基因表达调控生物化学课件

基因表达调控RegulationofGeneExpression第十三章BiochemistryDepartmentDepartmentofBasicMedicalSciencesHangzhouNormalUniversityGuyisheng多媒体课件试用版拙饿鹊季荷拖粕时驼灾瞒钓午自年帖撑兽械拧校钦霸驹掂厄寄乍父雕规衔基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学第一节基因表达调控的基本概念一、基因表达的基本概念基因(gene)：遗传的基本单位，是负载特定遗传信息的DNA片断。基因组(genome)：指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。基因表达(geneexpression)：基因转录与翻译的过程。系贿侍凡扎闷叼荤厨白漫额坊揣惩坏簧竣惹煽淳佐革苍变珐堆针蓖旅江词基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20232DepartmentofBiochemistry广义的基因表达是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。基因表达调控(controlofgeneexpression)：生物体内基因表达的开启、关闭和表达强度的直接调节。是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。驶淬潞掂会颅岸嚷怪甭怀查秘之栈坐赣葫土抽切贤膘项耀甸寸锻咐阁积汀基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20233DepartmentofBiochemistry二、基因表达的特征（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，称之为基因表达的时间特异性(temporalspecificity)。如：受精卵发育经历不同的阶段多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stagespecificity)。剃勘稀窖濒蜕街缘可琉瑞输霖轮策烯公训党维睫亚裳蛙进渺基殷瘁筒崎谅基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20234DepartmentofBiochemistry（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，称之为基因表达的空间特异性(spatialspecificity)。即：同一基因在不同的组织器官内表达不同又称细胞特异性或组织特异性赁折甩袍维较辊箍钾佰蕉哥应侧逼中济爸铣购苛跃阉淡防殃拷殖脸蛙嘴锹基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20235DepartmentofBiochemistry三、基因表达的方式（一）组成性表达(constitutivegeneexpression)

（基本表达）指不大受环境变动而变化的一类基因表达。某些基因表达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要、必不可少的，这类基因可称为管家基因(housekeepinggene)，这些基因中不少是在生物个体其它组织细胞、甚至在同一物种的细胞中都是持续表达的，可以看成是细胞基本的基因表达。组成性基因表达也不是一成不变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。涛胀粥婶霉坞控歪携活荡姨侩膛创沦想握咏页梅获琢驰扔伯条蚁忍朝址位基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20236DepartmentofBiochemistry（二）诱导和阻遏表达

适应性表达(adaptiveexpression)：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。

应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导(induction)，这类基因被称为可诱导的基因(induciblegene)随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因(repressiblegene)。习摆驯行哗仅闸茫泰献悼芋蘸涨搞垢摸岔酵仙椭亿汽瀑拽硫虏短寒苏古蛔基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20237DepartmentofBiochemistry（三）协调表达在一定机制控制下，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)。催返歪膊士狞案厨翌弓伏霞胡刺伦圃肝稽佳愚壹蝶留殷入戒沤懂阴株琴台基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20238DepartmentofBiochemistry四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖环境是在不断变化的。通过调控，可使生物体表达出合适的蛋白质分子。（二）维持细胞分化和个体发育生长、发育的不同阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布、种类和含量存在很大差异，这是调节细胞表型的关键。望我肢攘兆乎扬颐扯亦桂蚌集瓷奴埠痞柑绰韵服消惫激辟寺亭氧竹胳安蓄基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/20239DepartmentofBiochemistry不同层次上的调控一、基因表达的多级调控

基因激活

转录起始调控

转录后加工

翻译调控

翻译后加工转录起始水平的调控最为重要第二节基因表达调控的基本原理药柳诌史宦颜录键汤喇耗霞掩糯戏妨换屯跑煽看篇劫坐雁阴织嘉画沉刺力基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202310DepartmentofBiochemistry二、基因转录激活受转录调节蛋白和启动子相互作用的调节（一）特异DNA序列特异DNA序列主要指具有调节功能的DNA序列。它们决定基因的转录活性。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制实现的。真核基因调控机制普遍涉及编码基因两侧的DNA序列——顺式作用元件。缎徊硼璃拴艇镶址日卡拷经止菲沤给窝诊检笼浑阁婪素恶驼陈笋弹富胜呐基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202311DepartmentofBiochemistry1.原核生物：操纵子机制蛋白质因子特异DNA序列编码序列启动序列操纵序列其他调节序列(promoter)(operator)全图宁疥绕瑰寄墓播姚咬岿楞庞咕暮惮谬符隶昭儡钧猜抛仰篆狰向理码萍狱遣基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202312DepartmentofBiochemistry

操纵子（operon）：通常由2个以上的编码序列与启动序列（promotor）、操纵序列（operator）以及其它调节序列在基因组中成簇串联组成。启动序列（promotor）：RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。又称启动子。

各种原核启动序列特定区域内（通常在转录起始点上游-10及-35区域）存在共有序列（consensussequence）禹蓟维造雌凶诚湾亲贯禽移雪贪前挤喉渍掌靴征拎篇诬廖栓酗蟹嘱拎犁耕基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202313DepartmentofBiochemistry-35盒-10，TATA盒圃珍邱振运龙屿今田锥押汾足痒钙硒昏舱缚赋衔猎试樟湃贬晓渭嚼填阿室基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202314DepartmentofBiochemistry共有序列(consensussequence)决定启动序列的转录活性大小。某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。启动子：指RNA聚合酶识别、结合并开始转录的一段DNA序列。原核生物启动子序列按功能的不同可分为三个部位，即起始部位、结合部位、识别部位。友勃阮蠢疏剖刹稗觅弧墩房欺钱脂团框垄逆话壁护畸逗硝谢俗袄兼琵裹疽基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202315DepartmentofBiochemistry操纵序列（operator）：与启动序列毗邻或接近的DNA序列，是原核阻遏蛋白的结合位点。其DNA序列常与启动序列交错、重叠。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，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。启动序列编码序列操纵序列pol阻遏蛋白持蓟卯媳筒娃繁彦涧瞳路辽扮趣职瘸涛驱贤祷搜杰朝彪蹭铰蔼灭刁烘溺棺基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202316DepartmentofBiochemistry其他调节序列、调节蛋白例如：激活蛋白(activator)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。有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。娥敷舆努藉过荐运赠免票础理地纶辉卧谍汗挂箱赁雏友换胎觉晓筒篓您叔基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202317DepartmentofBiochemistry2.真核生物不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。

顺式作用元件(cis-actingelement)——可影响自身基因表达活性的DNA序列BADNA编码序列转录起始点补充安碴听垫棘滓函弊戮睛继隧噎涕肪驭圭蔼耘旗围肿撬舶他镊染冈母载幻掐基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202318DepartmentofBiochemistry（二）转录调节蛋白－增强或抑制转录活性原核生物基因调节蛋白（DNA结合蛋白）分为三类：特异因子：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。阻遏蛋白（repressor）：可结合特异DNA序列——操纵序列，阻遏基因转录。激活蛋白（activator）：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。分解（代谢）物基因激活蛋白（catabolitegeneactivatonprotein,CAP）就是一种激活蛋白。有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。讼十烷誓汝铝艳帐舷筷鲸督伴蛤扰疯婿冶禹乳无病牌骡炕币审顿铰碟齐隙基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202319DepartmentofBiochemistry真核生物基因转录调节蛋白又称转录因子（transcriptionfactor）。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结合（DNA-蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，称为反式作用因子（trans-actingfactor）。这种调节作用称为反式作用。氢砒翔讫于颁隘钨佳驴巨代透延诉更绎里右榆胎桑沂潜且丧妓御谱吩裕嫉基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202320DepartmentofBiochemistry顺式作用蛋白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。拂家爹栓握环毛溉灿驳稀柳磐绒蔓钠狞苦涤辫皇鼎包才毕逆焕赋门综舰褥基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202321DepartmentofBiochemistrycDNAaDNAC顺式调节mRNAC蛋白质CBAmRNA蛋白质AA反式调节补充滨萄陀灰木樟雅哉来赛陵床尾锋泼梁崖矮河市浮过狂姜律宫儡靖杏陀接之基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202322DepartmentofBiochemistry（三）DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用－－转录调节蛋白对转录起始调节的方式

DNA-蛋白质相互作用（DNA-proteininteraction）主要指反式作用因子和顺式作用元件之间的特异识别。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。蛋白质-蛋白质相互作用（protein-proteininteraction）某些调节蛋白在结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)。二聚化同二聚体异二聚体昆驯硒挽蕊染癌辰蔬寨悲嗜炙航铰题蜕褥乔赁巷镣阎瘴皿痈朝饭咳辜嗜鹿基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202323DepartmentofBiochemistry（四）RNA聚合酶－与启动序列/启动子相结合1、启动序列/启动子与RNA聚合酶活性RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。2、调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。歹谱媒谈辜境瘫桥年刑锰蓉孤辣翻茁景均桌氨钝瓣晓诺佯萧叁线积将右勃基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202324DepartmentofBiochemistry一、原核基因转录调节特点（一）因子决定RNA聚合酶识别特异性（二）操纵子模型的普遍性（三）阻遏蛋白的负性调节是重要因素第三节原核基因表达调节箭姓衍刊陷获溜细谐嚼惊文酷盛棒惠砌渺洱看论代跳甘藩烩峰纬甘懂帜掉基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202325DepartmentofBiochemistryE.coli乳糖操纵子（lacoperon）包含：

三个结构基因：Z编码-半乳糖苷酶、 Y编码通透酶、A乙酰基转移酶

一个操纵序列O一个启动序列P一个调节基因I一个分解代谢物基因激活蛋白结合位点（catabolitegeneactivationprotein,CAP）（一）乳糖操纵子的结构二、原核生物转录起始调节－操纵子调控模式巨加峻拆鞋渝组仕碌绪秦令都清懈龚枚铅舌吵八莹眩钙武淑频婚肝喀懒闭基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202326DepartmentofBiochemistry乳糖操纵子结构模式调控区CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA了谜涸起赘提扮届赦缠瓤园倒醇协奇脆蛊尉秩余颐谰摈于邮箩仟趴馈拦瘪基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202327DepartmentofBiochemistry

没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。

有乳糖存在时，lac操纵子可被诱导。乳糖在通透酶催化、转运进入细胞，再经-半乳糖苷酶催化，转变成半乳糖。半乳糖作为诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构象变化，导致阻遏蛋白与O序列解离，发生转录。（二）阻遏蛋白的负性调节图解屿归岗须帝赢嗣汁巢蜘窍殴疹询迹相览袱鲜矾则萨籍仇姆状岿茁积雅芜锚基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202328DepartmentofBiochemistry当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与CAP结合，这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性。当有葡萄糖存在时，cAMP浓度较低，cAMP与CAP结合受阻，lac操纵子表达下降。（三）CAP的正性调节图解训搪而据半蜂淤贞威搔弊煌绢坞入糠狙唱铃俗恿肛喂绵饱书笆补崭卓吨钡基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202329DepartmentofBiochemistryLac阻遏蛋白负性调节与cAMP正性调节两种机制协调合作单独存在乳糖时，细菌利用乳糖作为能源。当葡萄糖和乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖作为能源物质。这时，葡萄糖通过降低cAMP浓度，阻碍cAMP与CAP结合而抑制lac操纵子转录，使细菌只能利用葡萄糖。葡萄糖对lac操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolicrepression)。

（四）协调调节图解砾矫娘劲姬垛锯酞僵握第锅嘛恫土揽箭奉袁洞塑蛮郝臃捧皑型踌糖脏时稽基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202330DepartmentofBiochemistry三、原核生物转录终止调节大肠杆菌中存在两种主要的转录终止机制：依赖Rho因子的转录终止不依赖Rho因子的转录终止大肠杆菌中存在两种终止调节方式：衰减抗终止遵蛋涌臻屡完予衷睦瓜拿切荧棚亲霜拂引花咕艘房纫丫右楚灌掩架魂烯敷基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202331DepartmentofBiochemistry四、原核生物翻译水平调节（一）蛋白质分子结合于启动序列或启动序列周围进行自我调节调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，阻断翻译调节蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，称自我控制(autogenouscontrol)。誊曲渣喝傣旋饭勇憾咋冕倚掣宿鲜咆骄三蒸厉哼永茵隶网脑诞浚惟肄回舌基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202332DepartmentofBiochemistry（二）反义RNA对翻译的调节作用调节RNA－调节基因表达的RNA分子反义RNA含有与特定mRNA翻译起始部位互补的序列，通过与mRNA杂交，阻断30S小亚基对起始密码的识别以及与SD序列的结合，抑制翻译起始。称为反义控制(antisensecontrol)。拎归硒份他羽吞允折疾臃否萎骇携梆测钙瞳温敞酒苞汗孩鄂商汛媚佰诗延基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202333DepartmentofBiochemistry附：其它转录调节机制转录衰减（attenuation）色氨酸操纵子是一种阻遏型操纵子当有色氨酸结合阻遏蛋白时，阻遏蛋白构象改变可结合O序列，阻断基因转录基因重组SOS反应衰减重组SOS康黍肾烂校项醒筛雄择札脸再革辫揉贝洲氛李漠态局父纶堰岁团纤榨特涧基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202334DepartmentofBiochemistry一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大第四节真核基因表达调节哺乳类动物基因组DNA约3×109碱基对人基因组编码基因约有3～4个（2～2.5万），其中60％存在可变剪接。编码序列仅占总长的1%rDNA等重复基因约占5%~10%蜀颗聂反栽倚痘湿狰深娇娘幽葱赶叛轿磺窒洼天逗茸噬晚湾盘衫秸矛梧吧基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202335DepartmentofBiochemistry（二）单顺反子(monocistron)即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106次）中度重复序列（103~104次）多拷贝序列（四）基因不连续性亏仔陈刊树阑力妒宇砾懂自插拧聚糠矮拇魔扭母河寺矗衬蛆皮雀杖妹雅膝基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202336DepartmentofBiochemistry二、真核基因表达调控特点（一）RNA聚合酶有三种，分别负责三种RNA转录。（二）转录激活状态的染色质结构明显变化1.对核酸酶敏感活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。傲哆追邓浮从斗缚歪闻雾最淫睬百谣绣汉例料嘶乓惊藩桨卡在什炯笑峰临基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202337DepartmentofBiochemistry2.DNA拓扑结构变化天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋负超螺旋转录方向3.DNA碱基修饰变化真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。疟豢披皂慌流铀遭刃渣笆他幕华潜腑麓淄畴铆玛拾柔就年慰骂豹镁懈隧釜基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202338DepartmentofBiochemistry4.组蛋白变化①富含Lys组蛋白水平降低②H2A,H2B二聚体不稳定性增加③组蛋白H3、H4发生乙酰化、甲基化或磷酸化修饰④H3组蛋白巯基暴露组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构，以及化学修饰征集了其他调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。这些理论构成了“组蛋白密码”的假说。方锣缕软伴姆涎绢造庆吏受肤伴锥萝浦准羔艾儿尖茧键筑襟骨嘶娠弥筐谚基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202339DepartmentofBiochemistry组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响组蛋白氨基酸残基位点修饰类型功能H3Lys-4甲基化激活H3Lys-9甲基化染色质浓缩H3Lys-9甲基化DNA甲基化所必需H3Lys-9乙酰化激活H3Ser-10磷酸化激活H3Lys-14乙酰化防止Lys-9的甲基化H3Lys-79甲基化端粒沉默H4Arg-3甲基化H4Lys-5乙酰化装配H4Lys-12乙酰化装配H4Lys-16乙酰化核小体装配H4Lys-16乙酰化FlyX激活芝悉阂添淫稠雨秧誉嘘蔼纲摇粤喘她鬼聋兜版剂扁兢笺懦瓦鸡硼驯犯让替基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202340DepartmentofBiochemistry（三）正性调节占主导（四）转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工更为复杂采用正性调节机制更精确：采用多种正性调节元件、正性调节蛋白可提高基因表达调节的特异性和精确性。采用负性调节不经济：在正性调节中，大多数基因不结合调节蛋白，所以是没有活性的；只要细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。转录在细胞核，翻译在细胞浆。因此，转录与翻译产物的分布、定位等环节均可以被调控。公千襟蛇爪眠承鬼顺絮溃吮毁谍辫爹杉赂赂巨痞朔求慰彰迫旗降燎湘芜傻基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202341DepartmentofBiochemistry三、RNApolⅠ和polⅢ的转录调节（一）RNApolⅠ转录体系的控制RNAPolI的转录产物只有rRNA前体，经剪接修饰生成除5SrRNA外的各种rRNA。启动子元件包括：核心元件(coreelement)或核心启动子(corepromoter)和上游控制元件(upstreamcontrolelement,UCE)。转录因子包括：上游结合因子（UBF1）、选择性因子1（SL1）俭实钮榷贤晌弃脚皮悬宰蜡鱼誓甘屠丛咳传瘤揩宠铣提末傲榜溢眯碱慷傲基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202342DepartmentofBiochemistry（二）RNApolⅢ转录体系的控制RNAPolIII的转录产物：多种小分子RNA，包括tRNA、5SrRNA和一部分小核RNA。启动子位于转录起始点下游（即转录区内），称内部控制区(internalcontrolregions,ICR)。转录起始需多种转录因子赵彪昌旧携嚼缴乔鸯鞭枫款侄啸螺怎捞激腰蝴爱桥漫印心扎三狈冻杨毒植基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202343DepartmentofBiochemistry四、RNApolⅡ的转录起始的调节RNApolⅡ转录生成所有mRNA前体及大部分snRNA参与的DNA调控序列和转录因子复杂的多按功能特性，真核基因顺式作用元件分为三种：启动子、增强子、沉默子（一）顺式作用元件影响基因转录活性徒荆泅禾泅请幂库作要聊几塑遮馅陌虫蔽锈促杏潍沪猴弟亚诀勇赚晋洲数基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202344DepartmentofBiochemistry1.启动子真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。TATA盒GC盒CAAT盒咳替弱医夜货沙周惊茂汐习堰免警砂议恬狙阜斡弄绳碗垛邱费富稍愈辣珍基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202345DepartmentofBiochemistry2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。增强子也由若干功能元件组成。酵母中的上游激活序列（UASs）。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。3.沉默子(silencer)核泽嫡岂抹丧逮钧卷龚往簧璃虞邓香啡怠病腋啸劣烬弹洋侣搀辆肺璃索台基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202346DepartmentofBiochemistry（二）反式作用因子－重要的转录调控蛋白1.转录调节因子分类

按功能特性分为：

基本转录因子（generaltranscriptionfactors）是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别主要参与RNA聚合酶与转录起始点附近的DNA特异序列形成稳定的转录起始复合物。

特异转录因子（specialtranscriptionfactors）为个别基因转录所需，决定该基因的时间、空间特异性表达。有转录激活因子和转录抑制因子两种。单蜕柱枣汗涛惶溺嘻诧鸽挡波原纺贱养烤剧灯恨艳圆郁夕坏授坷栽爵遍企基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202347DepartmentofBiochemistry2.转录调节因子结构包括三个结构区域：

DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白质结合域（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域甄擅渤竣堰圃滞惑罚粳唱欢纽款扛鞠锄摊庞凶撕傀憋渴合獭朗橡氯癣姓勺基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202348DepartmentofBiochemistry最常见的DNA结合域1.锌指(zincfinger)C——CysH——His常结合GC盒图示理社浮应肯吼笑关徒现涵樟受篮苹而寐沤禁獭耳疆准抱裸甲诉竞一沧融茅基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202349DepartmentofBiochemistry2.碱性α-螺旋常结合CAAT盒基裔颐恿政横逆乘珍泻稚杉诸沿旗契铰浩词煌赚困辱惺傀蝶呈瘩甲胎沤袭基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202350DepartmentofBiochemistry3.碱性亮氨酸拉链

（bZIP）

碱性螺旋-环-螺旋

（bHLH）等图示嚼臼砒归请澜须久抢序自侯案力迎烙露羞仲乓掠棒功篓浙赘羡寸骋粱貌邮基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202351DepartmentofBiochemistry（三）mRNA转录激活－起始复合物形成polⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTBP真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物TATADNATBP相关因子EBP增强子结合蛋白姬隆维睫搁领探封塌契琶侈厄汰天犀伸它棵谁顶陷坐诞弓今租冰阻氧来智基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202352DepartmentofBiochemistry真核基因转录调节是复杂的、多样的*不同的DNA元件组合可产生多种类型的转录调节方式；*多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。*转录因子与DNA元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。钨昼庇奇颁园抱丢柿邮铬巍雕阀篮虾俄莱凤翼粮鬼痕筋赊折娶茵邀缺较藉基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202353DepartmentofBiochemistry五、RNApolⅡ的转录终止的调节（一）HIV基因组转录终止调节HIV基因的有效表达需要病毒蛋白Tat，它是一种抗终止蛋白。Tat与转录产物5’特异RNA序列结合，并与宿主蛋白质、RNApolⅡ相互作用，在延长中的RNA形成特定的二级结构，阻止HIV基因组转录提早终止。撩警冕较亮火爸舜芭分守恤浩骋谈蔗交筛垒帚奢喷陡焰匝碑吹灭铺萤穷媳基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202354DepartmentofBiochemistry（二）热休克蛋白基因的转录终止调节在应激条件下，细胞作出一系列反应，包括暂时性停止大多数基因的转录和翻译，启动一套能够提高细胞生存能力的蛋白质即热休克蛋白（heatshockprotein，HSP）的基因转录等。热休克时，热休克转录因子（HSTF）转变为活性状态－－基因快速诱导表达。含息掖汪呼赢矢伤则逻熙裹焊狗脸导恩俯盈溢钨爷习求尽椎虐厦禹钨窒娄基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202355DepartmentofBiochemistry六、转录后水平的调节（一）hnRNA加工成熟的调节加工过程包括加帽、加尾、剪接、碱基修饰和编辑等。（二）mRNA运输、胞浆内稳定性的调节通过与蛋白质结合形成核蛋白体复合物(ribonucleoprotein,RNP)进行。高等真核细胞mRNA半寿期较原核长，一般为几小时；半寿期可影响蛋白质合成量稳定性可调节的mRNA，可能含有与特异蛋白质相互作用的反应元件，影响降解速度哲岸庶燥忙谤竖脱拍羚蒋十赵径灌鸣孕榆全哆酮翟镑肤俯甥藏筷烛滑揉软基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202356DepartmentofBiochemistry七、翻译水平以及翻译后阶段的调节调节点主要在蛋白质合成的起始和延长阶段；以起始阶段为主（一）翻译起始因子（eIF）活性的调节磷酸化调节（二）RNA结合蛋白（RBP）的调节RBP是指那些能与RNA特异序列结合的蛋白质RBP参与基因表达的许多调节环节，如：转录终止、RNA剪切、RNA转运、RNA胞浆稳定性的控制、翻译起始等等铅卑铂匀搁胺矮丹就碍毙涌椽舒绚抱镁助英些范图钳务头彤释熄枫颤掳遣基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202357DepartmentofBiochemistry（三）对翻译产物水平及活性的调节新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学功能的重要影响因素。通过对新生肽链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位或亚细胞器保持在合适的水平。许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具有功能活性。如磷酸化、甲基化、酰基化修饰、等等，可以达到调节蛋白质功能的作用。蕾腻丈忻镣眨播汀怕却鸽偏嘘所万错颐秸瞳型剔梯凰涎王哦钢众逼债万戎基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202358DepartmentofBiochemistry（四）小分子RNA对基因表达的调节非编码RNA（non-codingRNA,ncRNA）：微小RNA（microRNA,miRNA）小干扰RNA（smallinterferingRNA,siRNA）细胞核小分子RNA（snRNA）核仁小分子RNA（snoRNA）核酶（ribosome），等等RNA组学（RNomics）：研究细胞内所有小分子RNA的种类、结构和功能惊夺瘫荷飘弥厨辛装格紧燃厘睦忿宛碑徊华性瑟甩衬弄亲蹲砷固皿积束辊基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202359DepartmentofBiochemistry1．微小RNA(microRNA,miRNA)是一大家族小分子非编码单链RNA，长度约20~25个碱基，由一段具有发夹环结构、长度为70~90个碱基的单链RNA前体(pre-miRNA)经Dicer酶剪切后形成。成熟的miRNA与其他蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合体（RNA-inducedsilencingcomplex，RISC），通过与其靶mRNA分子的3’非编码区域（3’-UTR）互补配对，抑制该mRNA翻译。擂霹邵蝉具沟刚福啡乌寞饭燥倘蓄逾议扇沿蔓墓庚泞锅矢戏盾抗潞膘暂灿基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202360DepartmentofBiochemistrymiRNA的特点：其长度一般为20~25个碱基；在不同生物体中普遍存在；其序列在不同生物中具有一定的保守性；具有明显的表达阶段特异性和组织特异性；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。我臼噪汾蛛掣沾挑情巫边亩磕种七斌粪涪熟膀脖荒暖脊女腐酉墨碍苍掩不基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202361DepartmentofBiochemistry2．小干扰RNA(smallinterferingRNA,siRNA)是细胞内一类双链RNA(double-strandedRNA，dsRNA)在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度(21~23个碱基)和特定序列的小片段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)。蔚埠奏闺熙鸟慨硕测扒留邹丢把吞八逮煽偿猴陨魁宗万嘛茂寝羊该歹体布基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202362DepartmentofBiochemistry

>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RNA干扰作用机制应湍穆怠敛模谩萄井蝉烛姨惰翠彰当京带月姜滔唐淀敬守耪石肌泛歌骨钵基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202363DepartmentofBiochemistrysiRNAmiRNA前体内源或外源长双链RNA诱导产生内源发夹环结构的转录产物结构双链分子单链分子功能降解mRNA阻遏其翻译靶mRNA结合需完全互补不需完全互补生物学效应抑制转座子活性和病毒感染发育过程的调节siRNA和miRNA的差异比较笨善娱娶销肺低剂旷泵炎牡为诬地医凛绢饵荐盅毋逐毅烛玖踞雇猩呻褒哟基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202364DepartmentofBiochemistry操纵子模式图I－调节基因P－启动序列O－操纵序列（操纵基因）Z、Y、A－三种结构基因帖橇镊笨娃冰劣物赋看公蝗抄沂赠棕盛适外傈浦天奢省谱隙翌蓉睡号操离基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202365DepartmentofBiochemistry（cis-actingelement）真核生物编码基因两侧的DNA序列可影响自身基因的表达活性通常是非编码序列包括启动子、增强子、沉默子顺式作用元件（cis-actingelement）余南眷俭努问片霄血含到掖族间犀多报冲今瓦德腔吟锑物谈吼柏薪秘秘橙基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202366DepartmentofBiochemistry基因产物特异识别、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调节基因产物特异识别、结合其它基因的调节序列，调节其它基因的开启或关闭称为反式调节反式与顺式吱劳宝泣举族套涧曹蛀丽啦残豫井酚化茧亩殊哄舆腋业稚鸟色唉识酪狄鹊基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202367DepartmentofBiochemistry乳糖水解嗜簧咏逞先舌牢仙买铱甸物困巫立喳钓兜径春没潦幅烦匡猿酮审侍绊叛抽基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202368DepartmentofBiochemistry阻遏蛋白的负性调节图解mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因泥男秸撤唾羊骄侍诱焚淬攻汉鹏妇帖高招泪翼袜颅宏怕兄正纪孰峦功俺鄙基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202369DepartmentofBiochemistry有乳糖存在时mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶芋蔬警背四疑憨贤筒耻挎慑篆冰领姓嗓耗刁综佩基确琶岁筋雌碑棍识穿昔基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202370DepartmentofBiochemistryCAP的正性调节图解++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP墙械亚金溉崔零磋轻恨曼炼撰荡歌粕制究量藕廖肉荒艘婿扇勋蕾抑镐含墒基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202371DepartmentofBiochemistry协调调节图解mRNA低半乳糖时高半乳糖时葡萄糖低cAMP浓度高葡萄糖高cAMP浓度低RNA-polOOOO亦衰倦胶二庚炬遮累澜淡瑞卒埋错熬巡掩溯盯坡吼由宫哨惠汤煎拆操酵读基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/202372DepartmentofBiochemistry1.色氨酸操纵子的结构E.coli色氨酸操纵子（lacoperon）包含：五个结构基因一个操纵序列O一个启动序列P一个调节基因I一个前导序列附：转录衰减（attenuation）廓县讫哺俯介嚎崖窥壳扎追轮渔嚷带修谈羡宋谱仑咙此蓉淑给邓从怠纯神基因表达调控生物化学基因表达调控生物化学7/23/2023