第十三章 基因表达调控共80页

启动子
启动子（promoter），又称启动序列是RNA聚 合酶结合并启动转录的特异DNA序列。
这个序列包括了一个TTGACA序列（位于转录 起始点上游的－35区）和一个TATAAT序列 （位于转录起始点上游的－10区）。这个－10 区又称为Pribnow盒（Pribnow box）。
在个体生长、发育全过程，一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，称之为基 因表达的空间特异性(spatial specificity)。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)。
操纵子的基本结构
i基因
启动子（P） 操纵序列（O）
结构基因
编码阻遏蛋白
阻遏蛋白结合部位
RNA聚合酶结合部位
转录产物为多顺反子
结构基因编码原核生物代谢所需要的某些酶。 调控序列由启动子（promoter，P）和操纵序 列（operator，O）组成，位于结构基因的上 游。
阻遏蛋白基因编码的阻遏蛋白（repressor）能 够结合和封闭操纵序列。阻遏蛋白受小分子化 合物，如代谢产物或底物的影响而发生变构， 进而调控结构基因的转录。
基因表达调控的生物学意义
适应环境、维持生长和增殖 维持个体发育与分化
François Jacob Jacques Monod
(1920 ~ )
(1910 ~ 1976)
荣获1965年诺贝尔生理或医学奖
第一节 基因表达调控的基本概念和原 理
Basic Principles & Mechanism of Gene Expression Control
调节蛋白
特异因子：决定RNA-pol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：识别和结合特异的DNA序列—操纵 序列，阻遏基因转录，介导负性调节。
激活蛋白(activator)：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。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。
DNA-蛋白质相互作用
指的是蛋白质因子与DNA元件之间的特异识别 及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结 合位点通常呈对称、或不完全对称结构。
蛋白质-蛋白质相互作用
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)。
还有一些调节蛋白不能直接结合DNA，而是通 过蛋白质-蛋白质相互作用间接结合DNA，调节 基因转录，常见于真核生物。
一、原核生物和真核生物享有共同的基因表达调 控基本规律
（一）基因表达具有时空特异性 （二）诱导表达和阻遏表达是基因表达调控的
普遍方式 （三）DNA/蛋白质的相互作用是基因表达调控
的分子基础
1、时空特异性
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表现为与生长、分 化和发育阶段一致的时间性，因此又称阶段特异性 (stage specificity)。
基因组 &基因表达 （gene expression）
*基因组： 一个细胞或生物所携带的整套遗传信 息或全部基因。
人类基因组含约 2万~2.5万个基因。ຫໍສະໝຸດ Baidu *基因表达 ：在一定调节机制控制下，基因经历
基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异 生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一 定的功能或形态表型。 基因表达就是基因转录和翻译的过程。
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)。
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)。
有些基因产物对生命全过程都是必需的或必不 可少的。这类基因在一个生物个体的几乎所有 细胞中持续表达，通常称为管家基因 （housekeeping gene）。
我们将这类基因表达称为基本（或组成性）基 因表达（constitutive gene expression）。
2、诱导表达和阻遏表达
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。可 诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱 导(induction)。
二、转录起始是基因表达调控的基本控制点
双链 DNA 转录起始 hnRNA 转录后加工修饰及转运 mRNA 翻译起始
未折叠蛋白质 翻译后加工修饰
成熟蛋白质
第二节 原核生物的基因表达调控
Gene Expression Control in Prokaryotes
一、原核生物转录起始调节特点
1. σ因子决定RNA聚合酶识别特异性； 2. 操纵子模型的普遍性； 3. 阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。
σ因子识别转录启动子是转录起始的第一步
因子 基因 功用
-35顺序
间隔距 离
-10顺序
σ70
rpoD
正常 状态
TTGACA 10-18bp TATAAT
σ32
rpoH
热休 克
CNCTTGAA
13-15bp
CCCCA TNT
σ54
rpoN
氮的 利用
CTGGNA
6bp TTCGA
操纵子
操纵子(operon)：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，组成一个基因表达调控单位。
3、顺式/反式的调节方式
顺式调节
PA
A
顺式调节
调控序列 PB
B
mRNA
mRNA
蛋白质A 反式调节 反式调节
顺式调节
蛋白质B
4、DNA/蛋白质的相互作用
DNA双螺旋结构形成的大沟和小沟，特别是大 沟，是调节蛋白与特定的DNA序列相互作用的 结构基础。
调节蛋白通常具有特殊的结构域或模序结构， 通过DNA-蛋白质，蛋白质-蛋白质的相互作用， 调节特异基因的表达。