基因信息的傳遞基因表達(dá)調(diào)控.ppt

1、,一、基因表達(dá)的概念,* 基因組(genome) 一個(gè)細(xì)胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。,基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。,* 基因表達(dá)(gene expression),基因表達(dá)是受調(diào)控的,二、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性,（一）時(shí)間特異性,（二）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(cell or tissue specificity)。,在個(gè)體生長(zhǎng)全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatial specificity)。,

2、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：,（一）組成性表達(dá),某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。,無論表達(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)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基因表達(dá)(constitutive gene expression)。,（二）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)的過程，稱為誘導(dǎo)(induction)。,如果基因?qū)Νh(huán)境

3、信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。,在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(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)(coordinate regulation)。,四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義,（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖,（二）維持個(gè)體發(fā)育與分化,五、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理,（一）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,（二）基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素,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)

4、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)。,1. 特異DNA序列和調(diào)節(jié)蛋白質(zhì),原核生物, 操縱子(operon) 機(jī)制,共有序列(consensus sequence) 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。,2 操縱序列 阻遏蛋白(repressor)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。,3) 其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白,例如,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

5、，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。,有些基因在沒有激活蛋白存在時(shí)，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列。,真核生物,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)。,2) 真核基因的調(diào)節(jié)蛋白,還有蛋白質(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。,由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。,反式作用因子(trans-acting factor),這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。,反式調(diào)節(jié),順式調(diào)節(jié),指的是反式作用因子與順式作用元件之間的特異識(shí)別及結(jié)合。

6、通常是非共價(jià)結(jié)合，被識(shí)別的DNA結(jié)合位點(diǎn)通常呈對(duì)稱、或不完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。,絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合DNA前，需通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體(dimer)或多聚體(polymer)。,3. RNA聚合酶, 原核啟動(dòng)序列/真核啟動(dòng)子與RNA聚合酶活性,RNA聚合酶與其的親和力，影響轉(zhuǎn)錄。, 調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性,一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下表達(dá)，然后通過DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影響RNA聚合酶活性。,第 二 節(jié) 原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié),Regulation of Prokaryotic Gene Transcription,（一）因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性,（二）操

7、縱子模型的普遍性,（三）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性,二、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制,（一）乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu),沒有乳糖存在時(shí),（二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié),有乳糖存在時(shí),無葡萄糖，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),（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié),當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；,如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。,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)。,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,前導(dǎo)序列,第10、11密碼子為trp密碼子,14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):,包含序列1,形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱： 序列1/2序列2/3序列3/4,（二）基因重組,沙門菌鞭毛素基因的調(diào)節(jié),（三）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,第 三 節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié),Regulation of Eukaryotic Gene Transcription,一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn),（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大,（二）單順反子,單順反子(monocistron) 即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。,（三）

9、重復(fù)序列,（四）基因不連續(xù)性,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,1. 對(duì)核酸酶敏感,活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。,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,4. 組蛋白變化, 富含Lys組蛋白水平降低 H2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加 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)錄后修飾、加工,三、真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(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。,（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(general transcription factors),是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。,* 特異轉(zhuǎn)錄