过程分子生物学12012资料.ppt

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1、华东理工大学硕士研究生学位课程过程分子生物学张惠展分子生物学是生命科学的主导性学科基因的表达与调控是分子生物学的主题思想过程分子生物学是分子生物学理论发展的高级阶段1953-1983基础分子生物学阶段20世纪50年代DNA双螺旋模型的建立20世纪60年代遗传密码的破译20世纪70年代DNA重组技术的诞生1983-？过程分子生物学阶段20世纪80年代动植物转基因技术的问世20世纪90年代人类基因组计划的实施21世纪00年代RNA干扰现象的发现过程分子生物学523416基因表达的调控机制细胞通讯的分子机制免疫多样

2、性的分子识别胚胎发育的基因表达谱肿瘤发生的分子机制基因组学与系统生物学基因表达的调控机制BCDAEF原核生物基因表达的启动开关真核生物多转录因子的协同作用原核生物的RNA结构调控真核生物的RNA剪切调控原核生物反义RNA的调控真核生物sRNA介导的RNA干扰G真核生物应答元件的转录调控1A原核生物基因表达的启动开关通过对100多个大肠杆菌启动子的序列分析，结果表明：大多数具有普通生理生化功能的基因所属的启动子，具有统一的特征序列。a大肠杆菌启动子的多样性TTGACAAACTGTTATAATATATTA16-1

3、0bp5-9bp结构基因转录起始位点-35区T82T84G78A65C54A45-10区T80A95T45A60A50T96启动子一个典型的大肠杆菌启动子通常包括下列四个结构要素：1A原核生物基因表达的启动开关绝大多数原核生物的RNA聚合酶均由五个亚基组成：a2bb’s（全酶），其中a2bb’称为（核心酶）。各种原核细菌的a、b、b’亚基呈高度的同源性，唯独s因子差别较大。RNA聚合酶核心酶对DNA链具有非特异性的亲和力（碱性蛋白与酸性DNA之间的静电引力），但s因子增强了RNA聚合酶与启动子区域的特异性结合

4、。s因子帮助RNAa大肠杆菌启动子的多样性聚合酶识别启动子，同时启动转录。大肠杆菌启动子与s因子的对应关系（Lewin‘sGENESX2010）氨基酸-35区序列识别数间隔区-10区序列因子/基因TTGACATATAAT100016-18bp613s70（rpoD）CTGGNATTGCA56bp477s54（rpoN）CCCTTGAACCCGATNT3013-15bp284s32（rpoH）TTGACATATAAT10016-18bp330sS（rpoS）CTAAAGCCGATAA4015bp239sF（rp

5、oF）GAAYCTGA2016bp202sE（rpoE）2173sFecI（fecI）TGNCTGCGTCTT15bp1A原核生物基因表达的启动开关枯草杆菌中存在着大约二十类不同的启动子，其中有些隶属于正常的生理代谢基因，有些则隶属于噬菌体感染、孢子生成、次级代谢过程中的相关基因。b枯草杆菌启动子的多样性在SPO1噬菌体感染过程中的RNA聚合酶及其s因子SPO1噬菌体感染枯草杆菌后，早期基因表达；4-5分钟后，中期基因表达，早期基因关闭；8-12分钟后，晚期基因表达，中期基因关闭。早期基因的启动子由s43（即

6、sA）识别启动，这是枯草杆菌细胞内具有广泛生理生化功能的s因子，与大肠杆菌中的s70同源，组成a2bb’s43型RNA聚合酶，转录中期基因表达所需的s因子编码基因gp28。中期基因的启动子由sgp28识别启动，它与枯草杆菌的核心酶构成a2bb’sgp28型RNA聚合酶全酶，负责转录晚期基因表达所需的s因子编码基因gp33和gp34。晚期基因的启动子由sgp33和sgp34识别启动，分别构成RNA聚合酶全酶a2bb’sgp33和a2bb’sgp34。SPO1噬菌体基因表达的级联调控模式通过更换不同的s因子，识别

7、并作用于不同基因的启动子，最终导致这些基因有次序地级联表达。前一基因编码后一基因表达所需的s因子。s43s28s28s33/34早期基因中期基因晚期基因（Lewin‘sGENESX2010）枯草杆菌的孢子生成过程枯草杆菌在对数生长阶段结束后，培养基中营养物质耗尽，这时便启动孢子生成过程：先是DNA复制，隔膜形成，孢衣合成，母体裂解，孢子释放。最后在细胞内约40%的mRNA是孢子生专一性的。对数生长期细菌基因组复制隔膜形成DNA转位至前孢孢衣形成母细胞裂解，孢子释放（Lewin‘sGENESX2010）枯草杆菌

8、孢子形成过程中的RNA聚合酶及其s因子当环境压力（例如营养成份枯竭）时，枯草杆菌细胞内发生一连串的磷酸基团传递反应，最终导致转录调控因子Spo0A的磷酸化。磷酸化了的Spo0A同时启动两种不同操纵子的转录，分别表达出sproE和sF。sF一方面启动sG的表达，另一方面又表达SpoIIR，后者再激活隔膜结合型蛋白SpoIIGA，活化了的SpoIIGA将母体细胞中表达的sproE裂解为有活性的sE；而在