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1、基因表达的调控,第 四 节,基因表达的调控第 四 节,基因表达(真核) 基因的活化转录转录后加工RNA转运至细胞质翻译翻译后加工基因表达的调控适应环境、维持生长和发育需要主要是转录水平的调控,一、基因表达调控的基本概念及其生物学意义,2,基因表达(真核)一、基因表达调控的基本概念及其生物学意义2,3,3,适应外界条件的变化方式：诱导合成(正调控)或阻遏合成(负调控) 一些相应的蛋白质特点：转录与翻译偶联，快速,二、原核生物基因表达的调控,(一)原核生物基因表达调控的特点,4,适应外界条件的变化二、原核生物基因表达的调控(一)原核生物基,调控机制操纵子(operon),结构基因,启动子(prom
2、oter),操纵基因(operator),其他调控基因,原核生物中一些成簇排列、相互协同的基因所组成的单位。一个操纵子结构基因(26)启动基因(启动子) 操纵基因(其他调控基因),5,调控机制操纵子(operon)结构基因启动子操纵基因其他,控制位点 结构基因,DNA,阻遏物,启动子,操纵基因,-半乳糖苷酶,通透酶,转乙酰基酶,1. 乳糖操纵子的结构和诱导剂,调控基因,Lac操纵子,(二)乳糖操纵子的结构和诱导剂,6,IPOZYa控制位点 结构基因DNA阻遏物,-半乳糖苷酶 对乳糖的作用,7,-半乳糖苷酶7,乳糖操纵子的发现：细菌可以以葡萄糖、乳 糖作为碳源葡萄糖充分时： 与葡萄糖代谢有关的酶
3、大量表达 与其他糖代谢有关的酶少量葡萄糖耗尽、乳糖存在时(培养基)： 与乳糖代谢有关的酶大量表达 与葡萄糖代谢有关的酶少量,8,乳糖操纵子的发现：细菌可以以葡萄糖、乳 8,Lac阻遏物由基因I编码结构特点：具有4个相同亚基，每个亚基中都有 一个与诱导剂结合的位点调控机制：无诱导剂时：Lac阻遏物与O基因结合，结构基因 关闭有诱导剂时：Lac阻遏物与诱导剂结合，阻遏物构 象改变，不能与O基因结合，结构基 因开放，RNA聚合酶结合、延伸，转 录开始,2. Lac阻遏物的作用,9,Lac阻遏物由基因I编码2. Lac阻遏物的作用9,没有诱导剂存在时,10,IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA po
4、l没有诱导剂存在,有诱导剂(别位乳糖或IPTG)存在时,11,IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA启动转录mRNA有诱导,葡萄糖存在时：优先利用葡萄糖作为能源分解物阻遏作用(catabolite repression)葡萄糖的分解产物对其他酶的抑制效应，与cAMP有关葡萄糖cAMP乳糖操纵子加入外源cAMP乳糖操纵子,3. CAP与cAMP复合物在乳糖操纵子表达 中的作用,(-),(+),12,葡萄糖存在时：优先利用葡萄糖作为能源3. CAP与cAMP复,CAP-cAMP复合物的激活作用CAP(catabolite gene activator protein)：有两个相同亚基的蛋白质，都具
5、有与DNA结合的结构域和与cAMP结合的结构域cAMPCAPCAP-cAMP复合物乳糖操纵子,(+),13,CAP-cAMP复合物的激活作用(+)13,CAP位,无葡萄糖时，cAMP浓度高,有葡萄糖时，cAMP浓度低,DNA,CAP的调控机制,14,CAP位 + + + + 转录无葡萄糖时，cAMP浓度高有,低乳糖,高乳糖,低葡萄糖高cAMP,高葡萄糖低cAMP,葡萄糖和乳糖在乳糖操纵子基因表达中的 联系效应,15,mRNA低乳糖高乳糖低葡萄糖高葡萄糖RNA-polOPOPO,环境条件的变化是相关基因表达的外界信号 葡萄糖、乳糖浓度的变化基因表达的负调控(negative regulation
6、) Lac阻遏物与操纵基因O结合后抑制了结构基因的表达基因表达的正调控(positive regulation) CAP-cAMP复合物与相应的DNA序列(CAP位)结合后促进基因的表达,原核生物基因(乳糖操纵子)表达调控的一般情况,16,环境条件的变化是相关基因表达的外界信号原核生物基因(乳糖操纵,转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关：环境信号转导染色质活化转录的激活基因表达以正调控为主(活化蛋白激活靶基因)转录与翻译在不同的亚细胞区域进行,三、真核生物基因表达的调控,(一)真核生物基因表达调控的特点,17,转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关：环境信号转导染,反式调节,顺式调节
7、,18,cDNAaDNA反式调节C顺式调节 mRNA C蛋白质C,1. 顺式作用元件,真核生物中，和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列，包括启动子和启动子上游近侧序列、及增强子等，和转录调控有关。,(二)参与基因调控的顺式作用元件和 反式作用因子,19,1. 顺式作用元件真核生物中，和被转录的结构基因在距离上比较,一类在真核细胞核中发挥作用的蛋白质因子作用特点 识别和结合顺式作用元件中的特异靶序列，启动转录例：转录因子TFD 识别和结合 TATA box 转录因子Sp1 识别和结合 GC box 转录因子CTF1 识别和结合 CAAT box反式作用因子与相应的顺式作用元件结合后才能
8、启动或有效启动转录,2. 反式作用因子(trans acting factors),20,一类在真核细胞核中发挥作用的蛋白质因子2. 反式作用因子(t,反式因子有两个必需的结构域DNA结合结构域：与顺式元件识别、结合转录激活结构域：与其他反式因子或RNA聚合酶结合,蛋白质,21,反式因子有两个必需的结构域蛋白质21,两个短-螺旋，之间-转角结构联系；其中一个-螺旋识别、进入DNA双螺旋结构的大沟最常见DNA结合域之一，例：CAP,(1) 螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix),3. 反式作用因子结构的模式,22,两个短-螺旋，之间-转角结构联系；其中一个-螺旋识别、,约30个氨基
9、酸残基，其中4个氨基酸残基(2个Cys，2个His或4个Cys)以配位键与Zn2+相互作用 具有多个相同的锌指结构，与DNA双螺旋大沟结合,(2) 锌指(zinc fingers),23,约30个氨基酸残基，其中4个氨基酸残基(2个Cys，2个Hi,1,2,3,4,5,6,7,8,9,蛋白质,24,123456789蛋白质24,一段肽链中每隔7个氨基酸残基就有一个亮氨酸残基出现，形成-螺旋的两面亲水面：亲水性氨基酸残基构成疏水面：亮氨酸残基构成(亮氨酸拉链条)借疏水作用形成二聚体(同二聚体/异二聚体)发挥作用DNA的结合域：拉链区以外的结构,(3) 亮氨酸拉链(leucine zippers),25,一段肽链中每隔7个氨基酸残基就有一个亮氨酸残基出现，形成-,26,26,(4) 螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix),27,(4) 螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix)2,
