分子生物學(xué)課件geneexpression

分子生物學(xué)課件geneexpression

轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工調(diào)節(jié)

mRNA在運輸過程中的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)

mRNA降解的調(diào)節(jié)第一節(jié)真核基因的表達調(diào)控一、真核生物的表達調(diào)控——復(fù)雜性同一物種（個體），在不同發(fā)育時期，基因表達的種類和數(shù)量不同；同一基因，在不同組織、器官，基因表達的種類和數(shù)量不同。

——主要調(diào)控方式仍然是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。

DNA的結(jié)構(gòu)；蛋白因子；

RNA分子；翻譯后蛋白質(zhì)的修飾

DNA的結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控

DNA是遺傳信息的載體，具有高度的穩(wěn)定性，但DNA在生物體內(nèi)并不是一個僵硬的分子，而會根據(jù)需要，在某些因素的影響下發(fā)生構(gòu)象的改變。

一、DNA的立體結(jié)構(gòu)對表達的調(diào)控

超螺旋：體外實驗表明，只有把DNA卷成超螺旋，才能進行復(fù)制和轉(zhuǎn)錄?！俺菪_放假說”——DNA的超螺旋度對基因表達至關(guān)重要，在任何細(xì)胞中，凡需表達的基因，其超螺旋度恰好符合該DNA解鏈的要求，利于RNA聚合酶與之結(jié)合并進行轉(zhuǎn)錄。

——超螺旋度決定基因是否表達

DNA的構(gòu)象

Z-DNA——增強子2.基因的擴增、重組及修飾對表達的影響基因擴增——重復(fù)性個體發(fā)育的某一階段或在細(xì)胞分化過程中，作為細(xì)胞急需積累某種或某些蛋白的一種手段。

基因重組在一級結(jié)構(gòu)水平上改變基因的排列，使基因表達增強或減弱。

轉(zhuǎn)位因子引起的基因重組①轉(zhuǎn)位因子中帶有啟動子序列或終止信號，使鄰近基因轉(zhuǎn)錄；②轉(zhuǎn)位后，受體表現(xiàn)新的性狀，如抗性基因的傳播；③轉(zhuǎn)位因子是一個具有表達潛能的沉默基因；④改變基因的閱讀框架或改變基因的連續(xù)性。（一）乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)型操縱子成年珠蛋白基因在網(wǎng)織紅細(xì)胞中低甲基化，在其他細(xì)胞中高甲基化；二聚體化轉(zhuǎn)錄因子C/EBP的亮氨酸拉鏈和DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)模型4個互補區(qū)當(dāng)環(huán)境中無trp時，阻遏蛋白無活性，不能與操縱基因O結(jié)合，基因轉(zhuǎn)錄；無色氨酸—操縱子基因開始轉(zhuǎn)錄，此后轉(zhuǎn)錄速率受轉(zhuǎn)錄衰減機制調(diào)節(jié)CAP、RNA聚合酶、Repressor與模板DNA結(jié)合簡圖翻譯后進行某些氨基酸的修飾：羥基化、乙酰化、磷酸化、糖基化等——擴大生物對環(huán)境的適應(yīng)性。一、真核生物的表達調(diào)控——復(fù)雜性蛋白因子；AC4+C5zincfingerpairGC順序的甲基化能抑制基因表達；Lys·Ala·Ile·Phe·Val·Leu·Lys·Gly·Trp·Trp·Arg·Thr·Ser·StopmRNA的不同剪接方式——不同蛋白質(zhì)Helix-turn-helixmotif與DNA結(jié)合

(識別螺旋在DNA大溝中)堿基修飾（甲基化）

GC順序的甲基化能抑制基因表達；成年珠蛋白基因在網(wǎng)織紅細(xì)胞中低甲基化，在其他細(xì)胞中高甲基化；胚胎型珠蛋白基因在胎肝中低甲基化，在其他組織中高甲基化。

C5m利于Z-DNA的穩(wěn)定。3.調(diào)控序列（順式調(diào)控元件）啟動子、增強子等

順式作用元件與反式作用因子(轉(zhuǎn)錄因子)

轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征螺旋--轉(zhuǎn)角--螺旋結(jié)構(gòu)(helix-turn-helix)

鋅指結(jié)構(gòu)(zincfinger)

亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)(leucinezipper)Thehelix-turn-helixmotifHelix-turn-helixmotif與DNA結(jié)合

(識別螺旋在DNA大溝中)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋-環(huán)-螺旋鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)ZincfingertranscriptionfactorsHisHisCysZnCysZnCysCysHisHisAC2H2zincfingerTheestrogenreceptorAC4+C5zincfingerpairZnCysCysCysCysCysZnCysCysCysCysC4+C5transactivationhormonebinding,dimerizationandtransactivationDNAbindingdomainNCTFIIIA鋅指與5SDNA結(jié)合模型亮氨酸拉鏈模型及它在轉(zhuǎn)錄因子兩個分子二聚體化中的作用二聚體化轉(zhuǎn)錄因子C/EBP的亮氨酸拉鏈和DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)模型

蛋白因子與基因表達調(diào)控

1.蛋白激酶和核內(nèi)蛋白磷酸化磷酸化——去磷酸化，使酶活性改變；

2.特異性DNA結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄因子(TFⅢA、B)；

3.snRNP核內(nèi)小分子核糖核蛋白；

4.激素形成激素—受體復(fù)合物，與DNA特定位點結(jié)合，影響基因表達。RNA在基因表達調(diào)控中的作用

RNA參與蛋白質(zhì)生物合成（tRNA、rRNA、mRNA），是連接DNA和蛋白質(zhì)的橋梁，是信息的傳遞者。研究表明，RNA是一個種類繁多，功能廣泛的復(fù)雜大分子體系，與其它大分子（DNA、蛋白質(zhì)、多糖）共同完成生物的各種功能。如參與mRNA的成熟、促進蛋白的分泌運輸?shù)取?/p>

對轉(zhuǎn)錄的影響

snRNA——提高轉(zhuǎn)錄的模板活性；與DNA結(jié)合，影響轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制（端粒酶）

mRNA的不同剪接方式——不同蛋白質(zhì)

翻譯后蛋白質(zhì)修飾在基因表達中的作用蛋白以前體形式存在，經(jīng)蛋白酶水解成為有活性的肽；翻譯后進行某些氨基酸的修飾：羥基化、乙酰化、磷酸化、糖基化等——擴大生物對環(huán)境的適應(yīng)性。第二節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(一)σ因子決定RNA聚合酶識別特異性(二)操縱子模型的普遍性操縱子—一個轉(zhuǎn)錄單位(三)阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性刺激因子--DNA的損傷和復(fù)制受阻DNA是遺傳信息的載體，具有高度的穩(wěn)定性，但DNA在生物體內(nèi)并不是一個僵硬的分子，而會根據(jù)需要，在某些因素的影響下發(fā)生構(gòu)象的改變?；驍U增——重復(fù)性mRNA的不同剪接方式——不同蛋白質(zhì)Helix-turn-helixmotif與DNA結(jié)合

(識別螺旋在DNA大溝中)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)基因與P之間有一衰減子區(qū)域轉(zhuǎn)錄因子(TFⅢA、B)；trp操縱子—阻遏型操縱子AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGA.Helix-turn-helixmotif與DNA結(jié)合

(識別螺旋在DNA大溝中)AC2H2zincfingerDNAbindingdomain當(dāng)環(huán)境中存在trp時，trp與阻遏蛋白結(jié)合成有活性的阻遏蛋白，與操縱基因O結(jié)合而阻止RNA聚合酶向前移動，阻止基因轉(zhuǎn)錄。transactivation

Lacoperon和它的調(diào)節(jié)基因圖譜Lacoperon阻遏與誘導(dǎo)狀態(tài)圖解乳糖操縱子——誘導(dǎo)型二、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機制（一）乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)型操縱子P--RNA酶結(jié)合的DNA序列-10區(qū)TATAAT和-35區(qū)TTGACA,強啟動子O--結(jié)合阻遏物,是RNA酶能否通過的開關(guān)（二）、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)無乳糖lac操縱子處于阻遏狀態(tài)有乳糖lac操縱子即可被誘導(dǎo)誘導(dǎo)劑半乳糖IPTG（三）CAP的正性調(diào)節(jié)CAP—分解代謝基因激活蛋白同二聚體DNA結(jié)合區(qū)cAMP結(jié)合位點CAP二聚體結(jié)構(gòu)CAP、RNA聚合酶、Repressor與模板DNA結(jié)合簡圖乳糖操縱子的調(diào)控方式i基因POLacZLacYlacA有誘導(dǎo)物時阻遏物蛋白亞基阻遏蛋白誘導(dǎo)物無活性的阻遏蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯β-半乳糖苷酶β-半乳糖苷通透酶β-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶mRNACAPcAMPCAP-cAMP（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)負(fù)性調(diào)節(jié)與正性調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP不發(fā)揮作用如沒有CAP加強轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從P上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性☆葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖葡萄糖可降低cAMP濃度，阻礙其與CAP結(jié)合從而抑制轉(zhuǎn)錄結(jié)論：lac操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖三、其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制（一）轉(zhuǎn)錄衰減trp操縱子—阻遏型操縱子有trp時—trp結(jié)合阻遏蛋白Trp時阻斷轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶輔阻遏蛋白OPR基因EDCBA+色氨酸無色氨酸—操縱子基因開始轉(zhuǎn)錄，此后轉(zhuǎn)錄速率受轉(zhuǎn)錄衰減機制調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因與

P之間有一衰減子區(qū)域前導(dǎo)肽轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)衰減子—不依賴ρ因子的終止結(jié)構(gòu)RNA聚合酶脫落，轉(zhuǎn)錄終止

色氨酸操縱子調(diào)控機制：阻遏型有trp，基因不表達；無trp，基因表達翻譯與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)的衰減子調(diào)控trpoperon的結(jié)構(gòu)簡圖5個結(jié)構(gòu)基因——E、D、C、B、A；Promoter操縱基因——O前導(dǎo)序列——L衰弱子——att阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控——粗調(diào)當(dāng)環(huán)境中無trp時，阻遏蛋白無活性，不能與操縱基因O結(jié)合，基因轉(zhuǎn)錄；當(dāng)環(huán)境中存在trp時，trp與阻遏蛋白結(jié)合成有活性的阻遏蛋白，與操縱基因O結(jié)合而阻止RNA聚合酶向前移動，阻止基因轉(zhuǎn)錄。

trp是一個輔助阻遏物。trp與trp阻遏物結(jié)合改變了阻遏物的構(gòu)象基因的轉(zhuǎn)錄取決于trp的濃度Lys·Ala·Ile·Phe·Val·Leu·Lys·Gly·Trp·Trp·Arg·Thr·Ser·Stop成年珠蛋白基因在網(wǎng)織紅細(xì)胞中低甲基化，在其他細(xì)胞中高甲基化；轉(zhuǎn)位因子引起的基因重組翻譯后進行某些氨基酸的修飾：羥基化、乙?；?、磷酸化、糖基化等——擴大生物對環(huán)境的適應(yīng)性。Helix-turn-helixmotif與DNA結(jié)合

(識別螺旋在DNA大溝中)當(dāng)環(huán)境中存在trp時，trp與阻遏蛋白結(jié)合成有活性的阻遏蛋白，與操縱基因O結(jié)合而阻止RNA聚合酶向前移動，阻止基因轉(zhuǎn)錄。DNA的結(jié)構(gòu)；阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控——粗調(diào)磷酸化——去磷酸化，使酶活性改變；AUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGA.螺旋--轉(zhuǎn)角--螺旋結(jié)構(gòu)(helix-turn-helix)——主要調(diào)控方式仍然是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。二聚體化轉(zhuǎn)錄因子C/EBP的亮氨酸拉鏈和DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)模型無trp，基因表達trp阻遏蛋白與DNA的結(jié)合衰弱效應(yīng)——細(xì)調(diào)

trpmRNA分子合成開始，大多數(shù)mRNA分子在trpE轉(zhuǎn)錄開始之前就停止，當(dāng)trp很少時，才合成完整的mRNA。前導(dǎo)序列由14個氨基酸的前導(dǎo)肽構(gòu)成

4個互補區(qū)

1個衰弱子

前導(dǎo)序列有以下特點：富含GC，易于形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)；并列多個trp密碼子；

8個連續(xù)的U，構(gòu)成轉(zhuǎn)錄終止信號；

1—2、3—4、2—3均會形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。當(dāng)1—2、3—4區(qū)配對，形成強終止子，轉(zhuǎn)錄終止，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為mRNA的前導(dǎo)序列。

——衰弱效應(yīng)當(dāng)2—3區(qū)配對，不形成強終止子，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進行，產(chǎn)生完整的mRNA序列。trp弱化子位點堿基順序

Lys·Ala·Ile·Phe·Val·Leu·Lys·Gly·Trp·Trp·Arg·Thr·Ser·StopAUGAAAGCAAUUUUCGUACUGAAAGGUUGGUGGCGCACUUCCUGA....trp前導(dǎo)肽的氨基酸順序和對應(yīng)前導(dǎo)mRNA的堿基順序第二節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)同一基因，在不同組織、器官，基因表達的種類和數(shù)量不同。DNA是遺傳信息的載體，具有高度的穩(wěn)定性，但DNA在生物體內(nèi)并不是一個僵硬的分子，而會根據(jù)需要，在某些因素的影響下發(fā)生構(gòu)象的改變。順式作用元件與反式作用因子(轉(zhuǎn)錄因子)CAP、RNA聚合酶、Repressor與模板DNA結(jié)合簡圖④改變基因的閱讀框架或改變基因的連續(xù)性。DNAbindingdomain重組修復(fù)蛋白(RecA)參與,水解LexA(一系列操縱子的阻遏物)超螺旋：體外實驗表明，只有把DNA卷成超螺Lacoperon阻遏與誘導(dǎo)狀態(tài)圖解重組修復(fù)蛋白(RecA)參與,水解LexA(一系列操縱子的阻遏物)GC順序的甲基化能抑制基因表達；當(dāng)1—2、3—4區(qū)配對，形成強終