ch16 基因表达.ppt

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1、RegulationofGeneExpression基因表达调节JacquesMonod,1965FrançoisJacob,19651961年，Jacob和Monod提出了操纵子学说（lacoperon），开创了基因表达调节研究的新领域。1.基因表达的基本原理2.原核生物基因表达调节3.真核生物基因表达调节1.基因表达的基本原理1.1基因表达相关的概念基因组（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（gene）：编码一条多肽链，或是一个具有一定结构或催化功能的RNA的DNA片段。基因表达（geneexpression）：基因经过转录、翻译，产

2、生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。Howmanygenesdohumanshave?Approximately30,000genes.Alternativesplicing1.2基因表达的特性时间特异性（时序性）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的时间特异性又称阶段特异性。空间特异性在个体生长全过程中，某些基因的表达在特定的组织空间发生。所以又称细胞或组织特异性。1.3基因表达的方式按对刺激的反应性不同，可分为：组成型表达（constitutivegeneexpression）基因在一个个体的几乎所有细胞中持续稳定表达。这些

3、基因常称管家基因（housekeepinggene）。管家基因无论表达水平高低，较少受到环境因素的影响。在基因表达研究中，常作为对照基因，如β-actin基因。调节型表达（regulatedgeneexpression）在特定环境信号刺激下，基因被激活，基因表达增强。这种基因称为可诱导基因。这个过程称为诱导（induction）。在特定环境信号刺激下，基因被抑制，基因表达降低。这种基因称为可阻遏基因。这个过程称为阻遏（repression）。协调表达（coordinateexpression）：在一定机制控制下，功能相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共

4、同表达。这种调节称为协调调节（coordinateregulation）。如SOS反应。1.4基因表达的多级调节基因表达至少可在8个环节进行调节。原核生物基因调节主要在转录水平；真核生物则在不同水平进行。总的说来，转录起始是基因表达的基本调节点。Geneactivation1.5转录调节的基本原理1.5.1RNA聚合酶与启动子的结合启动子的序列，尤其是保守区序列，影响RNA聚合酶与启动子结合的亲合力，对转录起始的调节非常重要。E.colipromoters1.5.2转录起始的调节蛋白至少可分为特异性因子（specificityfactors）、阻遏蛋白（represso

5、rs）、激活蛋白（activators）三种。特异性因子决定了RNA聚合酶与启动子结合的特异性。如E.coliRNA聚合酶的σ亚基。Promotersofheatshockgene阻遏蛋白与负调节阻遏蛋白与DNA结合后，会阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，或是使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，从而阻碍转录。这种调节称为负调节。在原核生物中，与阻遏蛋白结合的DNA序列称为操纵序列（operators）。Operatorandnegativeregulationrepressor激活蛋白与正调节激活蛋白可结合启动子邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动子的结合，增强RNA

6、聚合酶的活性。这种调节称为正调节。如真核生物中，增强子（enhancers）和激活蛋白结合，增强基因表达的活性。Activatorandpositiveregulation1.6基因表达调节的生物学意义适应环境，维持生长和增殖。维持个体发育与分化2.原核生物基因表达调节2.1操纵子相关概念2.2乳糖操纵子调节机理2.3转录衰减调节机理2.4基因重组调节机理2.5SOS反应调节机理2.1操纵子相关概念操纵子是基因表达的协调单位。通常由2个以上功能相关的结构基因、启动子序列、操纵序列以及其他调节序列组成。操纵序列操纵序列是阻遏蛋白的结合位点。当阻遏蛋白结合到操纵序列上时，会

7、阻碍RNA聚合酶与启动子的结合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。Thestructureofoperon2.2乳糖操纵子调节机理乳糖操纵子由三个结构基因Z、Y、A和操纵序列、启动子、CAP结合位点等调节序列组成。当没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻碍状态。当有乳糖存在时，乳糖操纵子被诱导。乳糖操纵子的诱导剂是异乳糖。IPTG是异乳糖的结构类似物，在基因工程中用作lacZ基因表达的诱导剂。ThestructureoflacoperonRepressorandnegativeregulation异乳糖异乳糖lacoperon异丙