第十三章 基因表达调控

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1、第十三章基因表达调控[本章要求]1.掌握基因表达的概念，表达的特点及基本规律，调控的方式和意义。2.掌握基因表达的基本要素：顺式作用元件和反式作用因子及调节蛋白的相互作用3.掌握乳糖操纵子的结构及其调节原理4.了解真核基因表达调控的基本原则。[内容提要]基因表达调控的基本内容是介绍细胞或个体生长过程中基因表达的方式、规律及调节机制，以及这些表达规律、调节机制与发育、分化的关系，个体与环境的适应。一、基因表达的概念及意义基因表达就是指基因转录和翻译的过程。并非所有基因表达过程都产生蛋白质分子，有些基因只转录合成RNA分子，如rRNA、tRNA等。这些基因转录合成RNA

2、的过程也属于基因表达。原核生物，如细菌调节基因表达是为适应环境变化，调节代谢、维持细胞生长与分裂。真核生物，如动物乃至人类在环境变化及个体生长、发育的不同阶段调节基因的表达既为调节代谢、适应环境，也为维持生长、发育与分化。二、基因表达的规律与方式1.基因表达的规律性可分为阶段特异性和组织特异性两种：阶段特异性：按功能需要，原核生物某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按特定时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。多细胞真核生物从受精卵到组织器官形成经历不同发育阶段。在各个发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启和关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。因此，

3、多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。组织特异性：在多细胞真核生物中，同一基因在同一发育阶段的不同组织器官表达水平是不一样的；在发育、分化的特定时期内，不同基因在同一组织细胞内表达水平也不一样，即基因在不同组织空间表达不同，这就是基因表达的空间特异性，又称组织特异性。原核生物基因表达无组织特异性。2.基因表达的方式不同基因功能不同，调控机制不同，基因表达的方式也不同。基本的基因表达：有些基因在生物个体生命全过程的几乎所有细胞中持续表达，称为基本的基因表达。这类基因通常被称之为管家基因。基本的基因表达并非绝对一成不变，其表达也是在一定机制控制下进行的。诱导与阻

4、遏：大多数基因表达状况极易受外环境变化的影响，有些基因在特定环境中或特殊条件刺激下表达水平增强，称作诱导。这类基因被称为可诱导基因。相反，如果基因在对环境信号应答时表现为表达水平降低，称作阻遏。这类基因就是可阻遏基因。刺激诱导发生的信号分子称为诱导剂，引起阻遏发生的分子称为阻遏剂。三、基因表达的多级调控从基因激活至蛋白质合成的各个环节，如基因活化、转录起始、转录后加工、mRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解等任一环节发生异常，均会影响某个基因的表达水平。四、基因表达调控要素基因表达调控是在多级水平上进行的，其中转录起始是基本控制点。以mRNA转录为例，

5、参与mRNA转录调节的基本要素如下：1.DNA元件DNA元件是指具有调节功能的特异DNA序列。原核生物大多数基因的表达通过操纵子机制调控。操纵子由启动序列、操纵序列等调节序列及其下游的编码序列串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。操纵序列一般与启动序列毗邻或接近，其DNA序列常与启动序列交错、重叠，它是原核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RNA聚合酶与启动序列的结合，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子还有一些具有调节功能的DNA序列，可结合基因激活蛋白CAP，介导正性调节。大多数真核基因调控以正性调节为主，这些调节机制

6、普遍涉及编码序列两侧的、具有调节功能的DNA序列，称为顺式作用元件。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将真核基因的这些机能元件区分为启动子、增强子及抑制子。2.调节蛋白大部分属序列特异的DNA结合蛋白。根据调节蛋白的功能，原核调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。特异因子决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别及结合能力，σ因子就是一种典型的特异因子。阻遏蛋白可结合操纵序列，阻断RNA聚合酶与启动序列的结合，或阻遏RNA聚合酶的转录活性，介导负性调节。激活蛋白可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动

7、序列的结合，增强RNA聚合酶活性。分解代谢基因激活蛋白CAP就是一种激活蛋白，介导正性调节。真核基因转录调节蛋白又称转录(调节)因子，或反式作用因子。这些转录因子又分为基本转录因子、增强子结合因子和转录抑制因子三类。3.RNA聚合酶DNA元件与调节蛋白对转录激活的调节作用最终由RNA聚合酶的活性来体现。RNA聚合酶活性受启动序列或启动子的结构、调节蛋白的性质影响。五、原核基因表达调控1．原核基因表达及调控的特点原核基因表达及其调控具有下述特点：(1)原核基因表达时转录与翻译过程紧密偶联。(2)操纵子调节机制在原核基因调控中具有普遍的意义。（3）在操纵子调节机制中