分子生物学课件geneexpression

转录水平的调控

转录产物的加工调节mRNA在运输过程中的调节翻译调节mRNA降解的调节当前第1页\共有81页\编于星期五\18点第一节真核基因的表达调控一、真核生物的表达调控——复杂性同一物种（个体），在不同发育时期，基因表达的种类和数量不同；同一基因，在不同组织、器官，基因表达的种类和数量不同。——主要调控方式仍然是转录水平的调控。

DNA的结构；蛋白因子；RNA分子；翻译后蛋白质的修饰

当前第2页\共有81页\编于星期五\18点DNA的结构对基因表达的调控DNA是遗传信息的载体，具有高度的稳定性，但DNA在生物体内并不是一个僵硬的分子，而会根据需要，在某些因素的影响下发生构象的改变。

当前第3页\共有81页\编于星期五\18点一、DNA的立体结构对表达的调控

超螺旋：体外实验表明，只有把DNA卷成超螺旋，才能进行复制和转录。“超螺旋开放假说”——DNA的超螺旋度对基因表达至关重要，在任何细胞中，凡需表达的基因，其超螺旋度恰好符合该DNA解链的要求，利于RNA聚合酶与之结合并进行转录。——超螺旋度决定基因是否表达DNA的构象Z-DNA——增强子当前第4页\共有81页\编于星期五\18点2.基因的扩增、重组及修饰对表达的影响基因扩增——重复性个体发育的某一阶段或在细胞分化过程中，作为细胞急需积累某种或某些蛋白的一种手段。

基因重组在一级结构水平上改变基因的排列，使基因表达增强或减弱。

当前第5页\共有81页\编于星期五\18点转位因子引起的基因重组①转位因子中带有启动子序列或终止信号，使邻近基因转录；②转位后，受体表现新的性状，如抗性基因的传播；③转位因子是一个具有表达潜能的沉默基因；④改变基因的阅读框架或改变基因的连续性。当前第6页\共有81页\编于星期五\18点碱基修饰（甲基化）GC顺序的甲基化能抑制基因表达；成年珠蛋白基因在网织红细胞中低甲基化，在其他细胞中高甲基化；胚胎型珠蛋白基因在胎肝中低甲基化，在其他组织中高甲基化。C5m利于Z-DNA的稳定。3.调控序列（顺式调控元件）启动子、增强子等当前第7页\共有81页\编于星期五\18点

顺式作用元件与反式作用因子(转录因子)转录因子的结构特征螺旋--转角--螺旋结构(helix-turn-helix)锌指结构(zincfinger)亮氨酸拉链结构(leucinezipper)当前第8页\共有81页\编于星期五\18点Thehelix-turn-helixmotif当前第9页\共有81页\编于星期五\18点Helix-turn-helixmotif与DNA结合

(识别螺旋在DNA大沟中)当前第10页\共有81页\编于星期五\18点螺旋-转角-螺旋当前第11页\共有81页\编于星期五\18点螺旋-环-螺旋当前第12页\共有81页\编于星期五\18点锌指结构当前第13页\共有81页\编于星期五\18点锌指结构当前第14页\共有81页\编于星期五\18点ZincfingertranscriptionfactorsHisHisCysZnCysZnCysCysHisHisAC2H2zincfinger当前第15页\共有81页\编于星期五\18点TheestrogenreceptorAC4+C5zincfingerpairZnCysCysCysCysCysZnCysCysCysCysC4+C5transactivationhormonebinding,dimerizationandtransactivationDNAbindingdomainNC当前第16页\共有81页\编于星期五\18点TFIIIA锌指与5SDNA结合模型当前第17页\共有81页\编于星期五\18点亮氨酸拉链模型及它在转录因子两个分子二聚体化中的作用当前第18页\共有81页\编于星期五\18点二聚体化转录因子C/EBP的亮氨酸拉链和DNA结合结构域的结构模型当前第19页\共有81页\编于星期五\18点蛋白因子与基因表达调控1.蛋白激酶和核内蛋白磷酸化磷酸化——去磷酸化，使酶活性改变；2.特异性DNA结合蛋白转录因子(TFⅢA、B)；3.snRNP核内小分子核糖核蛋白；4.激素形成激素—受体复合物，与DNA特定位点结合，影响基因表达。当前第20页\共有81页\编于星期五\18点RNA在基因表达调控中的作用RNA参与蛋白质生物合成（tRNA、rRNA、mRNA），是连接DNA和蛋白质的桥梁，是信息的传递者。研究表明，RNA是一个种类繁多，功能广泛的复杂大分子体系，与其它大分子（DNA、蛋白质、多糖）共同完成生物的各种功能。如参与mRNA的成熟、促进蛋白的分泌运输等。当前第21页\共有81页\编于星期五\18点对转录的影响snRNA——提高转录的模板活性；与DNA结合，影响转录和DNA复制（端粒酶）mRNA的不同剪接方式——不同蛋白质当前第22页\共有81页\编于星期五\18点翻译后蛋白质修饰在基因表达中的作用蛋白以前体形式存在，经蛋白酶水解成为有活性的肽；翻译后进行某些氨基酸的修饰：羟基化、乙酰化、磷酸化、糖基化等——扩大生物对环境的适应性。当前第23页\共有81页\编于星期五\18点第二节原核基因转录调节一、原核基因转录调节特点(一)σ因子决定RNA聚合酶识别特异性(二)操纵子模型的普遍性操纵子—一个转录单位(三)阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性当前第24页\共有81页\编于星期五\18点

Lacoperon和它的调节基因图谱当前第25页\共有81页\编于星期五\18点Lacoperon阻遏与诱导状态图解乳糖操纵子——诱导型当前第26页\共有81页\编于星期五\18点二、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子的结构诱导型操纵子P--RNA酶结合的DNA序列-10区TATAAT和-35区TTGACA,强启动子O--结合阻遏物,是RNA酶能否通过的开关当前第27页\共有81页\编于星期五\18点当前第28页\共有81页\编于星期五\18点（二）、阻遏蛋白的负性调节无乳糖lac操纵子处于阻遏状态有乳糖lac操纵子即可被诱导诱导剂半乳糖IPTG（三）CAP的正性调节CAP—分解代谢基因激活蛋白同二聚体DNA结合区cAMP结合位点当前第29页\共有81页\编于星期五\18点CAP二聚体结构当前第30页\共有81页\编于星期五\18点CAP、RNA聚合酶、Repressor与模板DNA结合简图当前第31页\共有81页\编于星期五\18点乳糖操纵子的调控方式i基因POLacZLacYlacA有诱导物时阻遏物蛋白亚基阻遏蛋白诱导物无活性的阻遏蛋白转录翻译β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷通透酶β-半乳糖苷乙酰转移酶mRNACAPcAMPCAP-cAMP当前第32页\共有81页\编于星期五\18点（四）协调调节负性调节与正性调节协调合作阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从P上解聚仍无转录活性☆葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP浓度，阻碍其与CAP结合从而抑制转录结论：lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖当前第33页\共有81页\编于星期五\18点当前第34页\共有81页\编于星期五\18点三、其他转录调节机制（一）转录衰减trp操纵子—阻遏型操纵子有trp时—trp结合阻遏蛋白Trp时阻断转录RNA聚合酶辅阻遏蛋白OPR基因EDCBA+色氨酸当前第35页\共有81页\编于星期五\18点无色氨酸—操纵子基因开始转录，此后转录速率受转录衰减机制调节结构基因与P之间有一衰减子区域前导肽转录与翻译偶联衰减子—不依赖ρ因子的终止结构RNA聚合酶脱落，转录终止当前第36页\共有81页\编于星期五\18点色氨酸操纵子调控机制：阻遏型有trp，基因不表达；无trp，基因表达翻译与转录偶联的衰减子调控当前第37页\共有81页\编于星期五\18点trpoperon的结构简图5个结构基因——E、D、C、B、A；Promoter操纵基因——O前导序列——L衰弱子——att当前第38页\共有81页\编于星期五\18点阻遏蛋白的负调控——粗调当环境中无trp时，阻遏蛋白无活性，不能与操纵基因O结合，基因转录；当环境中存在trp时，trp与阻遏蛋白结合成有活性的阻遏蛋白，与操纵基因O结合而阻止RNA聚合酶向前移动，阻止基因转录。trp是一个辅助阻遏物。当前第39页\共有81页\编于星期五\18点当前第40页\共有81页\编于星期五\18点trp与trp阻遏物结合改变了阻遏物的构象当前第41页\共有81页\编于星期五\18点trp阻遏蛋白与DNA的结合当前第42页\共有81页\编于星期五\18点衰弱效应——细调trpmRNA分子合成开始，大多数mRNA分子在trpE转录开始之前就停止，当trp很少时，才合成完整的mRNA。前导序列由14个氨基酸的前导肽构成4个互补区1个衰弱子

当前第43页\共有81页\编于星期五\18点前导序列有以下特点：富含GC，易于形成茎环结构；并列多个trp密码子；8个连续的U，构成转录终止信号；1—2、3—4、2—3均会形成发夹结构。当1—2、3—4区配对，形成强终止子，转录终止，转录产物为mRNA的前导序列。——衰弱效应当2—3区配对，不形成强终止子，转录继续进行，产生完整的mRNA序列。当前第44页\共有81页\编于星期五\18点trp弱化子位点碱基顺序当前第45页\共有81页\编于星期五\18点

Lys·Ala·Ile·Phe·Val·Leu·Lys·Gly·Trp·Trp·Arg·Thr·Ser·StopAUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGA....trp前导肽的氨基酸顺序和对应前导mRNA的碱基顺序当前第46页\共有81页\编于星期五\18点推测前导mRNA中的二级结构四个区能够碱基配对形成三个茎和环结构(1、2；2、3和3、4)当前第47页\共有81页\编于星期五\18点当前第48页\共有81页\编于星期五\18点E.colitrpoperon弱化子模型当前第49页\共有81页\编于星期五\18点研究发现衰弱效应是以翻译进程控制基因转录的进程。当无trp时，核糖体在（1）区内trp密码子处停滞相当长的时间，使（1）不能与（2）配对，当mRNA合成到（4）区前，（2）与（3）配对，RNA聚合酶继续转录；当有trp时，mRNA合成在前，蛋白质合成在后，（1）与（2）配对，（3）与（4）配对，形成强终止子，转录终止。基因的转录取决于trp的浓度trp的浓度不同——翻译进程不同——mRNA的二级结构不同——转录产物不同。当前第50页\共有81页\编于星期五\18点（二）基因重组（三）SOS反应刺激因子--DNA的损伤和复制受阻重组修复蛋白(RecA)参与,水解LexA(一系列操纵子的阻遏物)先激活RecA当前第51页\共有81页\编于星期五\18点recALexAlexArecCuvrAuvrB启动子阻遏蛋白当前第52页\共有81页\编于星期五\18点噬菌体基因表达调控当前第53页\共有81页\编于星期五\18点当前第54页\共有81页\编于星期五\18点当前第55页\共有81页\编于星期五\18点当前第56页\共有81页