基因表达调控-基本概念与原理

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1、第一节基本概念与原理一、基因表达的概念基因组(genome)：一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。基因表达(geneexpression)：在一定调节机制控制下，基因经过转录及翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。二、基因表达的特性(一)时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段一致的时间性，因此又称阶段特异性。(二)空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现。这种空间分布差异，实际上是由

2、细胞在器官的分布决定的，因此又称为细胞或组织特异性。三、基因表达的方式(一)组成性表达某些基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(house-keepinggene)。由于这类基因表达变化很小，所以又称为组成性表达。(二)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时被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏(

3、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(coordinateexpression)。这种调节称为协调调节(coordinateregulation)。四、基因表达调控的生物学意义(一)适应环境、维持生长和增殖生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，为了生存，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反应，调节代谢，以适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质分子的生物学功能有关。而蛋白质的水平又受基因表达的调控。

4、(二)维持个体发育与分化多细胞生物调节基因的表达除为适应环境外，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。当某种基因缺陷或表达异常时，则会出现相应组织或器官的发育异常。五、基因表达调控的基本原理(一)基因表达的多级调控基因激活转录起始转录后加工及转运翻译翻译后加工(二)基因转录激活调节基本要素1.特异DNA序列(1)原核生物的操纵子操纵子(operon)：通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联，组成一个转录单位。1)启动序列（启动子）：是RNA聚合酶结合并启动转

5、录的特异DNA序列。2)操纵序列（operator）：是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，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。3)其他调节序列：有的特异DNA序列可结合激活蛋白，增强RNA聚合酶活性，使转录激活。(2)真核生物的顺式作用元件（cis-actingelement）是指可影响自身基因表达活性的特异DNA序列。通常是非编码序列。包括启动子、增强子及沉默子等。2.调节蛋白(1)原核生物基因调节蛋白:均为DNA结合蛋白特异因子：决定

6、RNA聚合酶对启动序列的特异性识别和结合能力。阻遏蛋白：可结合操纵序列，阻遏基因转录。激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。(2)真核生物基因调节蛋白——转录因子（TF）绝大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用，影响另一基因的转录，称为反式作用因子（trans-actingfactor）。有些真核调节蛋白可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭，称为顺式作用蛋白。3.DNA－蛋白质、蛋

7、白质－蛋白质相互作用DNA－蛋白质相互作用特异识别非共价结合DNA结合位点常呈对称结构蛋白质－蛋白质相互作用形成二聚体或多聚体，间接结合DNA4.RNA聚合酶（1）启动子与RNA聚合酶活性启动序列/启动子是由转录起始点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成。启动序列影响其与RNA聚合酶的亲和力，而亲和力大小则直接影响转录起动的频率。（2）调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细胞内表达，随后通过DNA－蛋白质、蛋白质－蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性，从而改变基

8、础转录频率。