第十四章基因表达调控

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1、1961年，法国科学家F.Jacob和J.Monod通过研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制，提出了著名的操纵子学说，从而开创了基因表达调控研究的新纪元。对基因表达调控的研究是目前分子生物学领域最重要的研究内容之一。(RegulationofGeneExpression)第十四章基因表达调控第一节基因表达调控的概念和原理(Conceptandprinciple：RegulationofGeneExpression)一、基因表达调控的概念(一)基因表达(geneexpression)是指基因经过转录、翻

2、译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。(二)基因表达的时间性及空间性1.时间特异性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的时间特异性又称阶段特异性。2.空间特异性某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性。空间特异性是由细胞在器官的分布决定的，故又称细胞或组织特异性。二、原核生物基因表达调控(一)参与原核生物基因表达调控的蛋白因子1.RNA聚合酶RNA聚合酶与DNA的亲和力，影响转录。2.σ因子4.激活蛋白3.

3、阻遏蛋白主要参与RNA聚合酶对启动序列的识别。能够与特异操纵序列结合，阻断基因表达。增强RNA聚合酶与启动序列的结合能力。1.操纵子的结构与功能一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor)。⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。⑷编码序列(codingsequence):编码功能性蛋白，2~6个。(二)原核生物基因转录调控模式——操纵

4、子机制操纵子(operon)是原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位。操纵子的本质是DNA序列。2.乳糖操纵子的结构及其调节机制控制区CAP结合位点启动序列操纵序列编码基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基转移酶信息区调控序列代谢产物基因激活蛋白(catabolitegeneactivatorprotien,CAP)ZOPDNAIYAC(1)阻遏蛋白的负性调节mRNA阻遏蛋白阻遏基因ZOPDNAIYACpol没有乳糖存在时mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时启动转录m

5、RNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶ZOPDNAIYACpol(2)CAP的正性调节ZOPDNAIYACCAPcAMP++++转录CAPCAPCAPCAP无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时CAPCAPCAPCAPRNA-pol(3)阻遏蛋白与CAP的协调调节低半乳糖时(有阻遏蛋白)高半乳糖时(无阻遏蛋白)葡萄糖浓度低cAMP浓度高(有CAP)葡萄糖浓度高cAMP浓度低(无CAP)OOOOmRNA(一)顺式作用元件(cis-actingelement)——可影响自身基因表达活性的DNA

6、序列三、真核基因基因表达的调节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。高等真核生物CAAT盒GC盒TATA盒RNA起始点酵母上游激活序列(UAS)TATA盒RNA起始点2.增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。3.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。BADNA编码序列转录起始点B：增强子或沉默子A

7、：启动子(二)反式作用因子(trans-actingfactor)1.基本转录因子(generaltranscriptionfactors)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。2.特异转录因子(specialtranscriptionfactors)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分为——影响基因表达的蛋白因子(三)反式作用因子的结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白质结合域(

8、二聚化结构域)谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域1.同源结构域3.碱性亮氨酸拉链2.锌指CCHHZnCysHisCH其他氨基酸polⅡ(四)真核生物基因表达调控模式TBP2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物。DNA1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平等均受调控。TFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTATAEBP第二节癌基因与抑癌基因(Oncogenesand,Anti-oncogenes)癌基因抑癌基