基因表达调控 ppt课件

组成性基因表达： 在个体各个生长阶段的几乎全部组织中持 续表达或变化很小。
诱导表达和阻遏表达：
基因表达受环境变化影响，在特定 环境信号刺激下，有些基因的表达表现 为开放或增强，则这种表达方式称为诱 导表达；有些基因的表达表现为关闭或 下降，则这种表达方式称为阻遏表达。
协调表达和协调调节：
在生物体内，各种代谢途径有条不紊 地进行，是在一定机制控制下，功能相关 的一组基因，协调一致，共同表达，即协 调表达，这种调节被称为协调调节。
cAMP与CAP结合，诱导CAP发生构象改变， 使之能够结合于特定的DNA序列，激活基因 的转录。
cAMP水平降低时，cAMP与CAP解离，CAP 转回到无活性的构象，并与DNA解离。
（2）ntrC蛋白
ntrC蛋白是大肠杆菌氮代谢基因的激 活蛋白，其自身活性可通过磷酸化和去磷 酸化而被调节。
ntrC 蛋 白 结 合 的 DNA 元 件 是 细 菌 DNA中的一种增强子。
色氨酸操纵子，L基因中含有衰减子
（二）转录的调控机制
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 因子进行复合调控的。
细菌通常优先以葡萄糖作为能源，葡萄糖代谢 产物能抑制细胞腺苷酸环化酶和激活磷酸二酯酶的 活性，结果使细胞内cAMP水平降低。
葡萄糖耗尽时，细胞内cAMP水平升高，即可 通过CAP 调控其它操纵子的表达。
谷氨酰胺
合成酶基因 启动子的上 游100多bp 处，有两个 ntrC蛋白结 合位点。
ntrC蛋 白可以结合 这些位点。
非磷酸 化的ntrC蛋 白也可以与 DNA上的 ntrC蛋白结 合位点结合， 但对转录没 有调控作用
5．倒位蛋白
倒位蛋白是一种位点特异性的重组酶。
沙门氏菌的 H1 和 H2 鞭毛蛋白分别由两 个基因编码。
第五章
基因表达的调控
基因表达是指生物基因组中结构基 因所携带的遗传信息经过转录、翻译等 一系列过程，合成特定的蛋白质，进而 发挥其特定的生物学功能和生物学效应 的全过程。但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RNA的过程也属于基因表达。
管家基因： 在生命全过程都是必需的，且在一个生 物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。
基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
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(temporal specificity)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段 特异性(stage specificity)。
（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，称之为基因表达的空 间特异性(spatial specificity)。
原核生物基因的转录和翻译过程是偶 联的，mRNA降解快、半衰期短。因此其 基因表达调控的环节主要在转录水平， 其次是翻译水平。
一、转录水平的调控
（一）影响转录的因素 1、启动子 （1）启动子决定转录方向及模板链
（2）启动子决定转录效率 －35和－10的两个序列称为一致性序列。
－35：T82G78A65C54A95
1．乳糖操纵子调控的机制 E.coli的乳糖操纵子有Z、Y、A三个结构基因， 编码β-半乳糖苷酶、乳糖透酶和半乳糖苷乙酰化 酶，结构基因上游有一个启动子（P）和一个 operator。（O）。启动子上游有一个CAP蛋白的 结合位点。启动子、operator和CAP结合位点共 同构成乳糖操纵子的调控区。
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布 差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
基因表达的多级调控
基因 激活
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 Βιβλιοθήκη 译后加工修饰 蛋白质降解等第一节 原核生物基因表达的调控
3、阻遏蛋白 阻遏蛋白是在一定的条件下与DNA结合、在 转录水平对基因表达产生负调控作用的蛋白质。
阻遏蛋白可以与特定的信号分子结合而
发生变构，在不同构象时，阻遏蛋白或者与 DNA结合，或者与DNA解离。阻遏蛋白结 合于DNA后可抑制转录，这种基因表达调控 的方式称为负调控。
诱导去阻遏
lac operon
诱导阻遏
4、正调控蛋白
正 调 控 蛋 白 结 合 于 特 异 DNA 序 列 后 促 进基因的转录，这种基因表达调控的方式 称为正调控。
（1）CAP蛋白 E.coli 的分解代谢物基因活化蛋白 （catabolite gene activator protein，CAP） 是一种基因激活蛋白。
H2 基因表达时，同时转录翻译出 H1 基因的阻遏蛋 白，使H1基因关闭。 H2基因的启动子包含一个 1000 bp 的DNA片段内，当倒位基因him表达倒位 蛋白时，可使该片段倒位，启动子的方向反转。 H2 基因关闭，H1 基因则因失去阻遏蛋白的抑制作用而 开始表达，产生H1鞭毛蛋白。
6．衰减子 细菌中的mRNA转录和蛋白质翻译合成是偶联 在一起的。 一些操纵子中的特殊序列可以在转录过程中控 制转录水平。这些特殊的序列称为衰减子（ attenuator）。衰减子位于操纵子中第一个结构基 因之前，是一段能减弱转录作用的顺序。
－10：T80A95T45A60A50T96
（下角标数字表示核苷酸在所有启动子中出现的 频率）。
强启动子的序列与上述序列最接近，弱 启动子则相差较大。
2、σ因子
不同的σ因子可以竞争结合RNA聚合酶，RNA聚合酶 的核心酶与不同σ因子组成的全酶识别不同基因的启 动子。
37℃：σ70-核心酶为主 42℃：σ70-核心酶，σ32-核心酶 ( σ32 mRNA 主要在40℃～42℃翻译) σ32-核心酶识别 HSP 基因的启动子。
基因表达的调控： 在同一机体的各种细胞内含有相同的
遗传信息，即相同的结构基因，它们在各 种细胞中并非同时表达，而是根据机体生 长、发育、繁殖的需要，随着环境的变化， 有规律的选择性、程序性、适度地表达， 以适应环境，发挥其生理功能。这就是所 谓的调控，即基因表达的调节和控制 （regulation and control）。