基因表达调控-1精

1、基因表达的调控基因表达调控旻生令的必需本章内容第一节概述第二节 原核生物基因表达调控第三节真核生物基因表达调控2第一节概述基因表达:指基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的 蛋白质分于或RNA产物的过程.基因表达的调控在不同时期和不同条件下基因表达的开启或关闭以及基 因活性的增加或减弱等，是受到调节的。不论是真核还是原核生物都有基因表达调控机制。指挥 基因调控的信号原核生物：营养状况、环境因素真核生物：激素水平、发育阶段基因表达调控的时间性和空间性5一.基因表达调控的元件和作用方式1、顺式作用元件与相关基因处于同一DNA分子上，能起调控作用的DNA 序列,一般不转录任何产物.如：启动子、

2、增强子、终止子、衰减子等2、反式作用因子一个基因的产物（如蛋白质或RNA ）如对另一个基因的 表达具有调控作用，則被称为反式作用因子。DNACmRNA 蛋白质ADNAmRNA蛋白质C6调控方式顺式调控和反式调控 正调控和负调控负调控：调节蛋白是阻遏蛋白无调节蛋白时，基因是表达的，加入调节蛋白, 基因活性被关闭.正调控：调节蛋白是激活蛋白无调节蛋白时，基因是关闭的，加入调节蛋白, 基因活性被开启.二、原核生物和真核生物的基因表达调控策略原核生物的基因调控取决于环境因素及细胞对环境条件的适应在DNA、和翻译三个水平上进行操纵子一原核生物转录调控的主要方式-真核生物的基因调控比原核生物复杂得多（多细

3、胞生物）基因表达调控贯穿于DNA到有功能蛋白质的全过程未发现操纵子的存在9第二节原核生肠基因表达碉控操纵子的定义操纵子(operon )是基因表达的协调单位，由启动 子、操纵序列及其所控制的一组功能上相关的结构基 因所组成。操以孑是康栓基因表达调控的一种重 要的形式I其他调节序列启动子 (P romoter)结构基因操纵序列(op erator)10原核基因调控机制的类型与特点1、根据操纵子转录调控机制的不同，可分为负调控：调节基因的产物是阻遏蛋白(repressor)正调控：调节基因的产物是激活蛋白(activator)112、根据操纵子对小分子效应物的反应可诱导的调节是指一些基因在特殊的代

4、谢物或化合物的作用下，由原来 关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基 因活化.如乳糖操纵子.可阻遏的调节这类基因平时都是开启的，处在生产蛋白质或酶的工作过 程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭， 阻遏了基因的表达.如色氨酸操纵子.13原核基因调控机制的类型与特点负调控负控诱导:负控阻遏:阻遏蛋白与效应物结合，结构基因转录。 阻遏蛋白与效应物结合，结构基因不转录。正调控正控诱导:正控阻遏:效应物使激活蛋白处于活性状态.效应物使激活蛋白处于非活性状态13负控诱导负调控正控诱导负控阻遏可诱导调节正调控正控阻遏1417原核生物结构基因的4种表达调控类型15获1965年诺贝尔生理

5、学和医学 奖、乳糖操纵子和负控诱导系统操纵子模型Jacob and Monod1961 年，Monod和Jacob提出（一）乳糖操纵子（lac operon）的结构调控区结构基因Z、（*DNAO 丨 Z I Y I A I操纵序列调节基因I启动序列Z：卩-半乳糖昔酶Y： P半乳糖昔酶透过酶A：乙酰基转移酶19CAP结合位点17大肠杆菌乳糖操纵子模型(lactose operon)结构基因（Z、Y. A）:卩半乳糖昔酶：乳糖乳糖+葡萄糖 卩半乳糖昔透过酶：使乳糖能透过细菌壁卩半乳糖昔乙酰基转移酶启动区（Promotor,P） : lacP操纵区(opei'ator, O) : lacO调

6、节基因（/）:产生阻遏蛋白，结合到操纵基因（二）乳糖操纵子的负调控和正调控当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，通常优 先利用葡萄糖，而不利用乳糖。当培养基中含有充分的乳糖，但不含葡萄糖时，细菌便 会自动产生半乳糖昔酶来分解乳糖，以资利用.当培养基中不含乳糖时，细菌便自动关闭乳糖操纵子, 以免浪费物质和能量。191、Lac操纵子的负调控：阻遏蛋白的负性调节vO调节基因DNAmRNA阻遏蛋白21DNAmRNA启論/*mRNA阻遏蛋白乳糖212、Lac操纵子的正调控 调节蛋白：分解代谢基因激活蛋白(catabolic gene activator protein, CAP) -激活蛋白 CAP

7、-cA MP复合物是激活转录的必要条件I. CAP亚基由两个结构域，氨基末端结构域与cAMP结合, 竣基末端结构域与DN A结合2.CAP可结合到乳糖操纵子上(CAP结合位点)，增强 RNA聚合酶与启动子的结合，使转录效率提高50倍。22葡萄糖利用对乳糖操纵子的影响葡萄糖一©> 5*AMPCRP（非活性状态）CAP（活性状态）PJL2324CAP的正性调节+ + + +转录DNA有葡萄糖，CAMP浓度低时 不促进转录促进转录3、协调调节协调调节：阻遏蛋白负调节与CAP正调节两种机 制协调合作。只有当CAP-CAM P复合物形成并结合到CAP结合 位点以及阻遏蛋白脱离LacO时，

8、才开始结构基因 的转录。25The Lac OpeTon:When Glucose Is Present But Not LactoseLacV、Hey man, I'm constitutiveNo way Jose!Come on,let me throughPoL26The Lac OpcTon:When Lactose Is Present But Not Glucose、Bind to mePol ymerase 丿RNA PoLThis lactose has bent me out ofshape 丿I心、Yip ee !J Pol.cANW27The Lac OpcTo

9、n:When Neither Lactose Nor Glucose Is PresentBind lo me Polvmerase« STOPRight there PoRmeraseJRNAPoLALacY%cANW28二.色氨酸操纵子及其调控机制31辅阻遏基EIR弱化子调控区打0 ZIIfIS"I (Atleluiator)Genes for enzymesXDE：邻氨基苯甲酸合酶D：邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶C：专喙甘油磷酸合SBB：色氮战合酶8亚基A：色氨酸台81 a亚基29启动子区.操纵区（一）帀操纵子的阻遏系统效应物是色氨酸，是由操纵子所编码的生物 合成途径的

10、末端终产物。切/?基因产物为辅阻遏蛋白，与色氨酸相结合形成 有活性的阻遏物，与操纵区结合并关闭切 mRNA转录。7"操纵子的阻遏调节系统调节区结构基因Trp低时Trp高时Trp（诱导物）3133（二）帀操纵子的衰减作用前导序列：在tTpE基因上游一个长162bp的DNA片段。Genes for enzymes辅阻遏基因RIl衰减子IIi ； 7i 耳I (Atlef mor)E：邻氮基苯甲酸台酶D=邻氨基苯甲酸铸酸核糖转嘶C：唱喘廿油磷酸合酶B：色氨酸合蜀B亚基A：色氮酸合酶a亚基启动子区、操纵区研究发现衰减子（123150区）mRNA通过自我配对可以形成茎环结构，有典型的终止子特点

11、。33前导mRNA结构基因终止密码子前导序歹I trp密码子14aa前导肽编码区:包含序歹i第10. 11密狷子为环(III序列1/2序列2/3序列3/4形成发夹结构能力强弱：34Tip操纵子转录衰减作用由于前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子，因此细胞 内Trp-tRNA说水平决定前导肽的翻译速度.若环境中Trp令量低，Trp-tRNA水 平也低，前导肽的翻译不能顺利进 行，核糖体前进到链1的色氨酸密码 子处便停下来.链I完全被核糖体占据而无法与链2 配对，此时链2和链3之间能够形成 配对，因此链3和链4之间无法形成 转录终止子结构，于是RNA聚合酶 越过前导区进入结构基因而继续转 录.Ti

12、p操纵子转录衰减作用若环境中Trp含量高， Trp-tRNA水平也高，核 糖体在色氨酸密码子处没 有停顿，继续前进.直到 终止密码子处停下，此时 核糖体覆盖了链1和链2, 此时链3与链4能够互补 配对形成终止子结构，并 终止转录。36三、转录水平调控 RNA聚合酶的转录起始调控1. 通过&亚基替换的调控2. 基因重组对转录起始的调控3. 分解代谢物的阻遏调节 转录终止的调控衰减作用37381通过&亚基替换的调控原核生物转录起始时，需要b亚基指导RNA聚合酶与 启动子结合。不同的b亚基识别一组特定的启动子，以进 行各种特定基因的表达.RNA聚合酶全酶(1)枯草芽葩杆菌芽葩形成在枯

13、草芽葩杆菌中发现10种不同的CT亚基参与转录与起始调节，大部分b亚基的替换与芽范的形成有关当一种新的C亚基被激活后，原来的C亚基就被取代,通过这种有序的b亚基替换，让RNA聚合酶识别不同基因的启动子，使芽葩形成有关的基因有序地表达39(2) EcoM在温度较高时诱导产生各种热休克蛋白E.coli在较高温度下，常规的蛋白合成开始关闭或下降, 而促进某些基因的迅速表达，诱导产生各种热休克蛋白 热休克应答反应由*2参与构成的RNA聚合酶与热休克应答基因启动子 结合，诱导产生大量的热休克蛋白，以保护细胞，应付高 温环境的不利影响.40E.coli中的各种b因子比较O因子编码基因主要功能护rpoTy参与

14、对数生长期和大多数碳代谢过程 基因的调控rpoN参与多数氮源利用基因的调控小rpoH热休克基因的表达调控Ct2NfliA揪毛趋化相关基因的表达调控4?3、分解代谢物的阻遏调控细胞内同时存在两种分解底物时，利用快的那种底物分 解后会阻遏消耗底物恆的有关酶合成的现象。如E.coli生长在既有葡萄糖又有其他糖类（乳糖.半乳 糖等）的介质中，只利用葡萄糖；当葡萄糖耗尽后才利用 其他糖类，即葡萄糖阻断多种操纵子的表达42第三节真核生物的基因表达调控43四.转录水平的调控真核基因的转录调控主要是通过顺式作用元件和 反式作用因子的相互作用来实现的。反式作用因子通过与顺式作用元件（启动子、增 强子等）结合，改

15、变DNA的构象影响转录。45（一）顺式作用元件1、启动子(promoter)核心启动子：RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转 录起始子（Ini'）及其上游2530bp处的TATA box.决定转录的方向和转录精确的起始上游启动子元件（UPE）: 主要包括位于70bp附近的CAAT box和GC box。影响转录起始的效率45真核生物启动子的典型结构-40： Ro-20TATA上游启i子元件I nRNAPy A Py|i 转求as鮒i 您二核心启动子462、调控元件(1)增强子(enhancer)是一种能增强真核细胞某些启动子功能的DNA序 列，不能启动基因的转录，但有增强启动子转录 的作用。48增强子的主要特性1. 具有远距离调节功能。2. 无方向性。无基因专一性，同源.