第13章基因表达调控修改
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第十三章 基因的表达调控
白质；晚期表达的基因则编码在花粉成熟和萌发时起作用的蛋白质。
事实上，近几年来也分离到了属于早期表达的基因，和晚期表达的基因，前
者如油菜的I3cDNA克隆，后者如油菜的Bp10基因、烟草的NTP303基因和番茄的LAT51基
因等。
第31页，共36页。
三、表达调控的应用前景
1.使某种基因只在生物 的特定器官表达
所编码的蛋白质，分别有脂转移蛋白、蛋白酶抑制剂和多种酶。
（2）1990年，Mascarenhas将花粉形成过程中的基因表达分为早、晚两个时期。早期表达 的转录产物在减数分裂后即可检测到，而在成熟花粉中减少或完全消失。晚期表达的转录 产物最早发生在小孢子有丝分裂时期，并且随着花粉的成熟而继续积累。
因此一般认为，早期表达的基因可能编码细胞骨架蛋白，和参与细胞壁形成、淀粉积累的蛋
螺旋化程度低)；而在不合成珠蛋白的鸡输卵管细胞(也含珠
蛋白基因)的染色质DNA，则不会被DNA酶Ⅰ所降解，其他 大多数器官的染色质DNA也不被这种酶所降解。
第13页，共36页。
2．DNA的修饰
在不转录的DNA中，GC顺序有70%以上是甲基化的；而在转录活性 高的DNA中，GC顺序只有20%～30%是甲基化的。
将以上两种来源的组蛋白、DNA都混合在一起，然后分为两组： 其中一组甲：加进来自骨髓的非组蛋白；
另外一组乙：加进来自胸腺的非组蛋白。
试验结果表明： 甲：合成骨髓细胞的RNA； 乙：合成胸腺细胞的RNA。 说明：特定组织的非组蛋白能够特异性地诱导本组织的结构基因
的转录。
第17页，共36页。
玉米的胚胎发育，可以人为地分为三个阶段。第一阶段是合子第一次分裂， 不对称地形成一个较大的顶端细胞，和一个液泡化的、较小的基细胞，胚和 胚柄的差别趋向明显。第二阶段是子叶出现，胚轴、顶端生长点和胚根形成 。第三阶段是营养器官健全，茎节、幼叶发生。
生物化学第十三章 基因表达调控
第十三章基因表达调控一、基因表达调控基本概念与原理：1．基因表达的概念：基因表达（gene expression）就是指在一定调节因素的作用下，DNA 分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或由此引起特异性蛋白质合成的过程。
2．基因表达的时间性及空间性：⑴时间特异性：基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生，以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。
故又称为阶段特异性。
⑵空间特异性：基因表达的空间特异性（spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同，从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。
故又称为细胞特异性或组织特异性。
3．基因表达的方式：⑴组成性表达：组成性基因表达（constitutive gene expression）是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。
这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。
⑵诱导和阻遏表达：诱导表达（induction）是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。
这类基因称为可诱导基因。
阻遏表达（repression）是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。
这类基因称为可阻遏基因。
4．基因表达的生物学意义：①适应环境、维持生长和增殖。
②维持个体发育与分化。
5．基因表达调控的基本原理：⑴基因表达的多级调控：基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段，因此基因表达的调控可分为转录水平（基因激活及转录起始），转录后水平（加工及转运），翻译水平及翻译后水平，但以转录水平的基因表达调控最重要。
⑵基因转录激活调节基本要素：①顺式作用元件：顺式作用元件（cis-acting element）又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
第十三章基因表达的调节基因表达调节的基本概念及原理原核
组成性基因表达只受到启动序列或者启动子 与RNA聚合酶相互作用的影响。
组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变 的，其表达强弱也是受一定机制调控的。
（2）诱导和阻遏表达
适应性表达指环境的变化容易使其表达水 平变动的一类基因表达。
改变基因表达的情况以适应环境，例如与适宜 温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的 动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同 ；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情 况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物适
激活蛋白
启p动o序列 操纵序列 编码序列 l
真核基因的调节蛋白--反式作用因子（转录因子）
由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过 与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用， 调节其表达。这种调节作用称为反式作用。
DNA
a
mRNA
蛋白质A
A
反式调节
A
B
转录调节因子结构
DNA结合域
转录激活域
酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
四、基因表达调控的基本原理
1、基因表达的多级调控
基因 激活
转录水平的基因表达调控最重要
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译
翻译后加工修饰
蛋白质降解等
2、特异DNA序列对基因转录激活的调节
基因转录激活调节基本要素
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
4）有乳糖，无葡萄糖时：
RNA-pol
细胞内cAMP含量高， cAMP与CAP结合成复合
O
物，与DNA结合，并推动 RNA-pol向前移动，促进
mRNA
转录。
乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与
组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变 的，其表达强弱也是受一定机制调控的。
（2）诱导和阻遏表达
适应性表达指环境的变化容易使其表达水 平变动的一类基因表达。
改变基因表达的情况以适应环境，例如与适宜 温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的 动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同 ；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情 况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物适
激活蛋白
启p动o序列 操纵序列 编码序列 l
真核基因的调节蛋白--反式作用因子（转录因子）
由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过 与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用， 调节其表达。这种调节作用称为反式作用。
DNA
a
mRNA
蛋白质A
A
反式调节
A
B
转录调节因子结构
DNA结合域
转录激活域
酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
四、基因表达调控的基本原理
1、基因表达的多级调控
基因 激活
转录水平的基因表达调控最重要
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译
翻译后加工修饰
蛋白质降解等
2、特异DNA序列对基因转录激活的调节
基因转录激活调节基本要素
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
4）有乳糖，无葡萄糖时：
RNA-pol
细胞内cAMP含量高， cAMP与CAP结合成复合
O
物，与DNA结合，并推动 RNA-pol向前移动，促进
mRNA
转录。
乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与
大学生物遗传学：第十三章基因表达调控课件
转录起始与延伸的调控
转录起始和延伸的调控涉及多种因素，包括RNA 聚合酶的活性、转录因子的种类和数量、DNA序 列的特异性和环境因素等。
转录终止与剪接
转录终止
转录终止是指RNA聚合酶达到DNA链的末端并停止合成RNA的过程，这一过程需要特殊 的终止子序列和转录因子的参与。
转录后剪接
在某些情况下，RNA聚合酶在转录过程中会跳过一些内含子序列，这种过程称为转录后 剪接。
总结词
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，通过甲基基团对DNA进行修饰，影响基 因的表达。
详细描述
DNA甲基化是指在DNA序列中，特定的碱基被甲基基团修饰，导致基因表达受到抑制 或激活。这种修饰发生在基因的启动子区域，可以影响转录因子的结合，从而调控基因
的表达。DNA甲基化在发育、细胞分化、肿瘤发生等过程中具有重要作用。
境中表现出不同的适应性特征。
基因组印记与基因表达调控
基因组印记
基因组印记是指来自不同亲本的等位基因在表达上存在差异的现象。
基因组印记与基因表达调控的关系
基因组印记是基因表达调控的一种形式，通过印记机制可以使来自不同亲本的等位基因 表现出不同的表达模式。
基因组印记与生物进化的关系
基因组印记可以影响个体的发育和行为，从而影响生物的生存和繁衍，对生物进化产生 影响。
翻译延伸
核糖体沿着mRNA移动，氨基酸按照遗传密码的顺序依次加到多肽链上，需要 延长因子的参与。
翻译终止与多肽链释放
翻译终止
终止密码子被终止因子识别并结 合到核糖体上，释放因子参与， 多肽链从核糖体上释放出来。
多肽链释放
多肽链经过加工修饰后成为成熟 的蛋白质，从内质网、高尔基体 等细胞器释放出来，参与细胞的 各种活动。
转录起始和延伸的调控涉及多种因素，包括RNA 聚合酶的活性、转录因子的种类和数量、DNA序 列的特异性和环境因素等。
转录终止与剪接
转录终止
转录终止是指RNA聚合酶达到DNA链的末端并停止合成RNA的过程，这一过程需要特殊 的终止子序列和转录因子的参与。
转录后剪接
在某些情况下，RNA聚合酶在转录过程中会跳过一些内含子序列，这种过程称为转录后 剪接。
总结词
DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，通过甲基基团对DNA进行修饰，影响基 因的表达。
详细描述
DNA甲基化是指在DNA序列中，特定的碱基被甲基基团修饰，导致基因表达受到抑制 或激活。这种修饰发生在基因的启动子区域，可以影响转录因子的结合，从而调控基因
的表达。DNA甲基化在发育、细胞分化、肿瘤发生等过程中具有重要作用。
境中表现出不同的适应性特征。
基因组印记与基因表达调控
基因组印记
基因组印记是指来自不同亲本的等位基因在表达上存在差异的现象。
基因组印记与基因表达调控的关系
基因组印记是基因表达调控的一种形式，通过印记机制可以使来自不同亲本的等位基因 表现出不同的表达模式。
基因组印记与生物进化的关系
基因组印记可以影响个体的发育和行为，从而影响生物的生存和繁衍，对生物进化产生 影响。
翻译延伸
核糖体沿着mRNA移动，氨基酸按照遗传密码的顺序依次加到多肽链上，需要 延长因子的参与。
翻译终止与多肽链释放
翻译终止
终止密码子被终止因子识别并结 合到核糖体上，释放因子参与， 多肽链从核糖体上释放出来。
多肽链释放
多肽链经过加工修饰后成为成熟 的蛋白质，从内质网、高尔基体 等细胞器释放出来，参与细胞的 各种活动。
第十三章基因表达调控ppt课件
物关闭
2021/1/29
三、乳糖操纵子和色氨酸操纵子
2021/1/29
乳糖操纵子
• 操纵子的三个结构基因为-半乳糖苷酶 、-半乳糖苷通透酶和-半乳糖苷乙酰转 移酶。
• 在无乳糖时，阻遏蛋白与O区结合，阻 止RNA聚合酶的转录
• 在有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合后， 改变了阻遏蛋白的结构，使其不能与O 区结合。
• 有一个调控成分。 • 是原核生物的转录单位。
2021/1/29
第一节、原核生物的操纵子调控模式
一、酶的诱导（enzyme induction） 二、操纵子（operon）的结构与功能 三、乳糖操纵子（Lac operon）与色氨
酸操纵子（Trp operon） 四、 cAMP对转录的调控 五、原核生物转录的整体调控模式
二、操纵子的结构与功能
Lac operon的启 动子 Plac的-10
Trp operon的启 动子Ptrp的-35
Ptac
2021/1/29
Ptac-17
二、操纵子的结构与功能
• 操纵基因是结合阻遏物的部位，位于启 动子和结构基因之间，可与启动子部分 重叠。是RNA聚合酶是否能通过的开关 。
• 无阻遏物时，O区开放让酶通过并转录 下游的结构基因
• 有阻遏物时酶就不能通过
2021/1/29
二、操纵子的结构与功能
• 阻遏物基因 ： 产生阻遏物，位于离操纵 子较远的上游区。
• 负调控：起调控作用的蛋白质分子抑制 转录
关闭的基因由代谢底物开放（诱导）-----阻遏物失活 开放的基因由代谢底物关闭（阻遏）-----阻遏物激活
2021/1/29
二、操纵子的结构与功能
• 培养基中葡萄糖不足时： cAMP水平升 高， cAMP-CAP复合物生成， cAMP使 CAP变构，而与CAP位点结合，促进乳 糖操纵子基因的转录，以便细胞利用乳 糖。
2021/1/29
三、乳糖操纵子和色氨酸操纵子
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乳糖操纵子
• 操纵子的三个结构基因为-半乳糖苷酶 、-半乳糖苷通透酶和-半乳糖苷乙酰转 移酶。
• 在无乳糖时，阻遏蛋白与O区结合，阻 止RNA聚合酶的转录
• 在有乳糖时，乳糖与阻遏蛋白结合后， 改变了阻遏蛋白的结构，使其不能与O 区结合。
• 有一个调控成分。 • 是原核生物的转录单位。
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第一节、原核生物的操纵子调控模式
一、酶的诱导（enzyme induction） 二、操纵子（operon）的结构与功能 三、乳糖操纵子（Lac operon）与色氨
酸操纵子（Trp operon） 四、 cAMP对转录的调控 五、原核生物转录的整体调控模式
二、操纵子的结构与功能
Lac operon的启 动子 Plac的-10
Trp operon的启 动子Ptrp的-35
Ptac
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Ptac-17
二、操纵子的结构与功能
• 操纵基因是结合阻遏物的部位，位于启 动子和结构基因之间，可与启动子部分 重叠。是RNA聚合酶是否能通过的开关 。
• 无阻遏物时，O区开放让酶通过并转录 下游的结构基因
• 有阻遏物时酶就不能通过
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二、操纵子的结构与功能
• 阻遏物基因 ： 产生阻遏物，位于离操纵 子较远的上游区。
• 负调控：起调控作用的蛋白质分子抑制 转录
关闭的基因由代谢底物开放（诱导）-----阻遏物失活 开放的基因由代谢底物关闭（阻遏）-----阻遏物激活
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二、操纵子的结构与功能
• 培养基中葡萄糖不足时： cAMP水平升 高， cAMP-CAP复合物生成， cAMP使 CAP变构，而与CAP位点结合，促进乳 糖操纵子基因的转录，以便细胞利用乳 糖。
第十三章基因表达调控ppt课件
(155000)
DDRP
色氨酸操纵子
• 色氨酸操纵子有5个结构基因 D、E基因：共产生邻氨基苯甲酸合成酶 C基因：产物是吲哚甘油磷酸合成酶 B、A基因：共同产物是色氨酸合成酶 • 这些基因一起转录翻译后可进行色氨酸 的合成。 • 色氨酸合成仅限细菌。
色氨酸操纵子调控方式
（ -）
（+）
乳糖和色氨酸操纵子的共同点
二、操纵子的结构与功能
操纵子
阻遏物基因 R (i) inhibitor gene 上游启动子 P promotor 操纵基因 一组结构基因 O S operator structural gene
二、操纵子的结构与功能
• 启动子是结合RNA聚合酶的DNA序列 • 强：-35TTGACA、-10TATAAT • 弱：-35区共有序列 不一致 -10Pribnow
第十三章 基因表达调控
• 调控： 细胞代谢的调控（细胞生存、适应内环境） 基因表达的调控（生命延续、适应大环境） • 多水平的调控、多途径的调控 • 调控特点：复杂、多变、灵敏、准确
第一节、原核生物的操纵子调控模式
• 操纵子： 几个相关基因排列在一起，转录出一个 mRNA，翻译出多种具相关功能的蛋白 质，完成一个功能 。 • 有一个调控成分。 • 是原核生物的转录单位。
二、操纵子的结构与功能
• 阻遏物基因 ： 产生阻遏物，位于离操纵 子较远的上游区。 • 负调控：起调控作用的蛋白质分子抑制 转录
关闭的基因由代谢底物开放（诱导）-----阻遏物失活
开放的基因由代谢底物关闭（阻遏）-----阻遏物激活
二、操纵子的结构与功能
• 操纵子：结构基因、上游启动子(P)和操纵基 因(O)组成。
基因表达调控生物化学
（一）乳糖操纵子的结构
E.coli乳糖操纵子（lac operon）包含：
• 三个结构基因：Z 编码-半乳糖苷酶、
Y 编码通透酶、A 乙酰基转移酶
• 一个操纵序列O • 一个启动序列 P • 一个调节基因 I •一个分解代谢物基因激活蛋白结合位点 （catabolite gene activation protein,CAP）
聚合酶很少或完全不能结合启动序列。
( 17 ) 2019/10/7
Department of Biochemistry
2.真核生物
顺式作用元件(cis-acting element) ——可影响自身基因表达活性的DNA序列
DNA
转录起始点
B
A
编码序列
• 不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些
共有序列 ，如TATA盒、CAAT盒等，这些共
Department of Biochemistry
（二）诱导和阻遏表达
• 适应性表达(adaptive expression)：指环境的变 化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 • 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称 为诱导(induction)，这类基因被称为可诱导的 基因(inducible gene) • 随环境条件变化而基因表达水平降低的现象 称为阻遏(repression)，相应的基因被称为可 阻遏的基因(repressible gene)。
第十三章
基因表达调控
Regulation of Gene Expression
Biochemistry Department Department of Basic Medical Sciences Hangzhou Normal University Guyisheng
《生物化学》课件：第十三章 基因表达调控
本节课的重点
1.掌握乳糖操纵子的CAP正性调节； 2.掌握真核基因表达调控的特点； 3.掌握顺式作用元件、反式作用因子的概 念及组成和转录因子的分类。
沉默子
负性调节元件，阻遏基因转录
反式作用因子
转录调节因子分类（转录因子TF）
基本转录因子
RNA-pol结合启动子必 需的一组蛋白因子
TFⅡD为通用转录因子
特异转录因子
个别基因转录必需
转录激活
转录抑制
蛋白质 转录激活蛋白 转录抑制蛋白
DNA 与增强子结合 与沉默子结合
反式作用子结构
DNA结合域
与顺式作用元件结合部位
1、螺旋-转角-螺旋 2、锌指结构：Cys- Cys锌指；Cys -His锌指 3、碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP）：形成二聚体
转录激活域 二聚化结构域
结合调节蛋白
介导蛋白质-蛋白质相互作用结构域
①螺旋-转角-螺旋模体
转角 -转角 螺旋
螺旋 -螺旋 N
C
② 锌指模体
基因表达的方式
组成性表达
诱导和阻遏表达
（受环境变化影响）
持家基因
诱导表达
阻遏表达
同一事物的两种表达形式（环境）
乳糖操纵子是诱导，阻遏表达的典型模型
某些基因在一个生物体的几乎所 有细胞中以适当恒定的速率进行 表达，较少受环境因素的影响。
例如：为三羧酸循环的酶编码的基因
顺式作用和反式作用
顺 式：
相对同一分子或染色体而言
i po
z
y
a
Lac mRNA
β-半乳糖苷酶 β-半乳糖苷透性酶
诱导物与阻遏蛋白接合 使阻遏蛋白失去活性
第十三章基因表达调控
二、操纵子的结构与功能
• 操纵子:结构基因、上游启动子(P)和操纵基 因(O)组成。
P和O合称调控区
2021/2/6
14
可诱导和可阻遏的操纵子
类型
可诱导 Lac 可阻遏 Trp
结合 O 方式
O 的开放方 结构基因产
式
物功能
i 基因产物
由 代 谢 底 物 分解代谢 开放
i 基 因 产 物 加 通常开放 合成代谢 上代谢终产物 由 代 谢 终 产
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25
四、cAMP对转录的调控
1
2021/2/6
26
阿拉伯糖操纵子
• B、A、D:编码三种酶,共催化阿拉伯糖 的代谢。
• C：R1（阻遏蛋白），变构后成R2。 • 起始区：initiator（I）
• R1 和R2在变构前后，分别执行负和正调 控功能。
乳糖操纵子
R基因
阻遏物
色氨酸操纵子
阻
阻遏物
2021/2/6
基因开放
基因关闭
22
四、cAMP对转录的调控
• 在乳糖和葡萄糖都存在时, 哪种糖被优先利用?
2021/2/6
23
四、cAMP对转录的调控
• 乳糖操纵子的启动子属于弱启动子 • 正调控方式
• CAP:catabolite gene activator protein 分解代谢基因活化蛋白,受cAMP激活
• 调控水平: 转录、转录后、翻译、翻译后
2021/2/6
2
第十三章 基因表达调控
• 调控:
细
胞代谢的调控（细胞生存、适应内环境）
基因表达的调控（生命延续、适应大环境）
• 多水平的调控、多途径的调控
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目录
（二）诱导和阻遏表达
在特定环境信号刺激下，相应的基因被激 活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导 基因。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程， 称为诱导(induction)。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种 基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平 降低的过程称为阻遏(repression)。
基因表达是受调控的
目录
二、基因表达的特异性
（一）时间特异性
按功能需要，某一特定基因的表达严格按
特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间
特异性(temporal specificity)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶
段特异性(stage specificity)。
目录
（二）空间特异性
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的
前导mRNA
1
2
3
4
UUUU……
trp 密码子
终止密码子
14aa前导肽编码区: 包含序列1 UUUU…… 衰减子结构 UUUU…… 第10、11密码子为trp密码子 UUUU…… 形成发夹结构能力强弱： 序列1/2>序列2/3>序列3/4
目录
转录衰减机制
前导DNA
RNA聚合酶
前导mRNA
4
UUUU 3’
（一）组成性表达
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持 续表达，通常被称为 管家基因(housekeeping
gene)。
目录
无论表达水平高低，管家基因较少受环境 因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数
或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区
别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基
因表达(constitutive gene expression)。
目录
低半乳糖时
葡萄糖低 cAMP浓度高
高半乳糖时
RNA-pol
O
葡萄糖高 cAMP浓度低
O
mRNA
O
O
目录
三、其他转录调节机制
（一）转录衰减
调节区
trpR结构基因RN聚合酶 O P RNA聚合酶Trp 低时
mRNA
Trp 高时 Trp
色氨酸操纵子
目录
调节区
trpR
结构基因
P
O 前导序列 衰减子区域
空间特异性(spatial specificity)。
基因表达伴随时间、空间顺序所表现出的 这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的 分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织 特异性(cell or tissue specificity)。
目录
三、基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
P
O
Z
Y
A
CAP CAP CAP CAP
无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
目录
（四）协调调节
※当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能 发挥作用；
※如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序 列结合，操纵子仍无转录活性。
单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细 菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代 谢阻遏(catabolic repression)。
目录
第 四 节 真核基因表达调节
Regulation of Eukaryotic Gene Expression
目录
一、真核基因组结构特点
（一）真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组 DNA 约 3 × 10 9 碱基对
编码基因约 有 35000 个，占总长的6 % rDNA等重复基因约 占 5% ~ 10%
目录
3. RNA聚合酶
⑴ 原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶 活性
RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。
⑵ 调节蛋白与RNA聚合酶活性
一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表 达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互 作用影响RNA聚合酶活性。
目录
第 三 节 原核基因表达调节
Regulation of Prokaryotic Gene Expression
目录
DNA
a
A
反式调节
B
mRNA 蛋白质A
A c
DNA mRNA
C
顺式调节
C
蛋白质C
目录
2. DNA - 蛋白质
蛋白质-蛋白质
的相互作用
指的是反式作用因子与顺式作用元件之
间的特异识别及结合。通常是非共价结合，
被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完
全对称结构。
绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通 过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体 (dimer)或多聚体(polymer)。
目录
（二）反式作用因子 1. 转录调节因子分类（按功能特性）
* 基本转录因子(general transcription factors)
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋 白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
（二）RNA polⅡ转录体系的控制
tRNA基因的ICR主要由A盒（TGGCNNAGTGG)和B 盒（GGTTCGANNCC)两个元件组成，需TFⅢB,C。 5SrRNA的转录起始需三种转录因子TFⅢA,B,C
目录
四、RNA polⅡ转录起始的调节
（一）顺式作用元件
1. 启动子
真核基因启动子是RNA聚合酶结 合位点周围的一组转录控制组件，至
（三）正性调节占主导 （四）转录与翻译分隔进行 （五）转录后修饰、加工
目录
三、RNA polⅠ和RNA polⅢ的转录调节
RNA polⅠ转录产物为rRNA前体，RNA polⅢ转录产物为tRNA前体及5SrRNA等。 （一）RNA polⅠ转录体系的控制
人rRNA前体基因的启动子只有两个元件，一个位于 转录起始点附近，称为核心元件或核心启动子；另一 个元件位于起始点上游，称上游控制元件（UCE)。
衰减子结构 就是终止子 可使转录 终止
5’
1
核糖体
3 2
3
UUUU 3’ UUUU……
4
trp 密码子
前导肽
1.当色氨酸浓度高时
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前导DNA
Trp合成酶系相关 结构基因被转录
RNA聚合酶 结构基因
前导mRNA
2 3 2 4
5’
核糖体 1
3
UUUU…… UUUU……
4
trp 密码子 前导肽
序列3、4不能形成衰减子结构 2.当色氨酸浓度低时
N17
N16 N17 N16 N16 RNA转录起始
TTGACA
TTTACA TTTACA
TTAACT
TATGAT TATGTT TATAAT TACTGT TATAAT
N7
N7 N6 N7 N6
A
A A A A
lac recA
Ara BAD
TTGATA
CTGACG TTGACA
共有序列
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共有序列(consensus sequence) 决定启动 序列的转录活性大小。 某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合 酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋 白结合位点附近。
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2. DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在； 基因活化后
转录方向
负超螺旋
RNA-pol
正超螺旋
3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，
甲基化范围与基因表达程度呈反比。
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4. 组蛋白变化
① 富含Lys组蛋白水平降低 ② H2A, H2B二聚体不稳定性增加 ③ 组蛋白修饰：乙酰化、磷酸化及泛素化 ④ H3组蛋白巯基暴露
（一）适应环境、维持生长和增殖
（二）维持个体发育与分化
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第二节 基因表达调控的基本原理
一、基因表达调控的多层次和复杂性
基因 激活
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰
蛋白质降解等
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二、基因转录激活调节基本要素
基因表达的调节与基因的结构、性 质，生物个体或细胞所处的内、外环境，
Y： 透酶
A：乙酰基转移酶
CAP结合位点
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（二）阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因 DNA
I
pol P
O
Z
Y
A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
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DNA
I
pol P
O
Z
Y
A
mRNA
mRNA
启动转录
阻遏蛋白
β-半乳糖苷酶 半乳糖 乳糖
有乳糖存在时
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（三）CAP的正性调节 + + + + 转录 DNA
CAP
少包括一个转录起始点以及一个以上
的功能组件。 TATA盒 GC盒 CAAT盒
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2. 增强子(enhancer)
指远离转录起始点、决定基因的时间、 空 间特异 性表达 、增强 启动子 转录活 性的 DNA序列。
3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异
蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
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（二）基因重组
沙 启动序列 DNA 门 菌 hin I H2 鞭 毛 H2鞭毛素 素 Hin重组酶 阻遏蛋白 基 因 的 hin I H2 调 转位片段 节