生化ppt 课件 第十三章 基因表达调控

同学们上午好主讲叶辉单位温州医学院生化教研室第十五章基因表达的调控1961年，FrancisJacob等通过E.coli基因表达调控研究提出了著名的操纵子学说控制中心法则各步进行快慢的调控系统复制RNARNA蛋白质蛋白质逆转录转录翻译翻译复制DNA第一节

基因表达调控的基本概念BasicConceptionsofGeneExpressionRegulation基因表达生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录，翻译等系列生化反应的过程，合成特定的蛋白质，进而发挥特定生物学功能和生物学效应的全过程。基因表达调控控制基因表达的调节机制例如：人类有3万个基因，并非全部表达，大肠杆菌有5%处于高表达状态，其余为低表达或静止状态基因表达的多水平调控调控点转录前水平翻译水平转录水平转录后加工翻译后水平转录水平的调控是基因表达的最主要和重要的调控步骤正调控和负调控基因表达的效果正调节（positiveregulation）：因一种特异性调控元件的存在遗传信息的表达增加负调节（negativeregulation）：因一种特异性调控元件的存在遗传信息的表达减少基因表达调控的分类基因表达的方式组成性表达持家基因某些基因在一个生物体的几乎所有细胞中以适当恒定的速率进行表达，较少受环境因素的影响。例如：为三羧酸循环的酶编码的基因诱导和阻遏表达（受环境变化影响）同一事物的两种表达形式（环境）诱导表达阻遏表达乳糖操纵子是诱导，阻遏表达的典型模型顺式作用和反式作用顺式作用元件Cis-actingfactor顺式：相对同一分子或染色体而言反式：相对不同分子或染色体而言与编码基因位于同一DNA分子（两侧，非编码序列），影响自身基因表达活性的DNA序列启动子、增强子、沉默子反式作用因子trans-actingfactor与编码基因位于不同DNA分子的基因表达的蛋白质，通过与特异的顺式作用元件相互作用（DNA结构域和蛋白-蛋白结构域）反式激活另一基因的转录三、基因表达调控的一般特征时间特异性（阶段特异性）空间特异性（组织特异性）胚胎发育不同阶段不同的基因表达（珠蛋白的表达）同一生长阶段，同一基因产物在不同组织器官表达多少不同（同工酶）第二节原核生物基因表达的调控调节特点多水平调控多顺反子（polycistronicmRNA）:多个编码基因转录成一个mRNA分子，翻译成多条多肽链操纵子（operon）模型的普遍性乳糖（lac）操纵子色氨酸（trp）操纵子一、乳糖操纵子（thelac

operon）结合阻遏蛋白IPOZYACAP结合位点CAP结合位点调节基因启动序列操纵序列结构基因阻遏蛋白RNA聚合酶结合cAMP（一）乳糖操纵子的结构乳糖操纵子的结构结构基因调控区调节基因IZ基因编码β半乳糖苷酶Y基因编码β半乳糖苷透性酶A基因编码乙酰基转移酶操纵序列O：阻遏蛋白结合部位启动序列P：结合RNA聚合酶CAP结合位点:cAMP结合位点编码阻遏蛋白（二）乳糖操纵子表达的调节CAP的正性调节阻遏蛋白的负性调节无诱导物时无葡萄糖时（诱导物：异乳糖）不产生诱导物有葡萄糖阻遏蛋白的负性调节有乳糖ipozya调节基因结构基因mRNA阻遏蛋白调节基因表达阻遏蛋白+O区结合阻碍P区RNA聚合酶结合通过O区lac操纵子受阻遏状态结构基因不表达无葡萄糖有乳糖产生诱导物ipozya诱导物与阻遏蛋白接合使阻遏蛋白失去活性LacmRNAβ-半乳糖苷酶β-半乳糖苷透性酶乙酰基转移酶诱导物(异乳糖allolactose

；IPTG)分解乳糖的酶基因表达诱导物结合阻遏蛋白阻遏蛋白变构阻遏蛋白与O区解离RNA聚合酶通过O区1.掌握以下概念：基因表达、基因表达调控、正调节、负调节、持家基因、诱导表达和阻遏表达;2.掌握乳糖操纵子的结构；3.掌握乳糖操纵子的阻遏蛋白的负性调节.本节课的重点1.掌握以下概念：基因表达、基因表达调控、正调节、负调节、持家基因、诱导表达和阻遏表达;2.掌握乳糖操纵子的结构；3.掌握乳糖操纵子的阻遏蛋白的负性调节.复习与巩固上节课的重点内容CAP的正性调节分解（代谢）基因激活蛋白（catabolitegeneactivatorprotein，CAP）同二聚体有DNA结合区和cAMP结合位点结合阻遏蛋白IPOZYACAP结合位点CAP结合位点调节基因启动序列操纵序列结构基因阻遏蛋白RNA聚合酶结合cAMP乳糖操纵子的结构cAMPCAPIP

O

ZYA5＇3＇CAPCAPCAPCAPCAP＋葡萄糖浓度低时CAPCAPCAPCAPCAPCAPRNA聚合酶mRNACAPIP

OZYA5＇3＇葡萄糖浓度高时CAPcAMP×RNA聚合酶CAP的正性调节RNA-pol活性↑缺乏G时cAMP↑cAMP与CAP结合增加CAP与CAP位点结合基因表达↑G↑或cAMP↓cAMP与CAP结合受阻基因表达↓二、色氨酸操纵子（thetrp

operon）（一）色氨酸操纵子结构RP

Otrp

Etrp

Dtrp

Ctrp

Btrp

A调节基因调控区结构基因邻氨基苯甲酸合成酶色氨酸合成酶启动子前导trp

L衰减子吲哚甘油-3-磷酸合成酶调节基因操纵基因结构基因（合成Trp的酶）调控区trpE，trpD基因编码邻氨基苯甲酸合成酶trpC基因编码吲哚甘油-3-磷酸合成酶trpB，trpA基因编码色氨酸合成酶操纵序列O：阻遏蛋白结合部位启动序列P：结合RNA聚合酶衰减子（attenuator，a）162bp调节基因R：编码阻遏蛋白（二）色氨酸操纵子转录的调控机制RP

Otrp

Etrp

Dtrp

Ctrp

Btrp

A前导trpL衰减子调节区结构基因阻遏蛋白mRNATrp

mRNA（色氨酸水平低时）衰减的

mRNA（色氨酸水平高时）trp含有140个碱基阻遏蛋白mRNAUUUUUUUU3＇色氨酸操纵子的前导trpLmRNA结构1234Trp密码子互补配对5＇前导肽（14AA）互补配对互补配对34UUUUUUUUU3＇RNA聚合酶12Trp密码子mRNA核蛋白体DNA衰减子结构前导肽色氨酸浓度高时核蛋白体234Trp密码子Trp结构基因1DNA色氨酸浓度低时RNA聚合酶（二）色氨酸操纵子转录的调控机制RP

Otrp

Etrp

Dtrp

Ctrp

Btrp

A前导trpL衰减子调节区结构基因阻遏蛋白mRNATrp

mRNA（色氨酸水平低时）衰减的

mRNA（色氨酸水平高时）trp含有140个碱基阻遏蛋白mRNA第三节真核生物基因表达的调控结构庞大基因占6%，5%-10%为rRNA等DNA序列，其余80%-90%DNA序列无遗传学功能一个编码基因转录成一个mRNA分子，翻译成一条多肽链单顺反子（monocisronic）真核基因组结构特点重复序列基因不连续性基因两侧有不被转录的非编码序列（基因调控区）基因内部有内含子，不编码蛋白质。多拷贝序列；单拷贝序列；反转重复序列（回文）正性调节占主导转录与翻译分隔进行转录后修饰、加工转录在细胞核翻译在胞浆比原核复杂正性调节更有效：基因组庞大，正性调节增加基因表达调节的特异性和精确性负性调节不经济：基因多，多阻遏不如少激活对DNase1敏感性增高核小体结构变化DNA碱基的化学修饰组蛋白变化甲基化与基因表达程度成反比磷酸化与乙酰化使核小体结构变得不稳定有利于转录基因被激活时染色体结构变化转录时RNA聚合酶前方转录区DNA为正超螺旋：后方负超螺旋；组蛋白解聚核小体核心结构与RNA聚合酶Ⅱ的转录转录水平的调控顺式作用元件反式作用因子启动子（promoter）增强子（enhancer）沉默子（silencer）真核生物顺式作用元件GC盒TATA盒增强子CAAT盒结构基因

转录起始启动子

+1-25bp

沉默子启动子TATA盒GC盒CAAT盒（TATAAAA）转录起始点上游25-30bp是基本转录因子TFⅡD结合位点（GGGCGGG）转录起始点上游80-110bp，管家基因（CCAAT）转录起始点上游70-80bp转录起始点上游RNA-pol结合位点周围的一组转录控制功能组件，控制转录起始的准确性及频率增强子远离转录起始点（1-30kb），决定基因时间，空间特异性表达，增强转录活性的DNA序列转录起始启动子与增强子缺一不可沉默子负性调节元件，阻遏基因转录转录调节因子分类（转录因子TF）基本转录因子特异转录因子RNA-pol结合启动子必需的一组蛋白因子TFⅡD为通用转录因子个别基因转录必需转录激活转录抑制蛋白质转录激活蛋白转录抑制蛋白DNA与增强子结合与沉默子结合反式作用因子反式作用子结构DNA结合域转录激活域二聚化结构域与顺式作用元件结合部位介导蛋白质-蛋白质相互作用结构域1、螺旋-转角-螺旋2、锌指结构：Cys-Cys锌指；Cys-His锌指3、碱性亮氨酸拉链（basicleucinezipper，bZIP）：形成二聚体结合调节蛋白①螺旋-转角-螺旋模体

-螺旋-转角螺旋螺旋转角NC②锌指模体组氨酸残基-折叠-螺旋Zn半胱氨酸残基-折叠③亮氨酸拉链模体转录后的调控1、初级转录本的加工2、mR