生物化学精品课件-广西医科大学-第16章 基因表达调控.ppt

基因表达调控基本概念与原理 原核基因表达调控 真核基因表达调控 第 一 节基本概念与原理 （一）组成性表达 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)。 诱导与阻遏 可诱导调节：编码糖和氨基酸分解代谢蛋白的基因 可阻遏调节：合成代谢过程中所必需的小分子物质（氨基酸、嘌呤、嘧啶等）的基因。 基因表达调控分类 正调控（positive）：调节基因的产物是激活蛋白（activator） 正控诱导：效应物使激活蛋白处于活性状态。 正控阻遏：效应物使激活蛋白处于非活性状态 负调控（negative）：调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor）。 负控诱导：阻遏蛋白与效应物结合，结构基因转录。 负控阻遏：阻遏蛋白与效应物结合，结构基因不转录。 （三）基因表达调控的分子基础是DNA/蛋白质的相关作用 顺式作用元件：影响自身基因表达活性的DNA序列 启动子 终止子 增强子 沉默子 隔离子 反式作用因子：由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。 转录因子：转录激活因子、转录阻遏因子 其它调节蛋白 启动子基本结构 原核生物启动子 Pribnow box(-10 sequence) Sextama box(-35 sequence) Pribnow box 和Sextama box的距离(16-19bp) 真核生物启动子 Hogness box/ TATA box （-25— -30） CAAT box （-70— -80） GC box （-80— -110） 增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。通常具有下列特性： 增强效应十分明显 增强效应与其位置和取向无关。 大多为重复序列: (G)TGGA/TA/TA/T(G)。 增强效应有严密的组织和细胞特异性。 要有启动子才能发挥作用, 但没有基因专一性。 受外部信号的调控。 沉默子(silencer) 某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。 沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。 隔离子 隔离子处于抑制状态与活化状态的染色质结构域之间、能防止不同状态的染色质结构域的结构特征向两侧扩散的染色质DNA序列，称为隔离子。 （三）基因表达调控的分子基础是DNA/蛋白质的相关作用 顺式作用元件：影响自身基因表达活性的DNA序列 启动子 终止子 增强子 沉默子 隔离子 反式作用因子：由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。 转录因子：转录激活因子、转录阻遏因子 其它调节蛋白 基因表达调控的基本原理 第 二 节  原核生物基因表达调控 乳糖操纵子结构 1961年 法国巴斯德研究所 Jacob 和Monod提出：大肠杆菌乳糖操纵子模型（lactose operon） 包括： 启动区（promotor, P）； 操纵区（operator, O）； 结构基因（Z、Y、A） 酶的诱导——lac体系受调控的证据 （四）协调调节 半乳糖操纵子（galactose operon） gal操纵子启动子S1和S2的序列分析 葡萄糖 cAMP-CRP ；葡萄糖 cAMP-CRP 。 S1的转录：无葡萄糖，有半乳糖，高浓度的CRP和cAMP。抑制S2的转录。 S2的转录：有葡萄糖。 一般认为：cAMP-CRP有利于RNA聚合酶- S1区复合物的形成开链构象，从而起始基因转录。同时，由于S1和S2区的核苷酸部分重叠，这一复合物的存在干扰了RNA聚合酶- S2复合物的形成，抑制了S2起始的基因转录。 三、原核生物翻译水平调节 （一）蛋白质分子的自我调节 调节蛋白结合mRNA分子,阻止核糖体识别翻译起始区 （二）反义RNA对翻译的调节 反义RNA与mRNA杂交阻断30S小亚基对起始密码子的识别及与SD序列的结合,抑制翻译 原核翻译水平调控 mRNA自身结构元件对翻译起始的调节 mRNA稳定性对转录水平的影响 调节蛋白的调控作用 反义RNA的调节作用 稀有密码子对翻译的影响 重叠基因对翻译的影响 poly(A)对翻译的影响 翻译的阻遏 魔斑核苷酸水平对翻译的影响 mRNA自身结构元件对翻译起始的调节 起始密码子：AUG、GUG、UUG、AUU 核糖体结合位点（RBS）：指起始密码子AUG上游的一段非翻译区。有SD(Shine-Dalgarno)序列，5个核苷酸，富含G、A，序列与核糖体16SrRNA的3‘端互补配对，促使核糖体结合到mRNA上，有利于翻译的起始。 RBS的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始