大学生物遗传学第十三章基因表达调控文稿演示
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• 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。 • 非共价结合
• 绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白 质 - 蛋 白 质 相 互 作 用 ， 形 成 二 聚 体 (dimer) 或 多 聚 体 (polymer)。
编码序列。
概念
2. 基因组 (genome)
来自一个遗传体系的一整套遗传信息。
• 原核生物：环状染色体全部基因
• 真核生物：染色体基因组
• 核外遗传物质：
•
线粒体基因组、叶绿体基因组
概念
3. 基因表达 (gene expression) 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。
真核转录调节因子由其编码基因表达后，通 过与特异的顺式作用元件的识别、结合（即DNA蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，称反 式作用蛋白或反式作用因子。
• 顺式作用 • 顺式作用蛋白
DNA mRNA 蛋白质A
C
a
A c
顺式调节
C
反式调节
A
B
DNA mRNA 蛋白质C
3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质的相互作用
大学生物遗传学第十三章基因表达调控文稿演示
第一节
基本概念与原理
Basic Conceptions and Principle
一、基因表达的概念
1. 基因： (gene)
负载特定遗传信息的DNA片段，其结构包括由DNA编 码序列、非编码调节序列和内含子组成的DNA区域。
cDNA (complementary DNA) 1. 与mRNA互补的DNA 2. 不含基因转录的调控序列，但含翻译调控和多肽链的
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。
阶段特异性 (stage specificity) • 与分化、发育阶段一致
二、基因表达的特异性
（二）空间特异性 (spatial specificity)
在个体生长全过程，某种基因产物在个体的不同 组织或器官表达，即在个体的不同空间出现。 • 细胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
顺式作用元件
• 非编码序列 • 不一定都位于转录起始点上游 • 真核基因的顺式作用元件分为：
启动子、增强子、沉默子
2. 调节蛋白
原核生物 • 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——负性调节 • 激活蛋白——正性调节
真核基因的调节蛋白：转录因子
反式作用因子 (trans-acting factor)
（二）维持个体发育与分化
各组织、器官的发育、分化是由特定的基因控制的。
第二节
基因表达调控的基本原理
Basic Principle of Regulation of Gene Expression
一、基因表达调控的多层性和复杂性
DNA扩增 DNA重排
甲基化
基本控制点 转录起始
转录水平 转录后加工 mRNA降解
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)。
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
原核生物：葡萄糖、乳糖代谢 高等生物：常饮酒者体内醇氧化酶活性高
可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱 导 (induction)。
举例：DNA损伤 修复酶基因激活
（二）诱导和阻遏表达
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)。
举例：色氨酸充分 色氨酸合成酶编码基因抑制
协调表达
三、基因表达的方式
（一）基本表达
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达， 通常被称为管家基因(housekeeping gene)。 • 基本或组成性基因表达 (constitutive gene expression)。
（二）诱导和阻遏表达
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。
A
Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6
A
TTGACA
TATAAT 共有序列
2 操纵序列
——阻遏蛋Baidu Nhomakorabea (repressor) 的结合位点
启动p序ol 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
3) 其他调节序列、调节蛋白
激活蛋白(activator)可结合原核操纵子调节序列 中特异的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，使转录激活，介导正性 调节。
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解
二、基因转录激活调节基本要素
1. 特异DNA序列 2. 有调节功能的DNA序列。
原核生物 —— 操纵子(operon) 机制
操纵子
通常由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。
启动序列 (promoter)
编码序列 (coding sequence)
其他调节序列
操纵序列 (operator)
1) 启动序列
是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。
-35区
-10区
RNA转录起始
trp
TTGACA N17 TTAACT N7
A
tRNATyr TTTACA N16 TATGAT N7
A
lac
TTTACA N17 TATGTT N6
A
recA TTGATA N16 TATAAT N7
有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶 很少或完全不能结合启动序列。
真核生物的特异DNA序列
顺式作用元件(cis-acting element)
——可影响自身基因表达活性的DNA序列
DNA
转录起始点
B
A
编码序列
共有序列：如TATA盒、CCAAT盒等，这些共有序 列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。
• 并非所有基因表达过程都产生蛋白质。 • 如 基因转录生成 rRNA，tRNA
概念
基因表达是受调控的
• 在某一特定时期或生长阶段，基因组中只有 一小部 分基因处于表达状态。 • 个体某种功能的基因产物在细胞中的数量随着时间、 环境而变化。
二、基因表达的特异性
（一）时间特异性 (temporal specificity)
• 绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白 质 - 蛋 白 质 相 互 作 用 ， 形 成 二 聚 体 (dimer) 或 多 聚 体 (polymer)。
编码序列。
概念
2. 基因组 (genome)
来自一个遗传体系的一整套遗传信息。
• 原核生物：环状染色体全部基因
• 真核生物：染色体基因组
• 核外遗传物质：
•
线粒体基因组、叶绿体基因组
概念
3. 基因表达 (gene expression) 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。
真核转录调节因子由其编码基因表达后，通 过与特异的顺式作用元件的识别、结合（即DNA蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，称反 式作用蛋白或反式作用因子。
• 顺式作用 • 顺式作用蛋白
DNA mRNA 蛋白质A
C
a
A c
顺式调节
C
反式调节
A
B
DNA mRNA 蛋白质C
3. DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质的相互作用
大学生物遗传学第十三章基因表达调控文稿演示
第一节
基本概念与原理
Basic Conceptions and Principle
一、基因表达的概念
1. 基因： (gene)
负载特定遗传信息的DNA片段，其结构包括由DNA编 码序列、非编码调节序列和内含子组成的DNA区域。
cDNA (complementary DNA) 1. 与mRNA互补的DNA 2. 不含基因转录的调控序列，但含翻译调控和多肽链的
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。
阶段特异性 (stage specificity) • 与分化、发育阶段一致
二、基因表达的特异性
（二）空间特异性 (spatial specificity)
在个体生长全过程，某种基因产物在个体的不同 组织或器官表达，即在个体的不同空间出现。 • 细胞或组织特异性 (cell or tissue specificity)。
顺式作用元件
• 非编码序列 • 不一定都位于转录起始点上游 • 真核基因的顺式作用元件分为：
启动子、增强子、沉默子
2. 调节蛋白
原核生物 • 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——负性调节 • 激活蛋白——正性调节
真核基因的调节蛋白：转录因子
反式作用因子 (trans-acting factor)
（二）维持个体发育与分化
各组织、器官的发育、分化是由特定的基因控制的。
第二节
基因表达调控的基本原理
Basic Principle of Regulation of Gene Expression
一、基因表达调控的多层性和复杂性
DNA扩增 DNA重排
甲基化
基本控制点 转录起始
转录水平 转录后加工 mRNA降解
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)。
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
原核生物：葡萄糖、乳糖代谢 高等生物：常饮酒者体内醇氧化酶活性高
可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱 导 (induction)。
举例：DNA损伤 修复酶基因激活
（二）诱导和阻遏表达
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)。
举例：色氨酸充分 色氨酸合成酶编码基因抑制
协调表达
三、基因表达的方式
（一）基本表达
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达， 通常被称为管家基因(housekeeping gene)。 • 基本或组成性基因表达 (constitutive gene expression)。
（二）诱导和阻遏表达
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。
A
Ara BAD CTGACG N16 TACTGT N6
A
TTGACA
TATAAT 共有序列
2 操纵序列
——阻遏蛋Baidu Nhomakorabea (repressor) 的结合位点
启动p序ol 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
3) 其他调节序列、调节蛋白
激活蛋白(activator)可结合原核操纵子调节序列 中特异的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，使转录激活，介导正性 调节。
蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解
二、基因转录激活调节基本要素
1. 特异DNA序列 2. 有调节功能的DNA序列。
原核生物 —— 操纵子(operon) 机制
操纵子
通常由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。
启动序列 (promoter)
编码序列 (coding sequence)
其他调节序列
操纵序列 (operator)
1) 启动序列
是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。
-35区
-10区
RNA转录起始
trp
TTGACA N17 TTAACT N7
A
tRNATyr TTTACA N16 TATGAT N7
A
lac
TTTACA N17 TATGTT N6
A
recA TTGATA N16 TATAAT N7
有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶 很少或完全不能结合启动序列。
真核生物的特异DNA序列
顺式作用元件(cis-acting element)
——可影响自身基因表达活性的DNA序列
DNA
转录起始点
B
A
编码序列
共有序列：如TATA盒、CCAAT盒等，这些共有序 列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。
• 并非所有基因表达过程都产生蛋白质。 • 如 基因转录生成 rRNA，tRNA
概念
基因表达是受调控的
• 在某一特定时期或生长阶段，基因组中只有 一小部 分基因处于表达状态。 • 个体某种功能的基因产物在细胞中的数量随着时间、 环境而变化。
二、基因表达的特异性
（一）时间特异性 (temporal specificity)