大学生物遗传学：第十三章基因表达调控 (2)

第十三章

基因表达调控授课教师 xxx中心法则第一节

基因表达调控的基本概念一、基因表达的概念（一）基因(gene) 负载特定遗传信息的DNA片段，包括由编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域。

cDNA（complementoryDNA）：以mRNA为模板，在反转录酶作用下合成的DNA。

（二）基因组(genome)

指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。在真核生物体，基因组是指一套完整的单倍体的染色体DNA和线粒体DNA的全部序列。

（三）基因表达（geneexpression）

基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。但对于rRNA、tRNA编码基因，基因表达仅是转录成RNA的过程。二、基因表达的特异性（一）时间特异性：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的时间特异性与发育阶段相关,故又称阶段特异性。

（二）空间特异性：在个体生长、发育过程中，某种基因在个体不同组织（空间）表达的差异。

基因表达伴随时间顺序所表现出的这种空间分布的差异，实际上是由细胞在个体的分布所决定，所以空间特异性又称细胞或组织特异性。三、基因表达的方式

（一）基本表达

某类基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因。它们较少受环境因素影响，而且在个体各个生长阶段的几乎所有组织中都持续表达。这类基因表达称为基本表达或组成性表达。（二）诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因可被激活，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）。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因称为可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏（repression）。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（二）维持个体发育与分化第二节

基因表达调控的基本原理（一）基因表达调控的多层次和复杂性基因激活转录起始

转录后加工mRNA降解蛋白质降解等蛋白质翻译翻译后加工修饰（二）基因转录激活调节基本要素

基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内存在的转录调节蛋白有关。（一）特异DNA序列原核生物启动序列（promoter）：是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。共有序列（consensussequence）:在转录起始点上游-10及-35区域存在的一些相似的序列。它们决定启动序列的转录活性大小。操纵序列（operator）：阻遏蛋白识别、结合的DNA序列，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。真核生物基因的特异DNA序列：顺式作用元件(cis-actingelement)：可影响自身基因表达活性的DNA序列。包括启动子、增强子、沉默子等。结构基因5’5’结构基因3’（二）调节蛋白

原核生物基因调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。原核生物： 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，介导负性调节机制。 激活蛋白：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，介导正性调节机制。

真核基因的调节蛋白（转录因子）： 绝大多数真核转录因子可通过与特异的顺式作用元件的识别、结合反式激活另一基因的转录，故又称反式作用因子（trans-actingfactors）。

这种作用称为反式作用。

某些真核转录因子可特异识别、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。CDNAADNA反式调节c顺式调节mRNAc蛋白质BBa

mRNA

蛋白质Aa（三）DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用

DNA-蛋白质相互作用：反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。

绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体。（四）RNA聚合酶

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。第三节

原核基因表达调节一、原核基因转录调节特点

(一)σ因子决定RNA聚合酶识别特异性核心酶全酶(二)操纵子模型的普遍性Arabinoseoperon(三)阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性二、原核生物转录起始调节（一）乳糖操纵子的结构Z：β-半乳糖苷酶基因Y：透酶基因A：乙酰基转移酶基因I：调节基因P：启动序列O：操纵序列mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏基因

（二）乳糖操纵子的调节机制1、阻遏蛋白的负性调节mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶

阻遏蛋白的负性调节：——可诱导调控1)无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵基因上→阻止转录过程→基因关闭；2）有乳糖存在时，乳糖→半乳糖与阻遏物结合→阻遏物变构→阻遏物不能结合操纵基因→转录进行→基因开放。

可诱导调控的操纵子，其基因表达产物都是利用某种营养物的酶体系（分解代谢）

有营养物：相应基因开放；无营养物：细胞就没必要产生相应的酶；2、CAP的正性调节CAP：分解（代谢）物基因激活蛋白-35-10+1+20+28阻遏物结合区RNApol结合区CAP结合位点CAP的结合位点在启动子上游。CAP+cAMP→复合物→结合在CAP的结合位点上→促进RNApol向前移动→促转录++++转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP1）有葡萄糖存在时，cAMP↓→cAMP-CAP复合物↓，不能结合CAP位点上，→正调控作用↓→基因不能表达。2）无葡萄糖存在时，cAMP↑

→cAMP-CAP复合物↑→正调控作用↑→基因表达。3、协调调节※当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；※如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。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 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时,细菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖对Lac操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏（ca