基因表达调控基本概念与原理

关于基因表达调控基本概念与原理第1页，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

第一节基本概念与原理

第2页，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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(geneexpression)：

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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、发育阶段一致的时间性，因此又称阶段特异性。

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(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。

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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-keepinggene)。

由于这类基因表达变化很小，所以又称为组成性表达。

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(二)诱导和阻遏表达

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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(coordinateexpression)。 这种调节称为协调调节(coordinateregulation)。第9页，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

(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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

(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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

(2)真核生物的顺式作用元件 （cis-actingelement） 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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

(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-actingfactor）。第19页，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

第21页，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

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，讲稿共24页，2023年5月2日，星期三

4.RNA聚合酶

（1）启动子与RNA聚合酶活