分子生物學(xué)課件

1分子生物學(xué)課件2第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的概述（空間密碼）第二節(jié)乳糖操縱元（LacOperon）第三節(jié)TrpOperon及弱化作用機(jī)理第四節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控第五節(jié)Prok.翻譯水平的調(diào)控第六節(jié)DNA序列重排對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控第七節(jié)Euk.基因表達(dá)調(diào)控的特異性3第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的概述（空間密碼）4基因表達(dá)調(diào)控(generegulationorgenecontrol):任何影響基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程和翻譯過(guò)程的開(kāi)啟、關(guān)閉和這兩個(gè)過(guò)程速率的較為直接的因素及其作用涉及：RNA轉(zhuǎn)錄的開(kāi)/關(guān)，數(shù)量，選擇性加工蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與降解和分泌…原核生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答真核生物的細(xì)胞分化,組織特化,個(gè)體發(fā)育以及環(huán)境對(duì)個(gè)體表型的影響都是基因表達(dá)的結(jié)果5Prok.和Euk.的調(diào)控極其相似

調(diào)控機(jī)制：核酸分子間的互作

核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白分子間的互作調(diào)控層次：轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控

mRNA加工成熟水平上的調(diào)控

翻譯水平上的調(diào)控

翻譯后水平的調(diào)控共同的起源與共同的分子基礎(chǔ)6●

轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì),

靈活，又是最為重要，復(fù)雜的調(diào)控a、在復(fù)雜的基因組內(nèi)，確定需要基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)b、精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的水平,以保證生物體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)c、

cisfactor&transfactor間嚴(yán)格而又靈活的互作d、保證RNApolymerase的進(jìn)行式轉(zhuǎn)錄（不中斷，準(zhǔn)確終止）7●

生物遺傳信息的概念C>cGenomeDNA10%;結(jié)構(gòu)基因的編碼序列

tripletcodon90%;重復(fù)，間隔，調(diào)節(jié)序列…

基因選擇性表達(dá)指令重要的遺傳信息遺傳信息的兩大類別II類；特定DNAseq.+特定蛋白質(zhì)/核酸結(jié)合基因表達(dá)的指令geneon/offI類；DNAseq.RNAseq.(codon)tein表型(centraldogma)8

內(nèi)在信息內(nèi),外(信號(hào)分子)結(jié)合信息

ORFonlyHelix,Ntseq….

遺傳信息存在于模版鏈三維空間結(jié)構(gòu)/DNA序列的一級(jí)結(jié)構(gòu)上(IR,Box,paracodon…)

三聯(lián)體密碼空間，調(diào)控密碼(鑰匙與鎖)

簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并搖擺同工受體cis1trans2cis2trans1cis1trans3cis3I類II類

表達(dá)specificalbindingaabaseDNARNAprotein9●

遺傳信息表達(dá)的方式（Euk.）

組成型表達(dá)（constitutiveexpression）Housekeepinggene

誘導(dǎo)型表達(dá)（inducibleexpressionbysignalingmolecular）Luxurygene

順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控10?順式作用元件（cis-actingelement）:能夠影響同一條或相連DNA序列活性的特定DNA片段。例如，啟動(dòng)子?反式作用因子（trans-actingfactor）:一種基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，能夠影響位于基因組另一條染色體上的（或基因組別處的）另一個(gè)基因的表達(dá)活性。例如，RNApolymerase11★正調(diào)控系統(tǒng):沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是關(guān)閉的，而加入有活性的調(diào)節(jié)蛋白后,結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)活性被開(kāi)啟無(wú)輔基誘導(dǎo)物或激活物★負(fù)控制系統(tǒng):沒(méi)有調(diào)節(jié)蛋白存在時(shí)，結(jié)構(gòu)基因是開(kāi)啟的，加入這種有活性的調(diào)節(jié)蛋白后，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)活性被關(guān)閉阻遏蛋白★所謂“關(guān)閉”指表達(dá)水平很低本底水平的基因表達(dá)(1～2個(gè)mRNA分子／細(xì)胞周期)“開(kāi)啟”也常有程度的差異12二、基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制1、調(diào)控蛋白質(zhì)的對(duì)稱性與其識(shí)別序列的對(duì)稱性

調(diào)控蛋白都是同種分子的多聚體－－二聚體、四聚體

二倍旋轉(zhuǎn)對(duì)稱通過(guò)單體和多聚體間的平衡迅速作用

與特異識(shí)別位點(diǎn)之間提高調(diào)控作用的特異性（反向重復(fù)序列）inmajorgroove

特異和非特異結(jié)合力132、調(diào)控蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的主要花式

主要有：α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋（HTH）

Cys-Cys鋅指Cys-His鋅指

調(diào)控蛋白上存在與DNA和其它蛋白質(zhì)相互作用的位點(diǎn)

★α螺旋-轉(zhuǎn)角-α螺旋*

兩個(gè)α螺旋被一個(gè)β轉(zhuǎn)角隔開(kāi)*一個(gè)螺旋起識(shí)別結(jié)合DNA的作用14153個(gè)—helix,H1與H2平行H2與H3形成HTHmotifH3位于大溝中，與DNA特異結(jié)合16CⅠ蛋白N端有五個(gè)螺旋2和3與DNA相互作用C端負(fù)責(zé)二聚體形成N端負(fù)責(zé)與DNA接觸17★鋅指結(jié)構(gòu)概念:與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)中一小組保守AA與一個(gè)Zn2+結(jié)合起來(lái)形成蛋白質(zhì)中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域按結(jié)合的AA不同有兩種類型a、Cys-His(C2/H2)鋅指經(jīng)典的鋅指蛋白中部芳香族氨基酸保守，加上Zn＋＋和Cys和His之間的配位結(jié)構(gòu)形成疏水核經(jīng)典的鋅指蛋白、類固醇受體（激素）18不同鋅指蛋白中鋅指數(shù)目多少不等鋅指可以串聯(lián)重復(fù)排列，兩指間7-8aaTFⅢA有9個(gè)鋅指、通用轉(zhuǎn)錄因子SP1有三個(gè)19經(jīng)典鋅指的三維結(jié)構(gòu)：一個(gè)β－折疊和一個(gè)α－螺旋20鋅指上的α－螺旋負(fù)責(zé)與DNA作用21b、Cys-Cys(C2/C2)鋅指類固醇受體Zn＋＋與4個(gè)Cys殘基形成配位鍵22糖皮質(zhì)激素受體ZYJ272

23TheDNA-bindingdomainofCys2-Cys2zincfingerproteins(Figure1.Glucocorticoidreceptor)iscomposedoftwoirregularantiparallelbeta-sheetsandanalpha-helix,followedbyanextendedloop.2425圖6-B-2.

類固醇受體增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的機(jī)轉(zhuǎn)。當(dāng)受體與配體結(jié)合之后，會(huì)再吸引乙醯轉(zhuǎn)移酶來(lái)到轉(zhuǎn)錄區(qū)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。263、調(diào)控蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合的方式（1）HLH

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：長(zhǎng)40～50個(gè)AA殘基中含有兩個(gè)既親水有親酯的α螺旋,被不同長(zhǎng)度的連接區(qū)隔開(kāi)(環(huán))

此類蛋白借助兩個(gè)螺旋對(duì)應(yīng)面上疏水基團(tuán)的相互作用形成二聚體(同種或不同種亞基)

鑒定的較清楚的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)基元有

螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）Leu拉鏈27HLH基元附近有個(gè)高度堿性的區(qū)段為結(jié)合DAN所必須bHLHMyoD-DNA28293031（2）Leu拉鏈(Leuzipper)蛋白上含有4或5個(gè)精確的相距7個(gè)AA的Leu殘基

概念：調(diào)控蛋白上富含亮氨酸殘基的結(jié)構(gòu)域參與形成二聚體Leu出現(xiàn)在α-螺旋疏水的一側(cè)，并直線排列于是，兩個(gè)蛋白分子的兩個(gè)α－螺旋之間依賴Leu殘基之間的疏水作用形成一條拉鏈3233GCN434Leu拉鏈區(qū)的氨基端約30個(gè)殘基的堿性區(qū)與DNA結(jié)合兩個(gè)Leu拉鏈作用形成Y型結(jié)構(gòu)，拉鏈為莖、堿性區(qū)分叉對(duì)稱成臂－－拉鏈蛋白的目標(biāo)DNA為沒(méi)有間隔的反向重復(fù)35第二節(jié)乳糖操縱元36★操縱元(Operon):Prok.中,基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)完整單元,包括結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)(O、P)以及調(diào)節(jié)基因的整個(gè)核苷酸序列?操縱元中各結(jié)構(gòu)基因按一定比例協(xié)調(diào)翻譯?聚有極性突變效應(yīng)：操縱元中一個(gè)近基因的無(wú)義突變能夠影響遠(yuǎn)基因表，且根據(jù)距離遠(yuǎn)近呈極性梯度效應(yīng)?P、O緊密連鎖或彼此重疊，I基因位點(diǎn)不固定順式作用元件、反式作用因子37一、乳糖操縱元1960Jacob&Monod（法國(guó)）(1965)1、結(jié)構(gòu):382、調(diào)節(jié)基因I產(chǎn)物為阻遏蛋白,四聚體為活性形式轉(zhuǎn)錄方式為組成型轉(zhuǎn)錄LacI的表達(dá)效率很低,原因—其啟動(dòng)子與RNApol的親和性很低阻遏蛋白有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn):

操作子位點(diǎn)、誘導(dǎo)物位點(diǎn)39二、LacOperon的負(fù)調(diào)控1、細(xì)胞內(nèi)無(wú)誘導(dǎo)物時(shí),呈阻遏狀態(tài)阻遏蛋白和操作子的結(jié)合,影響了RNApol在-10序列上形成開(kāi)放型的啟動(dòng)子復(fù)合物402、細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)物時(shí),呈誘導(dǎo)狀態(tài)誘導(dǎo)物與阻遏蛋白迅速結(jié)合而改變其構(gòu)象→→→從O上解離→→→RNApol413、誘導(dǎo)物?異乳糖(allolactose)乳糖進(jìn)入細(xì)胞后，由β-半乳糖苷酶催化產(chǎn)生?β-半乳糖苷酶來(lái)源于乳糖操縱元的本底組成型合成RNApol利用LacO處于游離狀態(tài)的瞬間進(jìn)行轉(zhuǎn)錄(阻遏蛋白與LacO有10min～20min的結(jié)合半衰期)

一個(gè)mRNA／細(xì)胞周期42?安慰誘導(dǎo)物（義務(wù)誘導(dǎo)物）可誘導(dǎo)半乳糖苷酶產(chǎn)生但不是其底物*IPTG，異丙基-β-D硫代半乳糖苷*TMG，巰甲基半乳糖苷*ONPG，O-硝基半乳糖苷434、阻遏蛋白與操作子的相互作用（硝酸纖維素膜結(jié)合試驗(yàn)）

IPTGLacOCIR序列以+11為對(duì)稱軸兩邊為兩段各6bp的重復(fù)序列＋11+5到+17之間大部分在左側(cè)－5＋21操作子的結(jié)構(gòu)44LacRepressor=tetramer45三、LacOpreon的正調(diào)控－－CAP-cAMP復(fù)合物cAMPcAMPCAP蛋白46Lowglucose=highcAMP4748總結(jié)lacoperontranscription-controlregion正控制：CAPprotein負(fù)控制：repressor49第三節(jié)TrpOperon及弱化作用機(jī)理50一、結(jié)構(gòu)

?結(jié)構(gòu)基因?末端---終止子trpt’(依賴ρ)、trpt(不依賴ρ)鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶Trp合成酶?相距很遠(yuǎn)的trpR編碼阻遏蛋白其活性形式為四聚體,并且只有結(jié)合trp時(shí)才有活性51?控制區(qū)域P、O和前導(dǎo)區(qū)及弱化子?trpO與tepE之間的162bp的前導(dǎo)區(qū)可轉(zhuǎn)錄到mRNA中52?trpO的結(jié)構(gòu)*

位于trpP內(nèi)，20bp,有完美的IR序列*trpP有正常的－35和－10區(qū)，－10區(qū)完全在trpO內(nèi)53二、阻遏調(diào)控機(jī)制無(wú)trp時(shí)有trp時(shí)無(wú)活性54二、弱化作用控制-----基因轉(zhuǎn)錄的翻譯調(diào)控通過(guò)核糖體對(duì)前導(dǎo)區(qū)的翻譯而對(duì)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控弱化子（attenuator):TrpOperon中trpE前的一段非結(jié)構(gòu)基因的對(duì)應(yīng)序列（123－150），其中包括不依賴ρ因子的終止子，由于翻譯的作用使轉(zhuǎn)錄終止，這段序列稱為…(衰減子)發(fā)現(xiàn)－－－缺失增加結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，且與阻遏蛋白無(wú)關(guān)弱化子調(diào)控的表現(xiàn)：（與阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控結(jié)果類似）*

無(wú)trp時(shí)，所有RNApol都能通過(guò)弱化子*有trp時(shí)，部分逃過(guò)阻遏蛋白監(jiān)督的RNApol在弱化子處大部分被扣留，而只有10％能通過(guò)551、TrpOperonmRNA的前導(dǎo)序列結(jié)構(gòu)?下游---14aa的前導(dǎo)肽的ORF，其中兩個(gè)相連的trp的

codonUGG(60位)

對(duì)弱化作用的實(shí)現(xiàn)起重要作用?下游長(zhǎng)28bp的不依賴ρ因子的終止子為弱化子的核心部分?前面有核糖體結(jié)合位點(diǎn)（S－D序列）562、前導(dǎo)序列的二級(jí)結(jié)構(gòu)決定RNApol在弱化子處是終止轉(zhuǎn)錄還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄1和2、3和4配對(duì)★序列1和2、3和4配對(duì)時(shí)，RNApol在3、4區(qū)的不依賴ρ因子的終止子處終止,其后的trpE等基因表達(dá)受到限制（翻譯作用不存在時(shí)或順利進(jìn)行）572和3配對(duì)★序列2和3配對(duì)時(shí)，RNApol繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，使前導(dǎo)序列后的結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄3、弱化子弱化控制的機(jī)制

Prok.無(wú)核膜，轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)（1）細(xì)胞缺少trp，Trp-tRNATrp水平低，核糖體停頓在兩個(gè)鄰近的Trp密碼子處，此時(shí)核糖體占據(jù)序列1，此時(shí)序列4

還沒(méi)轉(zhuǎn)錄出來(lái)，序列2和3有機(jī)會(huì)配對(duì)，RNApol可通過(guò)弱化子5859(3)此外,Arg饑餓時(shí)有相同的后果(2)當(dāng)細(xì)胞有Trp時(shí),Trp-tRNATrp水平很高,核糖體順利地翻譯出前導(dǎo)肽而在終止密碼子處(+70,UGA位于序列1和2之間)解離,此時(shí),核糖體占據(jù)了序列1和部分序列2,使序列2不能有效地和序列3配對(duì),因而序列3和4產(chǎn)生終止子發(fā)夾結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)錄終止6061?實(shí)現(xiàn)弱化子對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控關(guān)鍵是時(shí)間和空間上的巧妙安排空間上：兩個(gè)Trp的codon位置至關(guān)重要時(shí)間上：核糖體停頓在兩個(gè)Trpcodon上時(shí)，序列4還沒(méi)轉(zhuǎn)錄出來(lái)，否則……這種巧妙安排的一個(gè)原因就是RNApol在轉(zhuǎn)錄完+90序列處時(shí)產(chǎn)生一次延宕給與核糖體以追趕的機(jī)會(huì)5、Prok.中弱化子（衰減子）的普遍性許多負(fù)責(zé)氨基酸合成的operon都受弱化子的控制，尤其是Hisoperon中，弱化子是唯一的調(diào)控機(jī)制6263

第四節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)序調(diào)控64時(shí)序調(diào)控:Prok.在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段，基因的表達(dá)是按照一定的時(shí)間順序而展開(kāi)的如:噬菌體的復(fù)制和顆粒的包裝*有效利用能源避免浪費(fèi)*避免了某些基因表達(dá)時(shí)機(jī)不當(dāng)所帶來(lái)的危害是多種蛋白質(zhì)與RNApol作用的結(jié)果一、枯草桿菌中σ亞基的替換1、枯草桿菌中phageSPO1早、中、晚期基因表達(dá)的轉(zhuǎn)換65早期基因---寄主的RNApol全酶σ55早期基因28編碼的gp28取代σ55含有g(shù)p28的全酶轉(zhuǎn)錄中期基因中期基因33、34編碼的gp33、gp34取代gp28以gp33－gp34為σ亞基的全酶轉(zhuǎn)錄晚期基因662、枯草桿菌孢子形成過(guò)程中σ亞基的替換6768二、λphage裂解性生長(zhǎng)和溶源狀態(tài)的調(diào)控λphage進(jìn)入寄主體內(nèi)后環(huán)化其中—?裂解周期--環(huán)形分子大部分基因表達(dá)?溶源狀態(tài)--以線性分子形式整合到寄主的染色體上,使大部分基因不表達(dá)697071λPhage的操縱元組織情況72(一)λphage裂解生長(zhǎng)過(guò)程中的基因表達(dá)進(jìn)入寄主cell的λphage的DNA上沒(méi)有任何調(diào)節(jié)蛋白，因此寄主的RNApol便結(jié)合于PL和PR1、抗終止蛋白PN和調(diào)節(jié)蛋白Cro首先被轉(zhuǎn)錄73742、PN蛋白的作用導(dǎo)致PL和PR控制的遲早期基因的表達(dá)表達(dá)產(chǎn)物CⅢ蛋白、CⅡ蛋白、O蛋白、P蛋白、Q蛋白75763、PQ蛋白的作用導(dǎo)致PR’控制的晚期基因的表達(dá)表達(dá)產(chǎn)物頭尾蛋白、溶菌酶蛋白77（二）溶源途徑

巧妙的調(diào)控，小區(qū)段表達(dá)，整合到寄主染色體上*

此外，CⅡ促進(jìn)Pint啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，使intgene表達(dá)產(chǎn)生整合酶1、溶源化的建立－－PE啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄*CⅢ、CⅡ蛋白共同確立PE處CⅠ的轉(zhuǎn)錄（左向）

PE(EstablismentPromoter)*CⅠ阻遏與裂解生長(zhǎng)有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，其中轉(zhuǎn)錄出的

CⅠmRNA含有S-D序列，因此有很高的翻譯活性78Pint啟動(dòng)子79N蛋白和Cro蛋白被轉(zhuǎn)錄N蛋白抗終止CⅢ、CⅡ蛋白被轉(zhuǎn)錄80CⅡ作用于PE(PRE)轉(zhuǎn)錄CⅠ左向轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白結(jié)合于OROLCⅠ導(dǎo)致自身從PRM處轉(zhuǎn)錄81?CⅢ、CⅡ蛋白是CⅠ合成的正調(diào)控因子，作用于PE

處，CⅡ是關(guān)鍵?Cro蛋白間接抑制CⅢ、CⅡ的轉(zhuǎn)錄，直接阻止CⅠ的轉(zhuǎn)錄2、溶源化的維持—PM啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄?已產(chǎn)生的整合酶使λ整合并實(shí)現(xiàn)溶源化（attp、attB）?溶源化的維持需要低水平的CⅠ轉(zhuǎn)錄，保持自身阻遏循環(huán)，這個(gè)功能由PM完成?CⅠ蛋白對(duì)PM正調(diào)控，但PM起始轉(zhuǎn)錄的CⅠ沒(méi)有S-D

序列，因此翻譯效率很低，但足以維持溶源狀態(tài)?溶源狀態(tài)的維持通過(guò)CⅠ蛋白結(jié)合于OL、OR上而實(shí)現(xiàn)82溶源周期833、CⅡ、CⅢ蛋白對(duì)CⅠ和Cro的影響CⅠ和Cro是λphage的兩種調(diào)節(jié)蛋白，其中Cro能關(guān)閉CⅠ的表達(dá)溶源化狀態(tài)的進(jìn)入與否靠二者結(jié)合操作子的情況決定，數(shù)量是誰(shuí)占上風(fēng)的關(guān)鍵二者與操作子的親和次序?yàn)镃Ⅰ蛋白OL1?OL2?OL3OR1?OR2?OR3Cro蛋白OL3?OL2?OL1OR3?OR2?OR184OL1?OL2?OL3OR3?OR2?OR185結(jié)合的結(jié)果阻止PL和PR的轉(zhuǎn)錄CⅡ、CⅢ蛋白是CⅠ和Cro蛋白誰(shuí)占上風(fēng)的關(guān)鍵因?yàn)椋贑Ⅱ、CⅢ的幫助下CⅠ表達(dá)而Cro蛋白遠(yuǎn)早于CⅠ蛋白的表達(dá)OL1和OR1分別與PL和PR最靠近即---CⅠ阻遏二啟動(dòng)子的能力強(qiáng)86★正常情況下，寄主的hfl基因產(chǎn)物大量存在導(dǎo)致Cro占上風(fēng)因?yàn)閔fl編碼一種蛋白酶水解CⅡ

?此時(shí)Cro蛋白對(duì)左右兩個(gè)早期操作子親和力的差異，使兩個(gè)操縱元初期表達(dá)一段時(shí)間才關(guān)閉

?因此產(chǎn)生足夠的O、P蛋白（復(fù)制有關(guān)）和PQ，從而使菌4、導(dǎo)致溶源化的因素

（1）營(yíng)養(yǎng)耗竭：寄主能源瀕臨枯竭時(shí)，導(dǎo)致cAMP產(chǎn)生等一系列生理變化

*

cAMP對(duì)hfl基因負(fù)調(diào)控，使分解CⅡ蛋白的酶大大減少，CⅡ又能抑制該酶，因而CⅡ、CⅢ→CⅠ

體走向裂解87（2）MOI值過(guò)高（≧10）：MOI指感染時(shí)λ噬菌體與細(xì)菌的比例，稱感染復(fù)數(shù)

*

CⅡ蛋白其作用的形式是寡聚體形式，單體不穩(wěn)定無(wú)活性

*

一兩個(gè)噬菌體感染寄主時(shí)，產(chǎn)生的CⅡ不足以形成寡聚體

*MOI值過(guò)高時(shí)，足夠CⅡ寡聚體產(chǎn)生，確立從PE

轉(zhuǎn)錄CⅠ，CⅠmRNA的高翻譯活性導(dǎo)致CⅠ數(shù)量占上風(fēng)，PE活躍轉(zhuǎn)錄的同時(shí)抑制了Cro基因的表達(dá)

*

由于CⅠ和操作子親和力情況，導(dǎo)致CⅡ、CⅢ不再表達(dá)，但由于CⅠ對(duì)PM的正調(diào)控，產(chǎn)生能夠維持溶源狀態(tài)數(shù)量的CⅠ88第五節(jié)翻譯水平的調(diào)控89?翻譯的調(diào)控主要發(fā)生在翻譯的起始階段，基因表達(dá)時(shí)翻譯的效率主要取決于mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)?因此，mRNA的翻譯起始區(qū)域往往是調(diào)控的靶位點(diǎn)（結(jié)構(gòu)狀態(tài)）

一、反義RNA的調(diào)控作用

反義RNA：又稱干擾mRNA的互補(bǔ)RNA，簡(jiǎn)稱micRNA

（mRNA-interferingcomplementaryRNA）指與靶mRNA具有互補(bǔ)序列的調(diào)控RNA，通過(guò)互補(bǔ)的RNA序列與特定靶mRNA結(jié)合，起負(fù)調(diào)控作用屬于核酸與核酸的相互作用90?作用機(jī)理目前為止，只有原核生物發(fā)現(xiàn)了這種調(diào)控系統(tǒng)例如：1985Hoopes等人發(fā)現(xiàn)的λ噬菌體CⅡ抑制晚期基因的轉(zhuǎn)錄就是通過(guò)micRNA起作用Q基因有一個(gè)依賴于CⅡ的啟動(dòng)子PaQ（抗Q），其轉(zhuǎn)錄方向與Q基因相反，即轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA與Q基因的5’端的一半完全互補(bǔ)，從而抑制Q基因的翻譯，抑制晚期基因的表達(dá)

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生反義RNA的基因稱為反義基因

結(jié)合位點(diǎn)：mRNA的SD序列、起始密碼子、氨基酸N端的部分密碼子結(jié)合919293二、mRNA本身的二級(jí)結(jié)構(gòu)影響翻譯的進(jìn)行三、蛋白質(zhì)合成的自體調(diào)控*

有些蛋白質(zhì)能夠直接控制自身mRNA的可翻譯性*

核酸結(jié)合蛋白或者是與核酸分子相互作用為其生理功能的蛋白質(zhì)*即－－這些蛋白質(zhì)的mRNA上可能也有其結(jié)合位點(diǎn)1、釋放因子RF2合成的自體調(diào)控利用自身釋放肽鏈的職能提前終止其mRNA的翻譯94*

當(dāng)細(xì)胞內(nèi)RF2供應(yīng)充足時(shí)，RF2促成核糖體在上述UGA處肽鏈合成的終止*

若細(xì)胞缺乏RF2，則核糖體以未知機(jī)制向前滑動(dòng)一個(gè)Nt，發(fā)生移框，繼續(xù)合成到最后一個(gè)密碼子

RF2蛋白質(zhì)340個(gè)AAcodons不處于同一閱讀框

5‘…..GUUCUUAGGGGGUAUCUUU

GACUACGAC…..3’NH2ValLeuArgGlyTyrLeuAspTyrAspCOOH202122232425262728952、核糖體蛋白合成的自體調(diào)控

*E.coli核糖體蛋白質(zhì)的合成與rRNA（EF_Tu）合成嚴(yán)格協(xié)調(diào)（數(shù)目）

通過(guò)控制翻譯的起點(diǎn)－－即控制核糖體與自身mRNA的結(jié)合而對(duì)其自身蛋白質(zhì)mRNA可翻譯性進(jìn)行控制*核糖體蛋白質(zhì)與RNApol各亞基及延伸因子等混合編組在不同的操縱元中*每個(gè)operon有一個(gè)核糖體蛋白質(zhì)作為自身operon調(diào)節(jié)蛋白

*每個(gè)操縱元的mRNA上具有與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)

---靠近或包含SD序列9697*

操縱元mRNA上與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)與組裝核糖體時(shí)與

rRNA相結(jié)合位點(diǎn)高度同源，具有相似的二級(jí)結(jié)構(gòu)mRNA上與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)23SrRNA上與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)L11/L1opreon98*

調(diào)節(jié)蛋白與rRNA的結(jié)合力高于與自身mRNA的結(jié)合力*

調(diào)控方式當(dāng)細(xì)胞內(nèi)核糖體較少時(shí)，有游離的rRNA存在，調(diào)控蛋白優(yōu)先結(jié)合rRNA，此時(shí)調(diào)控蛋白控制的自身操縱元mRNA繼續(xù)翻譯相反情況，調(diào)控蛋白優(yōu)先結(jié)合mRNA，此時(shí)調(diào)控蛋白控制的自身操縱元mRNA停止翻譯調(diào)控實(shí)質(zhì)：核酸的合成水平調(diào)節(jié)了蛋白質(zhì)的合成翻譯水平調(diào)節(jié)99四、嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)調(diào)控（stringentresponsecontrol）

基本概念：原核生物在不良的營(yíng)養(yǎng)條件下（AA饑餓），自動(dòng)停止或降低（10～20倍）rRNA、tRNA

轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成速度的嚴(yán)謹(jǐn)現(xiàn)象?相關(guān)因子：?嚴(yán)謹(jǐn)因子：焦磷酸轉(zhuǎn)移酶由relA基因編碼正常情況下很少表達(dá)?信號(hào)分子：魔斑Ⅰ（magicspotⅠ）:ppGpp

鳥(niǎo)苷5’-3’-二磷酸魔斑Ⅱ（magicspotⅡ）:pppGpp

鳥(niǎo)苷5’-三磷酸3’-二磷酸100101?之所以稱為魔斑---AA饑餓時(shí)，E.coli的薄層層析圖譜上有兩種Nt與常見(jiàn)的Nt的遷移率不一樣?調(diào)控機(jī)制?空轉(zhuǎn)反應(yīng)：AA饑餓時(shí)，無(wú)負(fù)載的tRNA進(jìn)入核糖體的A

位后，新肽鍵不能形成，但GTP不斷消耗?空轉(zhuǎn)反應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)分子的產(chǎn)生ppGpppppGpp?ppGpp可與RNApol作用，使其不易變構(gòu)

pppGpp與轉(zhuǎn)錄I位點(diǎn)作用，阻止RNApol結(jié)合從而抑制tRNA、rRNA轉(zhuǎn)錄放慢轉(zhuǎn)錄起始、延伸過(guò)程，放慢蛋白質(zhì)合成過(guò)程，啟動(dòng)AA合成基因，通過(guò)緊縮開(kāi)支，渡過(guò)難關(guān)基因表達(dá)翻譯水平的調(diào)節(jié)102第六節(jié)DNA序列重排對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控103?Prok.中研究最多的是鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛基因的相變過(guò)程一、沙門氏菌的Ⅰ、Ⅱ相及基因分布

onoffrh1-ponoff104二、H2－rh1轉(zhuǎn)錄單元的表達(dá)機(jī)制*H2－rh1轉(zhuǎn)錄單元的表達(dá)受其上游一段995bpDNA

序列排列方向控制*995bp序列兩端各有一段14bp的IR

IRR982～995IRL1～14*H2基因的起始密碼子與995bp相隔16bp，啟動(dòng)子位于995bp序列末端*995bp序列中

hin基因產(chǎn)物可催化995bp序列的倒位105Fla.Mov.H1O

HinH2rh1(阻遏蛋白)IRL(1-14)IR

R(982-995)PP

Hin-P轉(zhuǎn)座酶H2鞭毛蛋白H1阻遏蛋白Fla-PH1

O

HinH2rh1(阻遏蛋白)IRL(1-14)IR

R(982-995)PPH1鞭毛蛋白非復(fù)制型原位轉(zhuǎn)座相變機(jī)制106三、相變的意義逃脫寄主抗體的進(jìn)攻此外－－

Euk.的酵母結(jié)合型免疫球蛋白的分子多樣性107第七節(jié)Euk.基因表達(dá)調(diào)控108一、Prok.與Euk.基因表達(dá)上的遺傳差異RepetitivegeneOverlappinggene

非編碼區(qū)SplittinggenePost-transcriptiontranscription&translationRNAprocessing偶聯(lián)EukaryoteProkaryoteDNADNA+histonchromatinNakedDNA109Enhancer&silencer弱化子AttenuaterMonocistronpolycistron(operon)m5Cgeneoff

乙?；姿峄柞；?/p>

糖基化轉(zhuǎn)錄因子transfactor活性形式EukaryoteProkaryote110Housekeepinggene(constitutive)Basicpromoter+T.F.Luxurygene(inducible)

多種組合的Trans-FactorPositivecontrol(mostly)

嚴(yán)謹(jǐn)性，專化性，復(fù)雜性(cAMP+CAP)site+－35+－10

單一類型保險(xiǎn)性NegativecontrolEukaryoteProkaryote111基因表達(dá)上的主要異同以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為主真核生物染色質(zhì)的狀態(tài)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控m5C與基因表達(dá)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄后多種方式的加工調(diào)節(jié)TransF+CisF.Geneon/off相異：相似：個(gè)體發(fā)育的階段調(diào)控以positivecontrol為主112Positivecontrol的必要性與優(yōu)越性a)真核生物genome大，某一種cis-factor出現(xiàn)的機(jī)率高但隨機(jī)出現(xiàn)5setof(trans-F+cis-F.)

完全相同的機(jī)率小靈活性可與多個(gè)(種)trans-Factor結(jié)合空間密碼的簡(jiǎn)并性嚴(yán)謹(jǐn)性113b)特異基因表達(dá)細(xì)胞分化如果10k/100k(10%)基因表達(dá)（90k基因關(guān)閉）Negativecontrol;90krepressorrequiredPositivecontrol;

停止合成90k特異tran-factor

即只合成10k特異expresser經(jīng)濟(jì)合理有效114二、Euk.DNA水平的調(diào)控1、基因拷貝數(shù)的改變a)基因的丟失（DNAfragmentorchromosomelose）蛔蟲(chóng)胚胎發(fā)育過(guò)程中有27%DNA的丟失

細(xì)胞分化過(guò)程中，可以通過(guò)丟失掉某些基因而去除這些基因的活性

某些低等Euk.：原生動(dòng)物、線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)和甲殼類動(dòng)物

體細(xì)胞內(nèi)丟失整條或部分染色體

將來(lái)分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)….

高等Euk.內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)115b)基因的擴(kuò)增(特定基因在特定階段的選擇性擴(kuò)增)

在沒(méi)有發(fā)生細(xì)胞分裂情況下，細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象

?細(xì)胞短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠的基因產(chǎn)物的一種調(diào)控手段（外界因素）

?兩棲類和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rDNA的擴(kuò)增

例：非洲爪蟾體細(xì)胞rDNA約500copies

卵母細(xì)胞200萬(wàn)copies（4000倍）116?chromatin狀況與基因表達(dá)相關(guān)證據(jù)1：轉(zhuǎn)錄活化區(qū)/非轉(zhuǎn)錄活化區(qū)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異

活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)DnaseS

核小體結(jié)構(gòu)不完整沒(méi)有連接的H1常染色質(zhì)geneon異染色質(zhì)geneoff2、轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)基因表達(dá)的控制117量大，進(jìn)化保守，與DNA無(wú)專一性結(jié)合區(qū)118H2A,H2B,H3,H4modifiedby乙?；?、磷酸化

表達(dá)非常活躍的rDNA轉(zhuǎn)錄區(qū)無(wú)nucleosome

結(jié)構(gòu)

凡被Trans-factor結(jié)合的區(qū)域均能阻止nucleosome

形成降低組蛋白的正電荷組蛋白解聚核小體松弛

活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)的組蛋白確實(shí)被乙?；?、磷酸化119證據(jù)2；體外重建染色質(zhì)改變轉(zhuǎn)錄效率NakedDNADNA+H2A,H2B,H3,H4轉(zhuǎn)錄速度

＞

轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度＞＞轉(zhuǎn)錄速度completenucleosomeaddH11203、m5C對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控a)m5C是真核生物DNA中的主要修飾成分

多發(fā)生在CpG序列中,不同細(xì)胞間m5C相差甚大胚胎細(xì)胞與特化體細(xì)胞相差106b)m5C對(duì)基因轉(zhuǎn)錄抑制的表現(xiàn)m5C在大溝內(nèi)影響與T.F.間氫鍵的形成

大溝內(nèi)m5C導(dǎo)致空間的擁擠,破壞構(gòu)象的平衡

使B-DNA

Z-DNA

T.F.結(jié)合空間的改變

降低轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合121三、Euk.的基因重排啤酒酵母（Saccharomycescerevisiae）接合型的決定

接合型

MATa

MATα單倍體細(xì)胞或a或α接合型互變需要HO基因－－編碼內(nèi)切酶1、單倍體接合型受

MATaMATα控制同宗不能接合，異宗能接合1222、接合型互變的匣子模型a、單倍體細(xì)胞中同時(shí)存在

MATa和MATα的遺傳信息b、活躍匣子MATa或MATα

沉寂匣子HMLα、HMRa

在同一條染色體上c、接合型互變

HMLα、HMRa能取代活躍匣子而改變接合型（不同型）原HM位置仍保留一個(gè)拷貝的沉寂匣子1233、沉寂匣子的表達(dá)受阻遏蛋白亞基基因sir1、sir2、sir3、sir4的產(chǎn)物Sir蛋白的反式作用控制Sir(silentinformationregulator)結(jié)合在HML和HMR的啟動(dòng)子上游,而MAT上無(wú)結(jié)合位點(diǎn)124四、Euk.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控?Euk.基因表達(dá)包括的5種不同的調(diào)節(jié)點(diǎn):

基因結(jié)構(gòu)的激活、起始轉(zhuǎn)錄、加工轉(zhuǎn)錄物、運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)、mRNA的翻譯?起始轉(zhuǎn)錄－－RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用決定若干TransF+CisF.的作用所決定?Euk.啟動(dòng)子的定義：包括所有那些位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近的序列，這些序列都是啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄所必需的（實(shí)用角度）?

轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄所必需的蛋白質(zhì)（決定性功能指標(biāo)）識(shí)別并結(jié)合在啟動(dòng)子序列上并非嚴(yán)格定義－－未包括增強(qiáng)子125a、

基本水平轉(zhuǎn)錄的

cis-factor

(promoterorbasicfactor)

Corepromoter

(Capsite,TATAbox必需因子)

UPE

(UpstreamPromoterElement)(CAATbox,GCbox)

對(duì)于housekeepinggene

(constitutiveexpression)

（1）啟動(dòng)子的組成

b、

特異誘導(dǎo)高效表達(dá)的cis-factorEnhancer

對(duì)于luxurygene

(inducibleexpression)

1、RNApolⅡ的啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子126127128（2）轉(zhuǎn)錄因子的分類a、基本轉(zhuǎn)錄水平的轉(zhuǎn)錄因子(Trans-factor)

基礎(chǔ)因子－－－Corepromoter上游因子－－－UPE所有啟動(dòng)子表達(dá)所必須-------基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體每個(gè)元件都有相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子129元件名稱共有序列結(jié)合DNA長(zhǎng)度因子TATAboxTATAAAA~10bpTBPCAATboxGGCCAATCT~22bpCTF/NF1GCboxGGGCGG~20bpSP1OctamerATTTGCAT~20bpOct-1OctamerATTTGCAT~23bpOct-2kBGGGACTTTCC~10bpNFkBATFGTGACGT~20bpATF130★真核生物必須有與基本轉(zhuǎn)錄相關(guān)的trans-factor在啟動(dòng)子處的先期結(jié)合,RNApol才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄l

TF(I,II,III)轉(zhuǎn)錄因子l

TAF(TBP輔助因子)l

RAP(RNApol.結(jié)合蛋白)●TIC(轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物)等等……….此外131b、誘導(dǎo)型因子

特定時(shí)間、條件、或特定組織中合成或被活化

調(diào)控基因在不同時(shí)間、條件或不同地點(diǎn)表達(dá)應(yīng)答元件----enhancer（3）轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合域和活化結(jié)構(gòu)域是獨(dú)立的

結(jié)合結(jié)構(gòu)域和活化結(jié)構(gòu)域之間的連接物是足夠柔性的l

多為變構(gòu)蛋白132DNA-結(jié)合domain二聚化domain(在一些二聚體因子中)活化domain轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)域aDNA結(jié)合:HTH、鋅指、堿性區(qū)域b蛋白質(zhì)結(jié)合：

Leu拉鏈、HLH、

c活化一段包括酸性AA的保守序列133（4）Enhancer的結(jié)構(gòu)與功能

雙方向性，組織特異性，位點(diǎn)非專一性

a、由兩個(gè)以上的增強(qiáng)子成分(EnhancerElement)組成

b、EnhancerElement必需由兩個(gè)緊密相連,具有間距效應(yīng)的

增強(qiáng)子元

(Enhanson）組成

c、各個(gè)Enhanson(cis-factor)與激活蛋白(trans-factor)結(jié)合

增強(qiáng)特異性轉(zhuǎn)錄

促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的復(fù)合體

+UPE+corepromoter基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體134Enhancer

特異的

transc.Factor(tran-factor)

特異的transc.Factor(tran-factor)

……..++增強(qiáng)子復(fù)合物的激活區(qū)增強(qiáng)子復(fù)合物的激活區(qū)……..EnhancerElementEnhancerElement……..

(<100bp)

Enhanson(cis-factor)

Enhanson(cis-factor)

……..(<5bp)

135e.g.SV40Enhancer(-179~-250)136

En.Elem.En.ElemEn.Elem.

-250-180

coreCTCIITCIsphIIsphI

Ap3Ap2Ap1

遠(yuǎn)距離控制，無(wú)方向性

mRNA

+1GCCAATTATA

促進(jìn)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體137d、增強(qiáng)子復(fù)合物與近啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物構(gòu)型契合，而不與RNApolymerase結(jié)合

e、Enhancer的兩位點(diǎn)二元組織方式f、特化細(xì)胞內(nèi)，具全部特異轉(zhuǎn)錄因子（trans-factor）才表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)即增強(qiáng)子的組織特異性

g、增強(qiáng)子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以正控制方式防止基因表達(dá)的紊亂

能利用有限的trans-factor提供更多基因的表達(dá)調(diào)控因子類型一位點(diǎn)的二元結(jié)構(gòu)：A,Bfactor→AA,BB,AB,BA

兩位點(diǎn)的二元結(jié)構(gòu)：AA-AA,AA-BB,AA-AB,AA-BABB-BB,BB-AA,BB-AB,BB-BAAB-BB,AB-AA,AB-AB,BA-BA……138（5）不同部位的反式因子相互作用假說(shuō)

擰轉(zhuǎn)學(xué)派、滑動(dòng)學(xué)派、接力學(xué)派和嚕噗學(xué)派139（6）可誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)控方式a、合成轉(zhuǎn)錄因子b、蛋白質(zhì)磷酸化c、蛋白質(zhì)脫磷酸化d、結(jié)合配基f、抑制劑釋放g、改變不同伴侶140五、Euk.轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控1、hnRNA的選擇性加工某些基因序列在hnRNA和mRNA中的相對(duì)豐度差異很大e.g.海膽中該調(diào)控水平的體現(xiàn)海膽細(xì)胞hnRNA成熟mRNA胚胎時(shí)期胚囊約2萬(wàn)種約13000種成體腸約2.5萬(wàn)種約3000種且－－尿胚中存在而腸細(xì)胞中沒(méi)有的mRNA極大多數(shù)可在腸細(xì)胞的hnRNA中發(fā)現(xiàn)說(shuō)明：不同組織轉(zhuǎn)錄水平差異不大加工運(yùn)輸機(jī)制目前了解很少1412、mRNA前體的選擇性拼接(alternativesplicing)（1）概念：有些基因產(chǎn)生的mRNA前體可按不同的方式剪接，產(chǎn)生出兩種或更多種mRNA?兩種結(jié)果：結(jié)果1---差異在5‘和3’非翻譯區(qū)，產(chǎn)生相同的蛋白質(zhì)結(jié)果2---產(chǎn)生不同的mRNA編碼區(qū)，產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)結(jié)果2又有幾種情況：?情況1---同一細(xì)胞中產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)?情況2---同一基因在不同細(xì)胞中產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)

組織特異性?情況3---不同發(fā)育時(shí)期或條件下表達(dá)出不同的蛋白質(zhì)以上情況均受特定調(diào)控142（2）選擇性拼接方式a、不同的加尾位點(diǎn)（免疫球蛋白）b、不同的拼接位點(diǎn)

SV40的T（100KD）和t抗原（18KD）的產(chǎn)生等t抗原的mRNA內(nèi)有一UAAc、結(jié)合前兩種機(jī)制的方式d、可能還存在不同啟動(dòng)子處轉(zhuǎn)錄的機(jī)制（目前尚