基因表达调控RegulationofGeneExpressionPPT学习教案

会计学1基因表达调控基因表达调控RegulationofGeneExpression第1页/共49页第一节第一节 基因表达调控基本概念与原理基因表达调控基本概念与原理 一、一、基因表达的概念基因表达的概念 二、二、基因表达的特异性基因表达的特异性 三、三、基因表达的方式基因表达的方式 四、四、基因表达调控的生物学意义基因表达调控的生物学意义 五、五、基因转录激活调节的基本要素基因转录激活调节的基本要素 第2页/共49页第3页/共49页第4页/共49页第5页/共49页第6页/共49页第7页/共49页第8页/共49页五、基因转录激活调节基本要素五、基因转录激活调节基本要素 （一）（一）特异特异DNADNA序列序列 （二）（二）调节蛋白调节蛋白 （三）（三）RNARNA聚合酶聚合酶第9页/共49页 原核生物的特异原核生物的特异DNADNA序列序列 原核生物的基因表达与调控是通过操纵子原核生物的基因表达与调控是通过操纵子机制实现的。机制实现的。操纵子操纵子 是由功能上相关联的多个编码序列（是由功能上相关联的多个编码序列（2 2个以上）个以上）及其上游的调控序列（包括操纵序列、启动序列和及其上游的调控序列（包括操纵序列、启动序列和调节序列）等成簇串联在一起，构成的一个转录协调节序列）等成簇串联在一起，构成的一个转录协调单位。调单位。（一）特异（一）特异DNADNA序列序列第10页/共49页 操纵子操纵子调节序列调节序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 编码序列编码序列 表达表达 转录转录ICAPPOZYA阻遏蛋白阻遏蛋白结合部位结合部位RNARNA聚合酶聚合酶结合部位结合部位 编码序列编码序列 规定蛋白质结构，又称结构基因；规定蛋白质结构，又称结构基因；多顺反子多顺反子mRNAmRNA 由多个结构基因串联在一起，受同一个启动序列调控，转录生成一个由多个结构基因串联在一起，受同一个启动序列调控，转录生成一个mRNA,mRNA,翻译生成多个蛋白质翻译生成多个蛋白质,称此为多顺反子称此为多顺反子mRNA.mRNA.多顺反子多顺反子mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白第11页/共49页 原核生物的共有序列原核生物的共有序列 原核生物的启动序列，在距离转录起始点原核生物的启动序列，在距离转录起始点10区和区和35区往往含有一些重要的区往往含有一些重要的保守序列（共有序列）保守序列（共有序列）。10区区：含：含TATAAT序列，又称序列，又称Pribnow盒盒。35区区：含：含TTGACA序列。序列。RNARNA聚合酶结合部位聚合酶结合部位 决定转录起始点决定转录起始点第12页/共49页真核生物的特异真核生物的特异DNADNA序列序列 真核生物基因组中含有可以调控自身基因真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异表达活性的特异DNADNA序列，称为序列，称为顺式作用元件顺式作用元件。顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，从而影响基因表达活性。从而影响基因表达活性。启动子启动子 顺式作用元件顺式作用元件又分又分 增强子增强子 沉默子沉默子第13页/共49页第14页/共49页第15页/共49页原核生物的调节蛋白原核生物的调节蛋白（3类）类）特异因子特异因子 决定决定RNARNA聚合酶对启动序列的特异识别和结合能力；聚合酶对启动序列的特异识别和结合能力；(RNARNA聚合酶的聚合酶的 因子因子)阻遏蛋白阻遏蛋白 通过与操纵序列结合，阻遏基因转录；通过与操纵序列结合，阻遏基因转录；（由调节基因表达的阻遏蛋白由调节基因表达的阻遏蛋白）激活蛋白激活蛋白 与启动子上游与启动子上游DNADNA序列结合，促进序列结合，促进RNARNA聚合酶与启动序列聚合酶与启动序列 结合，促进基因转录。（结合，促进基因转录。（CAPCAP分解代谢物基因活化蛋白分解代谢物基因活化蛋白）第16页/共49页 2.2.真核生物的调节蛋白真核生物的调节蛋白 反式作用因子反式作用因子 能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为控基因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子反式作用因子。按其功能不同，常有以下三类：按其功能不同，常有以下三类：（基本）转录因子（基本）转录因子 转录调节因子：转录调节因子：DNA-蛋白质蛋白质 共调节因子：蛋白质共调节因子：蛋白质-蛋白质蛋白质第17页/共49页第18页/共49页第19页/共49页转录前起始复合物（转录前起始复合物（PICPIC）第20页/共49页(2)(2)转录调节因子转录调节因子 这类调经蛋白能识别并结合转录起始点的上游激活序列和远端的增强子元件，通过这类调经蛋白能识别并结合转录起始点的上游激活序列和远端的增强子元件，通过DNADNA蛋白质相互作用而调节转录活性。蛋白质相互作用而调节转录活性。起激活转录作用起激活转录作用转录激活因子；转录激活因子；阻遏转录作用阻遏转录作用转录阻遏因子。转录阻遏因子。（3 3）共调节因子共调节因子 首先与转录因子或转录调节因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性。首先与转录因子或转录调节因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性。如果与转录激活因子有协同作用如果与转录激活因子有协同作用共激活因子；共激活因子；与转录阻遏因子有协同作用与转录阻遏因子有协同作用共阻遏因子。共阻遏因子。第21页/共49页 锌指结构锌指结构 亮氨酸拉链结构亮氨酸拉链结构第22页/共49页第23页/共49页六、基因表达的多级调控六、基因表达的多级调控 基因结构活化基因结构活化 转录水平转录水平 转录起始转录起始 转录后加工转录后加工 转录后水平转录后水平 转录产物的转运转录产物的转运 翻译调控翻译调控 翻译水平翻译水平 翻译后加工翻译后加工第24页/共49页控制区控制区信息区信息区结构基因结构基因(S)操纵序列（操纵序列（O）启动序列（启动序列（P P）调节基因调节基因（I）CPA第25页/共49页 乳糖操纵子结构基因表达产物乳糖操纵子结构基因表达产物第26页/共49页I I阻遏蛋白阻遏蛋白 无乳糖存在时，结构基因受阻遏无乳糖存在时，结构基因受阻遏第27页/共49页 有乳糖存在时，结构基因表达有乳糖存在时，结构基因表达第28页/共49页2CAPCAPCAP位点位点-G,-Lac 阻遏蛋白阻遏蛋白 操纵序列操纵序列 -G,+LacRNA聚合酶聚合酶无葡萄糖，无乳糖无葡萄糖，无乳糖 无葡萄糖，有乳糖无葡萄糖，有乳糖 有葡萄糖，无乳糖有葡萄糖，无乳糖 有葡萄糖，有乳糖有葡萄糖，有乳糖 启动序启动序列列cAMPmRNA 5（二）（二）CAPCAP的正性调节作的正性调节作用用 G,-Lac +G,+LacG,-Lac +G,+Lac第29页/共49页当培养基中当培养基中乳糖浓度降低乳糖浓度降低而而葡萄糖浓度升高葡萄糖浓度升高时时 细胞中细胞中cAMPcAMP浓度降低浓度降低 缺乏乳糖与阻遏蛋白结合缺乏乳糖与阻遏蛋白结合 CAPCAP失活失活 阻抑蛋白与操纵基因结合阻抑蛋白与操纵基因结合 CAPCAP及及RNARNA聚合酶不能与启动基因结合聚合酶不能与启动基因结合 基因转录基因转录被阻遏被阻遏 阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节第30页/共49页 当培养基中当培养基中乳糖浓度升高乳糖浓度升高而而葡萄糖浓度降低葡萄糖浓度降低时时 细胞中细胞中cAMPcAMP浓度升高浓度升高 乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合 cAMPcAMP与与CRPCRP结合并使之激合结合并使之激合 促使阻抑蛋白与操纵基因分离促使阻抑蛋白与操纵基因分离 CRPCRP与启动基因结合并促使与启动基因结合并促使RNARNA聚合酶与启动基因结合聚合酶与启动基因结合 基因转录基因转录激活激活 CAPCAP的正性调节的正性调节第31页/共49页第32页/共49页O 阻遏蛋白阻遏蛋白 （无活性无活性）mRNAtrpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA前导前导trpL衰减子衰减子 结结 构构 基基 因因 调控区调控区二、色氨酸操纵子的调节机制二、色氨酸操纵子的调节机制 色氨酸合成的酶蛋白色氨酸合成的酶蛋白第33页/共49页O 阻遏蛋白阻遏蛋白 mRNATrp trpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA前导序列（前导序列（L L）衰减子衰减子（结构基因关闭结构基因关闭）调节区调节区 在高浓度色氨酸存在下，通过形成特殊的在高浓度色氨酸存在下，通过形成特殊的“衰减子衰减子”结构，对转录进行更精细的调控。结构，对转录进行更精细的调控。色氨酸的负性调控作用色氨酸的负性调控作用 有活性有活性第34页/共49页 衰减子衰减子 结构结构 10、11第35页/共49页前导肽前导肽核蛋白体核蛋白体衰减子结构衰减子结构RNA聚合酶聚合酶5mRNATrp密码密码子子1234UUUU 3DNADNA前导肽前导肽51234Trp结构基因结构基因RNA聚合聚合酶酶 Trp操纵子的转录衰减机制操纵子的转录衰减机制第36页/共49页第37页/共49页第38页/共49页第39页/共49页1.1.高度重复序列高度重复序列 重复数百万次，序列简单序列，不到重复数百万次，序列简单序列，不到10bp;10bp;称为卫星称为卫星DNADNA；2.2.中度重复序列中度重复序列 重复上千次，序列由几百个重复上千次，序列由几百个bpbp构成；构成；3.3.单拷贝序列单拷贝序列 只出现只出现1 1次或几次。真核生物极大多数为单一基因；次或几次。真核生物极大多数为单一基因；v反向重复序列反向重复序列v 是指在是指在DNADNA链某些区域，出现反向排列的碱基序列。如：链某些区域，出现反向排列的碱基序列。如：4.4.“CGTACCCGTACC-/-/-CCATGCCCATGC-”,-”,又称又称“回文结构回文结构”。第40页/共49页（五）断裂基因（五）断裂基因 外显子外显子 具有实际编码意义的结构基因序列；具有实际编码意义的结构基因序列；内含子内含子 不具有编码意义的碱基序列不具有编码意义的碱基序列 ，又称插入序列。，又称插入序列。（六）大多数为非编码区（六）大多数为非编码区（95左右左右）第41页/共49页1 1对核酸酶极度敏感对核酸酶极度敏感第42页/共49页第43页/共49页第44页/共49页聚合酶聚合酶转录前起始复合体的组装转录前起始复合体的组装第45页/共49页第46页/共49页第47页/共49页第48页/共49页