復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)原理基因表達的調(diào)控(62張)

第十三章基因表達調(diào)控通常情況下，真核生物細胞只有2-15%的基因處于有轉(zhuǎn)錄活性的狀態(tài)。表達調(diào)控是研究不同的環(huán)境和條件以及各種因素如何令基因表達或不表達，而且按一定的時間、空間有次序高效地運作。調(diào)控水平：轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯、翻譯后當(dāng)前1頁，總共58頁。第十三章基因表達調(diào)控調(diào)控：細胞代謝的調(diào)控（細胞生存、適應(yīng)內(nèi)環(huán)境）基因表達的調(diào)控（生命延續(xù)、適應(yīng)大環(huán)境）多水平的調(diào)控、多途徑的調(diào)控調(diào)控特點：復(fù)雜、多變、靈敏、準確當(dāng)前2頁，總共58頁。第一節(jié)、原核生物的操縱子調(diào)控模式操縱子：幾個相關(guān)基因排列在一起，轉(zhuǎn)錄出一個mRNA，翻譯出多種具相關(guān)功能的蛋白質(zhì)，完成一個功能。有一個調(diào)控成分。是原核生物的轉(zhuǎn)錄單位。當(dāng)前3頁，總共58頁。

第一節(jié)、原核生物的操縱子調(diào)控模式一、酶的誘導(dǎo)（enzymeinduction）二、操縱子（operon）的結(jié)構(gòu)與功能三、乳糖操縱子（Lacoperon）與色氨酸操縱子（Trpoperon）四、

cAMP對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控五、原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式當(dāng)前4頁，總共58頁。induceraddedinducerremoved酶蛋白合成量細胞孵育時間一、誘導(dǎo)現(xiàn)象由底物導(dǎo)致利用該底物的酶的合成增加。當(dāng)前5頁，總共58頁。一、誘導(dǎo)現(xiàn)象葡萄糖乳糖

無半乳糖苷酶乳糖葡萄糖+半乳糖當(dāng)前6頁，總共58頁。一、誘導(dǎo)現(xiàn)象酶的誘導(dǎo)是生物進化中的一種合理、經(jīng)濟地利用有限資源的本能。酶的誘導(dǎo)是低等生物的普遍現(xiàn)象。1961年，JacobandMonod提出了操縱子學(xué)說。酶誘導(dǎo)的本質(zhì)：代謝物對催化本身代謝的酶的合成量調(diào)節(jié)。當(dāng)前7頁，總共58頁。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能

操縱子阻遏物基因上游啟動子操縱基因一組結(jié)構(gòu)基因

R(i)POSinhibitorpromotoroperatorstructuralgenegene當(dāng)前8頁，總共58頁。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能啟動子是結(jié)合RNA聚合酶的DNA序列強：-35TTGACA、-10TATAAT弱：-35區(qū)共有序列-10Pribnow不一致一般：基因工程選用強啟動子，或雜交融合生成新啟動子當(dāng)前9頁，總共58頁。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能Lacoperon的啟動子Plac的-10Trpoperon的啟動子Ptrp的-35PtacPtac-17當(dāng)前10頁，總共58頁。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱基因是結(jié)合阻遏物的部位，位于啟動子和結(jié)構(gòu)基因之間，可與啟動子部分重疊。是RNA聚合酶是否能通過的開關(guān)。無阻遏物時，O區(qū)開放讓酶通過并轉(zhuǎn)錄下游的結(jié)構(gòu)基因有阻遏物時酶就不能通過當(dāng)前11頁，總共58頁。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能阻遏物基因：產(chǎn)生阻遏物，位于離操縱子較遠的上游區(qū)。負調(diào)控：起調(diào)控作用的蛋白質(zhì)分子抑制轉(zhuǎn)錄關(guān)閉的基因由代謝底物開放（誘導(dǎo)）-----阻遏物失活開放的基因由代謝底物關(guān)閉（阻遏）-----阻遏物激活當(dāng)前12頁，總共58頁。二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能操縱子：結(jié)構(gòu)基因、上游啟動子(P)和操縱基因(O)組成。P和O合稱調(diào)控區(qū)當(dāng)前13頁，總共58頁?？烧T導(dǎo)和可阻遏的操縱子LacTrp當(dāng)前14頁，總共58頁。三、乳糖操縱子和色氨酸操縱子當(dāng)前15頁，總共58頁。乳糖操縱子操縱子的三個結(jié)構(gòu)基因為-半乳糖苷酶、-半乳糖苷通透酶和-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。在無乳糖時，阻遏蛋白與O區(qū)結(jié)合，阻止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄在有乳糖時，乳糖與阻遏蛋白結(jié)合后，改變了阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)，使其不能與O區(qū)結(jié)合。當(dāng)前16頁，總共58頁。(1kb)(155000)DDRPDDRP當(dāng)前17頁，總共58頁。色氨酸操縱子色氨酸操縱子有5個結(jié)構(gòu)基因D、E基因：共產(chǎn)生鄰氨基苯甲酸合成酶C基因：產(chǎn)物是吲哚甘油磷酸合成酶B、A基因：共同產(chǎn)物是色氨酸合成酶這些基因一起轉(zhuǎn)錄翻譯后可進行色氨酸的合成。色氨酸合成僅限細菌。當(dāng)前18頁，總共58頁。色氨酸操縱子調(diào)控方式（-）（+）當(dāng)前19頁，總共58頁。乳糖和色氨酸操縱子的共同點以負調(diào)控方式為主：蛋白質(zhì)分子（阻遏物）對受調(diào)控的區(qū)域起抑制作用。由低分子物質(zhì)（底物或產(chǎn)物）影響蛋白質(zhì)對DNA的結(jié)合。結(jié)果：既滿足細胞生長需求，又不無謂浪費。當(dāng)前20頁，總共58頁。乳糖和色氨酸操縱子的不同點乳糖操縱子色氨酸操縱子

阻遏物阻遏物R基因R基因阻遏物阻遏物代謝物基因開放基因關(guān)閉當(dāng)前21頁，總共58頁。四、cAMP對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控在乳糖和葡萄糖都存在時，哪種糖被優(yōu)先利用？

當(dāng)前22頁，總共58頁。四、cAMP對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控乳糖操縱子的啟動子屬于弱啟動子正調(diào)控方式CAP：catabolitegeneactivatorprotein分解代謝基因活化蛋白，受cAMP激活cAMP-CAP復(fù)合物：結(jié)合于DNA上游的CAP位點，促進分解代謝基因表達CAP位點：位于PO上游，屬正調(diào)控位點當(dāng)前23頁，總共58頁。四、cAMP對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控培養(yǎng)基中有葡萄糖時：葡萄糖代謝引起細胞內(nèi)cAMP水平下降，乳糖操縱子基因關(guān)閉。培養(yǎng)基中葡萄糖不足時：cAMP水平升高，cAMP-CAP復(fù)合物生成，cAMP使CAP變構(gòu)，而與CAP位點結(jié)合，促進乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄，以便細胞利用乳糖。當(dāng)前24頁，總共58頁。四、cAMP對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1當(dāng)前25頁，總共58頁。阿拉伯糖操縱子B、A、D：編碼三種酶，共催化阿拉伯糖的代謝。C：R1（阻遏蛋白），變構(gòu)后成R2。起始區(qū)：initiator（I）R1和R2在變構(gòu)前后，分別執(zhí)行負和正調(diào)控功能。誘導(dǎo)物可以使抑制蛋白在R1和R2兩種構(gòu)象之間轉(zhuǎn)變。當(dāng)前26頁，總共58頁。阿拉伯糖操縱子當(dāng)前27頁，總共58頁。五、原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式調(diào)節(jié)子：regulon操縱子是基因表達的基本單元，成群操縱子所組成的高一級的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)稱為調(diào)節(jié)子調(diào)節(jié)原理：內(nèi)、外環(huán)境的變化通過傳感器使膜內(nèi)產(chǎn)生信號，這種信號可同時作用于多個操縱子，或激活或抑制，從而達到群體協(xié)調(diào)的目的。當(dāng)前28頁，總共58頁。調(diào)節(jié)子模式當(dāng)前29頁，總共58頁。SOS修復(fù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)子DNA損傷和復(fù)制受阻是刺激因子和信號。LexA蛋白是一系列操縱子的阻遏物。

recA基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RecA蛋白可水解LexA蛋白。LexA阻遏recA基因，RecA蛋白可水解LexA蛋白，二者之間的平衡移動，使細胞在應(yīng)急時可迅速啟動大量基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前30頁，總共58頁。SOS修復(fù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)子當(dāng)前31頁，總共58頁。第二節(jié)、真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控更為復(fù)雜：總量大：30億bp，10萬基因分散在各染色體上，23對染色體：定位大量的內(nèi)含子：比結(jié)構(gòu)基因多十?dāng)?shù)倍大量的重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)可達幾千~百萬次更多的蛋白質(zhì)參與基因的多態(tài)性：不同的地域、人種、個體當(dāng)前32頁，總共58頁。一、人類基因的研究基因組：DNA雙螺旋天書人類基因組即將全部破譯，一本書已通讀一遍，但閱讀理解的任務(wù)還剛開始。當(dāng)前33頁，總共58頁。一、人類基因的研究人類基因組計劃：（HGP）

humangenomicproject

對人類基因組大約30億核苷酸對的全序列測定。在完成結(jié)構(gòu)分析過程中，對基因的功能，包括其表達調(diào)控，作進一步研究，以便徹底了解生命的奧秘。當(dāng)前34頁，總共58頁。HGP的內(nèi)容建立人類基因組高分辨率的遺傳圖譜完成全部人類染色體的各種物理圖譜及選擇某些模型生物的DNA物理圖譜。人類DNA和模型生物的DNA全部序列的測定。建立收集、儲存、分類和分析所有有關(guān)資料和數(shù)據(jù)的工作系統(tǒng)。創(chuàng)建完成以上目標所需的新技術(shù)、新方法。當(dāng)前35頁，總共58頁。二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件分子辨認：molecularrecognition探討DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的辨認與結(jié)合的機制，以及與調(diào)控的關(guān)系。當(dāng)前36頁，總共58頁。二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件TATAbox：-30區(qū)CAATbox啟動子GCbox上游活化序列：（USA）upstreamactivatorsequence應(yīng)答元件與可誘導(dǎo)因子：-200bp八聚體TATAbox：免疫球蛋白當(dāng)前37頁，總共58頁。增強子的特點增強子：enhancer它是在遠距離影響啟動的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，必須被蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的功能。增強子影響啟動子，但沒有嚴格的專一性。增強子作用無方向性。當(dāng)前38頁，總共58頁。二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件順式作用元件：真核生物結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控區(qū)，有特定的相似或一致性的序列。反式作用因子：和順式作用元件相結(jié)合或間接影響其作用的蛋白質(zhì)因子。當(dāng)前39頁，總共58頁。真核生物RNApolII轉(zhuǎn)錄的基因當(dāng)前40頁，總共58頁。RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄因子當(dāng)前41頁，總共58頁。轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物TFIID是唯一與DNA特異位點即TATA盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。TATA和TFIID、TFIIA、TFIIB、RNApolII、TFIIF和TFIIE形成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物(PIC)。當(dāng)前42頁，總共58頁。反式作用因子性質(zhì)同一DNA序列可被不同蛋白質(zhì)識別，同一蛋白質(zhì)因子也可與多種不同DNA序列結(jié)合。DNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合少數(shù)是直接結(jié)合，多數(shù)是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用后再影響DNA。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)或DNA-蛋白質(zhì)結(jié)合后，可導(dǎo)致構(gòu)象上的變化。反式作用因子在自身生物合成過程中，有相當(dāng)大的可變性和可塑性。當(dāng)前43頁，總共58頁。三、順式作用元件與反式作用因子的結(jié)合反式作用因子蛋白質(zhì)至少包括三個功能域：DNA識別結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄活性域和結(jié)合其它蛋白的結(jié)合域。模體：（motif）在結(jié)合域中存在的一些局部對稱二聚體。在DNA的某些序列中，也存在一定的對稱性。順式作用元件與反式作用因子的結(jié)合與這些對稱區(qū)域有關(guān)。當(dāng)前44頁，總共58頁。三、順式作用元件與反式作用因子的結(jié)合DNA結(jié)構(gòu)簡單：開放或關(guān)閉序列不變蛋白質(zhì)因子：復(fù)雜、多變二者結(jié)合基因表達調(diào)控的多變性當(dāng)前45頁，總共58頁。螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、螺旋-環(huán)-螺旋兩個亞基通過-折疊形成二聚體，相當(dāng)于DNA的一個螺距。當(dāng)前46頁，總共58頁。鋅指鋅是很多酶的輔助因子鋅指：（Zincfinger）鋅螯合在多肽鏈中，以配價鍵和半胱氨酸殘基或組氨酸殘基結(jié)合。Cys2/His2型：Cys-X2~4-Cys-X3-Phe-Leu-X2-His-X3-HisCys2/Cys2型：Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys一個單位以指部伸入DNA雙螺旋的深溝，接觸5個核苷酸。當(dāng)前47頁，總共58頁。鋅指當(dāng)前48頁，總共58頁。亮氨酸拉鏈(Leuzipper)：

兩組平行的帶亮氨酸的螺旋形成的對稱二聚體。

DNA結(jié)合蛋白的C端，每隔7個氨基酸出現(xiàn)一個亮氨酸。蛋白質(zhì)的螺旋每圈為3.6個氨基酸殘基。每二圈出現(xiàn)的亮氨酸與軸平行列在同一直線上，構(gòu)成拉鏈的一半。亮氨酸拉鏈當(dāng)前49頁，總共58頁。亮氨酸拉鏈常出現(xiàn)于真核生物DNA結(jié)合蛋白的C端，與癌基因表達調(diào)控功能有關(guān)。當(dāng)前50頁，總共58頁。第三節(jié)、癌基因癌基因：oncogene，onc能使細胞癌變的DNA序列。首先在致癌病毒中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已證實它是正常存在于生物基因組內(nèi)。致癌性：正?；虻牟徽１磉_的后果癌癥：基因以特殊形式表達后的性狀原癌基因：（pro-onc）正常存在于生物基因組內(nèi)的癌基因。當(dāng)前51頁，總共58頁。第三節(jié)、癌基因一、病毒癌基因和細胞癌基因二、癌基因分類三、癌基因激活四、抑癌基因當(dāng)前52頁，總共58頁。

病毒癌基因：V-onco細胞癌基因：c-onco把致癌病毒與正常細胞一起培養(yǎng)，可使正常細胞變?yōu)榘┘毎?，這個