫星：minisatellite DNA minisatellite DNA variable number of tandem repeats,VNTR重复单位9-24bp、重复数次至数百次、总长0.1-2.0kb，有特定的染色体定位微卫星：微卫星：microsatellite MS,又称短串联重复序列又称短串联重复序列 short tandem repeats,STR 重复单位2-6bp、重复次数5次-60次、总长400bp、在染色体DN

23、A中散在分布。目前最有用的遗传标记目前最有用的遗传标记“亲子鉴定热亲子鉴定热”摧毁家庭的基摧毁家庭的基石石 造福人类还是戕害家庭？造福人类还是戕害家庭？亲子鉴定杀死了中国人的家庭忠诚亲子鉴定杀死了中国人的家庭忠诚“亲子鉴定亲子鉴定”折射家庭信任危折射家庭信任危机机亲子鉴定拷问亲子鉴定拷问“真实的谎言真实的谎言”亲子鉴定有什么错亲子鉴定有什么错常用常用STRSTR基因座及在染色体上的位置基因座及在染色体上的位置CSF1POD5S818D21S11TH01TPOXD13S317D7S820D16S539D18S51D8S1179D3S1358FGAVWAAMELAMELD2S1338D19S433

24、Penta DPenta E简要案情：父怀疑子是否为其亲生。D8S1179D21S11 D7S820 CSF1PO D3S1358 D5S818 D13S317 D16S539争议父争议父12/152910/1210/121510/128/1111/13生母生母16/1729/3011/1212/1315/1611/12811/13子子12/162911/1212/1315128/1111D2S1338 D19S433vWAD12S391 D18S51 D6S1043FGAAMEL争议父争议父20/231516/1818/241413/1418/26X/Y生母生母19/2413.2/1416/

25、1920/2216/1814/1823/24X子子19/2313.2/1516/1822/2414/1613/1418/24X/Y简要案情：父怀疑子是否为其亲生。D8S1179D21S11D7S820 CSF1PO D3S1358D5S818D13S317 D16S539争议父争议父12/1330/318/127/1214/189/108/1111/12生母生母14/1529/30111216118/1011/12子子11/14301110/1215/1611811/12D2S1338 D19S433vWAD12S391D18S51D6S1043FGAAMEL争议父争议父18/2313/141

26、4/1818/2016/1814/1822/25X/Y生母生母18/1914/15.214/1719/221611/1921/24.2X子子17/1913/15.217/2019/22161124/24.2X/Y分析Y染色体的微卫星DNA共分析11个微卫星区域，每个区域里的重复数目如下：杰佛逊总统的叔叔的后代15、12、4、11、3、9、11、10、15、13、7Eston Hemings的后代1515、1212、4 4、1111、3 3、9 9、1111、1010、1515、1313、7 7Thomas Woodson的后代14、12、5、11、3、10、11、13、13、13、7概念：概念

27、：在基因组中反复出现，在基因组中含有在基因组中反复出现，在基因组中含有一个以上一个以上序列序列相同的相同的拷贝拷贝称为称为重复序列重复序列.（二）人类基因组的重复序列 （1 1）反向重复序列反向重复序列-两个序列相同的拷贝在两个序列相同的拷贝在DNADNA上呈上呈反向排列反向排列 重复序列间有间隔重复序列间有间隔 位于基因调控区内位于基因调控区内 重复序列间无间隔重复序列间无间隔 与基因的转录、复制有关与基因的转录、复制有关 （2 2）串联重复序列串联重复序列-相对恒定的序列为重复单位，相对恒定的序列为重复单位，首尾相接首尾相接 （3 3）散在重复序列散在重复序列-相同序列的重复单位相同序列的

28、重复单位散在分布散在分布 短散布元件：短散布元件：重复单元的平均长度为重复单元的平均长度为300500bp，拷贝数，拷贝数可达可达10万左右。包括万左右。包括Alu家族、家族、Hinf家族。家族。长散布元件长散布元件：重复单元的平均长度为重复单元的平均长度为35005000bp。非编码区 卫星卫星DNADNA 重复单位重复单位5-171bp5-171bp，主要在非编码区主要在非编码区 小卫星小卫星DNADNA 重复单位重复单位15-30bp15-30bp，与染色体折叠压缩，与染色体折叠压缩 微卫星微卫星DNADNA 重复单位重复单位2-6bp2-6bp，和染色体配对有关，和染色体配对有关 Al

29、uAlu家族（也称为家族（也称为AluAlu重复序列）重复序列）是一种短的散在分布的重复序列，重复单元长度为是一种短的散在分布的重复序列，重复单元长度为300bp300bp，因其含有一，因其含有一个个AluIAluI内切酶位点而命名为内切酶位点而命名为AluAlu重复序列，是灵长类动物基因组特有的序列，重复序列，是灵长类动物基因组特有的序列，平均每平均每5kb5kb就出现一个就出现一个AluAlu序列序列。在人类基因组中约占。在人类基因组中约占3 36%6%。AluAlu序列在序列在170170位碱基附近有限制性内切酶位碱基附近有限制性内切酶AluAlu的酶切位点序列的酶切位点序列AGCTAG

30、CT染色体染色体5.AGCT.33.TCGA.5:AluAlu重复序列重复序列Alu IAlu I酶切位点酶切位点170bp130bp Alu Alu重复序列主要构成基因组间隔序列和内含子序列。与基因表达调控有关。重复序列主要构成基因组间隔序列和内含子序列。与基因表达调控有关。10105 5以以上上10-105 10以下反向重复序列（inverted repeat sequence）：这种重复顺序复性速度极快。序列长度这种重复顺序复性速度极快。序列长度1001000bp，约占人基因组的约占人基因组的5。回文序列180旋转对称对称轴镜像对称顺看反看都一样反向重复序列及其发卡结构串联重复序列（ta

31、ndem repeat sequence）：具有一个固定的重复单位（具有一个固定的重复单位（2172bp），该单位头尾，该单位头尾相连形成重复顺序片段，约占人基因组的相连形成重复顺序片段，约占人基因组的10。编码区串联重复序列编码区串联重复序列非编码区串联重复序列非编码区串联重复序列如如组蛋白基因组蛋白基因。编码五种组蛋白的基因密集在一。编码五种组蛋白的基因密集在一个基本的个基本的7.0kb7.0kb的重复单位上，各重复单位之间的重复单位上，各重复单位之间有高度的序列一致性。有高度的序列一致性。常存在于间隔常存在于间隔DNADNA和内含子内，是组成和内含子内，是组成卫星卫星DNADNA的基础。

32、的基础。果蝇海胆海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为6000bp的片段中，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1000次。卫星卫星DNA(satellite DNADNA(satellite DNA）重复单元序列为重复单元序列为5 5171bp171bp，呈串连排列，重复序列的，呈串连排列，重复序列的长度可为长度可为100kbp100kbp几个几个Mb Mb。主要分布在着丝粒和端粒。主要分布在着丝粒和端粒。5AGGGTTCTTAAGTGTCAGGGTTCTTAAGTGTC.33TCCCAAGAATTCACACTCCCAAGAATTCACA

33、C.5重复单位为重复单位为AGGGTTCTTAAGTGTC，表示为表示为(AGGGTTCTTAAGTGTC)n染色体染色体DNA重复序列重复序列rRNArRNA基因也属于中度重复序列，各种基因也属于中度重复序列，各种rRNArRNA的基因串连成簇。的基因串连成簇。真核生物的真核生物的5.8s5.8s、18s18s、28s rRNA28s rRNA基因序列在同一转录单位中，基因序列在同一转录单位中，三个基因间有短的被转录间隔区将它们分开，形成一个约三个基因间有短的被转录间隔区将它们分开，形成一个约7500bp7500bp的转录单位。的转录单位。45SrRNA45SrRNA前体前体45SrRNA4

34、5SrRNA前体前体rRNArRNA基因基因18S18S5.8S5.8S28S28S不转录的不转录的间隔区间隔区第三节基因的表达与调控一、基因表达调控的基本原理二、原核生物的基因表达调控三、真核生物的基因表达调控基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质的过程。rRNA或tRNA的基因经转录和加工产生成熟的rRNA或tRNA的过程。基因表达的特异性基因表达的空间特异性(spatial specificity)：不同组织细胞中基因表达的数量、强度和种类各不相同。基因表达的时间特异性(temporal specificity)：细胞分化发育的不同时期，基因表达也不相同。基因表达的方式组成性表达(con

35、stitutive expression)：在机体生长发育过程中，在几乎所有细胞中持续地表达。管家基因（管家基因（housekeeping gene）选择性表达(constitutive expression)：随细胞种类的不同及环境条件的变化，有差异地表达。诱导诱导(induction)，可诱导的基因，可诱导的基因(inducible gene)阻遏阻遏(repression)，可阻遏的基因，可阻遏的基因(repressible gene)一、基因表达调控的基本原理1、核酸分子之间的相互作用、核酸分子之间的相互作用2、核酸与蛋白质之间的相互作用、核酸与蛋白质之间的相互作用3、蛋白质与蛋白质之

36、间的相互作用、蛋白质与蛋白质之间的相互作用二、原核生物的基因表达调控二、原核生物的基因表达调控1、普遍存在操纵子调控模式、普遍存在操纵子调控模式2、通过特异的阻遏蛋白或激活蛋白调节基因的转录、通过特异的阻遏蛋白或激活蛋白调节基因的转录3、转录和翻译的偶联，使基因调节成为快速、有效的调控方式。、转录和翻译的偶联，使基因调节成为快速、有效的调控方式。（一）、转录水平的调节：操纵子调控模式1 1、乳糖操纵子的调节作用与机制、乳糖操纵子的调节作用与机制IPOZYAIOO诱导剂诱导剂乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的负调控乳糖操纵子的正调控乳糖操纵子的正调控当阻遏蛋白封闭

37、转录时，CAP对该系统不能发挥作用如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。The Lac Operon:When Glucose Is Present But Not LactoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRNAPol.RepressorRepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveCome on,let me throughNowayJose!CAPCAPThe Lac Operon:When Lactose Is Present But Not G

38、lucoseRepressorPromoterLacYLacALacZOperatorCAPBindingRepressorRepressor mRNAHey man,Im constitutiveCAPcAMPLacRepressorRepressorXThis lactose has bent me out of shapeCAPcAMPCAPcAMPBind to mePolymeraseRNAPol.RNAPol.Yipee!调控基因调控基因 结构基因结构基因 trpRtrp2 2、色氨酸操纵子的转录衰减调控、色氨酸操纵子的转录衰减调控催化分支酸转变为色氨酸的酶反馈阻遏反馈阻遏1231

39、50bp前导区前导区 leader衰减子或弱化子衰减子或弱化子 attenuatorLow traphophanHigh traphophan什么是操纵子（operon)?试说明色氨酸操纵子（Trp operon)在原核基因表达调控中的调控机制和重要作用。2003年武汉大学分子生物学试题（二）、翻译水平的调节1、SD序列对翻译的影响 Shine-Dalgarno2、mRNA的稳定性3、翻译产物对翻译的影响SD 序列的影响：结合程度越强，翻译的起始效率就越高。SD 序列与起始密码子之间的序列的影响：下游的碱基若为 AAAA 或 UUUU，翻译效率最高；SD 序列与起始密码子之间的距离的影响：SD

40、 序列位于 AUG 之前大约七个碱基处，表达水平最高三、真核生物的基因表达调控1 1、DNA和染色体水平的调控 基因扩增、基因丢失、基因重排、基因修饰、基因封闭等。转录水平的调控 转录的起始、延伸和终止等。转录后RNA前体加工及转运的调控 基因在核中转录而在胞浆中翻译，转录后需经剪切、拼接、编辑、修饰和转运等过程。翻译水平的调控。mRNA的稳定性及翻译起始等。翻译后水平的调控。翻译产物剪切、修饰、构象形成、转运和装配等。mRNA降解的调控 细胞内有控制mRNA寿命的机制。（一）、（一）、DNA水平的调控水平的调控1、染色质结构对基因表达的影响染色质中DNA和组蛋白的结构状态影响转录。基因修饰发

41、生在DNA水平，主要包括甲基化修饰。2、基因修饰真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C)，而活跃转录的DNA序列中胞嘧啶甲基化程度常较低。甲基化最常发生在某些基因5侧区的CpG序列中 3、基因重排 指某些基因片段改变原来存在顺序而重新排列组合，成为一个完整的转录单位。调节表达产物多样性。4、基因扩增（gene amplification）基因组中的特定基因在某些情况下复制产生大量拷贝的现象，基因活性调控的一种方式。（二）、转录水平的调控（二）、转录水平的调控 主要通过顺式作用原件与反式作用因子和RNA聚合酶（RNApolymerase,R

42、NApol）的相互作用完成。u真核基因转录起始的调节，首先表现为反式作用因子的功能调节，即特定的反式作用因子被激活后，可以启动特定基因的转录。()反式作用因子的活性调节表达式调节表达式调节 共价修饰：共价修饰：磷酸化磷酸化-去磷酸化，糖基化去磷酸化，糖基化配体结合配体结合 蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质与蛋白质相互作用(2)反式作用因子与顺式元件的结合(3)反式作用因子的组合式调控作用 每一种反式作用因子结合顺式元件后虽然可发挥促进或抑制作用，但反式作用因子对基因表达调控不是由单一因子完成的，而是几种因子组合，发挥特定的作用，成为组合式基因调控。（三）、转录后水平的调控（三）、转录后水平的调控转

43、录后加工是真核基因表达调控的另一重要环节。mRNA初级转录产物在核内进行加工修饰，加工过程包括加帽、加尾、剪接碱基修饰、编辑和转运等。()“加帽”和“加尾”的调控阻止mRNA降解提高翻译效率利于向胞质转运保持mRNA稳定，延长mRNA寿命。(2)选择性剪接（splicing）在mRNA成熟过程中，通过切除内含子并将外显子连接在一起，称为mRNA剪接。一般把一个mRNA前体经过不同方式的剪接产生相关但不同的成熟的mRNA的过程称为选择性剪接（alternativesplicing）。mRNAmRNA剪接可以是组成型，也可以是受调控的。剪接可以是组成型，也可以是受调控的。前者，同一个基因总是产生相

44、同的产物；后者在不同时期、不同组织或细胞中，mRNA剪接方式是受调控的，可产生不同的产物。选择性剪接意义选择性剪接意义：在高等生物细胞的高度异质性中起重要作用。由于剪接的在高等生物细胞的高度异质性中起重要作用。由于剪接的多样化，一个基因在转录后通过多样化，一个基因在转录后通过mRNAmRNA前体的剪接加工而产前体的剪接加工而产生两个或更多的蛋白质，使调控更加精细。生两个或更多的蛋白质，使调控更加精细。(3)RNA编辑的调控RNARNA编辑（编辑（RNA editingRNA editing）是一种较为独特的遗传信息加工）是一种较为独特的遗传信息加工的方式，它通过位点特异性脱氨作用、插入或删除使

45、原始的方式，它通过位点特异性脱氨作用、插入或删除使原始转录产物核苷酸序列改变的现象。转录产物核苷酸序列改变的现象。位点特异性脱氨（核苷酸替换）核苷酸的插入或缺失(4)mRNA转运调节细胞核选择型输出细胞核选择型输出（四）、翻译水平的调控翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳定性和mRNA翻译的起始频率。（1）翻译起始调控（2）mRNA稳定性对翻译的影响真核生物能否长时间、及时地利用成熟的mRNA分子翻译出蛋白质以供生长发育的需要，与mRNA的稳定性相关。(A)n(A)n(AUUUA)n5ARE结合蛋白(AUUUA)n5poly(A)核酸酶(AUUUA)n5核酸内切酶解毒铁铁吸收缺铁时，缺铁时，I

46、RE-BPIRE-BP与与IREIRE结合阻止铁蛋白结合阻止铁蛋白mRNAmRNA翻译。翻译。同时，同时，TfRTfR的的IREIRE也与也与IREBPIREBP结合，阻止结合，阻止mRNAmRNA降解，促进降解，促进TfRTfR蛋白合成蛋白合成（五）、翻译后水平的调控（五）、翻译后水平的调控一、信号肽的切除；二、新生肽链的修饰；三、肽链的剪接和正确折叠；胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC前胰岛素原（前胰岛素原（110aa110aa）切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子切除信号肽后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素 48a.a48a.aCNSSSS胰岛素原胰岛素原 86aa86aaSS一、信号肽的切除三、肽链的剪接与正确折叠eg.伴刀豆蛋白前体的剪接：N端信号肽、C端残余9肽、中间15个氨基酸被切除后，才具有活性。分子伴侣帮助新生肽链的正确折叠酶：如二硫键异构酶分子伴侣：如Hsp70、90家族 肽链的剪接 肽链的正确折叠