《基因表達(dá)調(diào)控》課件.ppt

1、Regulation of Gene Expression,第七章,基因表達(dá)調(diào)控,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,染色體貯存著決定生物性狀的全部基因,染色體,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,生物體內(nèi)基因表達(dá)的開啟、關(guān)閉以及表達(dá)的強(qiáng)度受特定機(jī)制的調(diào)控，基因表達(dá)的調(diào)控是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中逐漸形成的精確而靈敏的生存能力和應(yīng)變能力，在機(jī)體適應(yīng)環(huán)境、維持自身的生長(zhǎng)和增殖、維持個(gè)體發(fā)育與分化等方面均具有重要的生物學(xué)意義。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的基本原理,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,*基因（gene）負(fù)責(zé)編碼RNA或一條多肽鏈的 DNA片段，包括編碼序列、編碼序列外 的側(cè)翼序列及

2、插入序列。,（一）基因表達(dá)的概念,一、概 述,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,基因表達(dá)是受調(diào)控的,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,（二）基因表達(dá)的特性,時(shí)間特異性,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,空間特異性,基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性。,在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,（三）基因表達(dá)的方式,按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：,組成性表達(dá),無(wú)論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)

3、別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性表達(dá)。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,誘導(dǎo)和阻遏表達(dá),在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因。,可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，稱為誘導(dǎo)（ induction ）。,如果基因表達(dá)對(duì)環(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物降低的過(guò)程稱為阻遏（ repression ）。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá) （coordinate expression）。,這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié),（coordinat

4、e regulation）,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,（四）基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義,1.適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖,2.維持個(gè)體發(fā)育與分化,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,二、基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性,基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控,基因激活,轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工 mRNA降解,轉(zhuǎn)錄起始,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,三、基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)的因素,原核生物,- 操縱子(operon) 機(jī)制,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,（一） 特異DNA序列,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教

5、材,共有序列（DNA） 決定啟動(dòng)序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。,某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,操縱序列 阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn),當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA 聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng) ，阻礙轉(zhuǎn)錄。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白,激活蛋白（activator）可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA 序列 ，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。,有些基因在沒(méi)有激活蛋白存在時(shí), RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,真

6、核生物,不同真核生物的順式作用元件中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些共有序列 ，如TATA 盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,真核基因的調(diào)節(jié)蛋白,還有些蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列, 調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱順式作用。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,反式調(diào)節(jié),順式調(diào)節(jié),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,RNA聚合酶,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,第二節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)系統(tǒng),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,因子決定RNA 聚合酶識(shí)別特異性,操縱子模型的普遍性,阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本

7、科教材,特點(diǎn)：,一、乳糖操縱子,(一) 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,CAP第一次出現(xiàn)應(yīng)有注明,沒(méi)有乳糖存在時(shí),(二) 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,有乳糖存在時(shí),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí),有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí),(三) CAP的正性調(diào)節(jié),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,(四) 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié),單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí) , 細(xì)菌首先利用葡萄糖。,葡萄糖對(duì) lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏（catabolic repression）。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,低半乳糖時(shí),

8、高半乳糖時(shí),葡萄糖低 cAMP濃度高,葡萄糖高cAMP濃度低,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,二、色氨酸操縱子,(一) 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,(二) 轉(zhuǎn)錄衰減,色氨酸操縱子,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,核糖體,新生肽鏈,mRNA,DNA,1,2,3,4,UUUU 3,1.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí),trp 密碼子,轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制:,5,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,1,2,3,4,5,核糖體,2.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,SOS反應(yīng),紫外線,與DNA 損傷修復(fù)有關(guān)的酶和蛋白質(zhì),DNA,三 其他轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,基因重組,沙門菌鞭毛

9、素基因的調(diào)節(jié),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,第三節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)系統(tǒng),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,一、真核生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),(一) 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,(三) 重復(fù)序列,單拷貝序列（一次或數(shù)次）,(四) 基因不連續(xù)性,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,二、 真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn),(一) RNA聚合酶,(二) 活性染色體結(jié)構(gòu)變化,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,2.DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化,天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；,基因活化后，,3.DNA堿基修飾變化,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,4.組蛋白變化, 富含Lys組蛋白水平降低 H2AH2B二聚體不穩(wěn)定性增

10、加 組蛋白修飾 H3組蛋白巰基暴露,(三) 正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo),(四) 轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行,(五) 轉(zhuǎn)錄或修飾、加工,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,三、 真核基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié),(一) 順式作用元件,1.啟動(dòng)子,真核基因啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,(二) 反式作用因子,1.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）,* 基本轉(zhuǎn)錄因子,是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白質(zhì)因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA ) 轉(zhuǎn)錄的類別。,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,* 特異轉(zhuǎn)錄因子,為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。,轉(zhuǎn)錄激活因子,轉(zhuǎn)錄抑制因子,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,2.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu),生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,最常見的DNA結(jié)合域：,1.鋅指（zinc finger）,C Cys H His,常結(jié)合GC盒,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,2.-螺旋,常結(jié)合CAAT盒,生物化學(xué),護(hù)理學(xué)專業(yè)本科教材,(三) mRNA 轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié),真核RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫