基因表达调控ppt
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第五章基因表达的调控(Regulationandcontrolofgene
26
4．转录起始的复合调控
在大肠杆菌的许多操纵子中，基因 的转录不是由单一因子调控的，而是通 过负调控因子和正调控因子进行复合调 控。典型例子：糖代谢有关的操纵子，
如lac 操纵子。
19
2.转录起始的负调控
操纵子（operon）：一个多顺反子转 录单位与其调控序列即构成操纵子。
乳糖操纵子（lactose operon,lac）
是原核生物基因转录负调控的最典型模式。
20
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区
结构基因
P OZ YA
DNA
阻遏基因I
操纵元件 启动子
CAP结合位点
第五章 基因表达的调控
( Regulation and control of gene expression )
1
概述
2
一、基因表达的概念 基因表达 ( gene expression)
生物基因组中结构基因所携带的遗 传信息，经过转录、翻译等一系列过程， 合成具有特定的生物学功能和生物学效 应的蛋白质的全过程。
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
21
仅有葡萄糖 葡萄糖耗完， 有乳糖存在
22
-10
+1
+10
+20
+30
.
.
.
.
.
5′ATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAA 3′
3′TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT 5′
要识别相当数量的启动区，需依赖数目繁多的辅助
蛋白（如б因子）完成这些功能。 启动区序列：保守序列
4．转录起始的复合调控
在大肠杆菌的许多操纵子中，基因 的转录不是由单一因子调控的，而是通 过负调控因子和正调控因子进行复合调 控。典型例子：糖代谢有关的操纵子，
如lac 操纵子。
19
2.转录起始的负调控
操纵子（operon）：一个多顺反子转 录单位与其调控序列即构成操纵子。
乳糖操纵子（lactose operon,lac）
是原核生物基因转录负调控的最典型模式。
20
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区
结构基因
P OZ YA
DNA
阻遏基因I
操纵元件 启动子
CAP结合位点
第五章 基因表达的调控
( Regulation and control of gene expression )
1
概述
2
一、基因表达的概念 基因表达 ( gene expression)
生物基因组中结构基因所携带的遗 传信息，经过转录、翻译等一系列过程， 合成具有特定的生物学功能和生物学效 应的蛋白质的全过程。
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
21
仅有葡萄糖 葡萄糖耗完， 有乳糖存在
22
-10
+1
+10
+20
+30
.
.
.
.
.
5′ATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAA 3′
3′TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT 5′
要识别相当数量的启动区，需依赖数目繁多的辅助
蛋白（如б因子）完成这些功能。 启动区序列：保守序列
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
操纵子(operon)是原核生物中几个功能相关的 结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协 同单位。操纵子的本质是DNA序列。
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
真核生物的基因表达调控ppt(共59张PPT)
在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础转录因 子以外，还需要其它顺式作用元件和反式作用因子的参与。 参与基因表达调控的主要顺式作用元件有：增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件；参与基因表达调控的反式作用因子也称为转录 因子，它们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因的表达，而阻遏蛋白与沉默子结合 ，抑制基因的表达，某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为 阻遏蛋白其作用，究竟是起何种作用取决于被调节的基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点，但它们能够通过蛋白质与蛋白质的相互作 用而行使功能，作用方式包括：招募其它转录因子和携带修饰酶（ 如激酶或乙酰基转移酶）到转录复合物而刺激激活蛋白的活性；辅 阻遏蛋白也缺乏DNA结合位点，但同样通过蛋白质与蛋白质的相互 作用而起作用，作用机理包括：掩盖激活蛋白的激活位点、作为负 别构效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶（如磷酸酶或组蛋白去乙 酰基酶）的活性。
真核生物与原核生物在 调控机制上的主要差异
调控的原因：原核生物基因表达调节的目的是为了更有效 和更经济地对环境的变化做出反应，而多细胞真核生物基 因表达调节的主要目的是细胞分化，它需要在不同的生长 时期和不同的发育阶段具有不同的基因表达样式； 调控的层次：原核生物基因表达调控主要集中在转录水平 ，但真核生物基因表达的转录后水平调节与其在转录水平 上的调节各占“半壁江山”，而某些调控层次是真核生物特有 的，比如染色质水平、RNA后加工水平和mRNA运输等；
调控的手段：原核生物绝大多数的基因组织成操纵子，但真核 生物一般无操纵子结构。
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核生物 DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转录的“默认 状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行的负调控，而真核生 物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控机制主要是通过激活蛋白进行 的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响到基因 的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所在位置的染色 质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位是核小体，因此，染 色质结构的改变是从核小体的变化开始的，而核小体的变化是从组蛋白 的共价修饰和去修饰开始的。
遗传学--基因的表达与调控 PPT课件
1978年，在噬菌中还发现了重叠基因（overlapping gene），一个基因序列可被包含在另一个基因中，两个基因 的序列可以部分重叠
还发现了假基因（pseudogene），同已知的基因相似， 与结构基因的核苷酸顺序大部分同源，处于不同的位点，由 于缺失或突变而不能转录或翻译,也不能正常表达，是没有 功能的基因。
基因的表达与调控
基因是遗传信息传递与表达的基本单位，是原 核生物、真核生物和病毒的DNA分子和RNA分子 中具有特定结构的核苷酸序列。但并非任何一个 区段的DNA都是基因，基因是有一定组织结构的 DNA或RNA。 遗传学对基因的研究，始终都是对基因本质的 研究，但人们对基因本质的认识随着遗传学的发 展在不断加深和完善，可以说遗传学的发展史， 渗透和贯穿在人们对基因认识的不断深化的过程 中。
2．基因与DNA：基因与DNA，DNA分子最短的约 有4000bp，最长的约为40亿bp，而大量的结构基 因的大小，可以从它编码肽链的长度作一个粗略的 估计，多数肽链由150～300个氨基酸组成，那么 将有450～900bp来为它编码，加上基因内不编码 的核苷酸序列，一个基因大约有500～6000bp。但 并非DNA分子上任何一段含有几千个核苷酸对都 是一个基因，基因是一个含有特定遗传信息的 DNA分子区段。
§1．基因的概念
一、基因概念的发展
基因的概念在不同的时期有不同的内容，遗传学的发展史就 是基因概念不断深入和完善的历史。
（一）经典遗传关于基因的概念 1．遗传因子（hereditary factor）的概念： 2．“三位一体”的基因概念：
摩尔根：对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和 染色体为主体的经典遗传学。
第07章基因表达和调控
真核生物启动子
▪ TATA框(TATA box)：Hogness等在真核基因
中发现了类似Pribnow框的共同序列，即位 于-25～-30 bp处的TATAAAAG
▪ 上游启动子元件(upstream promoter element，
UPE)或上游激活序列(upstream activating sequence，UAS)： TATA框上游的保守序列
A transcription unit
▪ 转录因子(Transcription factor)：起正调控作
用的反式作用因子，转录起始过程中RNA 聚合酶所需的辅助因子
▪ 真核生物基因在无转录因子时处于不表达
状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录， 只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的 DNA序列上后，基因才开始表达
(1) 转录酶 的功原能核是生使物全：酶全识酶别α启2动β子β并′与σ之，结核合心酶
真核生物：I、II、III (2)调控元件的作用
原核生物： 超螺旋→ DNA解旋酶、拓扑异构酶I
1. 转录调控的类型
终止子→内在终止子(发夹结构、U串) 和依赖ρ因子的终止子
真核生物：
▪ (3) 基因共转录调控
原核生物：操纵子 真核生物：“同表达基因群” (synexpression group)，时间和空间上
4. 沉默子silencer
▪ T抗原受体(TCR)基因有α/β、γ/δ两种 ▪ 编码α链和δ链是同一基因座的两个等位基
因，α链恒定区Cα基因3’端下游有α增强子
▪ 对α基因专一的沉默子的作用是阻止Jα基因
在γ/δ型T细胞中参与重排，使Jα基因只参与 α/β型T细胞中的重排
▪ 在α和δ中选择α，使δ等位基因沉默
《基因表达调控》课件
它对细胞发育、组织特化和疾病发生都有重要影响
II. 转录调控
1
A.
B. 各种转录因子的分类及功能
不同类型的转录因子在基因表达调控中扮演不同的角色
3
C. 转录因子的结构和作用机制
了解转录因子结构和作用机制对理解转录调控至关重要
III. RNA加工调控
《基因表达调控》PPT课 件
这是一份关于基因表达调控的PPT课件，涵盖了基本概念、转录调控、RNA加 工调控、蛋白质翻译调控、表观遗传调控、氧气水平调控、微小RNA调控、研 究技术及应用。
I. 介绍基因表达调控的基本概念和意义
什么是基因表达调控？
基因表达调控是控制基因转录和翻译过程的机制和调节
为什么基因表达调控重要？
A. 5'端和3'端加工的调控
了解5'端和3'端加工调控对RNA 稳定性和功能的影响
B. 剪接调控
剪接调控在基因表达调控中起 着重要的作用
C. RNA编辑调控
RNA编辑调控可改变RNA序列， 影响蛋白质功能
IV. 蛋白质翻译调控
A. 起始子处理和调控
起始子处理和调控是蛋白质翻译的重要调控步骤
B. 翻译的调控
生物对低氧环境做出的响应以及调控机制
高原环境对基因表达调控产生的影响
VII. 微小RNA的调控作用
1
什么是微小RNA？
微小RNA是一类重要的非编码RNA分
微小RNA的调控机制
2
子
通过结合目标mRNA来调控基因表达
VIII. 基因表达调控的研究技术
A. 基因芯片
基因芯片是一种常用的基因表 达调控研究技术
了解如何调控翻译过程以控制蛋白质合成
C. 结束子处理及调控
II. 转录调控
1
A.
B. 各种转录因子的分类及功能
不同类型的转录因子在基因表达调控中扮演不同的角色
3
C. 转录因子的结构和作用机制
了解转录因子结构和作用机制对理解转录调控至关重要
III. RNA加工调控
《基因表达调控》PPT课 件
这是一份关于基因表达调控的PPT课件，涵盖了基本概念、转录调控、RNA加 工调控、蛋白质翻译调控、表观遗传调控、氧气水平调控、微小RNA调控、研 究技术及应用。
I. 介绍基因表达调控的基本概念和意义
什么是基因表达调控？
基因表达调控是控制基因转录和翻译过程的机制和调节
为什么基因表达调控重要？
A. 5'端和3'端加工的调控
了解5'端和3'端加工调控对RNA 稳定性和功能的影响
B. 剪接调控
剪接调控在基因表达调控中起 着重要的作用
C. RNA编辑调控
RNA编辑调控可改变RNA序列， 影响蛋白质功能
IV. 蛋白质翻译调控
A. 起始子处理和调控
起始子处理和调控是蛋白质翻译的重要调控步骤
B. 翻译的调控
生物对低氧环境做出的响应以及调控机制
高原环境对基因表达调控产生的影响
VII. 微小RNA的调控作用
1
什么是微小RNA？
微小RNA是一类重要的非编码RNA分
微小RNA的调控机制
2
子
通过结合目标mRNA来调控基因表达
VIII. 基因表达调控的研究技术
A. 基因芯片
基因芯片是一种常用的基因表 达调控研究技术
了解如何调控翻译过程以控制蛋白质合成
C. 结束子处理及调控
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分泌型表达载体----pINIII-ompA1
分泌型融合表达载体----pEZZ18
五、提高克隆基因表达效率的途径
感谢您的关注
产物切割方便：
pGEX-1T—凝血酶
pGEX-2T---凝血酶
pGEX-3T---X因子
位相载体
优点：
• • 表达效率高 产物稳定
•
•
易鉴定：融合蛋白分子量大，电泳可鉴定
易纯化：利用融合原核多肽的特性
3、分泌型表达载体
（1）主要元件：
启动子和SD序列
信号肽序列：SD下游，编码信号肽， 可引导蛋白跨膜。 （2）优点：分泌表达，避免降解。
1. 启动子(Promoter)
指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转 录的一段DNA序列。
• 一般长40-60bp，富含A-T碱基对 • 共有保守序列： -10区（pribnow box）：TATAAT -35区
① -35box
RNA聚合酶 亚基的识别位点 。
5’-TTGACA-3’
② -10box（Pribnow Box）
第七章 克隆基因的表达
外源基因 重组载体 表达载体 提取蛋白
导入宿主细胞
在宿主细胞中 表达出蛋白质
宿主细胞：原核细胞或真核细胞。
基因克隆
外源基因
载体
克隆基因的表达
植物基因工程
大肠杆菌
mRNA
RNA Pol 外源基因
据受体细胞的不同可分为：
1、原核表达载体系统：
将外源基因引入原核细胞，并使其在原 核细胞中以发酵形式快速高效地表达、合成基 因产物的体系。
来自大肠杆菌的乳糖操纵子。
阻遏基因
启动子
操纵单元
结构基因
lac I
lac P lac O lac Z lac Y lac A
可用乳糖或其类似物IPTG诱导。
lacP lacO 目的基因
IPTG =异丙基硫代-β-D半乳糖
（2）色氨酸启动子 trp
来自大肠杆菌的色氨酸操纵子。
trpR
P1 O trpE trpD
筛选标志
其它调控基因
类型：
非融合型表达载体：----天然完整蛋白
融合型表达载体：
分泌型表达载体：
----融合蛋白
----产物可跨膜分 泌至胞外间隙
1、非融合型表达载体
载体表达出的外源基因蛋白质不与细菌的任何蛋白 质融合在一起。
Foreign DNA
P SD
非融合型表达载体
非融合基因
非融合型表达载体----pPL-Lamda
cI, cII, cIII: 阻遏蛋白； P:启动子；O:操纵子。 R:右；L:左
早期左边 转录
转录
cIII N PL/OL cI PM OR/PR Cro PE cII
早期右边
阻遏物
转录
当cI合成后，与OL和OR结合阻止RNA聚合酶，则左右基因 都受到抑制。但促进PM使cI进一步转录。进入溶原期。
5’-TATAAT-3’ 5’ TTGACA
17bp TATAAT 转录起始位点
核糖体结合位点
2. S—D序列 核糖体结合位点（ RBS（ribosome binding site) ）
ⅰ）Shine-Dalgarno（SD） sequence：
mRNA上与核糖体16sRNA结合的DNA序列。
SD
Байду номын сангаас
转录↓
5-CCCACAGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUU-OH-3(RNA)
RNA折叠↓
mRNA折叠
C U C U G G—C A—U C—G C—G G—C C—G RNA C—G G—C 聚合酶 A A CCCAC UUUU—3
脱落
DNA
4.翻译终止密码子 大肠杆菌偏爱UAAU。一般安置上全部的三 个终止密码防止核糖体跳跃（skipping）。 5.翻译增强子（Translation enhancer）
表达载体常用的噬菌体启动子是PL。
调节基因cI 则是选择一个温度敏感性的突 变基因cI857。 cI857
cI857:
PL
外源基因
28oC时阻遏PL，外源基因不转录。 42oC时阻遏蛋白失活，外源基因大量转录
四、几种类型的原核表达载体
适用于在原核细胞中表达外源基因的载体。
主要元件：强启动子
SD顺序
P2
trpC trpB trpA
P trpR 阻遏蛋白基因； 1 启动子； P2 O 操纵基因； 衰减子
（3）PL和PR启动子
是从噬菌体中得到的一类启动子，比lac启动子的活 性高8-10倍，比trp启动子活性高。
cIII N PL/OL cI PM OR/PR Cro PE cII
N:抗终止蛋白； Cro: 抗阻遏蛋白(裂解必需的）；
2、真核表达系统：
使外源基因在真核细胞中表达的体系。
7.1 外源基因在原核细胞中的表达
用原核生物作宿主表达外源基因。
一、原核生物基因表达的特点
1. 原核生物只有一种RNA聚合酶识别原核细胞 的启动子，催化所有RNA的合成。
2. 原核生物的表达式以操纵子为单位的。
操纵子（operon）：是一组功能上相关，受
PL启动子---温度 诱导
插入位点--HpaI
S-D序列 ATG-外源基因-TAA
优点：产物结构接近于真核细胞体内的蛋白质结构。 缺点：容易被宿主菌的蛋白酶所破坏。
2、融合型表达载体
Foreign DNA
P
SD
融合型表达载体
融合基因
融合型载体----pGEX系列 Ptac：IPTG诱导 GST融合蛋白—直接纯化
启动子 S-D序列
目的基因
终止子
内终止子（intrinsic terminator）
E.coli中促使转录终止的DNA位置有一段反向回文顺序， 其后紧接一串A，称为内终止子，形成终止信号。
5-CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAA CT TCT TTCT-3 3-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAGAAAGA-5(模板)
一、原核生物基因表达的特点
5. 原核生物基因的控制主要在转录水平，这 种控制要比对基因产物的直接控制要慢。
6. 在大肠杆菌mRNA的核糖体结合位点上，含 有一个转译起始密码子以及与16S核糖体RNA3‘ 末端碱基互补的序列，即S-D序列，而真核基 因则缺乏此序列。
二、原核生物基因表达的调控序列
原核或噬菌体启动子 SD序列 MCS 终止子
能够显著增强外源基因在大肠杆菌细胞 中的表达效率的特殊序列。
三、基因工程常用的原核启动子
A. 最佳启动子必须具备的条件
（1）必须是一种强启动子
能使外源基因的蛋白产量达到细胞总蛋白的 10%-30%以上。
（2）应呈现低水平的基础转录
便于表达毒性蛋白等。
（3）应是可诱导型的
用温度或化学试剂诱导。
B. 基因工程常用的原核生物启动子举例 （1）乳糖启动子lac
mRNA 5’— AGGAGGU ——AUG—— UCCUCCA
16S rRNA3’
S-D序列距离AUG的距离也影响翻译
ii）起始密码 位于SD序列下游。 AUG(ATG)（91%） GUG（8%） UUG（1%）
启动子 S-D序列 起始密码 目的基因
3.终止子
位于基因3’端,给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列。
同一调控区控制的基因组成的一个遗传单位。
• •
原核生物基因表达的基本单位（即一个转 录单位）。 共同协调作用，完成某一多肽的表达调控。
•
包括：调控区 ( 调节基因、启动基因、 操 作基因)、结构基因
一、原核生物基因表达的特点
3. 由于原核生物无核膜，所以转录与翻译是
耦联的，也是连续进行的。
4. 原核基因一般不含有内含子，在原核细胞中 缺乏真核细胞的转录后加工系统。