基因表达调控Regulation of Gene Expression

基因表达调控Regulation of Gene Expression内容摘要：

基因表达调控Regulation of Gene Expression 920 ) (1910 1976)荣获 1965年诺贝尔生理或医学奖第 一 节基本概念与原理因表达的概念从遗传学角度讲 ， 就是编码一种 种多肽的信息单位；从分子生物学角度看 ，是负载特定遗传信息的 编码序列 非编码调节序列*基因 (基因组 (个细胞或生物所携带的整套遗传信息或全部基因。 原核细胞：单个环状染色体真核生物：染色体基因组 (染色体 类基因组含约 2万 的 23对染色体*基因表达 (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。 转录也属于基因表达。 二、基因表达的特异性（一）时间特异性按功能需要，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 (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 (5´ 2 1 3´5´ 3´类珠蛋白基因类珠蛋白基因胚胎发育早期三种 22、 2 2、 22胎儿期： 2 2 迅速增多成 人： 2 2为主， 2 2微量人类编码血红蛋白的珠蛋白基因时间特异性表达。 （二）空间特异性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 (or 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 (胰岛素基因 胰岛 细胞三、基因表达的方式多样性按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（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(无论表达水平高低 ， 管家基因较少受环境因素影响 ， 而是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。 这类基因表达被视为 基本 （ 或组成性 ）基因表达 (（二）诱导和阻遏表达（适应性表达）在特定信号刺激下 ， 相应基因被激活 ， 其表达产物增加 ， 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 ( 乳糖存在 利用乳糖的酶的表达量 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 (色氨酸存在 色氨酸合成酶系表达 B 顺式作用元件 ( 可影响自身基因表达活性的通常是非编码序列。 包括 启动子 、增强子 及 沉默子 等。 四、基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节某一基因表达产生的蛋白质因子 ， 通过与另一基因的顺式作用元件相互作用 ，从而调节此基因的表达。 二、反式作用因子 (种调节作用称为 反式作用。 这种蛋白质因子称 反式作用因子。 有些真核调节蛋白可特异识别、结合自身基因的调节序列， 调节自身 基因的表达。 这种调节作用称为 顺式作用。 这种蛋白质因子称 顺式作用因子 N 质 调 节C N 质 调 节五、基因表达的多层次和复杂性基因激活 转录起始转录后加工因表达在全过程的各水平上都可以受调控：主要调节环节第 二 节原核基因表达调控 调节的主要环节在 转录起始一、原核基因转录调节特点（一） 因子决定 ）操纵子是原核基因转录调控的基本单位（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性因子 基因 功用 隔距离 常状态 0休克 3的利用 E. 因子识别不同的共同顺序通过不同的 亚基，原核细胞能协同相关基因的表达，使细胞适应其所处的环境。 原核生物操纵子操纵子 (通常由 2个以上的结构基因与启动子、操纵序列以及其他调节序列成簇串联组成的基因表达调控单位。 结构基因启动子 结构基因 2结构基因 1调节序列操纵序列其它调节序列是 合并启动转录的特异 ) 启动子T T G A C A N 1 7 T T A A C T T A T G A T A T G T G A T A N 1 6 T A T A A T G A C G N 1 6 T A C T G T T A C T A C At r N AT y rl a cr e c Aa r a B A D 区 区3 5 1 0 转 录 起 始共 有 序 列 T T G A C A T A T A A T 决 定 转 录 活 性2) 操纵序列 阻遏蛋白的结合位点 当操纵序列结合有 阻遏蛋白 时，会阻碍 阻碍转录。 启动序列 编码序列操纵序列 当 激活蛋白 结合启动子邻近 增强活转录，介导正性调节。 + + + + 转录Z Y 调节基因 编码调节蛋白与操纵序列结合* 特异因子 ：决定 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 操纵序列，阻遏基因转录，介导 负性调节。 激活蛋白 ：提高 强 正调控。 特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白均为 糖操纵子 (控模型 基 因透 酶 半 乳 糖 苷 酶调 控 区操 纵 序 列启 动 序 列C A P 结 合 位 点乙 酰 转 移 酶调 节 基 因 （编码阻遏蛋白 ）乳糖操纵子 ( Y ）乳糖操纵子的调节机制阻遏基因1、阻遏蛋白的负性调节 Y 6 有序列 乳糖操纵子是弱启动子，被 需分解代谢物基因活化蛋白 ）活化。 2、 + + + 转录无葡萄糖， 阻遏蛋白是负性调节因素。 半乳糖或 、协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时 ， 如无 即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合 ， 操纵子仍无转录活性。 单纯乳糖存在时 ， 细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖 /乳糖共同存在时 ， 细菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖对 半乳糖时葡萄糖低O 水平转录导作用的条件 是：乳糖存在的同时又要缺乏葡萄糖 （ 第 三 节真核基因转录调节一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因组 3 × 10 9 碱基对人编码基因约 有 占总基因组的 1 %重复序列高达 50%以上（二）单顺反子（三）重复序列单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（ 106 次）中度重复序列（ 103 104次）多拷贝序列（四）基因不连续性（断裂基因）5向重复序列(一 )三类 ) 活性染色体结构变化(三 ) 正性调节占主导(四 ) 转录与翻译分隔进行(五 ) 转录后修饰 、 加工调控（ 六 ） 翻译及翻译后加工调控二、真核基因表达调控特点真核生物的 对鹅膏蕈碱的反应45敏感 中度敏感转录产物（一） ）活性染色体结构变化1. 对核酸酶敏感当用 处理时，活化的染色质 超敏位点，常出现在调节蛋白结合位点附近，这是活化基因的明显特征。 2. 因活化后超螺旋负超螺旋转录方向碍核小体的形成，促进核小体的解体；利于核小体的再形成。 3. %的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈 反比。 4. 组蛋白变化 富含 1水平降低 组蛋白 乙酰化、磷酸化导致核小体不稳定或松弛（三） 正性调节占主导（四）转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工其原因： 更有效，可提高特异性和精确性 采用负性调节不经济是指可影响自身基因表达活性的特异 启动子 增强子 沉默子三、 转录起始的 调 节（一）顺式作用元件1. 启动子 （ 核基因启动子是 至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。 位于 25 D 结合位点。 控制转录起始的准确性及频率。 位于 与相应蛋白因子结合 ， 影响转录效率。 典型的启动子由 TA。