《基因表达调控》PPT课件

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2、诱导与阻遏 某些基因的表达水平很容易受环境变化影响，随着 外界环境信号变化，表达水平出现升高或降低。
可诱导基因：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。
诱导(induction)：可诱导基因在特定环境中表达增强的过 程。
可阻遏基因：如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因 被称为可阻遏基因。
始进行调节。
DNA-蛋白质相互作用指反式调节因子与顺式作 用元件之间的特异识别与结合。
一些调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋 白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然 后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子 结合。
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（4）RNA聚合酶： 对转录激活的调节最终是由RNA聚合酶活性体现
阻遏(repression)：可阻遏基因表达产物水平降低的过程。
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3、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)。
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乳糖操纵子(Lac operon)
3、原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调控
在很多原核操纵子系统，特异的阻遏蛋白是控制原核 启动序列的重要因素。当阻遏蛋白与相应的操纵序列结合 时，就会发生特异基因表达的阻遏。
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二、原核生物转录起始调控
操纵子调控模式在原核基因转录起始的调节中 具有普遍性。
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乳糖操纵子(Lac operon)
调节基因I 调控区
结Biblioteka Baidu基因
调节基因I编码一种
阻遏蛋白，后者与操纵
序列（O序列）结合，使
DNA I
P O Z Y A 操纵子受阻遏而处于关
操纵序列 启动序列
闭状态。
Z：β-半乳糖苷酶 Y：透酶
P序列上游有一个分
A：乙酰基转移酶 解（代谢）物基因激活
蛋白（CAP）结合位点，
CAP结合位点
其与P序列、O序列共同 构成乳糖操纵子的调控
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三、基因表达的方式及调节
按照对刺激的反应性，基因表达的方式或调节方式 存在很大差异：
1、基本表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，其 表达产物通常是对生命全过程都是必需的或必不可少的， 这类基因称为管家基因(housekeeping gene)。
这类基因表达称为基本表达，又称组成性基因 表达(constitutive gene expression)。
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阻遏蛋白与cAMP-CAP对乳糖操纵子转录的调控示意图
无葡萄糖有乳糖时，阻遏蛋白不与操纵基因结合，cAMP 处于高水平，形成cAMP-CAP复合物并与CAP位点结合，结构基 因大量表达。
的。启动序列/启动子结构、调节蛋白的性质对其活 性影响很大。
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第二节 原核生物基因表达的调控
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一、原核基因转录调节特点：
1、б因子决定RNA聚合酶识别特异性
由于б因子含有识别启动区的结构域，因而б因子能确 保RNA 聚合酶与特异启动区稳定结合，而不是与其它位点结 合。
不同的б因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、 rRNA、tRNA基因的转录。
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2、操纵子模型的普遍性
操纵子（operon）：在原核生物中，若干功能 相关的结构基因可串联在一起，其表达受到同一调 控系统的调控，共同组成一个转录单位，这种基因 的组织形式称为操纵子。
调控区
结构基因
DNA
P OZ YA
操纵序列 启动序列
Z：β-半乳糖苷酶 Y：透酶 A：乙酰基转移酶
CAP结合位点
基因表达调控
(Regulation of Gene Expression)
李子博
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第一节 概 述
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一、基因表达是基因转录及翻译的过程
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二、基因表达具有时间特异性和空间特异性
1、时间特异性
是指按功能需要，某一特定基因的表达严格 按照一定的时间顺序发生。
2、空间特异性
是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶 段，同一基因在不同的组织器官表达不同。
主要指具有调节功能的DNA序列. 原核生物主要是通过操纵子模型进行调控； 真核生物主要是通过顺式作用元件进行调控。
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（2）调节蛋白----可以增强或抑制转录活性。 原核生物中的调节蛋白主要分为特异因子、激活蛋白和阻 遏蛋白。 真核生物中的调节蛋白通常称为转录调节因子或转录因子。
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（3）DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用： 转录调节蛋白通过与DNA或与蛋白质相互作用对转录起
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阻遏蛋白与cAMP-CAP对乳糖操纵子转录的调控示意图
有葡萄糖无乳糖时，阻遏蛋白与操纵基因结合，
lac结构基因不转录；cAMP处于低水平，CAP 蛋白不能
与启动子附近的CAP位点结合。
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阻遏蛋白与cAMP-CAP对乳糖操纵子转录的调控示意图
葡萄糖和乳糖均存在时，尽管有诱导物乳糖存在，但 细菌优先利用葡萄糖，不予理睬乳糖。阻遏蛋白与乳糖结 合，空间构象改变，不再与操纵基因结合；但cAMP处于低 水平,CAP蛋白不与CAP位点结合，结构基因有少量表达。
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第二节 基因表达调控的基本原理
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1、基因表达调控呈现多层次和复杂性
基因表达调控可发生在遗传信息专递过程的 任何环节。
转录水平的调控，尤其是转录起始水平的调 控，对基因表达起着至关重要的作用，即转录起 始是基因表达的基本控制点。
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2、基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子相互作用的调节
基因转录激活调节基本要素： （1）特异DNA序列----决定基因的转录活性
区。
乳糖操纵子受到阻遏蛋白和CAP的双重调节
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1、阻遏蛋白的负性调控 (a) 没有乳糖存在时
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(b) 开始没有乳糖，再加入乳糖
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2、CAP的正性调控
CAP与乳糖操纵子启动序列附近的CAP位点结 合，可刺激转录活性，提高转录效率。 CAP的活性依赖cAMP,cAMP水平与葡萄糖水平相关：
[葡萄糖]高时, cAMP水平低； [葡萄糖]缺乏时, cAMP水平高；
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3、协调调控
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。
Lac的转录起始是由CAP和阻遏蛋白两种正、负调
控因子来控制的： ①当阻遏蛋白封闭转录时，CAP不能发挥作用； ②当阻遏蛋白从操纵序列上解聚，如无CAP，仍几
乎无转录活性。可见，两种机制相辅相成，互相协调， 相互制约。