基因表达的调节基因表达调节的基本概念及原理原核

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1、第十三章基因表达的调节基因表达调节的基本概念及原理原核生物基因转录调节真核生物基因转录调节第一节基本概念与原理一、基本概念基因（gene）一段编码蛋白质多肽链和功能RNA的DNA片段。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。典型的基因表达是储存遗传信息的基因，在一定调节机制控制下，经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质或成熟的rRNA和tRNA的过程。基因表达基因表达＝转录＋翻译大肠杆菌基因组（约4000个基因)，一般情况下只有5－10%在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，或者暂时不表达。人的基

2、因组约含有10万个基因，但在一个组织细胞中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在1万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过20%的基因处于表达状态。生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的二、基因表达的规律--时间性及空间性（1）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，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）空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决

3、定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性。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，称之为基因表达的空间特异性。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。管家基因无论表达水平高低，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。组成性基因表达只受到启动序列或者启动子与RNA聚合酶相互作用的影响。组成性基因表达也是相对的，而不是一成不

4、变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。（2）诱导和阻遏表达适应性表达指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。改变基因表达的情况以适应环境，例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物适应环境生存的必需。是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被激活，从而使基因的表达产物增加。如:DNA发生损伤时，修复酶的基因被诱导激活。诱导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

5、基因。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。阻遏如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它糖类的酶类，如乳糖操纵子被阻遏、关闭。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)。1、基因表达的多级调控四、基因表达调控的基本原理基因激活转录起始转录后加工mRNA降解蛋白质降解等蛋白质翻译翻

6、译后加工修饰转录水平的基因表达调控最重要2、特异DNA序列对基因转录激活的调节基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。原核生物——操纵子(operon)机制编码序列启动序列操纵序列其他调节序列共有序列决定启动序列的转录活性大小。RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列。启动序列RNA转录起始-35区-10区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N1

7、6N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAraBADTTGACATATAAT共有序列真核生物顺式作用元件——可影响自身基因表达活性的DNA序列顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游(5’端)启动子增强子沉默子转录起始点增强子DNA编码序列启动子顺式作用元件通常是基因的非编码序列。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。3、调节蛋白对转录起始的调节原核生物基因的调节蛋白---DNA结合蛋白特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白真核生物基

8、因的调节蛋白---反式作用因子与DNA结合的调节蛋白与蛋白质结合的调节蛋白热休克反应细菌的RNA聚合酶70（启动常规基因表达）被32取代，从而启动另一套基因的表达。启动序列编码序列操纵序列