基因表达调控基本概念和原理

1、关于基因表达调控基本概念与原理第1页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 第一节基本概念与原理 第2页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 一、基因表达的概念 基因组 (genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。基因表达 (gene expression)：在一定调节机制控制下，基因经过转录及 翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 分子的过程。第3页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 二、基因表达的特性(一) 时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严 格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达表现为与分化、 发育阶段一致

2、的时间性，因此又称阶段 特异性。 第4页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 (二) 空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现。这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，因此又称为细胞或组织特异性。 第5页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 三、基因表达的方式 (一) 组成性表达 某些基因在一个生物个体的几乎所有 细胞中持续表达，通常被称为管家基因 (house-keeping gene)。 由于这类基因表达变化很小，所 以又称为组成性表达。 第6页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 (二) 诱导和阻遏表

3、达 在特定环境信号刺激下，相应的基因 被激活，基因表达产物增加，这种基因 称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的 过程称为诱导(induction)。第7页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 如果基因对环境信号应答时被抑制， 这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称 为阻遏(repression)。第8页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression)。 这种调节称为协调调节(coordinate regu

4、lation)。第9页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 四、基因表达调控的生物学意义 (一) 适应环境、维持生长和增殖生物体赖以生存的外环境是在不断变化的， 为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又受基因表达的调控。第10页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 (二) 维持个体发育与分化多细胞生物调节基因的表达除为适应环 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。当某种基因缺陷或表达异常时，则会出 现相应组织或器官的发育异常。第11页，共24

5、页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 五、基因表达调控的基本原理 (一) 基因表达的多级调控 基因激活转录起始转录后加工及转运翻译翻译后加工第12页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 (二) 基因转录激活调节基本要素 1. 特异DNA序列(1) 原核生物的操纵子操纵子(operon)：通常由2个以上的编码序 列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列 在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。第13页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 1) 启动序列（启动子）：是RNA聚合 酶结合并启动转录的特异DNA序列。第14页，共24页，2022年，5月20日，6点5

6、分，星期四 2) 操纵序列（operator）：是阻遏蛋白的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚 合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。第15页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 3) 其他调节序列：有的特异DNA序列可结合激活蛋白，增强 RNA聚合酶活性，使转录激活。第16页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 (2) 真核生物的顺式作用元件 （cis-acting element）是指可影响自身基因表达活性的特异DNA 序列。通常是非编码序列。包括启动子、增 强子及沉默子等。第17页，共24页，2022年，5

7、月20日，6点5分，星期四 2. 调节蛋白(1)原核生物基因调节蛋白:均为DNA结合蛋白特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异 性识别和结合能力。阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录。激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列， 促进RNA聚合酶与启动序列的结合， 增强RNA聚合酶活性。第18页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 (2) 真核生物基因调节蛋白 转录因子（TF）绝大多数真核转录调节因子由某一基因表 达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用， 影响另一基因的转录，称为反式作用因子（trans-acting factor）。第19页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 有些真核调节蛋白可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭，称为顺式作用蛋白。第20页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 第21页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 3. DNA蛋白质、 蛋白质蛋白质相互作用 DNA蛋白质相互作用特异识别非共价结合DNA结合位点常呈对称结构蛋白质蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体，间接结合DNA第22页，共24页，2022年，5月20日，6点5分，星期四 4. RNA聚合酶（1）启动子与RNA聚合酶活性 启动序列/启动子是由转录起始点、RN