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1、基因结构与基因表达调控,第 一 节基因与人类基因组计划,Basic Conceptions and Principle,（一）原核生物基因结构特点,操纵子(operon)机制,（二）真核生物基因结构特点,不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。,（三）基因表达的方式,按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：,1 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)。,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
2、全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutive gene expression)。,2 诱导和阻遏表达,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)。,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
3、协调调节(coordinate regulation)。,基因组(genome)泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。,二、基因组,基因组学(genomics)就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能。,基因组学包括3个不同的亚领域结构基因组学(structural genomics)功能基因组学(functional genomics)比较基因组学(comparative genomics),基因组学概念,（一）人类基因组分析的主要内容,结构基因组学,结构基因组学(structur
4、al genomics)是通过HGP的实施来完成的。HGP的内容就是制作高分辨率的人类遗传图和物理图，最终完成人类和其它重要模式生物全部基因组DNA序列测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。,（一）物理制图（二）遗传制图（三）基因组DNA序列测定（四）创建计算机分析管理系统,HGP包括以下研究内容,HGP主要任务及内容,通过HGP获得的广泛基因组信息组成了结构基因组学的基本内容，是开展功能基因组学的研究的基础；同时为详尽研究每一个单基因遗传病提供“平台”，并将成为复杂的多基因遗传病研究的发端。,功能基因组学,完成一个生物体全部基因组测序后即进入后基因组测序阶段详尽分析序列，描述基因组所有基因的
5、功能，包括研究基因的表达及其调控模式，这就是功能基因组学（functional genomics）。,1 鉴定DNA序列中的基因 2 同源搜索设计基因功能 3 实验性设计基因功能 4 描述基因表达模式,主要具体内容包括以下方面,功能基因组学研究策略及主要内容,比较基因组学,比较基因组学(comparative genomics)涉及比较不同物种的整个基因组，以便深入理解每个基因组的功能和进化关系。,（二）基因组学与医学关系,The Relation between Genomics and Medicine,基因病的概念,以基因组学为基础，从疾病和健康的角度考虑，人类疾病大多直接或间接地与基因
6、相关，故有“基因病”概念产生。根据这一概念，人类疾病大致分为三类：（一）单基因病（二）多基因病（三）获得性基因病,疾病相关基因的鉴定,1 检测人类基因变异或突变 2 疾病时基因组差异表达分析 3 染色体制图定位及疾病相关基因克隆,第 二 节 原核基因转录调节,Regulation of Prokaryotic Gene Transcription,1 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,一、乳糖操纵子调节机制,（一）乳糖操纵子(lac operon)的结构,没有乳糖存在时,（二）阻遏蛋白的负性调节,有乳糖存在时,无葡萄糖，cAMP浓度高时,有
7、葡萄糖，cAMP浓度低时,（三）CAP的正性调节,（四）协调调节,当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；,如无CAP存在，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 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。,Trp 高时,Trp 低时,mRNA,O,P,trpR,调节区,结构基因,RNA聚合酶,RNA聚合酶,?,二、色氨酸操纵子转录调节机制,色氨酸操纵子,前导序列,第10、11密码子为trp密码子,14aa前导肽编码区:,包含
8、序列1,形成发夹结构能力强弱：序列1/2序列2/3序列3/4,UUUU 3,前导肽,前导mRNA,1.当色氨酸浓度高时,转录衰减机制,衰减子结构就是终止子可使转录,RNA聚合酶,终止,前导肽,前导mRNA,RNA聚合酶,2.当色氨酸浓度低时,Trp合成酶系相关结构基因被转录,序列3、4不能形成衰减子结构,第 三 节 真核基因转录调节,Regulation of Eukaryotic Gene Transcription,真核基因转录激活调节,（一）顺式作用元件,1.启动子,真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。,（二）反式作用
9、因子,1.转录调节因子分类（按功能特性）,*基本转录因子(general transcription factors),是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。,*特异转录因子(special transcription factors),为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。,转录激活因子,转录抑制因子,2.转录调节因子结构,最常见的DNA结合域,1.锌指(zinc finger),C CysH His,常结合GC盒,Zn,Cys,His,2.-螺旋,常结合CAAT盒,（三）mRNA 转录激活及其调节,真核RNA聚合酶在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物,TBP相关因子,真核基因转录调节是复杂的、多样的,*不同的DNA元件组合可产生多种类型的转录调节方式；,*多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。,*转录因子与DNA元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。,
