生物化学——基因表达调控ppt课件
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生物化学-第十八章 基因表达调控
3、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)。
胰岛素基因 胰岛β细胞
三、基因表达的方式多样性
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
（一）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，通常被称为管家基因 (housekeeping gene)。
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基本（或组成性） 基因表达(constitutive gene expression)。
无专一性，需要启动子才能发挥作用。 酵母：上游激活序列（UAS）
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。
（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
GC盒: GGGCGG CAAT盒: GCCAAT
• 位于-30 〜 -110bp区域 • 与相应蛋白因子结合，影响转录效率。
典型的启动子由TAAT盒和CAAT盒和/或 GC盒组成，通常具有一个转录起始点及较高的 转录活性。
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、增强启动子转录活性的DNA序 列。发挥作用的方式：与方向、 距离无关。
人大附中生物竞赛辅导-生物化学15转录与基因表达调控ppt
如：A I
rRNA的转录后加工
18S 内含子 5.8S 内含子 28S
转录
剪接
rDNA 45S - rRNA
18S - rRNA
5.8S和28S-rRNA
第二节 基因转录调节
基因表达调控水平：
转录水平的调控transcriptional level: 转录激活、转录起始;
转录后水平的调控post-transcriptional level： 转录后加工、运输、mRNA降解;
2. 茎的区域富含G-C,茎环不易解开。
3. 强终止子的3’端约有6个A 由于茎环3’段紧接一串A/U的配对，稳定性比 较差，有利于转录物脱落而不利于转录延续。
5-CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAACTTCTTTCT-3
3-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAGAAAGA-5(模
真核生物转录生成的RNA分子是初级RNA转录物 (primary RNA transcript)，都要经过加工，才能成 为具有功能的成熟的RNA。
加工地点：主要在细胞核中进行。
（1）加帽capping
➢ 大多数真核mRNA的5’-末端有7-甲基鸟嘌呤 的帽结构。
➢ 这个真核mRNA加工过程的起始步骤由两种 酶 ， 加帽 酶 (capping enzyme)和 甲 基 转移 酶 (methyltransferase)催化完成。
结构基因
5
编码链
3
模板链
转录方向
转录方向
模板链
3
编码链
5
➢在DNA分子双链上某一区段，一股链用作 模板指引转录，另一股链不转录 ；
➢模板链并非永远在同一条单链上。
《生物化学》-第八章
➢ 与前述操纵子的基本组成一样，乳糖操纵子也是由结构基因和调控区组成的 ➢ 乳糖操纵子包括Z、Y和A三个结构基因 ➢ Z结构基因编码β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为别乳糖 ➢ Y结构基因编码半乳糖透过酶，促使半乳糖透过酶进入细菌内 ➢ A结构基因编码乙酰转移酶，催化半乳糖形成乙酰半乳糖 ➢ 调控区包括调节基因（I）、启动子（P）、操纵基因（O）及启动子上游的一个CAP结合位点，
第一节 基因表达的调控
二、基因表达调控的概念和意义
（一）基因表达调控的概念
➢ 基因表达调控是指细胞或生物体在接收内外环境信号刺激 或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上所做出的应 答，即基因组内的基因如何被表达、表达多少等
➢ 基因表达调控大致可以在5个层次上进行，即转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后
➢ 基因表达是指在一定的调节机制的控制下，基因组DNA经 转录、翻译等一系列过程，合成具有特异生物学功能的蛋 白质的过程
➢ 并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码 基因转录生成功能型RNA的过程也属于基因表达
第一节 基因表达的调控
一、基因表达的概念、特点及方式
（二）基因表达的特点--时间特异性
5′-侧上游，主要控制整个结构基因群的转录
第一节 基因表达的调控
三、原核生物基因表达的调控
（一）操纵子的基本组成
➢ 3．操纵基因 ➢ 操纵基因是指能被阻遏蛋白特异性识别并结合
的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子 序列重叠 ➢ 当阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白会阻 碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶 不能沿DNA链向前移动，从而阻遏转录的进行
（一）操纵子的基本组成
➢ 1．结构基因 ➢ 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因 ➢ 一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达20个以上 ➢ 各结构基因头尾衔接、串联排列，组成结构基因群
生物化学 5-基因表达调控
个基因或一些功能相近的基因表达（生物体内基因表达）的开启、
关闭和表达强度的直接调节。
它是生物在长期进化过程中逐渐形成的精确而灵敏的生存 能力和应变能力，是生物赖以生存的根本之一。
二、基因表达的方式
（一）组成性表达(constitutive gene expression)
指不大受环境变动而变化的一类基因表达。其中某些基因表 达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续需要而必不可少的， 这类基因可称为管家基因(housekeeping gene)，这些基因中不少
性。
• 当有葡萄糖存在时， cAMP浓度较低， cAMP与CAP 结合受阻，lac操纵子表达下降。
（4）协调调节
Lac阻遏蛋白负性调节与cAMP正性调节两种机制协调合作 • 无乳糖，无诱导物时，转录作用被I表达的阻遏蛋白所阻断。 • 有诱导物时，诱导物与阻遏蛋白结合，使其变构，从操纵基
因上解离出来。
调节基因
β －半乳糖苷酶
2、阻遏蛋白 的负性调节
没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻
遏状态。I序列表达的lac阻遏蛋白与
O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序 列结合，抑制转录启动。
有乳糖存在时，lac 操纵子可被诱导。
别乳糖作为诱导剂分子结合阻遏 蛋白，使蛋白构象变化，导致阻 遏蛋白与O序列解离，发生转录
基因产物特异识别、结 合其它基因的调节序列， 调节其它基因的开启或
关闭称为反式调节
基因产物特异识别、 结合自身基因的调 节序列，调节自身 基因的开启或关闭 称为顺式调节
DNA
a
A A
反式调节
b
mRNA
蛋白质A
C
c
DNA
mRNA
顺式调节
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。
2020-2021学年高中生物竞赛代谢调节与基因表达调控课件
1.细胞质基质的代谢 2.线粒体的代谢 3.叶绿体与质体的代谢 4.细胞核的代谢 5.溶酶体、过氧化物酶体的代谢 6.高尔基体与内质网的代谢 7.液泡的代谢
二、代谢调节作用点——限速酶、关键酶
体内代谢是一系列酶促反应的总和，
整个代谢途径速度往往决定代谢途径中催 化活力最低，米氏常数最大，也就是催化 反应速度最慢的酶，它起着限速反应作用， 故称之为 “限速酶”（rate－limiting enzyme），代谢调节就是通过这些酶活 性的改变来发挥调节作用的。但因为代谢 途径经常有交叉联系与分支，因此每条酶 促代谢反应途径都有相应的限速酶，所以 整个代谢途径中就会有多个限速酶。
1）顺式作用元件
指对基因表达有调节活性的DNA序列， 其活性只影响与其自身同处在一个DNA分 子上的基因；同时，DNA序列通常不编码 蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如 启动子。
2）反式作用因子
能调节与它们接触的基因的表达的各 种扩散分子（通常是蛋白质），如转录因 子；其编码基因与其识别或结合的靶核苷 酸序列不在同一个DNA分子上。
决定机体当时的需要与条件；而每条代谢 途径的定向、多取决于催化各代谢途径反 应的第一个酶，它们在催化可逆反应中往 往极度偏向一个方向，决定着多酶体系催 化代谢反应的方向，故又称为“关键酶” （key enzyme）。代谢方向调节主要通过 调节这些关键酶的活性。而关键酶往往同 时又是限速酶，他们是代谢的调节作用点。
➢起调节作用的是某种氨基酰-tRNA的浓度。
3)降解物对基因转录的调控
➢葡萄糖效应（降解物抑制作用）：是指 当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源 时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在 阻止了其它糖类利用的现象。
➢解释：葡萄糖的存在降低了细胞内cAMP的含量，而
生物化学》ppt课件14
(一)病毒癌基因(virus oncogene,v-onc)
1. 病毒癌基因是存在于病毒基因组中的癌基因，它 不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用， 但可以使细胞持续增殖。
2.病毒基因组结构
长末端 重复序列
正常的病毒基因
癌基因
LTR gag
pol
env src LTR
调节和 产生病毒 产生逆转录 产生病毒 产生酪氨酸 启动转录 核心蛋白 酶和整合酶 外膜蛋白 激酶
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
间、空间特异性表达。
转录激活因子
分为
转录抑制因子
(三)反式作用因子的结构
TF
DNA结合域 酸性激活域
(三) 癌基因的分类与功能
根据表达产物在细胞中的定位和功能分为：
1.蛋白激酶类 2.信息传递蛋白类 3.生长因子类 4.核内转录因子类
跨膜生长因子受体 膜结合的酪氨酸蛋白激酶 可溶性酪氨酸蛋白激酶 胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 非蛋白激酶受体
二、抑癌基因
(一)什么是抑癌基因？
抑癌基因又称肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene)或抗癌基因(anti-oncogene)，是指存在于正常细 胞内的一大类可抑制细胞生长并具有潜在抑癌作用的 基因。
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
医学生物化学(第十五章)
(2) 锌指 （zinc finger） 约30氨基酸残基，4个氨基酸残基（两个cys,两个 his, 或4个cys)以配位键与Zn2+相互作用
（3）亮氨酸拉链 （leucine zippers） 一段肽链中每隔7个氨基酸即有一个亮氨酸，该肽段所 形成的螺旋可出现疏水及亲水二个面，疏水面即亮氨 酸拉链。
3.反应元件
概念： 特点：协同作用。
4. 沉默子（Silencer）
概念： 特点：负性调节元件。
2 反式作用因子
两个必需结构域： 与顺式元件结合的结构域 与反式元件或RNA聚合酶结合的激活结构域
3 反式作用因子的结构模式
（1） α螺旋—β转角—α螺旋 （helix- turn- helix）
其中一个为识别螺旋，含有较多能与DNA相互 作用的AA残基
一、具有转录活性的染色质结构的变化
—便于RNA聚合酶及转录因子附着
1.DNase I 超敏感位点 （ DNase I hypersensitive site） 一般100-200 bp，转录基因5‘端 1000bp 内，一般不存 在核小体结构 2.DNA拓扑结构变化； 3.组蛋白变化：H1蛋白减少；其他组蛋白发生乙酰化、 甲基化等修饰 4.DNA甲基化修饰发生变化：去甲基化 m5CpG→CpG
二、参与基因调控的顺式作用元件和反式 作用因子
1 顺式作用元件
和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列 1. 启动子和启动子上游近侧序列 TATA box CAAT box GC box CpG岛 （MeCP1、 MeCP2）
2. 增强子（enhancer）
概念： 特点：不受与启动子距离、序列及方向的制约； 有组织特异性 。
第一节 原核生物基因表达的调控
《医学生物化学》PPT课件
葡萄糖在有氧条件下彻底氧化为水和二氧化碳，并释放大量能量的 过程，关键酶包括丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶等。
磷酸戊糖途径
葡萄糖在磷酸戊糖途径中生成磷酸核糖和NADPH，关键酶包括6磷酸葡萄糖脱氢酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等。
糖异生过程及其生理意义
糖异生定义
非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。
糖异生主要器官
酶抑制剂的分类与作用机制
02
竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂等。
酶激活剂的研究与应用
03
提高酶活性，增强生物体代谢功能；在生物工程领域的应用。
04
糖代谢与糖异生作用
糖代谢途径及关键酶介绍
糖酵解途径
葡萄糖在无氧条件下分解为乳酸的过程，关键酶包括己糖激酶、 磷酸果糖激酶等。
糖有氧氧化途径
疾病诊断
利用表观遗传学标记物进行疾病早期诊断和预后评估。
药物研发
针对表观遗传学靶点开发新的药物，提高治疗效果和降低副作用。
个性化医疗
根据患者的表观遗传学特征制定个性化治疗方案，提高治疗效果。
基因诊断技术发展现状与挑战
发展现状
基因诊断技术不断发展和完善， 包括基因突变筛查、单基因遗传 病诊断、肿瘤基因检测等。
挑战
基因诊断技术的敏感性和特异性 仍需提高，同时面临着伦理、法 律和社会等方面的挑战。
精准医疗时代下个性化治疗方案设计
基因突变与疾病关系解析
个性化药物选择
根据患者的基因型信息，选择最适合的药物进行治 疗，提高治疗效果和降低副作用。
通过分析患者的基因突变与疾病发生发展的 关系，为个性化治疗方案提供依据。
饮食调整
减少饱和脂肪酸和胆固 醇的摄入，增加不饱和 脂肪酸、膳食纤维等的
磷酸戊糖途径
葡萄糖在磷酸戊糖途径中生成磷酸核糖和NADPH，关键酶包括6磷酸葡萄糖脱氢酶、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶等。
糖异生过程及其生理意义
糖异生定义
非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程。
糖异生主要器官
酶抑制剂的分类与作用机制
02
竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂等。
酶激活剂的研究与应用
03
提高酶活性，增强生物体代谢功能；在生物工程领域的应用。
04
糖代谢与糖异生作用
糖代谢途径及关键酶介绍
糖酵解途径
葡萄糖在无氧条件下分解为乳酸的过程，关键酶包括己糖激酶、 磷酸果糖激酶等。
糖有氧氧化途径
疾病诊断
利用表观遗传学标记物进行疾病早期诊断和预后评估。
药物研发
针对表观遗传学靶点开发新的药物，提高治疗效果和降低副作用。
个性化医疗
根据患者的表观遗传学特征制定个性化治疗方案，提高治疗效果。
基因诊断技术发展现状与挑战
发展现状
基因诊断技术不断发展和完善， 包括基因突变筛查、单基因遗传 病诊断、肿瘤基因检测等。
挑战
基因诊断技术的敏感性和特异性 仍需提高，同时面临着伦理、法 律和社会等方面的挑战。
精准医疗时代下个性化治疗方案设计
基因突变与疾病关系解析
个性化药物选择
根据患者的基因型信息，选择最适合的药物进行治 疗，提高治疗效果和降低副作用。
通过分析患者的基因突变与疾病发生发展的 关系，为个性化治疗方案提供依据。
饮食调整
减少饱和脂肪酸和胆固 醇的摄入，增加不饱和 脂肪酸、膳食纤维等的
生物化学PPT课件
生物化学PPT课件contents •生物化学概述•蛋白质结构与功能•酶学原理及应用•糖类代谢与疾病关系•脂质代谢与疾病关系•基因表达调控与疾病关系目录生物化学概述生物化学定义与研究对象生物化学定义研究对象生物大分子（蛋白质、核酸、多糖等）及其相互作用；生物小分子（氨基酸、脂肪酸、糖类等）的代谢和调控；生物体内的能量转化与传递等。
生物化学发展历史及现状发展历史现状生物化学在医学领域重要性疾病诊断药物研发营养与健康遗传性疾病研究蛋白质结构与功能氨基酸种类与性质常见氨基酸种类甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸等20种常见氨基酸。
氨基酸性质包括酸碱性质、极性、亲疏水性等。
氨基酸在生物体内的作用合成蛋白质、多肽、激素等生物活性物质。
蛋白质一级结构的定义01蛋白质一级结构的测定方法02蛋白质一级结构与功能的关系03蛋白质二级结构的定义蛋白质二级结构的类型蛋白质二级结构的预测方法蛋白质三级和四级结构蛋白质三级结构的定义01蛋白质四级结构的定义02蛋白质三级和四级结构与功能的关系03酶学原理及应用酶的定义和特性酶的分类酶的命名030201酶概述及分类方法1 2 3酶活性的可逆性调节酶原的激活酶的抑制剂和激活剂酶活性调节机制生物工程利用酶的催化作用，在生物工程领域进行大规模的物质转化和合成。
例如，利用酶法制备高纯度药物、生产功能性食品等。
疾病诊断利用酶的特异性催化作用，可以检测体液中特定成分的含量，从而辅助疾病的诊断。
例如，利用酶活性测定法检测血液中葡萄糖含量以诊断糖尿病。
疾病治疗通过抑制或激活特定酶的活性来治疗疾病。
例如，利用酶抑制剂治疗高血压、癌症等疾病；利用酶激活剂治疗肝炎、帕金森病等疾病。
药物研发基于酶的结构和功能特性，设计和开发新的药物。
例如，针对特定酶的抑制剂或激活剂可以作为候选药物进行研发。
酶在医学诊断和治疗中应用糖类代谢与疾病关系糖类概述及分类方法糖类定义糖类分类糖类生物学作用葡萄糖代谢途径糖代谢异常引发疾病糖尿病低血糖症糖代谢相关遗传性疾病其他疾病脂质代谢与疾病关系脂质概述及分类方法脂质定义脂质分类脂质功能甘油三酯代谢途径甘油三酯分解甘油三酯合成在脂肪酶的作用下分解为甘油和脂肪酸，供机体利用。
生物化学：基因表达调控原理
C —— Cys H —— His
2、α-螺旋 常结合CAAT盒
(三) mRNA转录激活及其调节
TBP相关因子
TFⅡF polⅡ
TAFTAF TAF TFⅡH
TFⅡA TBP TFⅡB
TATA
DNA
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
真核基因转录调节是复杂的、多样的
* 不同的DNA元件组合可产生多种类型的 转录调节方式；
（一） 时间特异性：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与 发育阶段相关,故又称阶段特异性。
胚胎致畸敏感期
• 指受孕后3-8周（末次月经的第5-10周）。此期 是人胚胎发育的最重要时期，所有主要的外表和 内部结构都在此时开始发育。许多重要器官及系 统，如中枢神经系统、心脏、眼、四肢、五官、 外阴等都在此期陆续萌芽分化，组织娇嫩、敏感、 极易受到内外环境因素的影响与损害，而导致严 重的形体与内脏的畸形。根据人类胚胎发育时间 的研究，引起主要器官畸形的最危险时期均在此 期，如脑在受孕后的15-27天，眼在24-29天， 心脏在20-29天，四肢在24-36天，生殖器在2662天。故此期称为敏感期。
（二）乳糖操纵子的调节机制 1、阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
DNA I
pPБайду номын сангаасl O Z Y A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
DNA I
mRNA 阻遏蛋白
pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
有乳糖存在时
阻遏蛋白的负性调节：—— 可诱导调控
1) 无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵 基因上 → 阻止转录过程 → 基因关闭；
2、α-螺旋 常结合CAAT盒
(三) mRNA转录激活及其调节
TBP相关因子
TFⅡF polⅡ
TAFTAF TAF TFⅡH
TFⅡA TBP TFⅡB
TATA
DNA
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
真核基因转录调节是复杂的、多样的
* 不同的DNA元件组合可产生多种类型的 转录调节方式；
（一） 时间特异性：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与 发育阶段相关,故又称阶段特异性。
胚胎致畸敏感期
• 指受孕后3-8周（末次月经的第5-10周）。此期 是人胚胎发育的最重要时期，所有主要的外表和 内部结构都在此时开始发育。许多重要器官及系 统，如中枢神经系统、心脏、眼、四肢、五官、 外阴等都在此期陆续萌芽分化，组织娇嫩、敏感、 极易受到内外环境因素的影响与损害，而导致严 重的形体与内脏的畸形。根据人类胚胎发育时间 的研究，引起主要器官畸形的最危险时期均在此 期，如脑在受孕后的15-27天，眼在24-29天， 心脏在20-29天，四肢在24-36天，生殖器在2662天。故此期称为敏感期。
（二）乳糖操纵子的调节机制 1、阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
DNA I
pPБайду номын сангаасl O Z Y A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
DNA I
mRNA 阻遏蛋白
pPol O Z Y A
启动转录
mRNA
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
有乳糖存在时
阻遏蛋白的负性调节：—— 可诱导调控
1) 无乳糖存在时，阻遏物可以结合在操纵 基因上 → 阻止转录过程 → 基因关闭；
3分生-基因表达及调控0909-PPT资料82页
1
30 1
30 31 104 105 146 105 146
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
8
剪接子，选择性剪接
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Molecular Biology
第二节 蛋白质翻译
以mRNA为模板合成蛋白质的过程称为 翻译（translation）。
控制转录频率
TATA框 RNA聚合酶结合
决定转录起始点
DNA
MolecuMlaerdiBcailoGloegnyetics
3
外显子 1
外显子 2
外显子 3
（E1） 内含子1（I1） （E2） 内含子2（I2） （E3）
1
30
31 104
105 146
AATAAA
回文顺序
5 hnRNA
转录
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
31
甲基化（ DNA methylation ）
Molecular Biology
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
32
Molecular Biology
(cis-acting element) 启动子；增强子
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mRNA：遗传密码
tRNA：反密码
核糖体：
多肽链的合成：多聚核糖体
蛋白质的分拣与转运
杨保胜 生物化学与分子生物学教研室
13
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第六章
Molecular Biology
基因表达调控
• 是指生物体通过特定的蛋白质与DNA、 蛋白质与蛋白质之间的相互作用来控制 基因是否表达，或调解表达产物的多少 以满足生物体的自身需求以及适应环境 变化的过程。
细菌学教学第五章细菌的基因表达PPT课件
基因表达的反馈调节
总结词
反馈调节是细菌基因表达中的一种重要机制，通过产物对整个表达过程的调节来维持代 谢平衡。
详细描述
反馈调节是一种自我调节机制，通过产物对整个表达过程的调节来维持代谢平衡。在细 菌中，反馈调节通常涉及到产物对阻遏蛋白或激活蛋白的影响，从而影响结构基因的表 达。例如，当某个代谢产物积累到一定浓度时，它可能会与阻遏蛋白或激活蛋白相互作
基因表达的正调控
总结词
正调控在细菌基因表达中起到促进作用，通过激活蛋白与操纵基因的结合来增强 结构基因的表达。
详细描述
正调控是指通过某些机制促进基因的表达。在细菌中，正调控通常涉及到激活蛋 白与操纵基因的相互作用。当激活蛋白与操纵基因结合时，它会促进RNA聚合酶 对结构基因的转录，从而增强结构基因的表达。
翻译是指以mRNA为模板合成蛋 白质的过程，是基因表达的第二 阶段。
100%
翻译过程
核糖体沿着mRNA移动，按照 mRNA上的密码子序列选择相应 的氨基酸，并合成具有特定氨基 酸序列的多肽链。
80%
翻译产物
翻译产物是各种蛋白质，它们在 细胞中发挥多种功能，如催化、 运输、结构等。
转录与翻译的比较
01
THANK YOU
感谢聆听
细菌学教学第五章细菌的基因 表达ppt课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 细菌基因表达的机制 • 细菌基因表达的调控 • 细菌基因表达的实验验证 • 细菌基因表达的应用 • 结论与展望
01
引言
细菌基因表达的重要性
细菌基因表达是细菌适应环境变化、生存和繁殖的 关键过程。
了解细菌基因表达有助于深入理解细菌的生物学特 性、致病机制和抗药性机制。
生物化学 第39章 基因的表达与调控
➢ 根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答， 可分为： 可诱导调节 可阻遏调节
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
正转录调控
如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节 蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控正转录调控。
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
负转录调控
在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白 质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控。
可诱导调节
• 指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下， 由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子
酶合成的诱导操纵子模型
cAMP与代谢物激活蛋白
• 代谢物激活蛋白（CAP）/环腺甘酸受体蛋白（CRP）
调控区
结构基因
DNA
P OZ YA
操纵序列
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
启动序列
A：乙酰基转移酶
CAP结合位点 cAMP—CAP复合物
CAP的正调控
ATP
cAMP（环腺甘酸）
腺甘酸环化酶
+ + + + 转录
DNA
基因表达的规律 ——时间性和空间性
• 时间特异性（temporal specificity） 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。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
• 空间特异性(spatial specificity) 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，称之为基因表达的空间特异性。
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
正转录调控
如果在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入这种调节 蛋白质后基因活性就被开启，这样的调控正转录调控。
调节基因
操纵基因
结构基因
激活蛋白 阻遏蛋白
正转录调控 负转录调控
负转录调控
在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入这种调节蛋白 质后基因表达活性便被关闭，这样的调控负转录调控。
可诱导调节
• 指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下， 由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子
酶合成的诱导操纵子模型
cAMP与代谢物激活蛋白
• 代谢物激活蛋白（CAP）/环腺甘酸受体蛋白（CRP）
调控区
结构基因
DNA
P OZ YA
操纵序列
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
启动序列
A：乙酰基转移酶
CAP结合位点 cAMP—CAP复合物
CAP的正调控
ATP
cAMP（环腺甘酸）
腺甘酸环化酶
+ + + + 转录
DNA
基因表达的规律 ——时间性和空间性
• 时间特异性（temporal specificity） 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。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
• 空间特异性(spatial specificity) 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，称之为基因表达的空间特异性。
《北京大学生物化学》PPT课件
细胞信息传递的方式
1、直接接触的细胞：细胞连接；细胞识别 2、未接触的细胞：化学通讯
具有调节细胞生命活动的化学 物质称为信息物质
化学信号转导的一般步骤 特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
第一节 信息传递体系
（2）膜受体特点：单个跨膜α螺旋受体，与胞 浆中蛋白激酶（JAK）偶联
（3）效应蛋白：连接物蛋白（JAK）、信号转 导子和转录激动子(STAT)
➢JAK：具有SH2结构域（具TPK活性），激活 STAT，进而结合并激活一系列后续效应蛋白， 调节基因转录
(四) cGMP－蛋白激酶途径（G激酶通路）
激素
有些细胞间信息物质能对同种细胞或 分泌细胞自身起调节作用，称为自分泌信 号(autocrine signal)
R
GC
GC
NO
GTP
cGMP
胞膜
PKG
蛋白质磷酸化
* 生理效应：如心钠素、NO舒张血管平滑肌。
NO
可溶性受体
心钠素 膜受体
受体鸟苷酸环化 酶活化
cGMP
PKG
效应蛋白磷酸化
生物学效应
1、信息物质：心钠素，NO等
2、受体：膜受体GC、可溶性GC 膜受体结构：
➢胞外区：与心钠素结合 ➢跨膜区：含一条α螺旋 ➢胞内区：含鸟苷酸环化酶结构域
(六) TGF-β途径
（1）胞外信息：TGF-β、活化素、骨形态发 生蛋白等 （2）膜受体：TβRⅠ和Ⅱ
➢受体具有Ser/Thr蛋白激酶活性 （3）效应蛋白：SMAD （4）生物效应：细胞增值、分化、凋亡、迁移等
二、胞浆/核内受体及其信息传递
基因的遗传与表达—RNA的生物合成(生物化学课件)
一般可分 为 两类
DDRP 能直接识别的启动子
需蛋白质辅助因子的帮助，DDRP 才能识别的启 动子
2. 终止信号(终止子) DNA分子中决定RNA聚合酶终止转录的特定碱基序列。
原核生物终止信号碱基组成特点
GC富集区 有反向重复序列
AT富集区
决定转录产物的回折形成茎-环 (或称发夹)结构
GC富集区 反向重复序列
▲ E.Coli的DDRP 由 5 个亚基组成
α2ββ'(核心酶) +σ因子
σα2ββ'(全酶)
大肠杆菌RNA聚合酶亚基组成及其功能
────────────────────────
类型
亚基/酶分子
主要功能
─────────────────────
α
2
决定哪些基因被转录
β
1
参与转录的全过程
β'
1
与模板DNA结合 被利福平
解开转录起始点下游一小段(约 17bp) DNA双螺旋，产生单链模 板；
不需引物，催化形成第一个3，5-磷酸二酯键，沿 5‘→3’方向 延伸RNA链
能识别DNA模板上的转录终止信号(依赖于σ因子) 在基因表达中， 参与转录水平的调控
RNA聚合酶与启动子的结合模式图
⒉ρ因子 功能 (1)能帮助 DDRP识别终止信号并停止转录 (2)具有ATP酶和解链酶活性，使RNA-DNA杂化分子解链，从而释放 转录产物RNA分子
不对称转录的两方面含义 ：
v DNA 分子上的一条链可转录，另一条不转录 v 模板链并非永远在同一单链上
5'
3'
3'
5'
模板链（含结构基因） 编码链
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DNA
I
C
P pol O
Z
Y
A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
有乳糖存在时
DNA mRNA
I
C
pPol
O
Z
Y
A
启动转录
mRNA
阻遏蛋白
β-半乳糖苷酶
半乳糖
乳糖
(2)CAP的正性调节
+ + + + 转录
DNA
I
C
P
O
Z
YA
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CCAAPP CAP CAP CAP
2. 乳糖操纵子的结构及其调节机制
控制区
信息区
DNA
I
C
P
O
Z
YA
调控 序列
启动 序列
操纵 序列
CAP结合位点
编码基因 Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶
A：乙酰基转移酶 代谢产物基因激活蛋白(catabolite gene activator protien,CAP)
(1)阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
cAMP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
(3)阻遏蛋白与CAP的协调调节
低半乳糖时 (有阻遏蛋白)
葡萄糖浓度低
O
cAMP 浓度高
(有CAP)
葡萄糖浓度高
O
cAMP 浓度低
(无CAP)
高半乳糖时 (无阻遏蛋白)
RNA-pol
O
mRN A
O
三、真核基因基因表达的调节
(一)顺式作用元件(cis-acting element)
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
——可影响自身基因表达活性的DNA序列
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，至少包括一个转录
起始点以及一个以上的功能组件。 RNA起始点
CAAT盒
GC盒
TATA盒
高等真核生物
上游激活序列(UAS)
RNA起始点
TATA盒
酵母
2. 增强子(enhancer) 指远离转录起始点、决定
1.时间特异性 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。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶
段特异性。 2.空间特异性
某种基因产物在个体按不同组织空间顺序 出现，称之为基因表达的空间特异性。
空间特异性是由细胞在器官的分布决定 的，故又称细胞或组织特异性。
二、原核生物基因表达调控
调节和 产生病毒 产生逆转录 产生病毒 产生酪氨酸
启动转录 核心蛋白 酶和整合酶 外膜蛋白
激酶
(二)细胞癌基因(cellular-oncogene, c-onc)
1. 细胞癌基因是存在于生物正常细胞基因组中的癌 基因，或称原癌基因 (proto-oncogenes , proo2.n细c)胞。癌基因的特点
(一)参与原核生物基因表达调控的蛋白因子
1. RNA聚合酶 RNA聚合酶与DNA的亲和力，影响转录。
2.σ因子 主要参与RNA聚合酶对启动序列的识别。
3. 阻遏蛋白 能够与特异操纵序列结合，阻断基因表达。
4. 激活蛋白 增强RNA聚合酶与启动序列的结合能力。
(二)原核生物基因转录调控模式
—— 操纵子机制
转录起始复合物。
EBP
TFⅡF polⅡ TAF TAF TAF TFⅡH
TFⅡA TBP TFⅡB TATA
DNA
第二节 癌基因与抑癌基因
(Oncogenes and,Anti-oncogenes)
抑癌基因
负调控
细胞
癌基因 正调控
表达蛋白
一、癌基因
控制细胞生长和分化的基因，它的结构或表 达异常，可引起细胞癌变。
第十四章 基因表达调控
(Regulation of Gene Expression)
1961年，法国科学家F. Jacob和J. Monod 通过研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制，提出 了著名的操纵子学说，从而开创了基因表达调 控研究的新纪元。
对基因表达调控的研究是目前分子生物学 领域最重要的研究内容之一。
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
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 f间ac、to空r为s间)个特别异基性因表转达录。所必需，决定该基因的时
分为 转录激活因子 转录抑制因子
(三)反式作用因子的结构源自TF 1.同源结构域基因的时间、空间特异性、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。 DNA
转录起始点
B
A
编码序列
A：启动子
B：增强子或沉默子
(二)反式作用因子(trans-acting factor)
——影响基因表达的蛋白因子 1.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
分为细胞癌基因和病毒癌基因。
(一)病毒癌基因(virus oncogene,v-onc)
1. 病毒癌基因是存在于病毒基因组中的癌基因，它 不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用， 但可以使细胞持续增殖。
2.病毒基因组结构
长末端 重复序列
正常的病毒基因
LTR gag
pol
env
癌基因
src LTR
(1)广泛存在于生物界中； (2)基因序列高度保守； (3)作用通过其产物蛋白质来体现； (4)被激活后，形成癌性的细胞转化基因。
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
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
2.锌指
3.碱性亮氨酸拉链
C
H
C Zn 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