分子生物-第18章基因表达调控

1第十八章基因表达调控（RegulationofGeneExpression）第二节原核基因表达调控一、操纵子二、乳糖操纵子三、色氨酸操纵子第十八章基因表达调控△※△※调控序列结构基因trpROP前导序列EDCBA三、色氨酸操纵子阻遏调节衰减调节调控序列结构基因trpROP前导序列EDCBATrpTrp高时Trp低时mRNA

RNA聚合酶

RNA聚合酶阻遏调节转录衰减调节前导mRNA内含4个短序列。序列1第10、11位密码子编码色氨酸。序列12，23，34可形成发夹；12>23>34。序列4下游多聚U，与34发夹组成衰减子，终止转录。前导序列的结构mRNAUUUU……34UUUU3’34核糖体前导肽前导mRNA1.当色氨酸浓度高时

125’

trp密码子衰减子结构就是终止子可使转录前导DNAUUUU3’

RNA聚合酶终止转录衰减调节转录衰减调节UUUU……342423UUUU……核糖体前导肽前导mRNA15’

trp密码子

结构基因前导DNA

RNA聚合酶2.当色氨酸浓度低时

Trp合成酶系相关结构基因被转录序列3、4不能形成衰减子结构在色氨酸多时，通过阻遏调节可以抑制色氨酸操纵子转录，为什么还存在衰减调节？阻遏调节的直接信号是什么？衰减调节的直接信号是什么？问题阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录通过衰减调节使之中途停止。阻遏调节：色氨酸的多少衰减调节：色氨酰-tRNA的多少问题如果将色氨酸操纵子前导序列上的两个色氨酸密码子突变成终止密码子，那么色氨酸操纵子敏感性将（）如果色氨酸操纵子的5个结构基因中有1个消失，那么色氨酸水平将（）A.升高B.降低C.不变D.不能确定A.升高B.降低C.不变D.不能确定BB第三节真核基因表达调控一、真核基因结构复杂真核基因组结构庞大：3×109bp、染色质、核膜含有大量重复序列基因不连续性：内含子单顺反子：一个结构基因一条mRNA一条多肽链非编码区较多：多于编码序列(9:1)※真核基因表达调控复杂二、染色质结构与真核基因表达调控调控序列染色质与染色体的关系同一物质在不同时期细胞中的两种形态常染色质与异染色质的关系异染色质区域–基因关闭表达常染色质区域–基因开放表达在正常女性的细胞核中有一团高度凝聚的染色质两条X染色体中的一条异染色质化，只有一条X染色体具有活性，使得雌、雄动物之间虽X染色体的数量不同，但X染色体上基因产物的表达量是平衡的。（一）异染色质化是真核基因表达调控的一种途径了解二、染色质结构与真核基因表达调控（二）组蛋白修饰了解修饰赖氨酸等碱性氨基酸（带正电荷）乙酰化、磷酸化、甲基化乙酰化修饰：中和正电荷，减弱DNA（带负电）与组蛋白的结合，染色质某区域从紧密变松散甲基化修饰:增加DNA与组蛋白的亲和力（三）CpG岛（CpGislands）甲基化降低了解基因组中70%-90%CpG被甲基化,未甲基化CpG聚集形成CpG岛。CpG岛位于启动子和第一外显子区域，60％以上基因的启动子含有CpG岛。CpG

岛功能：通过甲基化与去甲基化，调控下游基因的表达。三、顺式作用元件与真核基因表达调控（转录起始水平调控）顺式作用元件(cis-actingelement)可影响自身基因表达活性的DNA序列非编码序列可位于编码基因两侧启动子、增强子、沉默子exon1intron1exonnintronn转录起始点增强子沉默子启动子GC盒CAAT盒增强子TATA盒TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件

结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始（一）启动子结合RNA聚合酶；至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件；“开关”，决定基因的活动；不直接控制基因活动，需要与转录因子结合。（二）增强子顺式作用元件组织特异性，与组织特异性转录因子结合；发挥作用与距离无关；发挥作用与方向无关；没有启动子，不表现活性

增强子

顺式作用元件

结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始（三）沉默子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。exon1intron1exonnintronn转录起始点增强子沉默子启动子GC盒CAAT盒增强子TATA盒四、转录因子与真核基因表达调控（转录起始水平调控）真核细胞中的转录调节蛋白统称转录因子（transcriptionfactors，TF）。以反式作用方式调节基因转录的转录因子称为反式作用因子（trans-actingfactor），以顺式作用方式调节基因转录的转录因子称为顺式作用蛋白（cis-actingprotein）。（二）基因组还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的表达，称顺式作用。由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。这种调节作用称为反式作用。

反式作用与顺式作用cDNAC顺式调节

mRNAC蛋白质CbAaDNA反式调节

mRNA蛋白质AA转录调节因子的分类按作用方式分：顺式作用蛋白、反式作用因子按功能特性分：通用转录因子、特异转录因子通用转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，有人将其视为RNA聚合酶的组成成分。特异转录因子为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。锌指结构常结合GC盒α螺旋－转角－α螺旋亮氨酸拉链(leucinezipper)结构六、转录后调控（一）mRNA稳定性转铁蛋白受体(transferrinreceptor,TfR)mRNA分子3UTR茎环（stem-loop）结构——铁反应元件(iron-responseelement，IRE)。举例IRE-BP对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节低铁状态转铁蛋白受体mRNA5’编码区活化的IRE-BP3’Poly(A)n翻译TfR蛋白IRE高铁状态转铁蛋白受体mRNA5’编码区铁失活的IRE-BP3’Poly(A)nmRNA降解IRE七、翻译及翻译后水平调节（四）小分子RNA的调节Perhapsnon-codingsequenceactuallyhelpstoexplainorganismcomplexity.MattickJS.EuropeanJournalofHumanGenetics.2005.13:894–897.Non-codingsequence:七、翻译及翻译后水平调节真核生物的转录组七、翻译及翻译后水平调节（四）小分子RNA的调节2002年，MicroRNA赢得Science杂志评选的十大科技突破第一名。。Science298:2296(2002)Nature420:732(2002)microRNA首先在线虫中发现，7年后发现在多种生物中发挥基因调控作用，引起科学界广泛关注。microRNA的发现microRNA的产生及基本作用方式microRNA(miRNA)是一类具有转录后水平基因表达调控作用的非编码小分子RNA。由约22个核苷酸组成，能够与特定靶基因mRNA的非翻译区结合，以降解mRNA或抑制翻译过程。其长度20~25个碱基；不同物种中普遍存在；序列具有一定的保守性；表达有时空特异性；miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，大多位于基因间隔区。miRNA的特点：安德鲁·法尔克雷格·梅洛

siRNA的产生及基本作用方式是双链RNA(dsRNA),酶切转变为22个碱基左右的小片段RNA。双链siRNA参与RISC组成，与特异的靶mRNA完全互补结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程。由siRNA介导的基因表达抑制作用被称为RNA干涉(RNAinterference，RNAi)。

>30bp双链RNA（dsRNA）水解生成21-23nt

siRNA

5’3’3’5’

RISC形成

识别特异序列并使其降解Dicer酶起源阶段

siRNA