基因表達(dá)調(diào)控與分化發(fā)育ppt課件

1、教師：張光祥:zhgx-163163第一節(jié)：原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控第一節(jié)：原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因的活性主要經(jīng)過反式作用因子和順式作用元件來調(diào)控基因是編碼可分散產(chǎn)物的DNA序列，所謂產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)(大多數(shù)基因都編碼蛋白質(zhì))和RNA(tRNA和rRNA)等。反式作用：游離的基因產(chǎn)物從合成的場(chǎng)所分散至其目的場(chǎng)所，對(duì)其它基因的表達(dá)發(fā)揚(yáng)調(diào)控作用。為順式作用(cis-acting)：任一只在原位發(fā)揚(yáng)作用的DNA序列，它不轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏纹渌镔|(zhì)方式，僅影響與其在物理上相連的DNA啟動(dòng)子和終止子是典型的順式作用元件，作用于這兩種順式元件的反式作用因子就是RNA聚合酶有時(shí)順式調(diào)控元件最終發(fā)揚(yáng)作用的不是DNA，而是RNA

2、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄程度上進(jìn)展。細(xì)菌的啟動(dòng)子附近通常具有一個(gè)或多個(gè)與之并列或分布在其周圍，而且與之嚴(yán)密相連的順式作用元件正調(diào)控的兩種情況一、正調(diào)控與負(fù)條調(diào)控一、正調(diào)控與負(fù)條調(diào)控正調(diào)控是指由反式作用因子識(shí)別并結(jié)合到順式元件上，從而激活(Activate) 基因的表達(dá)。無配體反式作用因子結(jié)合激活表達(dá)；有配體受體(反式作用因子)脫離封鎖基因的表達(dá)。有配體反式作用因子結(jié)合激活表達(dá)；無配體受體(反式作用因子)脫離封鎖基因的表達(dá)。2、負(fù)調(diào)控、負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控的兩種情況負(fù)調(diào)控是指由反式作用因子本來是不斷結(jié)合在順式元件上的封鎖或阻遏(Repress)著基因的表達(dá)，只需在反式作用因子脫離下來后，基因才激

3、活(Activate) 或表達(dá)。在細(xì)菌中，正、負(fù)調(diào)控運(yùn)用的頻率也許大致相等反式作用因子無配體的結(jié)合反式作用因子無配體的結(jié)合封鎖基因的表達(dá)；封鎖基因的表達(dá)；有配體的結(jié)合有配體的結(jié)合受體受體( (反式反式作用因子作用因子) )脫離脫離激活表達(dá)。激活表達(dá)。反式作用因子有配體的結(jié)合反式作用因子有配體的結(jié)合封鎖基因的表達(dá)；封鎖基因的表達(dá)；無配體的結(jié)合無配體的結(jié)合受體受體( (反式反式作用因子作用因子) )脫離脫離激活表達(dá)。激活表達(dá)。二、乳糖支配子二、乳糖支配子1940年Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培育基上生長(zhǎng)時(shí)先利用葡萄糖，葡萄糖用完后生長(zhǎng)出現(xiàn)短暫停滯，然后利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期出現(xiàn)“二次生長(zhǎng)

4、曲線。結(jié)合阻遏物結(jié)合阻遏物RNA酶結(jié)合酶結(jié)合產(chǎn)生阻遏蛋白產(chǎn)生阻遏蛋白支配基因支配基因啟動(dòng)子啟動(dòng)子阻遏物基因阻遏物基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因OP1951年，Monod和Jacob協(xié)作發(fā)現(xiàn)兩對(duì)基因：lacZ基因：編碼-半乳糖苷酶，催化-半乳糖苷水解，將乳糖水解為葡萄糖和半乳糖lacI基因：編碼乳糖支配子阻遏蛋白(Repressor)，阻止構(gòu)造基因的表達(dá)，從而決議細(xì)胞對(duì)誘導(dǎo)物的反響。Jacob：構(gòu)造基因旁有開關(guān)基因即支配基因，阻遏物經(jīng)過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制構(gòu)造基因的表達(dá)lacY 編碼-半乳糖苷透性酶(Permease)，是膜結(jié)合蛋白，是轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的成員，將乳糖轉(zhuǎn)入細(xì)胞LacA編碼-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；?Tr

5、ansacetylase)，將乙酰基從乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移到-半乳糖苷上有乳糖(presence of lactose)：使阻遏蛋白脫離，lac支配子即可被誘導(dǎo)(derepression,induction)。 誘導(dǎo)物(inducer)是半乳糖苷類物質(zhì): 乳糖別乳糖半乳糖IPTG(是一種非底物誘導(dǎo)物乳糖支配子上阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)理乳糖支配子上阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)理無乳糖: lac支配子處于阻遏形狀(repression)乳糖支配子乳糖支配子(lac operon)的調(diào)控方式的調(diào)控方式三、優(yōu)先利用葡萄糖的機(jī)制三、優(yōu)先利用葡萄糖的機(jī)制葡萄糖是微生物最主要的碳源，具有優(yōu)先利用葡萄糖的機(jī)制，對(duì)葡萄糖的存在非常敏感

6、。分解物抑制(catabolite repression)：只需有葡萄糖存在，利用、轉(zhuǎn)運(yùn)和分解其它碳源的酶系統(tǒng)的基因表達(dá)便遭到葡萄糖分解產(chǎn)物的反響抑制。在沒有葡萄糖(碳源饑餓)條件下，才啟動(dòng)相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄來利用環(huán)境中存在的其它碳源，如乳糖、阿拉伯糖、麥芽糖等等。一切非葡萄糖的碳源利用支配子統(tǒng)稱葡萄糖敏感型支配子。cAMP在高等生物的許多激素作用過程中扮演重要角色，在低等生物如細(xì)菌中，其含量隨生理形狀特別是碳源供應(yīng)情況而變化：葡萄糖，cAMP；碳源饑餓，cAMP葡萄糖和乳糖同時(shí)存在時(shí)，葡萄糖抑制AMP環(huán)化酶的活性，參與cAMP也可激活乳糖支配子的轉(zhuǎn)錄；cAMP經(jīng)過與cAMP受體蛋白CRP(也叫代

7、謝物分解基因激活蛋白catabolite gene activition protein,CAP結(jié)合后構(gòu)成cAMP-CAP復(fù)合物，然后作用于啟動(dòng)子。CAP的正性調(diào)理的正性調(diào)理 協(xié)調(diào)調(diào)理(coordinate regulation) 負(fù)性調(diào)理與正性調(diào)理協(xié)調(diào)協(xié)作：阻遏蛋白封鎖轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP不發(fā)揚(yáng)作用；如沒有CAP加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從P上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性 lac支配子強(qiáng)的誘導(dǎo)作用既需求乳糖又需缺乏葡萄糖四、阿拉伯糖支配子四、阿拉伯糖支配子及其雙向控制及其雙向控制E.Coli對(duì)阿拉伯糖的利用阿拉伯糖支配子五、色氨酸支配子五、色氨酸支配子衰減子的構(gòu)造特點(diǎn)衰減子的構(gòu)造特點(diǎn)TrpTrp支配子的衰減作用機(jī)

8、制支配子的衰減作用機(jī)制第二節(jié)、細(xì)胞分化與發(fā)育的遺傳控制第二節(jié)、細(xì)胞分化與發(fā)育的遺傳控制細(xì)胞的分化和發(fā)育其本質(zhì)是基因表達(dá)調(diào)控差別的表達(dá)。細(xì)胞的分化和發(fā)育其本質(zhì)是基因表達(dá)調(diào)控差別的表達(dá)。多細(xì)胞生物的發(fā)育不僅涉及到細(xì)胞類型的分化，而且涉及特多細(xì)胞生物的發(fā)育不僅涉及到細(xì)胞類型的分化，而且涉及特定細(xì)胞準(zhǔn)確的空間定位。定細(xì)胞準(zhǔn)確的空間定位。發(fā)育主要是經(jīng)過基因表達(dá)的調(diào)理來控制的。在高等生物發(fā)育主要是經(jīng)過基因表達(dá)的調(diào)理來控制的。在高等生物基因組中有一套程序建立了細(xì)胞發(fā)育的命運(yùn)，即身體發(fā)育的基因組中有一套程序建立了細(xì)胞發(fā)育的命運(yùn)，即身體發(fā)育的根本藍(lán)圖。在大多數(shù)生物中，分化的第一個(gè)影響要素是卵細(xì)根本藍(lán)圖。在大多數(shù)

9、生物中，分化的第一個(gè)影響要素是卵細(xì)胞中蛋白質(zhì)分布的不均一性。進(jìn)一步的分化是經(jīng)過細(xì)胞間及胞中蛋白質(zhì)分布的不均一性。進(jìn)一步的分化是經(jīng)過細(xì)胞間及細(xì)胞與環(huán)境間的相互作用來完成。分化反映了不同蛋白系列細(xì)胞與環(huán)境間的相互作用來完成。分化反映了不同蛋白系列的構(gòu)成。的構(gòu)成。在動(dòng)物中有三種不同的圖式構(gòu)成：一種是完全程序化的在動(dòng)物中有三種不同的圖式構(gòu)成：一種是完全程序化的鑲嵌式，另一種是非程序化的調(diào)理式，第三種是半鑲嵌式，另一種是非程序化的調(diào)理式，第三種是半程序化的。在早期發(fā)育中胞質(zhì)決議和和細(xì)胞之間相互作用的程序化的。在早期發(fā)育中胞質(zhì)決議和和細(xì)胞之間相互作用的相對(duì)優(yōu)勢(shì)在動(dòng)物界中是不同的。通常，胞質(zhì)決議出如今大多相

10、對(duì)優(yōu)勢(shì)在動(dòng)物界中是不同的。通常，胞質(zhì)決議出如今大多數(shù)無脊椎動(dòng)物胚胎，呈現(xiàn)鑲嵌式圖式構(gòu)成，而細(xì)胞之間相互數(shù)無脊椎動(dòng)物胚胎，呈現(xiàn)鑲嵌式圖式構(gòu)成，而細(xì)胞之間相互作用是在脊椎動(dòng)物發(fā)育中，呈現(xiàn)調(diào)理式圖式構(gòu)成。作用是在脊椎動(dòng)物發(fā)育中，呈現(xiàn)調(diào)理式圖式構(gòu)成。幼胚發(fā)育的遺傳調(diào)控的非常復(fù)雜的，涉及一系列基因細(xì)胞內(nèi)特定基困拷貝數(shù)專注性大量添加的景象稱為基因的細(xì)胞內(nèi)特定基困拷貝數(shù)專注性大量添加的景象稱為基因的擴(kuò)增。染色體的擴(kuò)增可分為幾種情況：擴(kuò)增。染色體的擴(kuò)增可分為幾種情況：(1)(1)組織中整個(gè)染色體組都進(jìn)展擴(kuò)增。例如在哺乳動(dòng)物組織中整個(gè)染色體組都進(jìn)展擴(kuò)增。例如在哺乳動(dòng)物肝細(xì)胞擴(kuò)增為四倍體；肝細(xì)胞擴(kuò)增為四倍體；在雙

11、翅目昆蟲假設(shè)蠅的唾腺中，細(xì)胞不分裂但染色體卻多在雙翅目昆蟲假設(shè)蠅的唾腺中，細(xì)胞不分裂但染色體卻多輪復(fù)制，產(chǎn)生宏大的多線染色體含多于輪復(fù)制，產(chǎn)生宏大的多線染色體含多于10001000條染色單體。條染色單體。George Rudkm George Rudkm 早在早在19601960年就指出：果蠅唾腺的多線染色體年就指出：果蠅唾腺的多線染色體其常染色質(zhì)其常染色質(zhì)DNADNA可以特異擴(kuò)增上千倍，而在異染區(qū)附近只可復(fù)可以特異擴(kuò)增上千倍，而在異染區(qū)附近只可復(fù)制幾次。制幾次。(2)(2)發(fā)育中的編程擴(kuò)增：特定基因簇的染色體外擴(kuò)增發(fā)育中的編程擴(kuò)增：特定基因簇的染色體外擴(kuò)增最為人們熟知的例子是兩棲類和昆蟲卵母

12、細(xì)胞最為人們熟知的例子是兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rRNArRNA基因的基因的擴(kuò)增。如非洲爪蟾的每條染色體上有約擴(kuò)增。如非洲爪蟾的每條染色體上有約450450拷貝編碼拷貝編碼18S18S、5.8S 5.8S 和和28S rDNA28S rDNA的串聯(lián)反復(fù)單位，它們成簇存在，構(gòu)成核的串聯(lián)反復(fù)單位，它們成簇存在，構(gòu)成核仁構(gòu)成區(qū)。可是在卵母細(xì)胞中仁構(gòu)成區(qū)?？墒窃诼涯讣?xì)胞中rDNArDNA串聯(lián)反復(fù)單位被剪切下來串聯(lián)反復(fù)單位被剪切下來后環(huán)化，以滾環(huán)復(fù)制的方式進(jìn)展擴(kuò)增，使拷貝數(shù)擴(kuò)展了后環(huán)化，以滾環(huán)復(fù)制的方式進(jìn)展擴(kuò)增，使拷貝數(shù)擴(kuò)展了10001000倍以上，直到發(fā)育成蝌蚪階段。在四膜蟲中，剪切的倍以上，直到發(fā)育成蝌

13、蚪階段。在四膜蟲中，剪切的rDNArDNA是是經(jīng)過發(fā)夾引導(dǎo)復(fù)制的，產(chǎn)生一個(gè)線性的反向反復(fù)元件。經(jīng)過發(fā)夾引導(dǎo)復(fù)制的，產(chǎn)生一個(gè)線性的反向反復(fù)元件。二氫葉酸復(fù)原酶基二氫葉酸復(fù)原酶基因因dhfrdhfr擴(kuò)增也僅僅發(fā)擴(kuò)增也僅僅發(fā)生在二個(gè)等位基因中生在二個(gè)等位基因中的一個(gè)。對(duì)氨甲喋呤的一個(gè)。對(duì)氨甲喋呤抗性的添加是依托這抗性的添加是依托這一基因座位擴(kuò)增的程一基因座位擴(kuò)增的程度來完成的。度來完成的。在抗氨甲喋呤細(xì)胞中在抗氨甲喋呤細(xì)胞中dhfrdhfr基因數(shù)目的變化范圍是基因數(shù)目的變化范圍是4040400400拷貝，拷貝數(shù)的多少取決拷貝，拷貝數(shù)的多少取決于選擇的程度和單個(gè)細(xì)胞系于選擇的程度和單個(gè)細(xì)胞系本身。本身。正常正常個(gè)體個(gè)體交配型交配型a+a+“小菌落小菌落個(gè)體個(gè)體交配型交配型a a減數(shù)分裂減數(shù)分裂a(bǔ)+a+a+a+a aa aMATMAT座位的根本功能是座位的根本功能是控制外激素和受體基因控制外激素和受體基因以及其他和交配有關(guān)基以及其他和交配有關(guān)基因的表達(dá)，每種類型的因的表達(dá)，每種類型的座位編碼一些調(diào)理蛋白。座位編碼一些調(diào)理蛋白。MATaMATa編碼兩種調(diào)理蛋白：編碼兩種調(diào)理蛋白：a1a1和和a2a2。MATaMATa只編碼一只編碼一種調(diào)理蛋白種調(diào)理蛋白a1a1。在轉(zhuǎn)換中，受體在轉(zhuǎn)換中，