基因表达调控简略版

关于基因表达调控简略版第一页，共四十八页，2022年，8月28日第一节基因表达概述Section1IntroductionofGeneExpression第二页，共四十八页，2022年，8月28日一、基因表达的概念◆

基因表达(geneexpression)：指细胞在生命活动过程中，把储存在DNA序列中的遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的分子的过程。基因蛋白质tRNArRNA生物学功能二、基因表达的特异性基因表达具有时空特异性。第三页，共四十八页，2022年，8月28日三、基因表达的方式1.基本表达（组成性表达）◆管家基因(housekeepinggene)：在个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。◆管家基因的表达被视为基本的或组成性基因表达。2.诱导和阻遏◆诱导：环境信号启动或增强基因表达◆阻遏：环境信号抑制基因表达第四页，共四十八页，2022年，8月28日四、基因表达调控的生物学意义1.适应环境、维持生长和增殖2.维持个体发育与分化第五页，共四十八页，2022年，8月28日第二节基因表达调控基本原理Section2PrincipleofGeneExpressionRegulation第六页，共四十八页，2022年，8月28日一、基因表达调控的多层次和复杂性◆

调控部位灵活，调控方式多样DNAmRNAmRNA核膜氨基酸30S50S氨酰tRNA蛋白质转录核糖体翻译◆基因表达的基本控制点是转录起始第七页，共四十八页，2022年，8月28日二、基因转录激活调节基本要素1.特异DNA序列顺式作用元件(cis-actingelement)：影响基因表达的特异DNA序列，包括启动子、增强子、沉默子等。2.调节蛋白(1)原核生物基因调节蛋白特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白(如CAP)(2)真核生物基因调节蛋白第八页，共四十八页，2022年，8月28日3.DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质的相互作用(1)DNA-蛋白质相互作用(DNA-proteininteraction)◆特点：非共价键结合◆实质：多肽链中的侧链与DNA中的碱基作用(2)蛋白质-蛋白质的相互作用(protein-proteininteraction)◆形成二聚体或多聚体第九页，共四十八页，2022年，8月28日第三节原核基因表达调控Section3RegulationofProkaryoticGeneExpression第十页，共四十八页，2022年，8月28日一、原核基因表达调控特点转录水平的调控是原核基因表达调控的关键。1.σ因子决定RNA聚合酶识别特异性◆不同的σ因子决定特异基因的转录2.操纵子模型的普遍性◆

操纵子(operon)：原核生物基因按功能相关性成簇串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位。◆乳糖、阿拉伯糖和色氨酸操纵子等。第十一页，共四十八页，2022年，8月28日DNA二、原核生物转录调节1.乳糖操纵子(lacoperon)的调控模式

(1)乳糖操纵子的结构与功能阻碍蛋白CAP结合位点启动子1启动子2终止子1终止子2半乳糖苷酶乙酰转移酶透性酶第十二页，共四十八页，2022年，8月28日(2)阻遏蛋白的负性调节DNAmRNA阻碍蛋白转录没有乳糖存在时，结构基因的转录被抑制第十三页，共四十八页，2022年，8月28日DNA乳糖半乳糖苷酶葡萄糖半乳糖DNA有乳糖存在时，结构基因的转录被激活诱导剂：异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)第十四页，共四十八页，2022年，8月28日lac操纵子阻碍蛋白与操纵序列结合模式图操纵序列DNA阻碍蛋白四聚体第十五页，共四十八页，2022年，8月28日(3)CAP的正性调节CAP：cataboliteactivatorprotein分解(代谢)物基因激活蛋白，降解物激活蛋白CAPcAMPCAP·cAMPlac操纵子结构基因转录加强葡萄糖cAMP↓第十六页，共四十八页，2022年，8月28日(4)lac操纵子的协调调节阻碍蛋白CAP·cAMP转录活性＋＋/－无－－微弱－＋正常转录第十七页，共四十八页，2022年，8月28日(5)lac操纵子与细菌节能葡萄糖乳糖cAMPCAP·cAMP能量利用情况－＋↑↑乳糖操纵子的转录被激活，利用乳糖做能源＋＋↓↓乳糖操纵子的转录被抑制，利用葡萄糖做能源第十八页，共四十八页，2022年，8月28日2.色氨酸操纵子(trpoperon)调控模式

(1)色氨酸操纵子的结构与功能DNAPOLatrpEtrpDtrpCtrpBtrpAtt'邻氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶色氨酸合成酶分支酸邻氨基苯甲酸磷酸核糖邻氨基苯甲酸CDRP吲哚甘油磷酸色氨酸PRt色氨酸辅阻碍蛋白第十九页，共四十八页，2022年，8月28日(2)Trp对trp操纵子阻碍调节——粗调辅阻碍蛋白色氨酸DNA正常转录DNA转录被抑制第二十页，共四十八页，2022年，8月28日trp操纵子辅阻碍蛋白与操纵序列的作用第二十一页，共四十八页，2022年，8月28日UUU···12345'3'12345'3'UU···(3)衰减子对trp操纵子转录过程的弱化作用——微调①概念◆衰减子(attenuator)：是一种位于结构基因上游前导区的终止序列，用于终止和减弱转录过程。②色氨酸衰减子的结构特点L-RNA43215'3'U···两个色氨酸密码子UGAUGA第二十二页，共四十八页，2022年，8月28日③色氨酸衰减子的弱化机制

Ⅰ.Trp缺少或浓度低时，Trp-tRNA的浓度低UU1234UUUUUU色氨酸密码子终止密码子UGARNAPolDNA第二十三页，共四十八页，2022年，8月28日5'3'3142UUUUUUU色氨酸密码子终止密码子UGAⅡ.Trp浓度高时，Trp-tRNA的浓度升高RNAPolDNA第二十四页，共四十八页，2022年，8月28日④衰减作用的生物学意义衰减子可依细胞内某一组分水平的高低而行止，是一种应答灵敏，调节灵活的调控方式。第二十五页，共四十八页，2022年，8月28日第四节真核基因表达调节Section4RegulationofEukaryoticGeneExpression第二十六页，共四十八页，2022年，8月28日2.正性调节占主导

◆真核RNA聚合酶对启动子的亲和力弱，一般无调节蛋白结合，需要激活蛋白激活相关靶基因的转录。3.转录与翻译分隔进行

◆真核细胞转录与翻译在不同细胞部位进行。4.转录后修饰与加工

◆基因两侧存在调控区

◆基因不连续，需要剪接过程一、真核基因表达调控特点1.真核基因表达调控的环节更多第二十七页，共四十八页，2022年，8月28日二、RNAPolⅡ的转录起始的调节◆真核生物II类启动子转录起始的调节通过顺式作用元件和反式作用因子的协同作用实现。转录因子

◆

泛指除RNA聚合酶以外的一系列参与DNA转录和转录调节的反式作用因子两类转录因子：

◆基础转录因子：所有基因转录所必需，真核RNA聚合酶不能识别DNA上的启动子，识别这些启动子序列的反式作用因子称为基础转录因子（与转录起始有关的反式作用因子）◆调节转录因子：特定的基因表达所必需，参与转录的调节，激活或阻遏基因的转录第二十八页，共四十八页，2022年，8月28日1.转录因子结构特点◆转录因子一般包括三个结构域：①DNA结合域：锌指、螺旋-转角-螺旋、亮氨酸拉链螺旋-环-螺旋②转录激活域③连接区域一些转录因子还有二聚体结构域第二十九页，共四十八页，2022年，8月28日锌指结构螺旋-转角-螺旋亮氨酸拉链锌离子指形区螺旋转角螺旋Leu拉链区转录因子的DNA结合域第三十页，共四十八页，2022年，8月28日(1)转录因子的DNA结合域①锌指(Zincfinger)

◆锌指结构存在于TFⅢA、锌指蛋白和类固醇受体◆锌以四个配位键和四个Cys(或两个Cys和两个His)结合，形成一种“指”状结构，其中每个指约含23个氨基酸。整个蛋白质可以有2~9个锌指重复单位，每个“指”可伸入DNA双螺旋的大沟接触约5个核苷酸残基。第三十一页，共四十八页，2022年，8月28日锌指结构域第三十二页，共四十八页，2022年，8月28日锌指与DNA的相互作用锌离子第三十三页，共四十八页，2022年，8月28日②亮氨酸拉链(Leucinezipper，LZIP)◆肽链上每隔6个残基分布1个疏水的Leu残基，两条肽链(常为α-螺旋)靠Leu间的疏水作用形成二聚体，形同拉链状。◆亮氨酸拉链二聚体另一端肽段富含碱性氨基酸残基(Lys、Arg)，借其正电荷与DNA链上的磷酸基团结合。第三十四页，共四十八页，2022年，8月28日LZIP与DNA的相互作用两股α-螺旋通过Leu残基的疏水作用结合在一起与DNA结合的碱性氨基酸残基区域第三十五页，共四十八页，2022年，8月28日LZIP与DNA的相互作用拉链区DNA碱性氨基酸残基富含区第三十六页，共四十八页，2022年，8月28日③螺旋-转角-螺旋(Helix-turn-helix，HTH)◆两个α螺旋由短肽转折形成120°转角(β-转角)，其中一个α螺旋称为识别螺旋，带有几个与DNA序列相识别的氨基酸可与DNA大沟结合。HTH与DNA的相互作用第三十七页，共四十八页，2022年，8月28日④螺旋-环-螺旋(Helix-loop-helix，HLH)◆总长约50个氨基酸残基，包括2个由环状结构相连的α-螺旋(长15~16aa)。◆HLH的DNA结合区为富含碱性氨基酸的区段。◆HLH与HTH的差别在于两个α-螺旋间有一个环。第三十八页，共四十八页，2022年，8月28日HLH与DNA的相互作用Leu第三十九页，共四十八页，2022年，8月28日HTHLZIPHLH锌指结构第四十页，共四十八页，2022年，8月28日(2)转录激活结构域(transcriptionactivatingdomain)◆

用于转录的活化或与其他调节蛋白相互作用，从而影响转录效率如调节转录因子中与蛋白(基础转录因子)结合的结构域，用于和RNAPol或其它转录因子相互作用。◆常见的转录激活结构域有三类：①酸性结构域：富含酸性氨基酸残基（Asp和Glu）②富含Gln结构域③富含Pro结构域第四十一页，共四十八页，2022年，8月28日2.mRNA转录激活及其调节◆转录激活调节就是对转录起始复合物形成的调节。真核生物基因转录激活区结构启动子区编码序列DNA间隔区增强子TATABox第四十二页，共四十八页，2022年，8月28日TFIID(TBP)ABFEHRNAPolTFIID的组成成分TBP首先识别TATA盒或启动元件(Inr)，随后TFIIA、TFIIB、TFIIF-RNAPol、TFIIE、TFIIH等转录因子结合到启动子区域(此过程有TAF参与结合)，形成前起始复合物。前起始复合物第四十三页，共四十八页，2022年，8月28日TFIID