原核基因表达调控(I)

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1、第七章基因的表达与调控(上)——原核基因表达调控模式基因表达调控总论乳糖操纵子色氨酸操纵子其他操纵子转录后水平上的调控主要内容第一节基因表达调控总论一、基因表达的概念二、基因表达的特点三、基因表达的方式四、基因表达调控的生物学意义五、基因转录激活调节的基本要素一、基因表达的概念基因表达：基因在各种调节机制下，经过系列步骤表现出其生物功能的过程。即基因转录或转录与翻译的过程。转录+翻译蛋白质(主)转录rRNA、tRNA基因表达产物：各种RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白质、多肽。不是所有的基因表达都产生蛋白质。大肠杆菌基因组（约4000个基因)，一般情况下只有5－10%在高

2、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，基因表达是受调控的二、基因表达的特点——具有时空特异性（一）时间特异性（阶段特异性）定义：指某一特定基因的表达严格按特定时间顺序发生。即细胞或个体的特定分化、发育阶段，基因表达的情况不相同。e.g:感染、发育（早期表达多）昆虫变态过程的各种基因表

3、达植物开花有关的基因表达人类青春发育有关的基因表达（二）空间特异性（细胞、组织特异性）定义：指某一基因的表达按不同组织空间顺序发生。e.g:不同组织、细胞表达产物多少不同；不同组织细胞中不仅表达的基因数量不相同，而且基因表达的强度和种类也各不相同。一个受精卵含有发育成一个成熟个体的全部遗传信息，在个体发育分化的各个阶段，各种基因极为有序地表达，一般在胚胎时期基因开放的数量最多，随着分化发展，细胞中某些基因关闭(turnoff)、某些基因转向开放(turnon)，胚胎发育不同阶段、不同部位的细胞中开放的基因及其开放的程度不一样，合成蛋白质的种类和数量都不相同，显示出基因表达调控在空间和

4、时间上极高的有序性，从而逐步生成形态与功能各不相同、极为协调、巧妙有序的组织。即使是同一个细胞，处在不同的细胞周期状态，其基因的表达和蛋白质合成的情况也不尽相同。生物基因组遗传信息并不是同时全部都表达出来的，基因表达是受调控的！生物的基因表达不是杂乱无章的，而是受着严密、精确调控的！三、基因表达的方式基本表达(组成性基因表达，constitutiveexpression)——对刺激反应小适应性表达(诱导或阻遏表达，adaptiveexpression)——对刺激反应大协调表达1．基本表达（组成性基因表达）a.定义：不易受环境变化影响的基因表达，在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持

5、续表达。管家基因：在生命全过程都是必需的、且在生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。b.影响因素：启动序列启动子与RNA-pol相互作用c.意义：维持生命的基本途径。2．适应性表达(诱导或阻遏表达)定义：易受环境变化影响的基因表达。形式：诱导(induction)：在特定环境信号刺激下，基因表现为开放或增强，表达产物增加的现象。这类基因被称为可诱导的基因(induciblegene)；阻遏(repression)：在特定环境信号刺激下，基因被抑制，从而使表达产物减少的现象。相应的基因被称为可阻遏的基因(repressiblegene)。意义：适应环境的基本途径。3.协调表达：在基本

6、和适应性表达中，功能相关的一组基因，协调一致，共同表达。四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境变化、维持细胞生长和增殖——原核生物（二）维持个体发育与分化——真核生物五、基因表达的多级调控DNA水平基因结构活化转录水平转录起始转录后加工转录后水平转录产物的转运翻译调控翻译水平翻译后加工六、基因转录激活调节基本要素（一）特异DNA序列（二）调节蛋白（三）RNA聚合酶原核生物的基因表达与调控是通过操纵子机制实现的。操纵子（Operon）：原核基因表达和调控的单位，由启动子、调节基因、操纵基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组成。（一）特异DNA序列操纵子调节序列启动序列操纵序列

7、编码序列表达转录ICAPPOZYA阻遏蛋白结合部位RNA聚合酶结合部位编码序列规定蛋白质结构，又称结构基因；多顺反子mRNA由多个结构基因串联在一起，受同一个启动序列调控，转录生成一个mRNA,翻译生成多个蛋白质,称此为多顺反子mRNA.多顺反子mRNA阻遏蛋白ZYAOPDNA调控区CAP结合位点启动序列操纵序列结构基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透过酶A：乙酰基转移酶cAMP—CAP复合物操纵子（Operon）：原核基因表达和调控的单位，由启动子、调节基因、操