基因表达调控课件
合集下载
原核基因表达调控ppt课件
ppt课件.
34
------ 操纵子(operon)
启动子 (promoter)
结构基因
调节基因
阻遏蛋白
操纵基因 (operator)
ppt课件.
35
一、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成
第七章
原核基因表达调控
ppt课件.
1
内容提要
一、概 述 二、原核生物基因表达的调控
（一）原核生物基因表达的特点 （二）原核生物基因表达的调控机制
(1) 转录起始的调控 (2) 转录终止的调控 (3) 翻译水平的调控
ppt课件.
2
概述
ppt课件.
3
概述
基因表达(gene expression)
是基因转录及翻译的过程，也是基 因所携带的遗传信息表现为表型的过程， 包括基因转录成互补的RNA序列，对于蛋 白质编码基因，mRNA继而翻译成多肽链， 并装配加工成最终的蛋白质产物。
何被表达成为有功能的蛋白质（或RNA），在什
么组织表达，什么时候表达，表达多少等。
ppt课件.
9
基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：
•组成性基因表达 •适应性表达（诱导和阻遏表达）
ppt课件.
10
1、组成性基因表达
某些基因在一个生物个体的几乎所 有细胞中持续表达，通常被称为管家基因 (house-keeping gene)。
ppt课件.
13
常用的管家基因
中文名称
beta－肌动蛋白 甘油醛3-磷酸脱氢酶 TATA Box结合蛋白 18s 核糖体核糖核酸 微管蛋白α
ppt课件.
英文缩写
β-actin GAPDH TBP 18s rRNA α-tubulin
第八章真核基因表达调控ppt课件
Κ型和λ型轻链的恒定区和可变区的氨基酸序列是 不同的。
在小鼠中，95%的抗体轻链是κ型，而人类抗体 轻链中，κ型和λ型各占50%左右。
人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数
免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达
酵母交配型转换
8.1.4 DNA甲基化与基因调控
A. DNA的甲基化 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、
启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受 抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的 甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动 子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可 以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即 使增强后的启动子仍无转录活性。
P295, Fig. 8-15
C. DNA甲基化与X染色体失活
A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix, H-T-H） 结构。这一类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中 间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的 α螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA 双螺旋大沟中的结合。
同源域蛋白通过其第三个螺旋与双链DNA的大沟 相结合，其N端的多余臂部分则与DNA的小沟相
选择性剪接
➢ 原始转录产物可通过不同的剪接方式，得到不同 的mRNA，并翻译成不同蛋白质； ➢有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的 多聚（A）位点而使原始转录物具有不同的二级结构， 产生不同的mRNA分子，但翻译成相同蛋白质。 ➢同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程称为选择性剪接。
本章主要内容提要
1.真核生物的基因结构与转录活性； 2.真核基因转录机器的主要组成； 3.蛋白质磷酸化对基因转录的调控； 4.蛋白质乙酰化对基因表达的影响； 5.激素与热激蛋白对基因表达的影响； 6.其他水平上的表达调控。
在小鼠中，95%的抗体轻链是κ型，而人类抗体 轻链中，κ型和λ型各占50%左右。
人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数
免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达
酵母交配型转换
8.1.4 DNA甲基化与基因调控
A. DNA的甲基化 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、
启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受 抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的 甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动 子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可 以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即 使增强后的启动子仍无转录活性。
P295, Fig. 8-15
C. DNA甲基化与X染色体失活
A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix, H-T-H） 结构。这一类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中 间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的 α螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA 双螺旋大沟中的结合。
同源域蛋白通过其第三个螺旋与双链DNA的大沟 相结合，其N端的多余臂部分则与DNA的小沟相
选择性剪接
➢ 原始转录产物可通过不同的剪接方式，得到不同 的mRNA，并翻译成不同蛋白质； ➢有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的 多聚（A）位点而使原始转录物具有不同的二级结构， 产生不同的mRNA分子，但翻译成相同蛋白质。 ➢同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程称为选择性剪接。
本章主要内容提要
1.真核生物的基因结构与转录活性； 2.真核基因转录机器的主要组成； 3.蛋白质磷酸化对基因转录的调控； 4.蛋白质乙酰化对基因表达的影响； 5.激素与热激蛋白对基因表达的影响； 6.其他水平上的表达调控。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
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个。
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
转录激活域
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)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
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 转录起始复合物。
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
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个。
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
转录激活域
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)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
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 转录起始复合物。
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
基因表达调控PPT课件
全球第一例中国人标准基因组序列图谱的一部分
基因表达
是基因转录及翻译的过程，即：生成具有生物学 功能产物的过程。
（激活）
基因表达调控
（功能及形态表型）
控制基因表达的调节机制，细胞或生物体在接受 内外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在
基因表达水平做出应答的分子机制。
例如：人类基因组含2-2.5万个编码基因，在某一特定时 期或生长阶段，只有一小部分基因处于表达状态。
① 真核基因组比原核基因组大得多 ② 原核基因组的大部分序列都为编码基因，而哺
乳 类 基 因 组 中 只 有 10% 的 序 列 编 码 蛋 白 质 、 rRNA、tRNA等，其余90%的序列，包括大量 的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控 ③ 真核生物编码蛋白质的基因是不连续的，转录 后需要剪接去除内含子，这就增加了基因表达 调控的层次
④ 原核生物的基因编码序列在操纵子中，多顺反子 mRNA使得几个功能相关的基因自然协调控制； 而真核生物则是一个结构基因转录生成一条 mRNA ， 即 mRNA 是 单 顺 反 子 （ monocistron ） ，许多功能相关的蛋白、即使是一种蛋白的不同 亚基也将涉及到多个基因的协调表达
⑤ 真核生物DNA在细胞核内与多种蛋白质结合构 成染色质，这种复杂的结构直接影响着基因表 达；
整理
❖ 掌握操纵子的概念。 ❖ 掌握乳糖操纵子的结构，阻遏蛋白的负性调
节，CAP的正性调节，协调调节。 ❖ 了解原核基因表达转录终止阶段的调控机制。 ❖ 了解原核基因表达翻译水平的调控。
第四节
真核基因表达调节
Regulation of Gene Expression in Eukaryote
一、真核细胞基因表达的特点
基因表达
是基因转录及翻译的过程，即：生成具有生物学 功能产物的过程。
（激活）
基因表达调控
（功能及形态表型）
控制基因表达的调节机制，细胞或生物体在接受 内外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在
基因表达水平做出应答的分子机制。
例如：人类基因组含2-2.5万个编码基因，在某一特定时 期或生长阶段，只有一小部分基因处于表达状态。
① 真核基因组比原核基因组大得多 ② 原核基因组的大部分序列都为编码基因，而哺
乳 类 基 因 组 中 只 有 10% 的 序 列 编 码 蛋 白 质 、 rRNA、tRNA等，其余90%的序列，包括大量 的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控 ③ 真核生物编码蛋白质的基因是不连续的，转录 后需要剪接去除内含子，这就增加了基因表达 调控的层次
④ 原核生物的基因编码序列在操纵子中，多顺反子 mRNA使得几个功能相关的基因自然协调控制； 而真核生物则是一个结构基因转录生成一条 mRNA ， 即 mRNA 是 单 顺 反 子 （ monocistron ） ，许多功能相关的蛋白、即使是一种蛋白的不同 亚基也将涉及到多个基因的协调表达
⑤ 真核生物DNA在细胞核内与多种蛋白质结合构 成染色质，这种复杂的结构直接影响着基因表 达；
整理
❖ 掌握操纵子的概念。 ❖ 掌握乳糖操纵子的结构，阻遏蛋白的负性调
节，CAP的正性调节，协调调节。 ❖ 了解原核基因表达转录终止阶段的调控机制。 ❖ 了解原核基因表达翻译水平的调控。
第四节
真核基因表达调节
Regulation of Gene Expression in Eukaryote
一、真核细胞基因表达的特点
分子生物学原核生物基因表达调控ppt课件
14
一、原核基因表达调控环节
1、转录水平上的调控
（transcriptional regulation）
2、转录后水平上的调控
（post-transcriptional regulation）
① mRNA加工成熟水平上的调控 ② 翻译水平上的调控
15
二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
54
55
③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）， 是阻遏物的结合位点。
56
RNA聚合酶结合部位
阻遏物结合部位
57
操纵位点的回文序列
58
④当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转 录起始受到抑制。
59
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物 四聚体
LacI P O
lacZ
lacY
lacA
32
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使
阻遏蛋白
mRNA
细菌产生酶来分解它，
这种物质就是诱导物。
诱导物
酶蛋白
33
• 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质 或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物 的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
29
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
一、原核基因表达调控环节
1、转录水平上的调控
（transcriptional regulation）
2、转录后水平上的调控
（post-transcriptional regulation）
① mRNA加工成熟水平上的调控 ② 翻译水平上的调控
15
二、操纵子学说
1、操纵子模型的提出 1961年，Monod和Jacob提出 获1965年诺贝尔生理学和医学奖
54
55
③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp）， 是阻遏物的结合位点。
56
RNA聚合酶结合部位
阻遏物结合部位
57
操纵位点的回文序列
58
④当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转 录起始受到抑制。
59
未诱导：结构基因被阻遏
阻遏物 四聚体
LacI P O
lacZ
lacY
lacA
32
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
调节基因
操纵基因
结构基因
诱导物
如果某种物质能够促使
阻遏蛋白
mRNA
细菌产生酶来分解它，
这种物质就是诱导物。
诱导物
酶蛋白
33
• 可阻遏调节：基因平时是开启的，处在产生蛋白质 或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物 的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。 例：色氨酸操纵子 合成代谢蛋白的基因
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
29
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
基因表达调控PPT课件
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 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 分解代谢蛋白的基因
34
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
38
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
39
40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
45
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 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 分解代谢蛋白的基因
34
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
38
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
39
40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
45
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
分子生物学课件
一个mRNA／细胞周期
♫ 安慰诱导物（义务诱导物） 可诱导半乳糖苷酶产生但不是其底物
* IPTG，异丙基-β-D硫代半乳糖苷 * TMG ，巯甲基半乳糖苷 * ONPG，O-硝基半乳糖苷
4、阻遏蛋白与操作子的相互作用（硝酸纤维素膜结合试验） IPTG LacOC 操作子的结构
+5到+17之间
大部分在左侧 IR序列以+11为对称轴两边为两段各6bp的重复序列
★ 正调控系统: 没有调节蛋白存在时，结构基因是关闭
的，而加入有活性的调节蛋白后,结构基 因的表达活性被开启
无辅基诱导物或激活物
★ 负控制系统: 没有调节蛋白存在时，结构基因是开启的，
加入这种有活性的调节蛋白后，结构基因表 达活性被关闭 阻遏蛋白 ★ 所谓“关闭”指表达水平很低 本底水平的基因表达(1～2个mRNA分子／细胞周期) “开启”也常有程度的差异
第一节 基因表达调控的概述 （空间密码）
•原核生物对环境的适应，相关的应答
•真核生物的细胞分化, 组织特化 , 个体发育 以及环境对个体表型的影响都是基因表达的结果
• 基因表达调控(gene regulation or gene control):任何影响基因转录过程和翻译过程的开启、
关闭和这两个过程速率的较为直接的因素及其作用
图 6-B-2. 类 固 醇 受 体 增 强 转 录 的 机 转 。当 受 体与配体结合之后，会再吸引乙醯转移酶来 到转录区促进转录。
3、调控蛋白与蛋白质结合的方式
鉴定的较清楚的 蛋白质与蛋白质相互作用的结构基元有
螺旋-环-螺旋（HLH） Leu拉链 （1） HLH
结构特点：长40～50个AA残基中含有两个既亲水有亲 酯的α螺旋,被不同长度的连接区隔开(环)
♫ 安慰诱导物（义务诱导物） 可诱导半乳糖苷酶产生但不是其底物
* IPTG，异丙基-β-D硫代半乳糖苷 * TMG ，巯甲基半乳糖苷 * ONPG，O-硝基半乳糖苷
4、阻遏蛋白与操作子的相互作用（硝酸纤维素膜结合试验） IPTG LacOC 操作子的结构
+5到+17之间
大部分在左侧 IR序列以+11为对称轴两边为两段各6bp的重复序列
★ 正调控系统: 没有调节蛋白存在时，结构基因是关闭
的，而加入有活性的调节蛋白后,结构基 因的表达活性被开启
无辅基诱导物或激活物
★ 负控制系统: 没有调节蛋白存在时，结构基因是开启的，
加入这种有活性的调节蛋白后，结构基因表 达活性被关闭 阻遏蛋白 ★ 所谓“关闭”指表达水平很低 本底水平的基因表达(1～2个mRNA分子／细胞周期) “开启”也常有程度的差异
第一节 基因表达调控的概述 （空间密码）
•原核生物对环境的适应，相关的应答
•真核生物的细胞分化, 组织特化 , 个体发育 以及环境对个体表型的影响都是基因表达的结果
• 基因表达调控(gene regulation or gene control):任何影响基因转录过程和翻译过程的开启、
关闭和这两个过程速率的较为直接的因素及其作用
图 6-B-2. 类 固 醇 受 体 增 强 转 录 的 机 转 。当 受 体与配体结合之后，会再吸引乙醯转移酶来 到转录区促进转录。
3、调控蛋白与蛋白质结合的方式
鉴定的较清楚的 蛋白质与蛋白质相互作用的结构基元有
螺旋-环-螺旋（HLH） Leu拉链 （1） HLH
结构特点：长40～50个AA残基中含有两个既亲水有亲 酯的α螺旋,被不同长度的连接区隔开(环)
分子生物学课件第十一章 真核生物的基因表达调控
y Y
z Z
第十一章 真核生物基因表达的调控
3.3 反式作用因子 为DNA结合蛋白，可使邻近基因开放（正调控）或 关闭（负调控）。 转录因子
－基本转录因子：RNA聚合酶结合启动子所必需
的一组蛋白因子,主要包括TFⅠ，TFⅡ，TFⅢ 。
－特异转录因子：个别基因转录所必需的转录因
子，如OCT-2在淋巴细胞中特异性表达，识别Ig 基因的启动子和增强子。
3.2 顺式作用元件 ⑴ 启动子（Promoter） 启动子：指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段 DNA序列。它还包括一些调节蛋白因子的结合位点 。 ① 核心启动子成分，如 TATA 框 ； ② 起始子序列； ③ 上游启动子成分，如CAAT框 ,GC框 。
影响基因转录的效率和频率！
第十一章 真核生物基因表达的调控
真核与原核生物转录调控的区别
第十一章 真核生物基因表达的调控
3 转录水平的调控 3.2 顺式作用元件
启动子、增强子、沉默子、绝缘子等！ 结构基因 -GCGC---CAAT---TATA
转录起始 增强子 TATA 盒 CAAT 盒
GC 盒
第十一章 真核生物基因表达的调控
第十一章 真核生物基因表达的调控
2.3 基因重排
如免疫球蛋白基因重排，多样性。
第十一章 真核生物基因表达的调控
第十一章 真核生物基因表达的调控
第十一章 真核生物基因表达的调控
2 DNA水平的调控 2.4 染色质结构的改变 染色质是真核基因组DNA的主要存在形式，核小 体是构成染色质的基本单位。DNA结合组蛋白核心 形成核小体，妨碍了与转录因子及RNA聚合酶的靠 近和结合，使基因的活性受到抑制。可通过改变染 色质的结构来调节基因的活性。 ☆ 常染色质:结构松散，基因表达 ☆ 异染色质:结构紧密，基因不表达 ☆ 有基因表达活性的染色质DNA对 DNaseⅠ更敏 感，即DnaseⅠ的敏感性,可作为该基因的转录活 性的标志 ☆ 染色质改变模型：占先模型和动态模型。 第十一章 真核生物基因表达的调控
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在不同真核生物基因的顺式作用元件中 也发现一些共有序列，如TATA盒、CCAAT盒 等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心 序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因 子的结合位点。
顺式作用元件分为启动子、增强子和沉默 子等。
11
（二）调节蛋白
１、原核生物基因调节蛋白 分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活 蛋白，都是DNA结合蛋白。
17
三、原核生物转录终止调节 四、原核生物翻译水平调节
（一）蛋白质分子的自我调节 （二）反义RNA对翻译的调节
18
第三节 真核基因表达调节
一、真核基因组结构特点
（一）基因组结构庞大
（二）单顺反子 指一个编码基因转录生成一个mRNA分 子，经翻译生成一条多肽链。 （三）重复序列 根据重复频率分为： 高度重复序列（106次） 中度重复序列（103～104次） 单拷贝序列（<10次）
（四）基因不连续性
19
二、真核基因表达调控特点
（一）RNA聚合酶
（二）活性染色体结构变化
1、对核酸酶敏感 2、DNA拓扑结构变化 3、DNA碱基修饰变化 4、组蛋白变化 包括：(1)富含Lys组蛋白水平降低； (2)H2A•H2B二聚体不稳定性增加；(3)H3、 H4组蛋白修饰：乙酰化、磷酸化及泛素化 等。
基因表达调控课件
•
•
三、基因表达的方式
按对内、外环境信号刺激的反应性，基因 表达的方式分为：
（一）基本表达
管家基因:某些基因在一个生物体的几乎所 有细胞中持续表达，这类基因称管家基因 （housekeeping gene）。
管家基因的表达方式称基本（或组成性） 基因表达，这类基因表达只受启动序列或启 动子与RNA聚合酶相互作用的影响，不受其 它机制调节。
8
第二节 基因表达调控的基本原理
一、基因表达调控的多层次和复杂性
基因 激活 转录起始 基本控制点
转录后加பைடு நூலகம் mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
9
二、基因转录激活调节的基本要素
（一）特异DNA序列 １、原核生物特异DNA序列
操纵子（operon）：是原核生物转录的 基本单位，由２个以上的编码序列与启动序 列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中 成簇串联组成。(图13-4）
（二）操纵子模型的普遍性
（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性
原核基因转录调节以负性调节为主。
16
二、原核生物转录起始调节
（一）乳糖操纵子的结构（图13-4）
（二）乳糖操纵子的调节机制
1、阻遏蛋白的负性调节（图13-4） 2、CAP的正性调节 3、协调调节
当lac阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统
不能发挥作用；但如果没有CAP存在来加强 转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚 仍无转录活性。（图13-5）
RNA polⅠ的两种转录因子：上游结 合因子１与选择性因子１
22
（二）RNA pol Ⅲ转录体系的控制
tRNA和5SrRNA基因启动子位于转录起 始点下游即转录区内，称为内部控制区 （internal control regions,ICR）
2、调节蛋白与RNA聚合酶活性 特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细 胞内表达，通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白 质相互作用影响RNA聚合酶活性，从而使基 础转录频率发生改变，出现表达水平变化。
15
第三节 原核基因转录调节
----主要调节环节在转录起始
一、基因转录调节特点
（一）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性
特异因子决定RNA聚合酶对一个或一套 启动序列的特异性识别和结合能力。
阻遏蛋白可识别、结合操纵序列，抑制 基因转录，介导负性调节。
激活蛋白可结合启动序列邻近的DNA序 列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合， 增强RNA聚合酶活性。
12
２、真核生物基因调节蛋白 真核基因调节蛋白又称转录调节因子或 转录因子(transcription factors,TF)，其调 节作用分为:反式调节（主要）和顺式调节(图 13-3)
诱导和阻遏在生物界普遍存在，也是生 物体适应环境的基本途径。
7
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（coodinate expression）。
四、基因表达调控的生物学意义
（一）适应环境、维持生长和增殖； （二）维持个体发育与分化。
6
（二）诱导和阻遏
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。
可诱导基因在一定的环境中表达增强的过 程诱导（induction）。
如果基因对环境信号应答时被抑制，这种 基因称为可阻遏基因。可阻遏基因表达产物 水平降低的过程称为阻遏(repression)。
绝大多数真核转录因子与特异的顺式作 用元件相互作用反式激活另一基因的转录， 故称为反式作用因子（trans-acting factors）.
13
3、DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作 用
DNA-蛋白质相互作用指反式作用因子 与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通 常是非共价结合，被调节蛋白识别的DNA 结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。
绝大多数调节蛋白在结合前，需要通过 蛋白质-蛋白质相互作用形成二聚体或多聚 体。
14
（四）RNA聚合酶
DNA元件与调节蛋白对转录激活的调节最 终是由RNA聚合酶活性体现的。
1、启动序列/启动子与RNA聚合酶活性 启动序列或启动子核苷酸序列会影响其与 RNA聚合酶的亲和力，从而直接影响转录起 动和频率。
20
（三）正性调节占主导 真核基因组广泛存在正性调节机制，原 因有二： （1）采用正性调节机制更有效； （2）采用负性调节不经济。
（四）转录与翻译分隔进行
（五）转录后修饰、加工
21
三、RNA polⅠ和pol Ⅲ的转录调节 （一）RNA polⅠ转录体系的控制
人rRNA前体基因的启动子的两个元 件：核心元件与上游控制元件
启动序列（promoter）是RNA聚合酶结 合并起动转录的特异DNA序列。（图13-1 ）
当操纵序列(operator)结合有阻遏蛋白时 会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使 RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录， 介导负性调节。
10
２、真核生物特异DNA序列
顺式作用元件：指可影响自身基因表达 活性的DNA序列 。 (图13-2)
顺式作用元件分为启动子、增强子和沉默 子等。
11
（二）调节蛋白
１、原核生物基因调节蛋白 分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活 蛋白，都是DNA结合蛋白。
17
三、原核生物转录终止调节 四、原核生物翻译水平调节
（一）蛋白质分子的自我调节 （二）反义RNA对翻译的调节
18
第三节 真核基因表达调节
一、真核基因组结构特点
（一）基因组结构庞大
（二）单顺反子 指一个编码基因转录生成一个mRNA分 子，经翻译生成一条多肽链。 （三）重复序列 根据重复频率分为： 高度重复序列（106次） 中度重复序列（103～104次） 单拷贝序列（<10次）
（四）基因不连续性
19
二、真核基因表达调控特点
（一）RNA聚合酶
（二）活性染色体结构变化
1、对核酸酶敏感 2、DNA拓扑结构变化 3、DNA碱基修饰变化 4、组蛋白变化 包括：(1)富含Lys组蛋白水平降低； (2)H2A•H2B二聚体不稳定性增加；(3)H3、 H4组蛋白修饰：乙酰化、磷酸化及泛素化 等。
基因表达调控课件
•
•
三、基因表达的方式
按对内、外环境信号刺激的反应性，基因 表达的方式分为：
（一）基本表达
管家基因:某些基因在一个生物体的几乎所 有细胞中持续表达，这类基因称管家基因 （housekeeping gene）。
管家基因的表达方式称基本（或组成性） 基因表达，这类基因表达只受启动序列或启 动子与RNA聚合酶相互作用的影响，不受其 它机制调节。
8
第二节 基因表达调控的基本原理
一、基因表达调控的多层次和复杂性
基因 激活 转录起始 基本控制点
转录后加பைடு நூலகம் mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
9
二、基因转录激活调节的基本要素
（一）特异DNA序列 １、原核生物特异DNA序列
操纵子（operon）：是原核生物转录的 基本单位，由２个以上的编码序列与启动序 列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中 成簇串联组成。(图13-4）
（二）操纵子模型的普遍性
（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性
原核基因转录调节以负性调节为主。
16
二、原核生物转录起始调节
（一）乳糖操纵子的结构（图13-4）
（二）乳糖操纵子的调节机制
1、阻遏蛋白的负性调节（图13-4） 2、CAP的正性调节 3、协调调节
当lac阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统
不能发挥作用；但如果没有CAP存在来加强 转录活性，即使阻遏蛋白从操纵序列上解聚 仍无转录活性。（图13-5）
RNA polⅠ的两种转录因子：上游结 合因子１与选择性因子１
22
（二）RNA pol Ⅲ转录体系的控制
tRNA和5SrRNA基因启动子位于转录起 始点下游即转录区内，称为内部控制区 （internal control regions,ICR）
2、调节蛋白与RNA聚合酶活性 特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细 胞内表达，通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白 质相互作用影响RNA聚合酶活性，从而使基 础转录频率发生改变，出现表达水平变化。
15
第三节 原核基因转录调节
----主要调节环节在转录起始
一、基因转录调节特点
（一）σ因子决定RNA聚合酶识别特异性
特异因子决定RNA聚合酶对一个或一套 启动序列的特异性识别和结合能力。
阻遏蛋白可识别、结合操纵序列，抑制 基因转录，介导负性调节。
激活蛋白可结合启动序列邻近的DNA序 列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合， 增强RNA聚合酶活性。
12
２、真核生物基因调节蛋白 真核基因调节蛋白又称转录调节因子或 转录因子(transcription factors,TF)，其调 节作用分为:反式调节（主要）和顺式调节(图 13-3)
诱导和阻遏在生物界普遍存在，也是生 物体适应环境的基本途径。
7
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（coodinate expression）。
四、基因表达调控的生物学意义
（一）适应环境、维持生长和增殖； （二）维持个体发育与分化。
6
（二）诱导和阻遏
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。
可诱导基因在一定的环境中表达增强的过 程诱导（induction）。
如果基因对环境信号应答时被抑制，这种 基因称为可阻遏基因。可阻遏基因表达产物 水平降低的过程称为阻遏(repression)。
绝大多数真核转录因子与特异的顺式作 用元件相互作用反式激活另一基因的转录， 故称为反式作用因子（trans-acting factors）.
13
3、DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作 用
DNA-蛋白质相互作用指反式作用因子 与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通 常是非共价结合，被调节蛋白识别的DNA 结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。
绝大多数调节蛋白在结合前，需要通过 蛋白质-蛋白质相互作用形成二聚体或多聚 体。
14
（四）RNA聚合酶
DNA元件与调节蛋白对转录激活的调节最 终是由RNA聚合酶活性体现的。
1、启动序列/启动子与RNA聚合酶活性 启动序列或启动子核苷酸序列会影响其与 RNA聚合酶的亲和力，从而直接影响转录起 动和频率。
20
（三）正性调节占主导 真核基因组广泛存在正性调节机制，原 因有二： （1）采用正性调节机制更有效； （2）采用负性调节不经济。
（四）转录与翻译分隔进行
（五）转录后修饰、加工
21
三、RNA polⅠ和pol Ⅲ的转录调节 （一）RNA polⅠ转录体系的控制
人rRNA前体基因的启动子的两个元 件：核心元件与上游控制元件
启动序列（promoter）是RNA聚合酶结 合并起动转录的特异DNA序列。（图13-1 ）
当操纵序列(operator)结合有阻遏蛋白时 会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使 RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录， 介导负性调节。
10
２、真核生物特异DNA序列
顺式作用元件：指可影响自身基因表达 活性的DNA序列 。 (图13-2)