(生物化学)13基因表达调控

原核生物
—— 操纵子(operon) 特异序列
原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串连、 密集于染色体上，共同组成一个转录单位，称为 操纵子。
启动序列
(promoter)
编码序列
(coding sequence)
P
O
其他调节序列
操纵序列
(operator)
1) 启动序列
-35区
trp
TTGACA
5’
基因组（Genome）
是指一个细胞或生物体所携带的全部遗传 信息或整套基因
基因表达（Gene Expression）
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。
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达
不同生物基因组含有不同数量的基因
细菌：约4,000个基因；人类：约30,000个基因
（一）时间特异性（阶段特异性）
（二）空间特异性（组织、细胞特异性）
在个体生长全过程，一种基因产物在个体的 不同组织或器官表达，即在不同组织空间出 现，称空间特异性 (spatial specificity) ，
这种基因表达的空间差异是由细胞在器官 的分布决定的，因此又称细胞特异性或组织 特异性(cell or tissue specificity)。
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。这类基 因表达被视为组成性基因表达(constitutive gene expression)。如：管家基因
基本的基因表达也是在一定来自百度文库制控制下进行
管家基因(housekeeping gene)
Regulation of Gene Expression
结构基因：可转录序列 调节基因：调节基因转录的DNA序列
（启动子、增强子等）
调节表达
基础表达（启动子） 转录起始部位
编码链
5’
其他调 节元件
增强子（+） 静息子（-）
CCAAT
TATA
3’ 结构基因
3’ 模板链
-40 ～ -110
-25 +1
是RNA聚合酶结合并启动转录
的特异DNA序列。
-10区
RNA转录起始
N17 TTAACT N7
A
tRNATyr TTTACA N16 TATGAT N7
A
lac
TTTACA N17 TATGTT N6
A
recA TTGATA N16 TATAAT N7
A
Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6
在某一特定阶段，基因组只有少量基因处于 表达状态
E. Coli 只有5％基因表达水平较高
少数“活跃”基因的表达也随时间、环境变 化
基因表达的规律
（一）时间特异性（阶段特异性） （二）空间特异性（ 组织、细胞特异性）
（一）时间特异性（阶段特异性）
按功能需要，某一特定基因的表达严格按一定 的时间顺序发生，称为基因表达的时间特异性 (temporal specificity) 多细胞生物的不同基因在不同发育阶段按特定 时间顺序开启和关闭，称为基因表达的阶段特 异性(stage specificity)
即同一基因产物在不同组织、细胞内的含量有所不同， 不同基因产物在同一组织、细胞中的含量也有所不同。
例如： 肝细胞：鸟氨酸循环酶类的基因表达 胰岛细胞：胰岛素基因表达 肝癌细胞：AFP基因表达 肺癌细胞：降钙素基因表达
基因表达的方式
（一）基本表达（组成性表达） 管家基因
（二）适应性表达
诱导 阻遏
（一）组成性表达（Constitutive expression）
的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结 合，增强RNA聚合酶活性。
有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚 合酶很少或完全不能结合启动序列。
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
A
TTGACA
TATAAT 共有序列
2 操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点 当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍
RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶 不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
启动po序l 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
3) 其他调节序列
例如 激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近
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)。
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bcl-2
β-actin
常见的管家基因
中文名称 β－肌动蛋白 甘油醛3-磷酸脱氢酶 TATA Box结合蛋白 18s 核糖体核糖核酸 微管蛋白α
英文缩写 β-actin GAPDH
TBP 18s rRNA α-Tubulin
（二）适应性表达 Adaptive expression
基因随环境变化其表达水平可升高或降低
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。可阻遏基因表达水平降低 的过程称为阻遏(repression)。
二、基因转录激活调节基本要素
（一）特异DNA序列 （二）调节蛋白 （三）DNA－蛋白质、蛋白质－蛋白质相互作用 （四）RNA聚合酶
（一）特异DNA序列
某种基因的转录激活调节与其基因结构有关， 这里主要指具有调节功能的DNA序列
原核：操纵子
Operon
真核：启动子 Promoter 增强子 Enhancer 沉寂子 Silencer
基因表达调控（Gene Expression regulation）
任何基因表达都受到各种调节机制的控制
生物学意义 ：
调节代谢 适应环境 维持生长、发育和繁殖
第二节 基因表达调控的基本原理
从DNA到蛋白质的可能的调控步骤
一、基因表达调控的多层次和复杂性
基因活化调控 转录起始调控 转录后加工及转运调控 mRNA降解 翻译、翻译后加工调控 蛋白质降解调控
诱导
阻遏
在一定机制控制下，功能上相关的一组基 因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、 共 同 表 达 ， 即 为 协 调 表 达 (coordinate expression) ， 这 种 调 节 称 为 协 调 调 节 (coordinate regulation)。
基因表达调控的生物学意义