遺傳學(xué)基因表達(dá)的調(diào)控PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第1頁(yè)/共82頁(yè)第2頁(yè)/共82頁(yè)第3頁(yè)/共82頁(yè)第4頁(yè)/共82頁(yè)第5頁(yè)/共82頁(yè)第6頁(yè)/共82頁(yè)(三三)、 遺傳的最小功能單位遺傳的最小功能單位第7頁(yè)/共82頁(yè)第8頁(yè)/共82頁(yè)第9頁(yè)/共82頁(yè)第10頁(yè)/共82頁(yè)第11頁(yè)/共82頁(yè)第12頁(yè)/共82頁(yè)第13頁(yè)/共82頁(yè)第14頁(yè)/共82頁(yè)第15頁(yè)/共82頁(yè)操縱子的發(fā)現(xiàn)修正了有一個(gè)基因就有一條多肽或操縱子的發(fā)現(xiàn)修正了有一個(gè)基因就有一條多肽或決定一個(gè)蛋白質(zhì)功能的就是一個(gè)基因的說(shuō)法。決定一個(gè)蛋白質(zhì)功能的就是一個(gè)基因的說(shuō)法。6060年代，年代，JacodJacod和和MonodMonod研究細(xì)菌基因調(diào)控時(shí)發(fā)現(xiàn)研究細(xì)菌基因調(diào)控時(shí)發(fā)現(xiàn)基因是可分的，功能上

2、是有差別的。基因是可分的，功能上是有差別的。 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因決定合成某種蛋白質(zhì)決定合成某種蛋白質(zhì) 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因編碼阻遏或激活結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的蛋編碼阻遏或激活結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)基因白質(zhì)基因 無(wú)翻譯產(chǎn)物的基因無(wú)翻譯產(chǎn)物的基因新的發(fā)現(xiàn)新的發(fā)現(xiàn)斷裂基因，重疊基因，跳躍基因斷裂基因，重疊基因，跳躍基因比較比較DNADNA序列和成熟序列和成熟mRNAmRNA內(nèi)含子和外顯子內(nèi)含子和外顯子第16頁(yè)/共82頁(yè)綜上所述，對(duì)基因可作如下描述：綜上所述，對(duì)基因可作如下描述：基因是實(shí)體，它的物質(zhì)基礎(chǔ)是基因是實(shí)體，它的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNADNA（或（或RNARNA）；）；基因是具有特定遺傳效應(yīng)的基因是具有特定遺傳效應(yīng)的

3、DNADNA片段片段（DNADNA分子分子中的特定核苷酸序列）；中的特定核苷酸序列）；基因是遺傳信息傳遞和性狀分化發(fā)育的依據(jù)；基因是遺傳信息傳遞和性狀分化發(fā)育的依據(jù)；基因是可分的，按其功能（基因的產(chǎn)物）基因基因是可分的，按其功能（基因的產(chǎn)物）基因可分為可分為 編碼蛋白質(zhì)的基因（結(jié)構(gòu)基因編碼蛋白質(zhì)的基因（結(jié)構(gòu)基因+ +調(diào)節(jié)基因）調(diào)節(jié)基因） 無(wú)翻譯產(chǎn)物的基因（如無(wú)翻譯產(chǎn)物的基因（如rRNA rRNA ，tRNA tRNA ，snRNA snRNA ） 不轉(zhuǎn)錄的不轉(zhuǎn)錄的DNADNA區(qū)段（如啟動(dòng)子，操縱基因等）區(qū)段（如啟動(dòng)子，操縱基因等）第17頁(yè)/共82頁(yè)第18頁(yè)/共82頁(yè)第19頁(yè)/共82頁(yè)第20頁(yè)/

4、共82頁(yè)第21頁(yè)/共82頁(yè)第一節(jié) 基因的概念 一、基因的概念及其發(fā)展 1、經(jīng)典遺傳學(xué)孟德?tīng)柗Q控制性狀的因子為遺傳因子 1909年約翰生提出了基因這個(gè)名詞， 取代孟德?tīng)柕倪z傳因子摩爾根等人對(duì)果蠅、玉米等的大量遺 傳研究，建立了以基因和染色體為主 體的經(jīng)典遺傳學(xué) 第22頁(yè)/共82頁(yè) 結(jié)構(gòu)單位 重組單位基因 突變單位 功能單位2、分子遺傳學(xué)基因是DNA分子上的一定區(qū)段,攜帶有特殊的遺傳信息，可轉(zhuǎn)錄、翻譯，可對(duì)其他基因起調(diào)節(jié)作用 第23頁(yè)/共82頁(yè) 突變子：突變的最小單位基因 重組子：交換的最小單位 順?lè)醋樱ㄗ饔米樱汗δ軉挝?（基因）基因可進(jìn)一步分為不同類型：(1)結(jié)構(gòu)基因：可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一

5、 段DNA序列 (2)調(diào)控基因：其產(chǎn)物參與調(diào)控其他結(jié) 構(gòu)基因表達(dá)的基因 第24頁(yè)/共82頁(yè)(3)重疊基因：指同一段DNA的編碼順序 ，由于閱讀框架(ORF)的不同或終止 早晚的不同，同時(shí)編碼兩個(gè)或兩個(gè) 以上多肽鏈的現(xiàn)象(4)隔裂基因：指一個(gè)結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部為 一個(gè)或更多的不翻譯的編碼順序， 如內(nèi)含子所隔裂的現(xiàn)象(5)跳躍基因：可作為插入因子和轉(zhuǎn)座 因子移動(dòng)的DNA序列，有人將它作為 轉(zhuǎn)座因子的同義詞(6)假基因：同已知的基因相似，但位 于不同位點(diǎn)，因缺失或突變而不能 轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒(méi)有功能的基因 第25頁(yè)/共82頁(yè)二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu) 1 1、互補(bǔ)作用與互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)、互補(bǔ)作用與互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)( (順?lè)礈y(cè)驗(yàn)順?lè)?/p>

6、測(cè)驗(yàn)) )假定有兩個(gè)獨(dú)立起源的隱性突變?nèi)鏰1與a2，它們具有類似的表型，如何判斷它們是屬于同一個(gè)基因的突變，還是分別屬于兩個(gè)基因的突變？即如何測(cè)知它們是等位基因？第26頁(yè)/共82頁(yè)需要建立一個(gè)雙突變雜合二倍體，測(cè)定這兩個(gè)突變間有無(wú)互補(bǔ)作用 第27頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 82 2 順?lè)礈y(cè)驗(yàn)順?lè)礈y(cè)驗(yàn)第28頁(yè)/共82頁(yè) 2 2、順式與反式調(diào)控、順式與反式調(diào)控 假設(shè)某一基因的表達(dá)受一種調(diào)控 蛋白質(zhì)控制，只有在調(diào)控蛋白質(zhì) 與該基因的啟動(dòng)子位點(diǎn)結(jié)合時(shí)， 這個(gè)基因才能表達(dá)。如果這個(gè)基因的啟動(dòng)子位點(diǎn)發(fā)生 突變，調(diào)控蛋白不能識(shí)別這個(gè)位 點(diǎn)，也就不能轉(zhuǎn)錄形成RNA，基因 就不能表達(dá)。 第29頁(yè)/共82頁(yè)順式調(diào)控順式

7、調(diào)控：突變只影響到與其鄰近：突變只影響到與其鄰近 的編碼序列，即基因本身不能表的編碼序列，即基因本身不能表 達(dá)，并不影響其它等位基因。這達(dá)，并不影響其它等位基因。這 種突變稱為順式調(diào)控種突變稱為順式調(diào)控反式調(diào)控反式調(diào)控：如果是調(diào)控蛋白質(zhì)發(fā)生：如果是調(diào)控蛋白質(zhì)發(fā)生 突變，形成的蛋白質(zhì)不能與這個(gè)突變，形成的蛋白質(zhì)不能與這個(gè) 基因的啟動(dòng)子結(jié)合，這將會(huì)影響基因的啟動(dòng)子結(jié)合，這將會(huì)影響 到與這個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)合的所有等位到與這個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)合的所有等位 基因位點(diǎn)，導(dǎo)致這些基因不能表基因位點(diǎn)，導(dǎo)致這些基因不能表 達(dá)，這種突變稱為反式調(diào)控達(dá)，這種突變稱為反式調(diào)控 第30頁(yè)/共82頁(yè)圖圖8 83 3 順式調(diào)控與反式調(diào)控

8、順式調(diào)控與反式調(diào)控1.1. P P為啟動(dòng)子，為啟動(dòng)子，R R為調(diào)控蛋白，兩個(gè)正常的等位基因表達(dá)為調(diào)控蛋白，兩個(gè)正常的等位基因表達(dá)產(chǎn)生產(chǎn)生RNARNA。2.2.啟動(dòng)子突變啟動(dòng)子突變(P-)(P-)后，調(diào)控蛋白不能與其結(jié)合，順式調(diào)后，調(diào)控蛋白不能與其結(jié)合，順式調(diào)控突變的基因不表達(dá)，另一個(gè)等位基因正常表達(dá)?？赝蛔兊幕虿槐磉_(dá)，另一個(gè)等位基因正常表達(dá)。3.3.調(diào)控蛋白突變調(diào)控蛋白突變(R-)(R-)后，不能與啟動(dòng)子結(jié)合，這種反式后，不能與啟動(dòng)子結(jié)合，這種反式調(diào)控蛋白質(zhì)突變，使受其控制的所有基因不表達(dá)。調(diào)控蛋白質(zhì)突變，使受其控制的所有基因不表達(dá)。RNANo RNANo RNANo RNARpRNARNA

9、123pR-第31頁(yè)/共82頁(yè)3 3、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu) 20世紀(jì)50年代的生化技術(shù)還無(wú)法進(jìn)行DNA的序列測(cè)定，本澤爾利用經(jīng)典的噬菌體突變和重組技術(shù)，對(duì)T4噬菌體r區(qū)基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析 第32頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 86 6 突變座位與互補(bǔ)圖解突變座位與互補(bǔ)圖解 第33頁(yè)/共82頁(yè)三、基因的作用與性狀的表達(dá) 結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白/ /功能蛋白功能蛋白直接性狀直接性狀 表達(dá)。人類的鐮形紅血球貧表達(dá)。人類的鐮形紅血球貧血血 癥：正常血紅蛋白基因癥：正常血紅蛋白基因( ( A A) )的的基因基因 兩個(gè)不同的突變兩個(gè)不同的突變( ( S S或或 C C) )，即，即 A A S S或

10、或 A A C C導(dǎo)致鐮形導(dǎo)致鐮形 紅血球紅血球 酶酶間接地影響生物性狀的表間接地影響生物性狀的表達(dá)達(dá)第34頁(yè)/共82頁(yè) 作 用 子ADNAGTACATCATGTACTTGAAACTTGACCTGGAGAACTTGAACTTAAATTTmRNA密碼子GUACAUCUUACUCCUGAAGAAAAA氨基酸纈組亮蘇脯谷谷賴SDNA GTACAT mRNA密碼子 GUA 氨基酸 纈 CDNA AAATTT mMRNA密碼子 AAA 氨基酸 賴 第35頁(yè)/共82頁(yè)第二節(jié) 基因調(diào)控 每個(gè)細(xì)胞都含有整套遺傳密碼，只是這本密碼在每個(gè)細(xì)胞中并不全部譯出應(yīng)用，而是不同細(xì)胞選用其中各自需要的密碼子加以轉(zhuǎn)錄和翻譯。

11、為什么基因只有在它應(yīng)該發(fā)揮作用的細(xì)胞內(nèi)和應(yīng)該發(fā)揮作用的時(shí)間，才呈現(xiàn)活化狀態(tài)，而在它不應(yīng)該發(fā)揮作用的時(shí)間和細(xì)胞內(nèi)，則處于不活化的狀態(tài)呢？這種控制特定基因產(chǎn)物合成的機(jī)制稱為基因調(diào)控。 第36頁(yè)/共82頁(yè)一、原核生物的基因調(diào)控 1、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要 發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平當(dāng)需要某一特定基因產(chǎn)物時(shí)， 合成這種mRNA。當(dāng)不需要這種 產(chǎn)物時(shí)，mRNA轉(zhuǎn)錄受到抑制 第37頁(yè)/共82頁(yè)正調(diào)控：是經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制，即誘導(dǎo)物與另一蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種激活子復(fù)合物，與基因啟動(dòng)子DNA序列結(jié)合，激活基因起始轉(zhuǎn)錄 負(fù)調(diào)控：阻遏物阻止轉(zhuǎn)錄過(guò)程的調(diào)控，即阻遏物與DNA分子結(jié)合，阻礙

12、RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，使基因處于關(guān)閉狀態(tài)。只有當(dāng)阻遏物被除去之后，轉(zhuǎn)錄才能起動(dòng)，產(chǎn)生mRNA分子 原核生物中基因表達(dá)以負(fù)調(diào)控為主。真核生物中則主要是正調(diào)控機(jī)制。第38頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 88 8 轉(zhuǎn)錄水平的負(fù)調(diào)控與正調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的負(fù)調(diào)控與正調(diào)控 第39頁(yè)/共82頁(yè)2、乳糖操縱元乳糖操縱元 大腸桿菌的乳糖降解代謝途徑：Monod等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大腸桿菌生長(zhǎng)在含有乳糖的培養(yǎng)基上時(shí)，乳糖代謝酶濃度急劇增加；當(dāng)培養(yǎng)基中沒(méi)有乳糖時(shí)，乳糖代謝基因不表達(dá)，乳糖代謝酶合成停止。為此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖操縱元模型，用來(lái)闡述乳糖代謝中基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制 第40頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 89 9 乳糖

13、操縱元模型及對(duì)有無(wú)乳糖的反應(yīng)乳糖操縱元模型及對(duì)有無(wú)乳糖的反應(yīng) AAIPOLZYba132BAIPOLZYCAIPOLZYmRNADAIPOLZYmRNAEAIPOLZYmRNAZYAZYAZYAMM兩種組成型突變兩種組成型突變：I II I，O OO Oc c, , 在有無(wú)在有無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)均可大量組成誘導(dǎo)物時(shí)均可大量組成型表達(dá)型表達(dá) 乳糖操縱元模型乳糖操縱元模型乳糖操縱元的負(fù)調(diào)控乳糖操縱元的負(fù)調(diào)控第41頁(yè)/共82頁(yè)乳糖操縱元的正調(diào)控乳糖操縱元的正調(diào)控 除了阻遏蛋白能抑制lac操縱元轉(zhuǎn)錄外，其它因子也能有效地抑制lac mRNA轉(zhuǎn)錄，這個(gè)因子的活性與葡萄糖有關(guān)：葡萄糖抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性腺苷酸環(huán)

14、化酶催化ATP前體cAmpcAmp+代謝激活蛋白(CAP) cAmp-CAP復(fù)合物，作為操縱元的 正調(diào)控因子 第42頁(yè)/共82頁(yè)當(dāng)cAmp-CAP復(fù)合物的二聚體插入到lac啟動(dòng)子區(qū)域特異核苷酸序列時(shí)，使啟動(dòng)子DNA彎曲形成新的構(gòu)型，RNA聚合酶與這種 DNA 新構(gòu)型的結(jié)合更加牢固，因而轉(zhuǎn)錄效率更高。在有葡萄糖存在時(shí)，不能形成cAmp，也就沒(méi)有操縱元的正調(diào)控因子cAmp-CAP復(fù)合物，因此基因不表達(dá)。 第43頁(yè)/共82頁(yè)乳糖操縱元的正調(diào)控乳糖操縱元的正調(diào)控ACAP-cAMPRZ Y AcAMPabmRNAEnzymes+CAPPBGCAPRabPXZ Y A第44頁(yè)/共82頁(yè)目前，通過(guò)遺傳分析證

15、明lac操縱元的存在；已經(jīng)分離出阻遏蛋白，并成功地測(cè)定了阻遏蛋白的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，以及阻遏蛋白與誘導(dǎo)物及操縱子序列結(jié)合的結(jié)構(gòu) 第45頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 814 14 乳糖操縱元的不同調(diào)控位點(diǎn)乳糖操縱元的不同調(diào)控位點(diǎn)a a：CAPCAP結(jié)合位點(diǎn)；結(jié)合位點(diǎn)；b b：RNARNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)；聚合酶結(jié)合位點(diǎn)；R R：形：形成抑制環(huán)的區(qū)域，下面的數(shù)字表示轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上成抑制環(huán)的區(qū)域，下面的數(shù)字表示轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上下游的堿基數(shù)下游的堿基數(shù) abO2O3O1la c Ip ro m o te rla c Ola c Z -8 2 -5 0 + 1 1 + 3 5+ 4 1 2R第46頁(yè)/共82頁(yè)3、色氨酸操縱元、

16、色氨酸操縱元 大腸桿菌色氨酸操縱元是合成代謝途徑中基因調(diào)控的典型例子：色氨酸操縱元包括色氨酸合成中5種酶的結(jié)構(gòu)基因。當(dāng)培養(yǎng)基中有色氨酸時(shí)，色氨酸操縱元5種酶的轉(zhuǎn)錄同時(shí)受到抑制；在色氨酸供應(yīng)不足時(shí)，發(fā)生轉(zhuǎn)錄。色氨酸直接作為阻遏物而不是誘導(dǎo)物參與調(diào)控色氨酸mRNA的轉(zhuǎn)錄。因此trp操縱元是一個(gè)典型的可阻遏操縱元 第47頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 815 15 色氨酸操縱元的組成色氨酸操縱元的組成 第48頁(yè)/共82頁(yè)1）阻遏物trp R由相距較遠(yuǎn)的阻遏物基因編碼無(wú)輔基阻遏物 + trp活性無(wú)輔基阻遏物色氨酸復(fù)合物，與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄2）色氨酸不足時(shí)，無(wú)輔基阻遏物的三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，不能與操縱子結(jié)合

17、，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄 活性的阻遏物與操縱子結(jié)合并不足以抑制轉(zhuǎn)錄的起始。（弱化子）第49頁(yè)/共82頁(yè)3）弱化作用：在高濃度色氨酸存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列mRNA只含有140個(gè)核苷酸，其中有一段28bp的弱化子區(qū)域，它在轉(zhuǎn)錄后可迅速形成發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)，RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄時(shí)不能通過(guò)這種發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)。所以弱化子是一種內(nèi)部終止子。4）無(wú)色氨酸時(shí)，由于前導(dǎo)肽中色氨酸密碼子的作用，使弱化子不能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)而成為單鏈。RNA聚合酶則通過(guò)弱化子，繼續(xù)向前轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。 第50頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 816 16 色氨酸前導(dǎo)序列經(jīng)堿基配對(duì)形成幾種二級(jí)結(jié)構(gòu)色氨酸前導(dǎo)序列經(jīng)堿基配對(duì)形成幾種二級(jí)結(jié)構(gòu) 第51頁(yè)/共82頁(yè)4、阿拉伯糖操縱元 阿

18、拉伯糖操縱元也是解釋代謝途徑的調(diào)控系統(tǒng)，它具有一些與lac操縱元相似的特點(diǎn)，但與前述兩種操縱元系統(tǒng)的顯著區(qū)別是它的同一種調(diào)控蛋白-Ara C調(diào)控蛋白既可起正調(diào)控,也可起負(fù)調(diào)控作用 第52頁(yè)/共82頁(yè)A A、阿拉伯糖操、阿拉伯糖操縱元的組成。縱元的組成。R R：調(diào)控基因：調(diào)控基因araCaraC編碼編碼AraCAraC蛋白；蛋白；O O：操縱子位點(diǎn)：操縱子位點(diǎn)；I I：誘導(dǎo)位點(diǎn)：誘導(dǎo)位點(diǎn)，具有，具有CAPCAP結(jié)合結(jié)合位點(diǎn)。位點(diǎn)。ara CO2CAPara Bara Aara DAO IO1Rara CO2CAPara Bara Aara DO1BImRNACBADCCAPO1IO2DXAraC

19、CAP-cAMPB B、有、有araara時(shí)，時(shí)，AraCAraC與與I I位點(diǎn)結(jié)合，位點(diǎn)結(jié)合，CAP-cAmpCAP-cAmp與與CAPCAP位點(diǎn)結(jié)合，誘導(dǎo)表達(dá)結(jié)構(gòu)基因，為正調(diào)控。位點(diǎn)結(jié)合，誘導(dǎo)表達(dá)結(jié)構(gòu)基因，為正調(diào)控。C C、無(wú)、無(wú)araara時(shí)，沒(méi)有時(shí)，沒(méi)有CAP-cAmpCAP-cAmp復(fù)合體與復(fù)合體與CAPCAP位點(diǎn)結(jié)位點(diǎn)結(jié)合，合，AraCAraC二聚體二聚體(D)(D)與與I I及及O O2 2同時(shí)結(jié)合，形成抑制同時(shí)結(jié)合，形成抑制環(huán)，抑制轉(zhuǎn)錄，表現(xiàn)為負(fù)調(diào)控。環(huán)，抑制轉(zhuǎn)錄，表現(xiàn)為負(fù)調(diào)控。 第53頁(yè)/共82頁(yè)5、翻譯水平的調(diào)控 反饋調(diào)控機(jī)制：大腸桿菌有7個(gè)操縱元與核糖體蛋白質(zhì)合成有關(guān)。從

20、這些操縱元轉(zhuǎn)錄的每一種mRNA，能夠被同一操縱元編碼的核糖體蛋白質(zhì)識(shí)別與結(jié)合。如果其中有一種核糖體蛋白質(zhì)過(guò)量積累，都將與其自身的mRNA結(jié)合，阻止進(jìn)一步翻譯。這種結(jié)合位點(diǎn)通常包括mRNA 5端非翻譯區(qū)，也包括啟動(dòng)子區(qū)域的 Shine-Dalgarno 序列。 第54頁(yè)/共82頁(yè)反義RNA調(diào)控：反義RNA可與目的基因的5UTR互補(bǔ)配對(duì)，配對(duì)的區(qū)域通常也包括啟動(dòng)子的Shine-Dalgarno序列，使mRNA不能與核糖體有效結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)的合成。反義RNA基因已被導(dǎo)入真核細(xì)胞，控制真核生物基因表達(dá)。例如，將乙烯形成酶基因的反義RNA導(dǎo)入蕃茄，大大延長(zhǎng)了蕃茄常溫貯藏期。 第55頁(yè)/共82頁(yè)二、

21、真核生物的基因調(diào)控 真核生物基因調(diào)控遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜：1）高等真核生物的基因組遠(yuǎn)比細(xì)菌的基 因組大得多 2）很多重復(fù)序列與調(diào)控作用有關(guān) 3）染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可以調(diào)控基因表達(dá) 4）存在同一染色體上不同基因間的調(diào)控 ，也存在不同染色體之間的基因調(diào)控 調(diào)控發(fā)生在DNA水平，轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄后修飾，翻譯水平和翻譯后修飾等多種層次。多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平第56頁(yè)/共82頁(yè)1、DNA的改變（1）基因劑量與基因擴(kuò)增 組蛋白基因是基因劑量效應(yīng)的一個(gè)典型例子。為了合成大量組蛋白用于形成染色質(zhì)，多數(shù)細(xì)胞含有數(shù)百個(gè)組蛋白基因拷貝 基因劑量可經(jīng)基因擴(kuò)增臨時(shí)增加。人類癌細(xì)胞中的許多致癌基因，經(jīng)大量擴(kuò)增后高效表達(dá)，

22、導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)失控。有些致癌基因擴(kuò)增的速度與病癥的發(fā)展及癌細(xì)胞擴(kuò)散程度高度相關(guān)。 第57頁(yè)/共82頁(yè)（2）DNA重排 真核生物基因組中的DNA序列可發(fā)生重排，這種重排是由特定基因組的遺傳信息所決定的，是有些基因調(diào)控的重要機(jī)制。 第58頁(yè)/共82頁(yè) 酵母交配型轉(zhuǎn)換 a 這種交配型轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是遺傳物質(zhì)的重排。控制交配型的MAT基因位于酵母菌第三染色體上，MATa和MAT互為等位基因 第59頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 819 19 酵母菌交配型轉(zhuǎn)換的遺傳基礎(chǔ)酵母菌交配型轉(zhuǎn)換的遺傳基礎(chǔ) HMLMATaHMRaHMRaHMRaMATHMLHMLRERERE第60頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 820 20 抗體分子的基本

23、結(jié)構(gòu)抗體分子的基本結(jié)構(gòu)一個(gè)抗體分子包括兩條重鏈一個(gè)抗體分子包括兩條重鏈( H )( H )和兩條輕和兩條輕 ( L )( L )。氨基。氨基端端( N )( N )是變異區(qū)是變異區(qū)( V )( V )，羧基端，羧基端( C )( C )是恒定區(qū)是恒定區(qū)( C )( C ) NNCCVVCHL 動(dòng)物抗體基因重排 第61頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 821 21 人類第人類第1414號(hào)染色體上抗體重鏈基因片段號(hào)染色體上抗體重鏈基因片段(A)(A)和抗體重鏈基因的構(gòu)建和抗體重鏈基因的構(gòu)建(B) (B) BVVVVDDDDCCCJJJJA86 V9 J30 D11 C100 kb抗體基因重排中各個(gè)片段之間的隨

24、機(jī)組合，可從約300個(gè)抗體基因中產(chǎn)生108個(gè)抗體分子 第62頁(yè)/共82頁(yè)（3）DNA甲基化真核生物中，少數(shù)胞嘧啶第5碳上的氫被一個(gè)甲基取代，甲基化。甲基化C在DNA復(fù)制中可整合到正常DNA序列中。C甲基化在CG雙核苷酸序列中發(fā)生頻率最高。許多真核生物基因5端未翻譯區(qū)富含CG序列，易甲基化。甲基化可降低轉(zhuǎn)錄效率。第63頁(yè)/共82頁(yè)2、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控(1)啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄因子 同原核生物一樣，真核生物基因啟動(dòng) 子包括所有順式調(diào)控元件及RNA聚合 酶識(shí)別位點(diǎn)，可以起始轉(zhuǎn)錄形成RNA 轉(zhuǎn)錄因子是激活真核生物基因轉(zhuǎn)錄的 蛋白質(zhì)真核生物基因轉(zhuǎn)錄與原核生物的一個(gè) 重要區(qū)別是：真核生物基因的啟動(dòng)子 必須與一系列轉(zhuǎn)

25、錄因子結(jié)合，才能在 RNA聚合酶的作用下起始轉(zhuǎn)錄 第64頁(yè)/共82頁(yè)圖圖8 823 23 真核生物基因真核生物基因(A)(A)與原核生物基因與原核生物基因(B)(B)在在5 5 端啟動(dòng)子的順式調(diào)控元件端啟動(dòng)子的順式調(diào)控元件轉(zhuǎn)錄方向用箭頭表示，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)用轉(zhuǎn)錄方向用箭頭表示，轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)用+1+1表表示示 AG G G C G GG G C C A A T CT A T A A AG C B o xC A A T B o xT A T A B o x+ 1- 1 1 0- 7 0- 3 0BT T G A C AT A T A A T- 3 5- 1 5- 3 5 B o xT A T A B o

26、 x第65頁(yè)/共82頁(yè)(2)(2)強(qiáng)化子強(qiáng)化子 轉(zhuǎn)錄強(qiáng)化子是真核生物基因轉(zhuǎn)錄中的另一種順式調(diào)控元件，通常位于啟動(dòng)子上游700-1000bp處，離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)較遠(yuǎn) 第66頁(yè)/共82頁(yè) 強(qiáng)化子主要有兩個(gè)功能:與轉(zhuǎn)錄激活子結(jié)合，改變?nèi)旧?質(zhì)的構(gòu)型使DNA彎曲形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使 強(qiáng)化子與啟動(dòng)子直接接觸，以 便通用轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄激活子 、RNA聚合酶一起形成轉(zhuǎn)錄復(fù) 合體，從而提高mRNA合成效率 第67頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 825 DNA25 DNA環(huán)化與轉(zhuǎn)錄活性環(huán)化與轉(zhuǎn)錄活性 第68頁(yè)/共82頁(yè)圖圖8 826 26 強(qiáng)化子競(jìng)爭(zhēng)控制基因表達(dá)強(qiáng)化子競(jìng)爭(zhēng)控制基因表達(dá) 第69頁(yè)/共82頁(yè)(3)激活子 激活子是一種

27、與強(qiáng)化子結(jié)合的蛋白質(zhì)，也屬于一種轉(zhuǎn)錄因子 正激活子 真激活子 （促進(jìn)轉(zhuǎn)錄） 抗阻遏物激活子激活子 負(fù)激活子：抑制轉(zhuǎn)錄第70頁(yè)/共82頁(yè)圖圖8 828 28 由由Cys-HisCys-His與鋅離子形成的具有三個(gè)手指的鋅與鋅離子形成的具有三個(gè)手指的鋅指構(gòu)型指構(gòu)型(a)(a)模式圖模式圖 (b)(b)與與DNADNA結(jié)合，一個(gè)手指與結(jié)合，一個(gè)手指與DNADNA大溝結(jié)合大溝結(jié)合 第71頁(yè)/共82頁(yè)圖圖 8 829 29 二聚體形成的拉鏈二聚體形成的拉鏈(a)(a)模式圖模式圖 (b)(b)與與DNADNA結(jié)合時(shí)的剪刀狀構(gòu)型結(jié)合時(shí)的剪刀狀構(gòu)型 第72頁(yè)/共82頁(yè)(4)酵母菌乳糖代謝的正調(diào)控 酵母菌半乳糖酶基因的作用方式與細(xì)菌中的lac和ara操縱元相似：無(wú)半乳糖時(shí)，基因不表達(dá)；加入半乳糖后，mRNA濃度迅速增加1000倍。804804804804g a l 1 0gal 1804804804804UASGg a l 1 0gal 1PPPPgalgalgalgalAB第73頁(yè)/共82頁(yè)(5)選擇性啟動(dòng)子 有些真核生物基因具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的啟動(dòng)子，用于在不同細(xì)胞中表達(dá)。 果蠅的乙醇脫