基因表达调控课件

突变
第二节
原核基因表达调控
原核基因组的结构特点：
① 基因组中很少有重复序列；
② 编码蛋白质的结构基因为连续编码，且多为单拷 贝基因，但编码rRNA的基因仍然是多拷贝基因；
③ 结构基因在基因组中所占的比例（约占 50% ）远 远大于真核基因组； ④ 许多结构基因在基因组中以操纵子为单位排列
一、操纵子是原核基因转录调控的基本单位
因通常是指染色体或基因组的一段DNA序列。
基因包括编码序列（外显子）、调控序列和间 隔序列（内含子）。
基因(gene)的功能： 利用碱基的不同排列荷载遗传信息。 通过复制将遗传信息稳定、忠实地遗传给子代 细胞，在这一过程中为适应环境变化，可能会 发生基因突变。 作为基因表达的模板，使其所携带的遗传信息 通过各种RNA和蛋白质在细胞内有序合成而表 现出来。
RNA-pol 阻遏蛋白
编码序列
其他调节序列
操纵序列 (operator)
第十八章 基因表达调控
Regulation of Gene Expression
神经元
淋巴细胞
第一节 基因表达调控基本概念与特点
一、基因表达是基因转录和翻译的过程 基因(gene)：编码蛋白质或RNA等具有特定功能 产物的、负载遗传信息的基本单位。 除了某些以RNA为基因组的RNA病毒外，基
2 RNA加工 控制
翻译控制 3
mRNA 核孔 细胞质
失活 蛋白质 蛋白质
4 蛋白质活性 控制
1 转录控制
基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件， 转录起始是基因表达的基本控制点。
六、基因表达调控是生物体生长和发育的基础
（一）生物体调节基因表达以适应环境、维持生长 和增殖
（二）生物体调节基因表达以维持细胞分化与个 体发育
就是指细胞或生物体在接受内外环境信号刺激 时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出 应答的分子机制，即位于基因组内的基因如何被表 达成为有功能的蛋白质（或RNA），在什么组织表
达，什么时候表达，表达多少等。
基因表达的时间、空间特异性由特异的基因启动子 和（或）增强子与调节蛋白相互作用决定。
（一）基本表达(constitutive gene expresstion) 指在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达， 不受环境条件的影响的基因表达。这类基因表达称 为基本表达(或组成性)基因表达，这些基因通常被称 为管家基因(housekeeping gene)。其基因表达产物通
——可影响自身基因表达活性的DNA序列
位于真核基因转录区前后，对基因表达起调控 作用的区域，因其是紧邻的DNA序列，百度文库称旁侧 序列，包括启动子、上游调控元件、增强子、加 尾信号和一些细胞信号反应元件等。 反式作用因子
五、基因表达调控呈现多层次和复杂性
细胞核 DNA 初级RNA mRNA 转录物
（三）生物体内不同基因的表达受到协调调节
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) 。
四、基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节 顺式作用元件(cis-acting element)
-10区
TTAACT TATGAT
RNA转录起始
N7 N7 A A
lac recA
Ara BAD
TTTACA
TTGATA CTGACG
N17
N16 N16
TATGTT
TATAAT TACTGT
N6
N7 N6
A
A A
共有序列 TTGACA
TATAAT
图18-1 五种E.coli启动序列的共有序列
操纵元件 ——原核阻遏蛋白(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 ，阻遏转录。 启动序列 (promoter)
真核基因的基本结构
基因组（genome）一个生物体内所有遗传信息 的总和。 图13-4 人类基因组 线粒体DNA 16.6kb
2个rRNA 基因 22个tRNA 基因 13个蛋白 编码基因
细胞核染色体DNA 2800Mb
约25% 约75%
编码蛋白基因序列
约1% 约24%
基因外序列
外显子
内含子
基因间序列
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。多细胞生物基因表达的时间 特异性又称阶段特异性。 （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。又称细胞特异性或组织 特异性。
三、基因表达的方式存在多样性 基因表达调控（regulation of gene expression）
中度至高度重复序列
基因表达（gene expression）是基因转录及翻译 的过程。rRNA、tRNA编码基因转录过程也属基因 表达。
复制
DNA
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
生物基因组中只有部分基因表达，其表达水平会 随时间、环境而变化。基因表达是受调控的。
二、基因表达具有时间特异性和空间特异性 （一）时间特异性
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。 这类基因表达只受启动序列或启动子与 RNA 聚 合酶相互作用的影响，不受其它机制调节。
（二）适应性表达(adaptive expression)
有些基因的表达受到环境变化的诱导和阻遏。 诱导 (induction) ：指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。 如： DNA损伤→修复酶基因激活 阻遏 (repression) ：指在特定环境信号刺激下， 相应的基因被抑制，基因表达产物减少。这种基因 称为可阻遏基因。 如： 大肠杆菌的色氨酸合成酶系
操纵子(operon)通常由2个以上的编码序列与启 动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成 簇串联组成。 启动序列 (promoter) 编码序列 其他调节序列
RNA-pol (2)
操纵序列 (operator)
启动序列 -35区 trp
tRNATyr TTGACA TTTACA N17 N16