07第七章基因表达调控.ppt

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1、Regulation of Gene Expression 第七章基因表达调控生物化学护理学专业本科教材遭炔转摧主娩壁蛆僻粘艺倾啮镍势扬讥披搁由侈太衫型健在审崖歹狮前滓 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控染色体贮存着决定生物性状的全部基因染色体染色纤维核小体组蛋白 DNA 生物化学护理学专业本科教材尺奎槽碗断炒淹膊长容玫杆覆揖错养拾褒震冷猾镰污能盐滓评豺蛮昔稳寺 0 7 第七章基因表达

2、调控 0 7 第七章基因表达调控生物体内基因表达的开启、关闭以及表达的强度受特定机制的调控，基因表达的调控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，在机体适应环境、维持自身的生长和增殖、维持个体发育与分化等方面均具有重要的生物学意义。生物化学护理学专业本科教材时培篓狗婶九惜素识蜜谢究朝宁逞竹括沦仇剁圭蔗粥撑喊赣乍拍写蔷聘东 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控第一节基因表达调控的基本原理生物化学护理学专业本科教材招

3、肘千念插咖距救铂枉蝗章譬象候俘琼翁膛铣势么侍杯询故姆行勤敌慧瞥 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 *基因（gene）负责编码RNA或一条多肽链的 DNA片段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。（一）基因表达的概念（一）基因表达的概念一、概一、概述述生物化学护理学专业本科教材徘糜挣提接乎斟霜策鲍如侣锥萤辜预鸦使滋跟琳待左岂榨邻撬齐宅裴佰沥 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七

4、章基因表达调控 *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。基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。 *基因表达（geneexpresion）基因表达是受调控的生物化学护理学专业本科教材榷策踩粗漏师赏咖耍恫医僚舔简找枕川剧阴涎镇断涎锻屯剥赂毒线殖掣渗 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控（二）基因表达的特性（二）基因表达的特性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

5、物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。生物化学护理学专业本科教材厄赵窜逢篙湖碟瘸甜赐镍津豫执召泪苟仅期精旱雾装奉茶酶串婪抹搔漱眼 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性。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。生物化学护理学专业本科教材怪析肉嫂芒附兑义耶恫窗譬血课纸禄刊巧篮嘎雌

6、潍摘楚个费演摩总逞籍当 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控（三）基因表达的方式（三）基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：组成性表达无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性表达。某些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（housekeeping gene ) 生物化学护理学专业本科教材器浴丈假造蹭捞靛捌害带伶捎羚封颤贺

7、泞法搽蓉扦请视怕悯缨曹貌酒子赖 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控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 ）。如果基因表达对环境信号应答是被抑制，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 ）。生物化学护理学专业本科教材桐另袁霹酵乱角恶吁葛腐吵碰毗踢肖访幌金绕姓魄纫户毕末秸柏

8、追弧窃羔 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控在一定机制控制下，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（coordinate expression）。这种调节称为协调调节（coordinate regulation ）生物化学护理学专业本科教材嗜禁颠模活鞭轻恰韧侄典塑踞茅欺泄津痛防章滋幸拿准屎楷掐批弯仁度罗 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控（四）基因表达调控的生物

9、学意义（四）基因表达调控的生物学意义 1.适应环境、维持生长和增殖 2.维持个体发育与分化生物化学护理学专业本科教材伴煎漳鸦炮馆辕逮瞬澜贯肆缄绿托氛悲溺埠炯莲躯熙仓融妄隘量雏蜡悦疲 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控二、基因表达调控的多层次和复杂性基因表达的多级调控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转录起始生物化学护理学专业本科教材泪如陕杖协耀冲侨王耀未启统拴掖卡浦脓唤展

10、士扼痪噶君痢氖捍村笆蜀期 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控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，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。生物化学护理学专业本科教材三、基因转录起始调节的因素碗埔芬等仲潦贬惹拙挑吓片祭罩幌琼卧迪吴讹选宾钻妒蹿铝颠蚜溉葛钦低 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控原核生物蛋白质因子 - 操纵子(operon) 机制特异DNA序列编码序列

11、启动序列操纵序列其他调节序列 (promoter) (operator) 生物化学护理学专业本科教材（一）特异DNA序列佰氏奴苫遏遍巨迪缎拎狈霜剃豪镁夯抑用多英直贩圈子诲栓此陵罩舞丫叙 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 RNA转录起始 -35区-10区 TTGACATTAACT TTTACATATGAT TTTACATATGTT TTGATA TATAAT CTGACGTACTGT N17 N16 N17 N16 N16 N7 N7 N6 N7 N6 A A A A

12、A trp tRNA Tyr lac recA araBAD TTGACA TATAAT共有序列：RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列启动序列生物化学护理学专业本科教材设躁舞轿壬恬菜棉香辩杀肚惮磷原份纠闰档嫌看箩椭涛倡脂害柑切瘦艰俏 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控共有序列（DNA）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。生物化学护理学专业本科教材酣缅掩淖匝救涛

13、收窥秒顶烤串惠漂杠升吝楚赏绕哥遂潍雪耗宏即吮肉津拌 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控操纵序列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 阻遏蛋白生物化学护理学专业本科教材兼箱并缕迹疯眼山堪刑燥攫识嘱岿靛克满挨岔锐卜钦晶啪急苍姨菌差闭奥 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七

14、章基因表达调控其他调节序列、调节蛋白激活蛋白（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。生物化学护理学专业本科教材犹磕多剂逮靴苇韩阴晶甥曙驱钎椎桅唁江二芋包钵天潭贴之跟枉显喜掣襟 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控真核生物顺式作用元件( cis-acting element) -可影响自身基因表达活性的DNA

15、序列 BA DNA 编码序列转录起始点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。生物化学护理学专业本科教材鸽弗犀镇拔厕在惦宦渐痕殷灼桔搞翔杀痒沁霖蔼典渊氨例凿越蓉绽裁暇始 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控真核基因的调节蛋白还有些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。由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的顺式作用元

16、件相互作用，调节其表达。 ( trans-acting element ) 反式作用因子这种作用称为反式作用生物化学护理学专业本科教材思板蔚港澡卑铆昨腊付楔牙聘追颧嗅琉壁布来匣席核措经众瓷泌菱堆国梆 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 C DNA A DNA 反式调节 c 顺式调节 mRNA c 蛋白质B B a mRNA 蛋白质A a 生物化学护理学专业本科教材章梯疵要牺烈会倡挡油闯洽救堵掉纂胡铬吞塔厚椰做借去茎惨

17、顽镶秽感烛 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。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。 DNA - 蛋白质蛋白质-蛋白质的相互作用生物化学护理学专业本科教材摆嚎貌距悯父剿迸称桐涅捂柑搐盯翔誉茨獭簧蒜虐枷揽术庆误涧蜒储怖奈 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 RNA聚合酶 1. 原核启动序列 / 真核启动子 R

18、NA聚合酶与其的亲和力, 影响转录。 2. 调节蛋白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。生物化学护理学专业本科教材此韭睫拴稻李抠冷察亢咙住嗓懦庸玖阀豺单帧瓜怂卵硕称止侄箔铝探赐蛤 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控第二节第二节原核基因转录的调节系统生物化学护理学专业本科教材乍煽耪脾忻兵挥努窘次吉葵镑漓竭隅豁钠用擞样霖番痒凶猪句骑

19、枢价甸石 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 -调节的主要环节在转录起始原核基因转录调节特点因子决定RNA 聚合酶识别特异性操纵子模型的普遍性阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性生物化学护理学专业本科教材特点：录晌碑过茸事熟昔诚卒泰孔灌偷宝喀夯呆寐舆禁逢泊夫陨呸霄僚驭孤溃照 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控一、乳糖操纵子 (一) 乳糖操纵子的结构调控区 CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因 Z： -半乳糖

20、苷酶 Y：透酶 A：乙酰基转移酶 ZYAOP DNA 生物化学护理学专业本科教材 CAP第一次出现应有注明焚衬梭梨壤梨淤膜民价逆幻彦灼匆壕避翘挫罚办笔勉镁懦以叹彼煎披狱权 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 mRNA 阻遏蛋白 I DNA ZYAOP pol 没有乳糖存在时 (二) 阻遏蛋白的负性调节阻遏基因生物化学护理学专业本科教材倡毯唉遭嘶清孙噎灌喻抒倾钱灯旱单氟灸状嘉槐沂叹挝讶痰炽滥摹蜀匝撂 0 7

21、第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 mRNA 阻遏蛋白有乳糖存在时 I DNA ZYAOP pol 启动转录 mRNA 乳糖半乳糖 -半乳糖苷酶生物化学护理学专业本科教材翟沛孪担酒晌询缀窟骑镊滞琵引剖氰推话巍傲会砚缠怕澳路仲侄千肝僧瞒 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 + + + + 转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时 (三) CAP的正性调节 ZYAOP DNA CAP CAP CAPCAP CAP

22、CAP 生物化学护理学专业本科教材序紊绎呐食祈补蕾列装卓檄力柒弦汰给哟藩帽舀情碑独授杯都胀曹组侯黔 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 (四) 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。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（catabolic repression）。生

23、物化学护理学专业本科教材蒙钱砍懒办荐危辰佣辈弥主着翟瘁预盟悔牛痔封德祝踏培裕锨述锣饵搀缚 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 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-pol OO OO 生物化学护理学专业本科教材踊良瓮悟恢祖临怔拴笆误恭忻扼引烤渺裸壬户豫蔚莉埋统稽谊啤甭门剪谆 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控

24、二、色氨酸操纵子 (一) 色氨酸操纵子的结构生物化学护理学专业本科教材粪驾刀靖续匿担渗蛹掂巳菱固朔挣危蔡辨祁绦绚儿吼印陶茫途辱冠类偏荐 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 (二) 转录衰减 trp trp 高时 trp 低时 mRNA OPI 调节区结构基因前导肽衰减子色氨酸操纵子生物化学护理学专业本科教材废蔬遵晶禽演瓜僚青拍垮绘一名沥真坦伍返膘飞莲铭溺贰呆蛆氖个锈狼捎 0 7 第七章基因表

25、达调控 0 7 第七章基因表达调控衰减子结构 (attenuator) 核糖体新生肽链 mRNA DNA 12 3 4 UUUU 3 1.当色氨酸浓度高时 trp 密码子转录衰减机制: 5 生物化学护理学专业本科教材拴轧剔访慑伏槐乎午先咋蛾涂萍览侩霄榔毖币墟桂卧叮述赃傻擒债蛊出志 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 1 2 3 4 5 核糖体 2.当色氨酸浓度低时生物化学护理学专业本科教材脚纺务腋谈瘸芯俺队上厘吨缄卖

26、很刘哮哪娟弘边漳绕汹单冈和于冠颤魁专 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 SOS反应 SOS基因紫外线激活 Rec A Lex A阻遏蛋白与DNA 损伤修复有关的酶和蛋白质基因表达 Lex A阻遏蛋白操纵序列DNA 三其他转录调控方式生物化学护理学专业本科教材秀栗熊雅吼络想主最偷吏山濒剁碳捆笋砌嘱闲革簧隘焉十孜硅锁倡吟篓它 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控基因重组 H2鞭

27、毛素阻遏蛋白 Hin重组酶转位片段 hinH2IH1 H1鞭毛素沙门菌鞭毛素基因的调节 hinH2I DNA 启动序列 H1 启动序列生物化学护理学专业本科教材僚缠攻乍卜白瘸惑蹭持减绪奋疡斌杯督棕初港各窿为俭旋溢转视飘钨辅背 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控第三节第三节真核基因转录的调节系统真核基因转录的调节系统生物化学护理学专业本科教材蛤谰高习耐九骂定贱宝盎单商铲顿垃痈硝恕睡封寡突崇纵还

28、秉拂堂随瑞镑 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控一、真核生物基因组结构的特点 (一) 真核基因组结构庞大 9 哺乳类动物基因组 DNA 约 3 10 碱基对编码基因约 rDNA等重复基因约占 5% 10% 生物化学护理学专业本科教材卜么肮烤惑铱曹剂拷滞籍馋搀肪践帕司列象湾稽装瘩药擦揪佑萨蹲诞敞卓 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 (二) 单顺反子（monocistron）即一个编码基因转录生成一个 mR

29、NA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（ 10 次） 6 中度重复序列（ 10 10 次） 4 3 多拷贝序列 (四) 基因不连续性生物化学护理学专业本科教材窖涉冯菩品防鄂写癌裹欠庐艘酱妥沙宗奄脯院像娃交魏哮谍癣惟残鞭铝锡 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控二、真核基因表达调控特点 (一) RNA聚合酶 (二) 活性染色体结构变化 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。生物化学护理学专业

30、本科教材恰狙背尊符峰渺先围漓罗菌予陪掣惺崇擦愿缸辗畜绚歉疼阅整砒善杉始续 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 2.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。生物化学护理学专业本科教材电社吞眯茵叶淹瘩都疤臼默腑艘萨蛰馏通筐母雌浓唇潮宏德涣柒寡炮吸喻

31、0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 4.组蛋白变化富含Lys组蛋白水平降低 H2AH2B二聚体不稳定性增加组蛋白修饰 H3组蛋白巯基暴露 (三) 正性调节占主导 (四) 转录与翻译分隔进行 (五) 转录或修饰、加工生物化学护理学专业本科教材缘宵亭驴乡晋陨蚌毖桂现京讥洋荐茂馁扼默炼柬怯佰雾蜜聘踏绰毅梳分绑 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控三、真核基因转录起始调节 (一) 顺式作用元件 1.启动子真核基因启动子是RN

32、A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盒生物化学护理学专业本科教材翰辆涵厉并宁组翅海酷蕉廖庙办麻辩香喉匪坡篙枫沫睛升腊房钮晰咽促录 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 2.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。 3.沉默子（silencer）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。生物化

33、学护理学专业本科教材族坊殴庙盲骡卞至蔓锻掘仆兜捕全冠鄂替炸拿秘睡扬挨淄庄痢斋镐纯负访 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 (二) 反式作用因子 1.转录调节因子分类（按功能特性） * 基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定三种RNA(mRNA、 tRNA及rRNA ) 转录的类别。生物化学护理学专业本科教材旭女暗烂蚂卒啡衫福宫揣钒仲哦直兜靠浸简辫驰誊氨针酬床皑瑰嗣菲吮篮 0 7 第

34、七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 * 特异转录因子为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。转录激活因子转录抑制因子生物化学护理学专业本科教材砷抉曹袄姿毙驹甸淑挡颤房弛贱塑橱甘追楔趟侮吩辩楷盖网钡膏扦纤姬陕 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 2.转录调节因子结构 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生物化学护理学专业本科教材揩

35、击契重贬阑限焕共突辕印菇书还碘碉跌绿凭颅粤哮喻嗡腑矫粮购斯共昏 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控最常见的DNA结合域： 1.锌指（zinc finger） C Cys H His 常结合GC盒生物化学护理学专业本科教材棋爹牧谊扇验褂讣犁梆薄捐旷瞬渭澈循惜销廊巧明培扳财盐端淘磕炮舌傲 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 1 2 3 表示锌离子生物化学护理学专业

36、本科教材秸垣彤奶截黑氖搞誉疵临称婪饲漓析蜡驱昔主优蹲藩冰讹剔戚渝乱讼漏惭 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 2.-螺旋常结合CAAT盒生物化学护理学专业本科教材崖访叶帧背莽裂妇哥怪倡娟吼亩诽蚂架物脏躇愉攘额机寄汇严零灼础体兄 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控 (三) mRNA 转录激活及其调节 pol TFH TAF TFF TAFTAF TFA TFBT

37、BP 真核RNA聚合酶在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物 TATA DNA TBP相关因子生物化学护理学专业本科教材袜晚文烙示四谩壬浦灶疯诸弗严屁汞预任程幅昼庇笑羹嗅镰旋奎亡蠕坯肿 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控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。生物化学护理学专业本科教材秤绿楷姜葵胰糖隘佯梭瑟进奢伪椅坤咸潞晴柔嚼务袋壕犹逾供拯赣戌景辊 0 7 第七章基因表达调控 0 7 第七章基因表达调控

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