生物化学15基因表达调控-转录调控1- 郑莉灵

（1）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)。
（2）空间特异性
在个体生长的过程中，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)。
1955年，Brachet用洋葱根尖和变形虫进行实验： -加入RNA酶降解细胞中的RNA，蛋白质合成停止 -在加入来自酵母的RNA，又可合成蛋白质
结论 蛋白质的合成依赖于RNA
同年，Goldstein和Plaut用同位素标记变形虫RNA 前体，发现标记的RNA在核内
-标记追踪实验： 用短脉冲标记RNA前体，然后将 细胞核转移到未标记的变形虫中，经过一段时间 有发现被标记的RNA已在细胞质中
基因表达的调控 ——转录调控部分
第十章、基因表达的调控——转录调控
一、基因表达调控的概述 二、mRNA的生物合成（转录） 三、原核生物基因转录的调控 四、真核生物基因转录的调控 五、原核与真核生物基因表达调控研究方法学 六、表观遗传
The central dogma of genetics (中心法则)
关于转录的几个基本定义
模板链(Template strand)：双链 DNA中，作为模板转录出与之互 补的RNA的那一股链，称为模板 链
编码链(Coding strand):与模板链 互补的另一条DNA链则称为编码 链
不对称转录(asymmetric transcription):不同基因的模板链在 DNA分子中并不是固定在某一股链上；对同一条DNA单链而言， 在某个基因区段可作为模板链，而在另一个基因区段则可能 是编码链，这种现象称为不对称转录。
可分为：诱导（induction）&阻遏（repression）
（2）协调表达(coordinate expression)
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)。协调表达可分为诱导表达 和阻遏表达
Tryptophan enriched
Tryptophan Synthase gene（repression）
基因表达的多级调控
-- 转录水平transcriptional level
Initiation, Activation, Repression
-- 转录后水平 post-transcriptional level
Left: F. Jacob
Right: J. Monod
1965 Nobel Laureates
最令人信服的证据是Hall.B.D和 Spiegeman.S的DNA-RNA的杂交实验： -将T2噬菌体感染E.coli后产生的RNA分离出 来，分别与T2和E.coli的DNA进行分子杂交。 -结果这种RNA只能和T2的DNA形成“杂种” 链，而不能和E.coli的DNA进行杂交。
由于T2感染细菌时注入的是DNA， 而在细胞里合成的是RNA，可见DNA 是合成RNA的模板
（四）转录体系的组成
１．DNA 模板 ２．底物：四种核糖核苷酸三磷酸(NTP) ３．RNA聚合酶 ４．蛋白质因子及无机离子
（五）转录的三个阶段
启动(initiation):RNA聚合酶识别并 结合DNA模板上的启动子，形成转录复 合体，转录复合体中的DNA的部分双螺 旋解开，形成转录泡(transcription bubble)。
典型的原核生物启动子
-35区
-10区
+1 转录起始点
Pribnow box
绝大多数的启动子位于负数区！
不同基因的-10区与-35区序列
The most commonly occ
RNA聚合酶(RNA polymerase) 的功能就是复制双链DNA 的其中一条链形成RNA
4.原核生物的转录终止有哪两种方式，这两种方式有什么区别和共同点？
三、原核生物基因转录的调控
（一）：原核生物的转录过程 （二）：原核生物调控基因转录的基本原理
1961年，Jacob和Monod提出了细菌基因表达调控 的模型（操纵子学说），解释了原核生物的基因表达 在转录水平上是如何调控的。
因此获得了1965诺贝尔生理医学奖。
细菌转录的终止
RNA合成终止的过程包括：终止RNA链延长；释放新生RNA 链
原核生物基因转录终止的方式有两种： 1.依赖于r 因子的终止 2.不依赖于r 因子的终止
依赖于r 因子的终止
rut：rho utilization site
依赖于r 因子的终止
不依赖于r 因子的终止
不依赖于r 因子的终止得助于RNA中的两段序列： 1.能形成颈环结构，富含GC碱基对的回文序列 2.位于颈环结构下游的富含uracil的序列
（二）基因表达的方式
按对环境刺激的反应性，基因表达的方式可分为：
（1）组成性表达（constitutive gene expression) 管家基因（housekeeping gene）
e.g.β-actin, GAPDH, α-Tubulin
（2）协调表达(coordinate expression)
DNA有序地将遗传信息，通过转录和翻译的过程转变成蛋白质，执行 各种生理生化功能，完成生命的全过程。从DNA到蛋白质的过程，叫 做基因表达(gene expression)，对这个过程的调节就称为基因表达 调控(gene regulation或gene control)。
（一）基因表达的时间性及空间性
三、原核生物基因转录的调控
（一）：原核生物的转录过程 （二）：原核生物调控基因转录的基本原理
原核与真核生物在转录与翻译上的区别
Prokaryotic cell (原核细胞)
Eukaryotic cell (真核细胞)
1.原核生物没有核膜，可以边转录边翻译；而真核生物中，核膜把细胞分隔成细胞核和细胞质， 转录发生在细胞核内，而翻译则在细胞核外完成。 2.原核生物mRNA的原始转录产物一般不需后加工就能直接作为翻译蛋白质的模板；而真核生物需 要经过后加工把无生物活性的原始转录产物转变成有生物功能的成熟mRNA
第十章、基因表达的调控——转录调控
一、基因表达调控的概述 二、mRNA的生物合成（转录） 三、原核生物基因转录的调控 四、真核生物基因转录的调控 五、原核与真核生物基因表达调控研究方法学 六、表观遗传 七、哺乳动物几个特定基因表达调控的例子及 特异性基因表达与动物发育关系简论
（一） history of mRNA discovery
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)。
TSE基因在不同器官的表达
（二）基因表达的方式
按对环境刺激的反应性，基因表达的方式可分为：
（1）组成性表达（constitutive gene expression) 管家基因（housekeeping gene）
需要掌握的知识点
一，定义： 基因表达的时空特异性；组成性表达及协调表达；转录；模板链；编码链； 不对称转录；单顺反子；多顺反子；启动子
二，问题： 1.原核生物的启动子序列是包括哪几个部分？序列上的数字编码是如何定 义的？
2.大肠杆菌RNA聚合酶由哪几个部分组成？它们在转录中的作用是什么呢？
3.转录的过程包括哪几个阶段？其中延伸阶段有哪些特点？
e.g.β-actin, GAPDH, α-Tubulin
（1）组成性表达
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。区 别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基 因表达(constitutive gene expression)。
诱导表达
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。
可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称 为诱导(induction)。
e.g.DNA Damage
DNA Repair Enzyme gene （induction）
阻遏表达
如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因 是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过 程称为阻遏(repression)。
splicing, editing, processing, transporting, degradation
-- 翻译水平translation level
Initiation
-- 翻译后水平 post-translation level
processing, transporting, degradation
启动子(Promoters)
启动子(Promoters)：指RNA聚合酶特异性识别和结合 的DNA序列，启动子有方向性，位于转录起始点上游。 RNA聚合酶与之结合后，可启动基因的转录，但启动 子本身并不被转录。
启动子在功能上能促进基因的表达，引导转录的起始 并决定基因转录的时间和效率。
为什么启动子序列的碱基都有数字编码？这些数字编 码是如何定义的？
细菌转录的起始
sigma因子在转录过程中可被循环利用
不同的RNA聚合酶全酶含有自己特定的sigma亚基
细菌转录的延伸
特点：
1.DNA的解链是局部的
2.RNA链的合成方向是从5撇端向3撇 端
3.RNA转录的速度约为每秒43核苷酸
4.RNA 产物的序列与DNA模板链的序 列相互补，与DNA编码链的序列相同， 只是以尿嘧啶(uracil)代替DNA中的 胸腺嘧啶(thymine)。