第八章基因的表達(dá)與調(diào)控詳解演示文稿

第八章基因的表達(dá)與調(diào)控詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有85頁\編于星期五\9點優(yōu)選第八章基因的表達(dá)與調(diào)控當(dāng)前第2頁\共有85頁\編于星期五\9點基因的共性（按照經(jīng)典遺傳學(xué)對基因的概念）：?染色體特性：自我復(fù)制能力和相對穩(wěn)定性，在分裂時有規(guī)律地進行分配。?交換單位：基因間能進重組，而且是交換的最小單位。?突變單位：一個基因能突變?yōu)榱硪粋€基因。?功能單位：控制有機體的性狀?！嘟?jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。當(dāng)前第3頁\共有85頁\編于星期五\9點㈡、分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念：⑴．揭示遺傳密碼的秘密：基因具體物質(zhì)。⑵．基因不是最小遺傳單位更復(fù)雜的遺傳和變異單位：具體內(nèi)容：一個基因DNA分子上一定區(qū)段，攜帶有特殊的遺傳信息

或?qū)ζ渌虻幕顒悠鹫{(diào)控作用(如調(diào)節(jié)基因、啟動基因、操縱基因)。例如：在一個基因區(qū)域內(nèi)，仍可以劃分出若干起作用的小單位。轉(zhuǎn)錄成RNA(包括mRNA、tRNA、rRNA)翻譯成多肽鏈，當(dāng)前第4頁\共有85頁\編于星期五\9點⑶.現(xiàn)代遺傳學(xué)上認(rèn)為：①．突變子：是在性狀突變時，產(chǎn)生突變的最小單位。一個突變子可以小到只有一個堿基對；如移碼突變。②．重組子：在性狀重組時，可交換的最小單位稱為重組子。一個交換子只包含一個堿基對。③．順反子：表示一個作用的單位，基本上符合通常所述基因的大小或略小。所包括的一段DNA與一個多肽鏈的合成相對應(yīng)；平均大小為500~1500個堿基對。當(dāng)前第5頁\共有85頁\編于星期五\9點⑷．基因概念：①．可轉(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子或編碼一個多肽鏈；②．功能上被順反測驗或互補測驗所規(guī)定。基因：相當(dāng)于一個順反子，包含許多突變子和重組子。分子遺傳學(xué)保留了功能單位的解釋，而拋棄了最小結(jié)構(gòu)單位說法。當(dāng)前第6頁\共有85頁\編于星期五\9點㈢、分子遺傳學(xué)對基因概念的新發(fā)展⑴．結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)：指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。將基因分為不同類型：當(dāng)前第7頁\共有85頁\編于星期五\9點⑵．調(diào)控基因(regulatorgene)：指其表達(dá)產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達(dá)的基因。當(dāng)前第8頁\共有85頁\編于星期五\9點⑶．重疊基因(overlappinggene)：指在同一段DNA順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時編碼兩個以上基因的現(xiàn)象。AEBCFD當(dāng)前第9頁\共有85頁\編于星期五\9點⑷．隔裂基因(splitgene)：內(nèi)含子：在DNA序列中，不出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段；外顯子：在DNA序列中，出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段。指一個基因內(nèi)部被一個或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。當(dāng)前第10頁\共有85頁\編于星期五\9點⑸．跳躍基因(jumpinggene)：即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因。實質(zhì)：能夠轉(zhuǎn)移位置的DNA片斷。

功能：可從這條染色體整合到另一條染色體上引起插入突變、DNA結(jié)構(gòu)變異(如重復(fù)、缺失、畸變)。突變的結(jié)果很容易通過表現(xiàn)型變異得到鑒別。遺傳工程常用：轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法。當(dāng)前第11頁\共有85頁\編于星期五\9點當(dāng)前第12頁\共有85頁\編于星期五\9點金魚草轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)：

金魚草中最少含有四種轉(zhuǎn)座子（Tam），含有12或13bp的插入重復(fù)順序。其中Tam1、Tam2和Tam3轉(zhuǎn)座子分別為15kb、5kb和3.6kb長度。

Tam轉(zhuǎn)座子

用于控制花的生物合成基因研究。

∵突變結(jié)果很容易通過表現(xiàn)型變異加以鑒定。當(dāng)前第13頁\共有85頁\編于星期五\9點⑹.假基因(pseudogene):同已知的基因相似，處于不同的位點，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因。真核生物中的血紅素蛋白基因家族中就存在假基因。當(dāng)前第14頁\共有85頁\編于星期五\9點㈠、互補作用：設(shè)有兩個獨立起源的隱性突變，具有類似的表現(xiàn)型。判斷是屬于同一個基因突變，還是屬于兩個基因的突變？即判斷是否屬于等位基因？①．建立雙突變雜合二倍體；②．測定突變間有無互補作用。由此可判斷是否屬于等位基因。

二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第15頁\共有85頁\編于星期五\9點2．有互補作用：突變來自不同的基因，則每個突的相對位點上都有一個正常野生型基因

最終可產(chǎn)生正常mRNA，其個體表現(xiàn)型為野生型。

1．無互補作用：突變來自同一個基因只能產(chǎn)生突變的mRNA形成突變酶和個體，顯示突變的表現(xiàn)型。則個體表現(xiàn)為突變型。當(dāng)前第16頁\共有85頁\編于星期五\9點3．互補測驗（順反測驗）：根據(jù)功能確定等位基因的測驗。順反測驗：根據(jù)順式表現(xiàn)型和反式表現(xiàn)型來確定兩個突變體是否屬于同一個基因（順反子）。順式排列為對照（是兩個突變座位位于同一條染色體上），不進行測試，其表現(xiàn)型野生型。實質(zhì)上是進行反式測驗（反式排列：兩個突變座位位于不同的染色體上）。①反式排列為野生型：突變分屬于兩個基因位點；②反式排列為突變型：突變屬于同一基因位點。本澤爾：提出順反子，表示功能的最小單位和順反的位置效應(yīng)。當(dāng)前第17頁\共有85頁\編于星期五\9點當(dāng)前第18頁\共有85頁\編于星期五\9點㈡、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)(regulatorprotein)控制，只有在調(diào)控蛋白質(zhì)與該基因的啟動子位點結(jié)合時，這個基因才能表達(dá)。如果這個基因的啟動子位點發(fā)生突變，調(diào)控蛋白不能識別這個位點，也就不能轉(zhuǎn)錄形成RNA，基因就不能表達(dá)(圖8－3)。1.順式調(diào)控：

如基因的啟動子發(fā)生突變，使得調(diào)控蛋白不能識別啟動子結(jié)構(gòu)，該基因就不能表達(dá)；只影響基因本身的表達(dá)，而不影響其它等位基因的調(diào)控突變。2.反式調(diào)控：調(diào)控蛋白發(fā)生突變，不能與某基因的啟動子結(jié)合，還會影響到與該調(diào)控蛋白結(jié)合有關(guān)的所有等位基因位點表達(dá)。當(dāng)前第19頁\共有85頁\編于星期五\9點當(dāng)前第20頁\共有85頁\編于星期五\9點㈢、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)本澤爾利用經(jīng)典的噬菌體突變和重組技術(shù)詳細(xì)分析T4噬菌體rⅡ區(qū)基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)。⑴．原理：r+野生型T4噬菌體：侵染E.coliB株和K12株；形成小而邊緣模糊的噬菌斑。rⅡ突變型T4噬菌體：只能侵染B株，不能侵染K12(λ)株。形成大而邊緣清楚的噬菌斑。利用上述特點:讓兩個rⅡ突變型雜交

侵染K12(λ)株，選擇重組體r+r+

計算兩個r+突變座位間的重組頻率。當(dāng)前第21頁\共有85頁\編于星期五\9點⑵．方法：兩種rⅡ突變類型：rx、ryr+rx

×ryr+↓混合感染E.coliB株接種K12(λ)株計數(shù)r+ry、rxr+r+r+、rxry四種基因型均能生長r+r+僅生長一種重組型B株當(dāng)前第22頁\共有85頁\編于星期五\9點⑶．結(jié)果：①.重組值計算：rxry的數(shù)量與r+r+相同，計算時r+r+噬菌體數(shù)×2?？梢垣@得小到0.001％，即十萬分之一的重組值。利用大量rⅡ區(qū)內(nèi)二點雜交結(jié)果，繪制出rⅡ區(qū)座位間微細(xì)的遺傳圖：當(dāng)前第23頁\共有85頁\編于星期五\9點②.rⅡ突變體類型：rⅡA、rⅡB：兩個rⅡA突變體K12

無噬菌體繁殖兩個rⅡB突變體K12

無噬菌體繁殖rⅡA＋rⅡB突變體K12

噬菌體繁殖∴rⅡA與rⅡB區(qū)段可以互補，分屬于不同基因座位。當(dāng)前第24頁\共有85頁\編于星期五\9點三、基因的作用與性狀的表達(dá)在生物的個體發(fā)育過程中，基因一旦處于活化狀態(tài)，就將它攜帶的遺傳密碼，通過mRNA的轉(zhuǎn)錄與翻譯，形成特異的蛋白質(zhì)?；?qū)τ谶z傳性狀表達(dá)的作用可分為直接的與間接的?；虻淖儺惪梢灾苯佑绊懙降鞍踪|(zhì)的特性，從而表現(xiàn)出不同的遺傳性狀。但是在更普遍的情況下，基因是通過酶的合成，間接地影響生物性狀的表達(dá)。當(dāng)前第25頁\共有85頁\編于星期五\9點某段DNA轉(zhuǎn)錄rRNA如發(fā)生致死突變，不能形成核糖體，易死亡。tRNA發(fā)生突變后，多肽鏈改變。轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白直接生物酶間接性狀當(dāng)前第26頁\共有85頁\編于星期五\9點1.結(jié)構(gòu)蛋白基因變異直接影響蛋白質(zhì)特性，表現(xiàn)出不同遺傳性狀。例如人的鐮形紅血球貧血癥。HbA

突變HbsHbc

紅血球鐮刀形血紅蛋白分子有四條多肽鏈：兩條α鏈(141個氨基酸/條)、兩條β鏈(146個氨基酸/條)。HbA、Hbs、Hbc氨基酸組成的差異在于β鏈上第6位上氨基酸：HbA第6位為谷氨酸（GAA)；Hbs第6位為纈氨酸（GUA)；Hbc第6位為賴氨酸（AAA）。紅血球碟形當(dāng)前第27頁\共有85頁\編于星期五\9點產(chǎn)生貧血癥的原因：

單個堿基的突變

引起氨基酸的改變

導(dǎo)致蛋白質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化，直接產(chǎn)生性狀變化。正常碟形紅血球轉(zhuǎn)變?yōu)殓牭缎渭t血球缺氧時表現(xiàn)貧血癥。HbAHbsHbc當(dāng)前第28頁\共有85頁\編于星期五\9點例如：豌豆圓粒(RR)×皺粒(rr)F1圓粒(Rr)F21/4皺粒2.酶蛋白表明：R與r基因控制豌豆籽粒的性狀不是直接的，而是通過指導(dǎo)淀粉分枝酶的合成間接實現(xiàn)的。同時揭示了基因控制性狀表達(dá)的具體過程及分子基礎(chǔ)。當(dāng)前第29頁\共有85頁\編于星期五\9點產(chǎn)生tRNA,rRNA，無表型；不轉(zhuǎn)錄mRNA，但對其它基因起調(diào)控作用。產(chǎn)生多肽，有表型；∴基因比德爾和塔特姆根據(jù)紅色面包霉的研究所提出的“一個基因一個酶”的假說，亦即一個基因通過控制一個酶的合成來控制某個生化過程，從而影響到某些遺傳性狀的表達(dá)。從分子遺傳學(xué)的觀點來看，該假說過分簡單化了。一個基因一個mRNA

一個多肽上圖式仍不完善，當(dāng)前第30頁\共有85頁\編于星期五\9點第二節(jié)基因的調(diào)控一種生物的整套遺傳密碼可以比作一本密碼字典該種生物的每個細(xì)胞中都有這本字典不同細(xì)胞選用其中各自需要的密碼子加以轉(zhuǎn)錄和翻譯。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)揮作用的時間才能呈現(xiàn)活化狀態(tài)?結(jié)論：必然有一個基因作用的調(diào)控系統(tǒng)在發(fā)揮作用?；蛘{(diào)控主要在三個水平上進行：①.DNA水平上調(diào)控。②.轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控。③.翻譯水平上調(diào)控。當(dāng)前第31頁\共有85頁\編于星期五\9點一、原核生物的基因調(diào)控：原核生物具有嚴(yán)格的基因表達(dá)調(diào)控機制。㈠、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，合成這種mRNA。當(dāng)不需要這種產(chǎn)物時，mRNA轉(zhuǎn)錄受到抑制。不同調(diào)控機制差別很大，但通常可歸為正調(diào)控和負(fù)調(diào)控兩種。當(dāng)前第32頁\共有85頁\編于星期五\9點1.負(fù)調(diào)控：細(xì)胞中阻遏物阻止基因轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)控機制。阻遏物與DNA分子結(jié)合

阻礙RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄

使基因處于關(guān)閉狀態(tài)；2.正調(diào)控：經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機制。誘導(dǎo)物通常與蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種激活子復(fù)合物與基因啟動子DNA序列結(jié)合激活基因起始轉(zhuǎn)錄使基因處于表達(dá)的狀態(tài)。當(dāng)前第33頁\共有85頁\編于星期五\9點正調(diào)控與負(fù)調(diào)控并非互相排斥的兩種機制，而是生物體適應(yīng)環(huán)境的需要，有的系統(tǒng)既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；

降解代謝途徑中既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控；合成代謝途徑中一般以負(fù)調(diào)控來控制產(chǎn)物自身的合成。原核生物以負(fù)調(diào)控為主，真核生物以正調(diào)控為主；當(dāng)前第34頁\共有85頁\編于星期五\9點㈡、乳糖操縱元：

對于基因作用調(diào)控的機理，研究得比較清楚的是關(guān)于大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)控。在實驗條件下，如果把大量的乳糖加入有大腸桿菌的培養(yǎng)基內(nèi)，可以產(chǎn)生使大腸桿菌發(fā)生乳糖代謝所需要的三種酶，β—半乳糖苷酶，滲透酶，轉(zhuǎn)乙酰酶的量急劇增加，培養(yǎng)基內(nèi)乳糖用完時，這三種酶的合成同時停止。1.乳糖操縱元模型：1961年雅各布（JacobF）.和莫諾（MonodJ.）根據(jù)上述事實提出了一個操縱元（子）模型，認(rèn)為這三個酶的基因轉(zhuǎn)錄受一個開關(guān)單位的控制，這種開關(guān)單位即為操縱子。當(dāng)前第35頁\共有85頁\編于星期五\9點操縱元（子）：由操縱基因以及緊接著的若干結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中的結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄為操縱基因所控制。A、乳糖操縱元組成部分

I：編碼阻遏蛋白的基因P：啟動子O：操縱子L：前導(dǎo)序列Z、Y、A代表三種酶的結(jié)構(gòu)基因

ｚ是β—半乳糖苷酶基因

ｙ是滲透酶基因

a是轉(zhuǎn)乙酰酶基因

o是開關(guān)位點，為操縱基因，起控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯的作用。

當(dāng)前第36頁\共有85頁\編于星期五\9點2.乳糖操縱元的負(fù)調(diào)控：A.乳糖操縱元組成部分；B.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),無乳糖時，基因不表達(dá)；C.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),有乳糖時，基因表達(dá)；D.抑制基因突變(I－O+Z+Y+A+),無乳糖時，基因組成型表達(dá)；E.操縱基因突變型(I＋OcZ+Y+A+),無乳糖時，基因組成型表達(dá)。當(dāng)前第37頁\共有85頁\編于星期五\9點3.乳糖操縱元的正調(diào)控：

當(dāng)有乳糖存在時，操縱子開啟，基因進行表達(dá)。

當(dāng)既有大量半乳糖又有葡萄糖時，基因表達(dá)將會怎樣？

基因不表達(dá)，存在新的調(diào)節(jié)因子來控制乳糖操縱子開啟，這個因子的活性與葡萄糖有關(guān)。

葡萄糖可使腺苷酸環(huán)化酶活性降低；

而腺苷酸環(huán)化酶能將ATP轉(zhuǎn)變成cAMP。當(dāng)前第38頁\共有85頁\編于星期五\9點cAmP又與代謝激活蛋白(cataboliteactivatingprotein，CAP)結(jié)合

形成cAmP-CAP復(fù)合物，作為lac操縱子正調(diào)控因子。當(dāng)cAmP-CAP復(fù)合物二聚體插入到lac特異啟動子序列時

使DNA構(gòu)型發(fā)生變化，而RNA聚酶與該新構(gòu)型的DNA結(jié)合緊密，轉(zhuǎn)錄效率高。葡萄糖抑制操縱子的原理：

葡萄糖

腺苷酸環(huán)化酶活性降低

ATP無法轉(zhuǎn)變成cAmP不能形成CAP-cAmP復(fù)合蛋白

RNA酶無法結(jié)合在DNA上

基因不表達(dá)。當(dāng)前第39頁\共有85頁\編于星期五\9點4.乳糖操縱元存在的遺傳證據(jù)：

⑴.遺傳分析的三個基本假定：

①.阻遏基因的產(chǎn)物是可以在細(xì)胞中擴散的反式調(diào)控元件；

②.操縱子Ｏ是調(diào)控位點，不編碼蛋白；

③.Ｏ位點需緊鄰受其控制的結(jié)構(gòu)基因，是順式調(diào)控元件；

通過性導(dǎo)產(chǎn)生局部二倍體，可以進行遺傳驗證。表8-1當(dāng)前第40頁\共有85頁\編于星期五\9點⑵.阻遏蛋白的分離與鑒定：

吉爾伯特（GilbertW.,1966）等利用阻遏蛋白超量表達(dá)突變型（regulatorQuantity，Iq）

分離出阻遏蛋白；

①.IPTG誘導(dǎo)Iq細(xì)胞，分離提取阻遏蛋白，用含有同位素標(biāo)記的IPTG溶液透析，透析袋內(nèi)外濃度不一樣

提取物中含有與IPTG結(jié)合的物質(zhì)，純化分析證明具有蛋白特性。②.沉降分析：

IPTG阻遏蛋白復(fù)合物＋lacO+序列：DNA沉降系數(shù)為40S；

IPTG阻遏蛋白復(fù)合物：沉降系數(shù)為7S；

IPTG阻遏蛋白復(fù)合物(同位素標(biāo)記)+DNA序列：超速梯度沉降分析有同位標(biāo)記的沉降系數(shù)為40S。

③.序列特異結(jié)合：

阻遏蛋白只與正常的乳糖操縱子（lacO）序列結(jié)合，而不與lacOc的序列結(jié)合。當(dāng)前第41頁\共有85頁\編于星期五\9點⑶.蛋白的結(jié)晶分析：

劉毅斯（LewisM.，1996)等成功地測定了阻遏蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，與誘導(dǎo)物以及與DNA序列的結(jié)合的結(jié)構(gòu)。

阻遏蛋白：360個氨基酸；

功能蛋白：同聚四聚體。

當(dāng)前第42頁\共有85頁\編于星期五\9點操縱元調(diào)控位點的精細(xì)分析：

當(dāng)前第43頁\共有85頁\編于星期五\9點㈢、色氨酸操縱元：1．色氨酸操縱元模型：

由雅各布（JacobF.）和莫諾（MonodJ.）提出，具有合成代謝途徑典型的操縱元模型。

操縱元：包括色氨酸合成有關(guān)的5種酶的結(jié)構(gòu)基因；

大量色氨酸時：大腸桿菌5種酶的轉(zhuǎn)錄同時受到抑制；

色氨酸不足時：這５種酶的基因開始轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄；

色氨酸：作為阻遏物而不是誘導(dǎo)物參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。

∴trp操縱元是一個典型的可阻遏操縱元模型(repressibleoperon)。

當(dāng)前第44頁\共有85頁\編于星期五\9點色氨酸操縱元模型結(jié)構(gòu)：

5種結(jié)構(gòu)基因：trpE、D、C、B、A；

調(diào)控結(jié)構(gòu)：啟動子、操縱子、前導(dǎo)序列、弱化子；

阻遏物trpR基因：與trp操縱元相距較遠(yuǎn)；當(dāng)前第45頁\共有85頁\編于星期五\9點2.色氨酸操縱元的負(fù)調(diào)控：⑴.阻遏調(diào)控：

trpR基因編碼無輔基阻遏物與色氨酸結(jié)合形成有活性的色氨酸阻遏物

與操縱子結(jié)合阻止轉(zhuǎn)錄；

色氨酸不足：阻遏物三維空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不能與操縱子結(jié)合，操縱元開始轉(zhuǎn)錄；

色氨酸濃度升高：色氨酸與阻遏物結(jié)合，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可與操縱子結(jié)合，阻止轉(zhuǎn)錄。⑵.弱化子調(diào)控：

當(dāng)有色氨酸存在而trp操縱元受抑制時，仍有一段前導(dǎo)序列發(fā)生轉(zhuǎn)錄，可能存在另一種的機制來抑制trp操縱元的轉(zhuǎn)錄？

色氨酸高濃度存在時，轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列140bp長，其中有一28bp的弱化子區(qū)域；形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，為內(nèi)部終止子，RNA酶從DNA上脫落；

色氨酸低濃度或不存在時，RNA聚合酶能通過弱化子區(qū)域，轉(zhuǎn)錄完整的多順反子mRNA序列；當(dāng)前第46頁\共有85頁\編于星期五\9點問題：弱化子如何進行調(diào)控？

前導(dǎo)序列可翻譯出一段14個氨基酸的短肽，在該短肽的第10、11位置上是兩個色氨酸密碼子；兩個密碼子之后是一段mRNA序列，該序列可分為四個區(qū)段，區(qū)段間可互補配對，形成不同的二級結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第47頁\共有85頁\編于星期五\9點原核生物為邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯，前導(dǎo)序列中核糖體位置決定形成哪種二級結(jié)構(gòu)?從而決定弱化子是否可形成終止信號。

①.當(dāng)有色氨酸時，完整翻譯短肽核糖體停留在終止密碼子處，鄰近區(qū)段2位置阻礙了2,3配對使3,4區(qū)段配對形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)終止子

RNA酶在弱化子處終止，不能向前移動。當(dāng)前第48頁\共有85頁\編于星期五\9點②.如缺乏色氨酸，核糖體到達(dá)色氨酸密碼子時

由于沒有色氨酰tRNA的供應(yīng)停留在該密碼子位置，位于區(qū)段1

使區(qū)段2與區(qū)段3配對

區(qū)段4無對應(yīng)序列配對呈單鏈狀態(tài)

RNA聚合酶通過弱化子，繼續(xù)向前移動，轉(zhuǎn)錄出完整的多順反子序列。當(dāng)前第49頁\共有85頁\編于星期五\9點細(xì)菌弱化子的作用是許多關(guān)鍵氨基酸生物合成所共有的一種調(diào)控機制；在蘇氨酸、組氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸等操縱元的前導(dǎo)肽中均有弱化子存在，具有多個相應(yīng)氨基酸密碼子供核糖體停留。

蘇氨酸在前導(dǎo)肽中有8個氨基酸密碼子存在，組氨酸則有7個組氨酸密碼子存在，核糖體停留在這些位置時，弱化子不產(chǎn)生發(fā)夾結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)基因開始轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前第50頁\共有85頁\編于星期五\9點(四).阿拉伯糖操縱元：

Ara操縱元是控制分解代謝途徑的另一調(diào)控系統(tǒng)。

特點：調(diào)節(jié)蛋白既可起正調(diào)控作用，又可起負(fù)調(diào)控作用。

組成：Ｒ：araC基因編碼調(diào)節(jié)蛋白AraC蛋白；

Ｏ：O1不參與調(diào)控；O2：AraC蛋白負(fù)調(diào)控結(jié)合位點；

Ｉ：調(diào)節(jié)位點，CAP-cAmP復(fù)合物結(jié)合位點，AraC蛋白正調(diào)控結(jié)合位點。

當(dāng)前第51頁\共有85頁\編于星期五\9點調(diào)控：

①.誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP同時存在：

Ara與AraC蛋白復(fù)合物結(jié)合在Ｉ位點，CAP-cAmp復(fù)合物結(jié)合I位點，基因轉(zhuǎn)錄開啟；②.在沒有誘導(dǎo)物阿拉伯糖和cAMP時：

AraC蛋白同時與I和O2結(jié)合，DNA構(gòu)型發(fā)生改變，形成一個緊密的環(huán)結(jié)構(gòu)，抑制表達(dá)。當(dāng)前第52頁\共有85頁\編于星期五\9點(五)翻譯水平的調(diào)控：①.反饋調(diào)控機制(feedbackregulation)：

大腸桿菌核糖體蛋白合成：

E.coli有7個參與核糖體蛋白合成的操縱元結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)錄的各種mRNA都可與同一操縱元編碼的核糖體蛋白識別結(jié)合；

如果其中有一種核糖體蛋白過量累積，它們將與其自身的mRNA結(jié)合，阻止進一步翻譯。

結(jié)合位點：

5‘端非翻譯區(qū)(untranslatedregion，UTR)，也包括啟動子Shine-Dalgarno序列，為mRNA翻譯起始信號上游的一段5’-AGGAGGU-3’保守序列，與16SrRNA3’端保守序列互補配對。

當(dāng)前第53頁\共有85頁\編于星期五\9點②.反義RNA(antisenseRNA)的調(diào)控：

原核生物中mRNA的翻譯也受反義RNA的調(diào)控。

反義RNA與mRNA的5’端非翻譯區(qū)UTR片段互補配對，使mRNA不能有效地與核糖體結(jié)合

阻止蛋白質(zhì)的合成。

真核細(xì)胞中導(dǎo)入反義RNA基因

控制真核生物基因表達(dá)。如將乙烯形成酶基因的反義RNA導(dǎo)入番茄，延長了番茄常溫貯藏期。當(dāng)前第54頁\共有85頁\編于星期五\9點二、真核生物基因的調(diào)控：

原核生物操縱元調(diào)控中的一些原理也存在于真核生物基因表達(dá)調(diào)控中，但是，多細(xì)胞真核生物的調(diào)控機制，無疑遠(yuǎn)比原核生物復(fù)雜。真核生物基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在DNA水平，轉(zhuǎn)錄水平，轉(zhuǎn)錄后的修飾，翻譯水平和翻譯后的修飾等多種不同層次。但多數(shù)基因的表達(dá)調(diào)控仍發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。當(dāng)前第55頁\共有85頁\編于星期五\9點原核生物真核生物操縱元調(diào)控多樣化調(diào)控，更為復(fù)雜基因組小，大腸桿菌:總長4.6×106bp，編碼4288個基因，每個基因約1100bp基因組大，人類基因組全長3×109bp，編碼10萬個基因，其余為重復(fù)序列基因分布在同一染色體上，操縱元控制DNA與組蛋白結(jié)合成染色質(zhì)，染色質(zhì)的變化調(diào)控基因表達(dá)；基因分布在不同的染色體上，存在不同染色體間基因的調(diào)控問題適應(yīng)外界環(huán)境，操縱元調(diào)控表達(dá)基因差別表達(dá)是細(xì)胞分化和功能的核心轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進行，大部分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上均不同，從DNA到蛋白質(zhì)的各層次上都有調(diào)控，但多數(shù)為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控真核生物與原核生物的調(diào)控差異當(dāng)前第56頁\共有85頁\編于星期五\9點㈠、DNA的改變：1.基因劑量與基因擴增：

①.拷貝數(shù)增加：如合成大量組蛋白用于形成染色質(zhì)，多數(shù)細(xì)胞具有數(shù)百個蛋白基因拷貝；

②.基因丟失：發(fā)育過程中，一些組織的細(xì)胞丟失了某些基因，決定細(xì)胞分化。

如：原生動物（馬蛔蟲）、昆蟲、甲殼綱動物。

③.基因擴增：

兩棲類卵細(xì)胞前體同體細(xì)胞一樣具有600個rRNA基因，基因擴增后rRNA基因拷貝數(shù)達(dá)2×106

組裝大量的核糖體，滿足卵細(xì)胞大量合成蛋白質(zhì)需要。

也發(fā)生在異常細(xì)胞中，如人類的癌細(xì)胞中，由于癌基因的大量擴增，高效表達(dá)

導(dǎo)致細(xì)胞生長失控，誘發(fā)癌癥。當(dāng)前第57頁\共有85頁\編于星期五\9點2.DNA重排：

⑴.酵母交配型轉(zhuǎn)變

酵母有兩種交配類型a和α，單倍體孢子a和α之間交配才產(chǎn)生a/α二倍體，經(jīng)減數(shù)分裂及產(chǎn)孢過程形成4個單倍體孢子；相同交配型的單倍體孢子之間不能發(fā)生交配。

但酵母存在一種同宗配合類型(homothallism)，其細(xì)胞可轉(zhuǎn)換成對應(yīng)交配類型，使細(xì)胞間發(fā)生配合。當(dāng)前第58頁\共有85頁\編于星期五\9點交配型轉(zhuǎn)換的遺傳基礎(chǔ)：

控制交配型的MAT基因位于第3染色體上，MATa基因表現(xiàn)為a交配型，MATα基因表現(xiàn)為α交配型；兩基因互為等位基因；

在MAT基因兩端有同源序列HMLα和HMRa，由于兩基因上游存在沉默子，故不表達(dá)，但可分別與MATα、MATa基因序列相同。當(dāng)前第59頁\共有85頁\編于星期五\9點⑵.動物抗體基因重排：

哺乳動物一般可產(chǎn)生108個抗體分子，比整個基因組基因數(shù)目還多(人類為105個基因)，人類的抗體基因約有300個，為什么？

抗體分子結(jié)構(gòu)：

重鏈H：440個氨基酸；

輕鏈L：220個氨基酸；

N端：110個氨基酸。

不同抗體分子的區(qū)別主要在N端，稱為變異區(qū)（variableregion,V）.不同抗體分子羥基端（C端）的序列非常相似，稱恒定區(qū)（constantregion,C)重鏈和輕鏈：

由變異區(qū)V和非變異區(qū)C組成；均由二硫鍵連接。當(dāng)前第60頁\共有85頁\編于星期五\9點抗體基因的結(jié)構(gòu)：

重鏈包括4個片段：（人類第14號染色體上）86個重鏈變異區(qū)段(VH)；30個多樣區(qū)片段(D)；9個連接區(qū)片段(L)；11個恒定區(qū)片段(C)；輕鏈有3個片段:(第2號和第22號染色體上)輕鏈變異區(qū)(VL)；連接區(qū)(J)；恒定區(qū)(C)；當(dāng)前第61頁\共有85頁\編于星期五\9點所有的抗體并不是由一個完整的基因來編碼，而是由不同的基因片段經(jīng)重排連接而成的。

隨著B淋巴細(xì)胞發(fā)育，基因組中抗體基因在DNA水平發(fā)生重排，形成編碼抗體的完整基因，一個淋巴細(xì)胞只有一種組合的抗體基因。

由于抗體基因重排中各個片段間的隨機組合，因此300個抗體基因產(chǎn)生108個抗體。當(dāng)前第62頁\共有85頁\編于星期五\9點3.DNA甲基化：

在真核生物中，少數(shù)胞嘧啶在C5的位置上的H被甲基所取代，發(fā)生甲基化后的胞嘧啶仍可滲入復(fù)制的DNA中。甲基化酶可識別一條鏈上半甲基化，使另一條鏈也甲基化。

CG序列中發(fā)生甲基化的頻率較高，許多真核生物基因的5’端非編碼序列富含CG序列，為甲基化提供位點。

甲基化可降低轉(zhuǎn)錄效率。當(dāng)前第63頁\共有85頁\編于星期五\9點㈡、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控：一些基因在所有細(xì)胞中都呈現(xiàn)活躍狀態(tài)，為組成型表達(dá)，稱為看家基因(housekeepinggene)。

另一些基因則在不同細(xì)胞或組織中呈現(xiàn)高度表達(dá)，受到一定的調(diào)控，稱為特異表達(dá)基因。1.啟動子和轉(zhuǎn)錄因子：

啟動子(promoter)：

轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合位點，位于基因上游某一固定位置，緊接轉(zhuǎn)錄起始點，是基因一個組成部分。

轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactor，TF)：激活真核生物基因轉(zhuǎn)錄的一系列蛋白質(zhì)。

當(dāng)前第64頁\共有85頁\編于星期五\9點啟動子結(jié)構(gòu)（真核生物）：

TATA盒(TATAbox)：RNA酶識別并結(jié)合位點；

CAAT盒(CAATbox)：轉(zhuǎn)錄起始起重要作用；

GC盒(GCbox)：增強子作用。當(dāng)前第65頁\共有85頁\編于星期五\9點2.轉(zhuǎn)錄強化子(增強子，transcriptionalenhancer)：

強化子：是真核生物基因轉(zhuǎn)錄中另一種順式調(diào)控元件，常位于啟動子上游700－1000bp處，離轉(zhuǎn)錄起始點較遠(yuǎn)，可提高轉(zhuǎn)錄效率。

轉(zhuǎn)錄強化子的存在，使基因轉(zhuǎn)錄只有在適宜轉(zhuǎn)錄因子存在時進行，并能對細(xì)胞內(nèi)外的信號作出反應(yīng)，可以滿足細(xì)胞分化的需要。當(dāng)前第66頁\共有85頁\編于星期五\9點強化子的功能：

①.與轉(zhuǎn)錄激活子結(jié)合，改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)型；

②.使DNA彎曲形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使強化子與啟動子直接接觸，以便使轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄激活子和RNA聚合酶一起形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，利于轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，提高轉(zhuǎn)錄效率。

當(dāng)前第67頁\共有85頁\編于星期五\9點③.轉(zhuǎn)錄強化子可提高不同的啟動子的轉(zhuǎn)錄效率，同一時間里，一個強化子只與一個啟動子起作用，具體作用取決于啟動子與強化子競爭性互作。

如：人血紅蛋白基因，控制胎兒γ鏈和成人β鏈兩基因共用同一個強化子，強化子與不同的啟動子結(jié)合導(dǎo)致不同的

基因表達(dá)。

當(dāng)前第68頁\共有85頁\編于星期五\9點3.激活子：

激活子(transcriptionactivator):是一種與強化子結(jié)合的蛋白質(zhì)，屬于一種轉(zhuǎn)錄因子。

正激活子包括：

真激活子：與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體接觸激活轉(zhuǎn)錄；

抗阻遏物激活子：改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)（染色質(zhì)重建）與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合來提高轉(zhuǎn)錄效率。

負(fù)激活子：抑制轉(zhuǎn)錄的因子。

⑴.真激活因子：

兩個功能域：

①.強化子結(jié)合的DNA結(jié)合區(qū)域(DNA-bindingdomain)；

②.轉(zhuǎn)錄復(fù)合體中的蛋白質(zhì)互作的反式調(diào)控激活區(qū)域(trans-activatingdomain)。

當(dāng)前第69頁\共有85頁\編于星期五\9點DNA結(jié)合域的三維構(gòu)型(motif)：

①α-螺旋－轉(zhuǎn)角－α-螺旋(helix-turn-helixHTH)；

②鋅指(zincfinger)；

③堿性亮氨酸拉鏈(basicleucinezipperbZIP)。

α-螺旋－轉(zhuǎn)角－α-螺旋(HTH)：

不能單獨折疊或與DNA結(jié)合，只是DNA結(jié)合蛋白的一部分，構(gòu)型以外的氨基酸在控制和識別DNA具有重要的作用；

許多控制真核生物發(fā)育的基因都具有HTH構(gòu)型，幾乎所有真核生物所具有的同型異位盒(homeobox)。當(dāng)前第70頁\共有85頁\編于星期五\9點當(dāng)前第71頁\共有85頁\編于星期五\9點鋅指結(jié)構(gòu)：基因調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子存在于致癌基因、果蠅控制發(fā)育的基因、受生長因子和分化信號誘導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)序列中；

鋅指區(qū)域：由二個Cys簇及二個His簇組成；保守序列Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His；

鋅指蛋白：2－13個手指，各由23氨基酸組成，并由7－8個氨基酸連接；與DNA大溝結(jié)合并環(huán)繞DNA分子，大溝與特異DNA堿基互作。當(dāng)前第72頁\共有85頁\編于星期五\9點堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)：

可形成蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)二聚體的亮氨酸拉鏈(leucinezipper，LP)；具有35個氨基酸殘基，其中有4個亮氨酸，每隔7個氨基酸出現(xiàn)一次，形成α-螺旋時，每兩圈伸出一個亮氨酸，由亮氨酸殘基間的疏水作用力形成一條拉鏈，產(chǎn)生蛋白質(zhì)二聚體；

堿性α-螺旋與DNA磷酸殘基和堿基互作，二聚體剪刀結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第73頁\共有85頁\編于星期五\9點(2)抗阻遏物激活因子(antirepressors)：

染色質(zhì)重建(remodelingchromatin)

激活基因表達(dá)的因子。

改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的兩種途徑：

①.ATP水解－重建復(fù)合體途徑：

重建復(fù)合體通過激活子、轉(zhuǎn)錄因子以及與不同重建復(fù)合體作用于靶基因，通過各種途徑改變DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合，促進基因的轉(zhuǎn)錄。

如，酵母菌的SWI/SNF系統(tǒng)，具有11個亞基的復(fù)合體。

②.組氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(acetyltransferaseenzyme，HAT)修飾組氨酸途徑：當(dāng)乙酰轉(zhuǎn)移到組氨酸末端后，會降低組蛋白與酸性DNA之間的吸引力，HAT也在特異激活子作用下作用于靶位點。

重建復(fù)合體總是與HAT協(xié)同互作的方式重建染色質(zhì)，通常在強化子位點發(fā)生染色質(zhì)重建，再延伸擴展到啟動子位點，使RNA聚合酶等與啟動子結(jié)合，起始轉(zhuǎn)錄。

乙?；慕M蛋白經(jīng)組氨酸脫乙酰酶(histonedeacetylaseHD)作用脫去乙?；?，染色質(zhì)恢復(fù)緊縮結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第74頁\共有85頁\編于星期五\9點異染色質(zhì)化和染色質(zhì)的活化：

真核生物可改變?nèi)旧w某一區(qū)域異染色質(zhì)化程度而控制基因的表達(dá)。

異染色質(zhì)化：染色質(zhì)處于固縮的狀態(tài),基因關(guān)閉；

染色質(zhì)活化也能控制基因的活化。

高等生物核內(nèi)染色體上基因活性在很大程度上受染色體上蛋白質(zhì)的制約。

人類巴氏小體（箭頭）：女性的一個X染色體異染色質(zhì)化

關(guān)閉其上攜帶基因的表達(dá)。當(dāng)前第75頁\共有85頁\編于星期五\9點4.酵母菌乳糖代謝的正調(diào)控：

當(dāng)前第76頁\共有85頁\編于星期五\9點5.選擇性啟動子：

有些真核生物基因具有兩個或兩個以上的啟動子，用于在不同的細(xì)胞中表達(dá)，具有獨立的轉(zhuǎn)錄調(diào)控（不同的啟動子可產(chǎn)生不同的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和相同的蛋白質(zhì)編碼序列）。

如果蠅的乙醇脫氫酶基因分別具有幼蟲和成蟲啟動子。當(dāng)前第77頁\共有85頁\編于星期五\9點6.選擇性mRNA切割：

同一初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同的細(xì)胞中用不同方式進行切割加工，形成不同的成熟mRNA分子，使蛋白質(zhì)含量或組成上

都可能不同。

例:老鼠