2010-第13章基因表达调控

高等真核生物
CCAAT盒 GC盒
转录起始点
TATA盒
酵母
上游激活序 列（UAS）
转录起始点
TATA盒
目录
2. 增强子(enhancer)
目录
（二）蛋白质（反式作用因子）
1. 分类
顺式作用元件
基本转录因子
转录激活因子 转录抑制因子
目录
研究DNA与蛋白质结合 （electrophoretic mobility shift a ssays，EMSA）凝胶迁移滞后实验
葡萄糖6-磷酸酶 肝脏（+） 肌肉（-）
IRAK1基因在鳜鱼各组织的表达
目录
三、基因表达的方式及调节
基本（或组成性）表达
(housekeeping gene)
诱导或阻遏表达
目录
四、基因表达调控为生物体生长、 发育所必需
（一）以适应环境、维持生长和增殖
（二）以维持细胞分化与个体发育
目录
内
pol 启动序列 操纵序列 阻遏蛋白 编码序列
目录
（二）乳糖操纵子受阻遏蛋白调节
1、阻遏蛋白的负性调节
阻遏基因
DNA
I
pol P
O
Z
Y
A
mRNA
阻遏蛋白
没有乳糖存在时
目录
DNA
I
pol P
O
Z
Y
A
mRNA
mRNA
启动转录
阻遏蛋白
β-半乳糖苷酶
半乳糖 有乳糖存在时
目录
乳糖
三、乳糖操纵子由cAMP-CAP系统
二、转录受DNA与蛋白质相互作用、 蛋白质间相互作用的调节
DNA：顺式作用元件（DNA上特异序列） 蛋白质：反式调节因子（调节转录的蛋白质）
目录
1、顺式作用元件(cis-acting element) ——可影响自身基因表达活性的DNA序列
顺式作用元件 编码序列
基本转录因子 反式作用因子
目录
2、反式作用因子(trans-acting factor)
DNA
a
A
反式调节
b
mRNA 蛋白质A C
A c
DNA mRNA
顺式调节
C 蛋白质C
内
一、基本概念 二、基本原理 三、原核表达调控 四、真核表达调控
容
目录
一、原核基因转录调节特点
σ因子决定RNA 聚合酶识别特异性
目录
特
点
① 以转录起始为主要调控点；在转录当中mRNA即可作翻
译模板，几乎没有加工修饰及转运。
目录
（二）单顺反子 （三）真核基因组含有大量的重复序列
多拷贝序列
高度重复序列（106 次） 中度重复序列（103 ~ 104次）
（四）不连续性（内含子）
目录
二、真核基因表达调控更为复杂
（一）含有三种RNA聚合酶（I，II， III）
目录
Gene activation
目录
基因表达过程动画
目录
（二）染色体水平


可诱导的负调控。
目录
（一）乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区 结构基因
DNA
P
O
操纵序列
Z
Y
A
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
启动序列 CAP结合位点
目录
当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍
RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合
酶不能沿DNA向前移动 ，阻碍转录。
1. 活化基因对核酸酶敏感 2. DNA拓扑结构变化 3. DNA的甲基化与基因表达程度呈反比 4. 组蛋白变化
目录
（三）在真核基因表达调控中以正性调节占主导 （四）在真核细胞中转录与翻译分隔进行
（五）转录后修饰、加工更为复杂
目录
四、RNA Pol II转录调节
（一）DNA（顺式作用元件）
1. 启动子
一、基本概念 二、基本原理 三、原核表达调控 四、真核表达调控
容
目录
一、多层次和复杂性
基因激活 拷贝数 重排 甲基化程度
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
目录
Gene activation
目录
2010-4
目录 Institute of Genetic Engineering
诱导的全能干细胞（iPS） 2007年
--
目录
iPS发育成活体--2009年
The researchers reprogrammed the mouse fibroblasts by forced expression of four transcription factors: Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc.
CAP CAP
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
目录
低乳糖时
高乳糖时
在协调调节下，lac operon的强诱导作用发生在高乳 糖、低葡萄糖的状态。
目录
色氨酸操纵子
负责色氨酸的生物合成 色氨酸的合成分5步完成。每个环节需要一 种酶，编码这5种酶的基因紧密连锁在一起。 当培养基中缺乏色氨酸时，操纵子被打开， 5个基因表达，合成色氨酸；有足够的色氨 酸时，这个操纵子自动关闭。
进行正调控
lac
TTTACA N17 TATGTT N6 A
TTGACA
TATA源自文库T
共有序列
• 乳糖操纵子是弱启动子，被RNA-pol结合后，还需 cAMP-CAP（分解代谢物基因活化蛋白）活化。
目录
CAP结合位点
DNA
P
O
Z
Y
A
+ + + + 转录
无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP CAP CAP CAP

目录
目录
目录
四、翻译水平的调节
1. 调节蛋白结合mRNA，阻止核蛋白体识别翻 译起始区。 2. 反义RNA结合mRNA，阻断小亚基对起始 密码子的识别及与SD序列的结合
目录
内
一、基本概念 二、基本原理 三、原核表达调控 四、真核表达调控
容
目录
一、真核基因组特点
（一）真核基因组大
哺乳类动物基因组DNA 约 3×109碱基对。 人编码基因约2-3万个，编码序列仅占总长的1%。 rDNA等重复基因约占5%~10%。
目录
第13章
基因表达调控
Regulation of Gene Expression
目录
内
一、基本概念 二、基本原理 三、原核表达调控 四、真核表达调控
容
目录
基因组(genome） 基因表达
目录
（一）时间特异性 甲胎蛋白（AFP） 胚胎期（+） 成年期（-） 肝细胞癌（+）
目录
（二）空间特异性

蛋白质可以与末端标记的核酸探针结合， 电泳时这种复合物比无蛋白结合的探针在 凝胶中泳动的速度慢，即表现为相对滞后。 用于检测DNA结合蛋白、RNA结合蛋白， 并可通过加入特异性的抗体 （supershift） 来检测特定的蛋白质，并可进行未知蛋白 的鉴定。
② 操纵子调控方式，主要调节代谢酶； ③ 以负调控居主要优势，由诱导物解除阻遏； ④ 多顺反子mRNA ； ⑤ 相当多基因属于组成型表达(constitutive expression)，
目录
乳糖操纵子
没有乳糖存在时，不能合成分解乳糖的三 种酶； 有乳糖存在时，诱导合成分解乳糖的三种 酶，利用乳糖。