18章基因表达调控 南开大学生物化学课件

启动子序列差异决定转录起始活性大小。 -10到-30间大多碱基替换对启动子功能有副作用
Trp色氨酸 lac 乳糖 recA蛋白 Are 阿拉伯糖
真核生物启动子顺序差异更大 基线水平转录←RNA聚合酶与启动子亲和力 RNA聚合酶与启动子的结合需要转录因子
三、 转录起始受DNA结合蛋白调节
第十八章
基因表达的调节
Regulation of Gene Expression
目的要求
掌握基因表达调节的原理；掌握原核生物表 达调节的基本模式——乳糖操纵子；掌握调 节蛋白与DNA的结合的基本模体
2. 熟悉阿拉伯糖操纵子、色氨酸操纵子的调 节模式；真核生物基因表达调节的主要特点
Central dogma
1. 组成型表达(constitute百度文库expression)
某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表 达，通常被称为持家基因(housekeeping gene)。
持家基因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（几乎不用 调节——组成型（结构型）基因表达。
2.诱导和阻遏表达
大肠杆菌RNA聚合酶σ亚基——介导酶对启 动的识别与结合
通常情况下： σ70，结合标准E.coli启动子 过热环境: σ32取代σ70，结合特殊启动子→热
休克反应——启动热休克相关蛋白合成 真核细胞通用转录因子：如TATA结合蛋白
2.阻遏子（repressors）
阻遏蛋白结合于DAN的特异位点 负调节（negative regulation）: 细菌阻遏蛋白结
合于操纵序列DNA阻断转录的调节方式 操纵序列通常靠近启动子序列或与其相交盖 阻遏子与操纵序列的结合受特殊小分子（诱导
物/效应物——小分子/蛋白）的调节：阻遏子与 效应物结合→构象改变→增强或减弱转录
原核生物 —— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列 coding sequence
诱导物促进阻遏蛋白使其结合于DNA
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 （inducible gene）。过程——诱导(induction)。
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（repressible gene）。可阻遏 基因表达产物水平降低的过程称为阻遏 (repression)。
基 因 表 达
不同细胞均携带完整的遗传信息
两种人类组织中蛋白表达的差异
红: 2组织共有蛋白; 蓝: 组织特异性蛋白
不同人类肿瘤细胞中mRNA表达的差异
1800 个 基 因
红: 表达高于平均值 绿: 表达低于平均值 黑: 表达近似平均值
来自于不同病人的142个肿瘤组织
*基因表达(gene expression)
其他调节序列 (operator)
调控序列 操纵序列 Regulatory sequence
操纵序列 ——阻遏蛋白(repressor)的结合位点
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。
启动po序l 列 操阻纵遏序蛋白列 编码序列
细胞中蛋白含量的改变可在7个水平上调节
初始mRNA的合成 mRNA的转录后修饰 mRNA的降解 蛋白质的合成 蛋白质的翻译后修饰 蛋白质降解 蛋白质的投递和运输
转录
翻译
转录后加工 mRNA降解
翻译后加工 蛋白质修饰
蛋白质降解
蛋白质靶向运输
第一节 基因表达调节的原理
一、基因表达的方式
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，这种调节称为协调调节 (coordinate regulation)。
二、RNA聚合酶结合启动子顺序
RNA聚合酶-启动子相互作用——转录起始调节 启动子：可被RNA聚合酶结合并诱发转录起始的
基 因 表 达 是 受 调 控 的
基因表达具有时、空特异性
➢ 时间特异性(temporal specificity)：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。
➢ 空间特异性(spatial specificity) ：在个体生长全过 程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出 现。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)。
激活子结合于启动子附近位点，加强RNA聚 合酶活性，促进RNA聚合酶与启动子结合
一些真核基因激活子蛋白结合的DNA位点称 增强子（enhancer）
激活子受信号分子调节
增强子
激活子蛋白 增强子
一般转录因子
诱导物使激活子从DNA上解离
正调节作用（激活子结合促进转录）
分子信号引起调节蛋白从DNA上解离
DNA序列 启动子序列差异→RNA聚合酶结合亲和力→转录
起始频率
RNA聚合酶与启动子相互作用决定组成型基因表 达——启动子序列差异→不同持家基因表达水平 差异
启动子序列决定非持家基因的基线（basal level） 表达——调节蛋白影响RNA聚合酶与启动子结合
原核生物RNA聚合酶识别并结合于启动序列
3种蛋白质调节RNA聚合酶转录起始：
特殊蛋白因子（specific factors）：调节RNA 聚合酶对启动子的特异性
激活子蛋白(activators) ：增强RNA聚合酶与 启动子的相互作用
阻遏子（repressors）：阻止RNA聚合酶与启 动子接近。
1. 特殊蛋白因子（specific factors）
诱导物使阻遏蛋白从操纵基因上解离
负调节作用（阻遏子结合抑制转录）
分子信号引起调节蛋白从DNA上解离
诱导物激活阻遏蛋白使其结合于操纵基因
负调节作用（阻遏子结合抑制转录） 信号分子引起调节蛋白对DNA的结合
3. 激活子蛋白(activators)
正调节（positive regulation）：激活子蛋白介 导的调节——通常作用于弱启动子