从基因到蛋白质

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1) SD序列对翻译的影响 : SD序列是原核生物 序列对翻译的影响: 序列是原核生物 序列是原核生物mRNA起始密码子 序列对翻译的影响 起始密码子 AUG上游 上游3-10碱基的由 个碱基组成的一个富含嘌呤核苷酸的 碱基的由3-9个碱基组成的一个富含嘌呤核苷酸的 上游 碱基的由 序列,能与核糖体小亚基16s rRNA3’末端富含嘧啶的序列互补, 末端富含嘧啶的序列互补, 序列,能与核糖体小亚基 末端富含嘧啶的序列互补 从而使核糖体与mRNA结合,开始翻译。 结合, 从而使核糖体与 结合 开始翻译。 mRNA的稳定性:原核细胞内 的稳定性:原核细胞内mRNA通常很快被降解。例如:E. 通常很快被降解。 的稳定性 通常很快被降解 例如: coli的许多 的许多mRNA在37℃时的平均寿命只有大约 分钟。 分钟。 的许多 在 ℃时的平均寿命只有大约2分钟 翻译产物对翻译的影响:有些mRNA编码的蛋白质,本身就是在 编码的蛋白质, 翻译产物对翻译的影响:有些 编码的蛋白质 蛋白翻译过程中发挥作用的因子。 蛋白翻译过程中发挥作用的因子。这些因子可对自身的翻译产生 调控作用。如起始因子3( 调控作用。如起始因子 (IF-3),当它合成过多时,能有效地校 ) 当它合成过多时, 正和抑制其自身的起始密码子与起始tRNA的配对而抑制翻译的 正和抑制其自身的起始密码子与起始 的配对而抑制翻译的 起始。另外还有核糖体蛋白、翻译终止因子等均可影响翻译过程。 起始。另外还有核糖体蛋白、翻译终止因子等均可影响翻译过程。
激活蛋白、特异因子、转录因子等均可通过增强或者干扰DNA 白、激活蛋白、特异因子、转录因子等均可通过增强或者干扰 聚合酶与启动子之间的结合,调节基因的起始。 聚合酶与启动子之间的结合,调节基因的起始。
三、原核生物的基因表达调控: 原核生物的基因表达调控:
原核生物结构简单、无细胞核,转录和翻译过程耦联在一起, 原核生物结构简单、无细胞核,转录和翻译过程耦联在一起, 对环境条件的变化反应迅速, 对环境条件的变化反应迅速 , 可以根据环境因素的变化迅速 调整自身基因的表达,满足其生长和繁殖的需要。 调整自身基因的表达 , 满足其生长和繁殖的需要 。 原核基因 表达调控的特点为: 表达调控的特点为:
从基因到蛋白质
--生物基因的表达及调控
苏 川
chuansu@njmu.edu.cn 南京医科大学病原生物学系 86862774 江苏省病原生物学重点实验室 86862773
一、基因表达的概述: 基因表达的概述:
从基因到蛋白质――中心法则:
转录 复制
翻译
DNA
逆转录
mRNA
蛋白质
二、基因表达调控的基本概念与原理: 基因表达调控的基本概念与原理:
1) 2)
3)
一个免疫球蛋白分子包括两条相同的轻链和重链。 一个免疫球蛋白分子包括两条相同的轻链和重链。 轻链:可变区、恒定区、 轻链 : 可变区 、 恒定区 、 连接区都由位于同一染色体不同 位置的DNA片段编码,在形成活性基因前, DNA片段编码 位置的DNA片段编码,在形成活性基因前,上述各一个基因 通过染色体内重组成连到一起。 通过染色体内重组成连到一起。 重链:可变区、恒定区、连接区、 重链:可变区、恒定区、连接区、歧化区
2) DNA与蛋白质之间相互作用对基因表达的影响: 与蛋白质之间相互作用对基因表达的影响: 与蛋白质之间相互作用对基因表达的影响
A.
DNA上的特定序列可以与相应的蛋白质结合,这些蛋白质依其作用分 上的特定序列可以与相应的蛋白质结合, 上的特定序列可以与相应的蛋白质结合 为: 阻遏蛋白( 阻遏蛋白(repressor):与操纵序列结合,阻遏基因的转录。 ) 与操纵序列结合,阻遏基因的转录。 激活蛋白( 激活蛋白(activator):与启动子中的特定序列结合,增强转录。 ) 与启动子中的特定序列结合,增强转录。 特异因子 转 录 因 子 ( transcription factor, TF ) 也 称 反 式 作 用 因 子 (trans-acting factor):通过与顺式作用元件结合,调节转录 ) 通过与顺式作用元件结合, 活性 DNA-蛋白质之间的结合通常是非共价键的形式,通过蛋白质分子中特 蛋白质之间的结合通常是非共价键的形式, 蛋白质之间的结合通常是非共价键的形式 殊的结构域与DNA分子中双螺旋结构的大沟结合,调节基因的转录。 分子中双螺旋结构的大沟结合,调节基因的转录。 殊的结构域与 分子中双螺旋结构的大沟结合 常见的DNA-蛋白质结合域有: 蛋白质结合域有: 常见的 蛋白质结合域有 螺旋-转角-螺旋( 螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix) ) 锌指( 锌指(zinc fingers) )
亮氨酸拉链( 亮氨酸拉链(leucine zipper) ) 螺旋-转角-螺旋(helix-loop-helix) 螺旋-转角-螺旋( )
4) RNA聚合酶对基因表达的影响: 聚合酶对基因表达的影响: 聚合酶对基因表达的影响 A. 转录起始是通过 转录起始是通过RNA聚合酶与启动子的结合来实现的,转录 聚合酶与启动子的结合来实现的, 聚合酶与启动子的结合来实现的 起始的调控是基因表达调控中最重要、最基础的调控点之一。 起始的调控是基因表达调控中最重要、 最基础的调控点之一。 B. 不同启动子的序列不同,因而影响它们与 不同启动子的序列不同,因而影响它们与RNA聚合酶结合的 聚合酶结合的 亲和力,亲和力的不同继而直接影响转录起始的频率。 亲和力,亲和力的不同继而直接影响转录起始的频率。 C. RNA聚合酶和启动子的结合也会受到调节蛋白的影响 阻遏蛋 聚合酶和启动子的结合也会受到调节蛋白的影响, 聚合酶和启动子的结合也会受到调节蛋白的影响
2.
基因修饰对基因表达的调控作用: 基因修饰对基因表达的调控作用:
胞嘧啶经甲基化为5-甲基胞嘧啶(常出现在5’端侧翼序列的 端侧翼序列的GC 胞嘧啶经甲基化为 甲基胞嘧啶(常出现在 端侧翼序列的 甲基胞嘧啶 丰富区) 影响DNA特异序列与转录因子的结合,使基因不能 特异序列与转录因子的结合, 丰富区 ),影响 特异序列与转录因子的结合 转录或阻止转录复合物的形成。 转录或阻止转录复合物的形成。
5.
基因重排: 基因重排:
基因重排是指某些基因片段改变原来的存在顺序,通过调整有 基因重排是指某些基因片段改变原来的存在顺序, 关基因片段的衔接顺序,重新组成为一个完整的转录单位。 关基因片段的衔接顺序,重新组成为一个完整的转录单位。一 种熟知的以基因重排来调节不同基因表达的例子是哺乳动物免 疫球蛋白各编码区的连接: 疫球蛋白各编码区的连接:
1.
染色质( 染色质(chromatin)结构对基因表达的调控作用: )结构对基因表达的调控作用:
真核基因通常与组蛋白( 真核基因通常与组蛋白(histone)结合形成核小体,从而保护 )结合形成核小体, DNA免受损伤,维持基因组稳定,抑制基因的表达。 影响基因 免受损伤, 免受损伤 维持基因组稳定,抑制基因的表达。 表达水平的主要有: 表达水平的主要有: 组蛋白的含量 组蛋白的结构 调节蛋白与组蛋白H1和 竟争和 竟争和DNA的结合, 从而解除 的结合, 调节蛋白与组蛋白 和 H5竟争和 的结合 组蛋白对基因表达的抑制作用。 组蛋白对基因表达的抑制作用。
4.
基因扩增: 基因扩增:
细胞内某些特定基因的拷贝数专一性地大量增加的现象, 细胞内某些特定基因的拷贝数专一性地大量增加的现象 , 它是细胞在短期内为满足某种Baidu Nhomakorabea要(发育需要、 它是细胞在短期内为满足某种需要 ( 发育需要 、 外界环境 因素)而产生足够的基因产物的一种调控手段。 因素)而产生足够的基因产物的一种调控手段。
1.
基因表达调控的概念及方式: 基因表达调控的概念及方式:
1) 2) 3)
4)
基因:一个遗传单位,是一段可表达的 序列。 基因:一个遗传单位,是一段可表达的DNA序列。 序列 基因组:一个单倍体细胞或病毒颗粒的全套基因。 基因组 : 一个单倍体细胞或病毒颗粒的全套基因 。 人类基 因组含约4万个基因 万个基因。 因组含约 万个基因。 基因表达:基因所包含的遗传信息通过转录生成RNA,再 基因表达 : 基因所包含的遗传信息通过转录生成 , 经过翻译生成蛋白质的过程。一般而言,在某一特定时刻, 经过翻译生成蛋白质的过程 。 一般而言 , 在某一特定时刻 , 高等生物仅有不到15%的基因表达。 的基因表达。 高等生物仅有不到 的基因表达 基因表达调控:基因表达有其特定的规律, 基因表达调控 : 基因表达有其特定的规律 , 并受到机体各 种因素的调节和控制。对基因的表达实施精确的控制, 种因素的调节和控制 。 对基因的表达实施精确的控制 , 使 细胞适应不同阶段、不同环境条件下的生长与发育的需要, 细胞适应不同阶段 、 不同环境条件下的生长与发育的需要 , 维持机体正常生命活动,有着重要意义。 维持机体正常生命活动,有着重要意义。 可诱导基因: 可诱导基因:基因表达的时间特异性 基因表达的空间特异性(组织特异性) 基因表达的空间特异性(组织特异性) 看家基因: 看家基因
2. 基因表达调控的基本原理: 基因表达调控的基本原理:
原核生物和真核生物的基因表达调控尽管在细节上差异 很大,但两者的调控模式和原理极为相似。 很大,但两者的调控模式和原理极为相似。 调节作用主要包括核酸之间的相互作用、 调节作用主要包括核酸之间的相互作用、核酸与蛋白质 之间的相互作用以及蛋白质之间的相互作用。 之间的相互作用以及蛋白质之间的相互作用。 调控作用可能是正向的或负向的。 调控作用可能是正向的或负向的。 调控点可以位于基因表达过程的各个环节, 调控点可以位于基因表达过程的各个环节,如基因的激 转录起始、 转录后加工、 降解、 活 、 转录起始 、 转录后加工 、 mRNA降解 、 蛋白质翻 降解 翻译后加工和蛋白质降解等。 译、翻译后加工和蛋白质降解等。
2) 3)
四、真核生物的基因表达调控: 真核生物的基因表达调控:
真核生物基因表达调控与原核不同点在于: 真核生物基因表达调控与原核不同点在于: 转录激活与染色体转录区特定结构相适应 2. 正性调节占主导 3. 转录与翻译在空间上的分离 更多、 4. 更多、更复杂的调控蛋白
1.
(一)、DNA水平的调控(真核生物表达调控的次 DNA水平的调控( DNA水平的调控 要和辅助手段): 要和辅助手段):
普遍存在操纵子调控模式 通过特异的阻遏蛋白或激活蛋白调节基因的转录 转录与翻译的耦联 1.
转录水平的调控: 转录水平的调控:
1)
乳糖操纵子的调控: 乳糖操纵子的调控:
阻遏蛋白对乳糖操纵子的调节
2) 其它转录调控机制: ) 其它转录调控机制: 转录衰减: 转录衰减: 基因重组: 基因重组: 2. 翻译水平的调控: 翻译水平的调控:
B.
3) 蛋白质之间相互作用对基因表达的影响: 蛋白质之间相互作用对基因表达的影响: A. 调节蛋白通常通过二聚体(dimer)或多聚体(polymer)的形 调节蛋白通常通过二聚体( )或多聚体( ) 式与DNA结合 式与 结合 B. 不同的调节蛋白也可以相互作用或结合后 , 再与 不同的调节蛋白也可以相互作用或结合后,再与DNA特定部 特定部 位结合,调节同一基因的不同转录水平,尤其多见于真核生物。 位结合,调节同一基因的不同转录水平,尤其多见于真核生物。 C. 蛋白质之间相互作用的典型特征包括: 蛋白质之间相互作用的典型特征包括:
3.
基因丢失: 基因丢失:
1) 2) 3)
在细胞分化过程中, 在细胞分化过程中 , 可以通过丢失掉某些基因而去除掉某 些基因的活性。 些基因的活性。 染色体破碎所致的不均等分配。 染色体破碎所致的不均等分配。 仅发生在低等生物中(原生动物、线虫、昆虫、 仅发生在低等生物中 ( 原生动物 、 线虫 、 昆虫 、 甲壳类动 物等) 此现象在高等生物中迄今尚未发现。 物等),此现象在高等生物中迄今尚未发现。
1)
特异DNA序列对基因表达的影响: 序列对基因表达的影响: 特异 序列对基因表达的影响 核生物DNA分子上的特定序列构成了基因表达的基 真 ( 原 ) 核生物 分子上的特定序列构成了基因表达的基 本信号:起始密码、调控序列、编码序列、终止密码、 本信号:起始密码、调控序列、编码序列、终止密码、单拷贝 序列、重复序列等。 序列、重复序列等。
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