第五章 基因表达与调控

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1、第五章基因表达调控（RegulationofGeneExpression）第一节基因表达调控基本概念与原理一、基因表达的概念二、基因表达的特异性三、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：是指生物体基因组种结构基因所携带的遗传信息经过转录及翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，进而发挥其特定生物学功能的全过程。基因表达产物：各种RNA(tRNA、mRNA和rRNA)以及蛋白质、多肽。二、基因表达的特异性（一）时间特异性往往与细胞或个体的特定分化、发育阶段相适应，又称阶段特异性。（二）空间特异性由细

2、胞在各组织器官的分布差异所决定的，故又称为细胞特异性或组织特异性。三、基因表达的方式（一）组成性表达管家基因：在生命全过程都是必需的、且在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。组成性基因表达：管家基因较少受环境因素的影响，在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续表达。（二）诱导和阻遏表达诱导表达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。阻遏表达在特定环境信号刺激下，基因被抑制，从而使表达产物减少。（三）协调表达协调表达在一定机制控制下，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

3、增殖、分化（二）维持个体生长、发育五、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（一）特异DNA序列1.原核生物的特异DNA序列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：是由功能上相关联的多个编码序列（2个以上）及其上游的调控序列（包括操纵序列、启动序列和调节序列）等成簇串联在一起，构成的一个转录协调单位。操纵子结构：图编码序列：规定蛋白质结构，又称结构基因；16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.原核生物的共有序

4、列原核生物的启动序列，在距离转录起始点－10区和－35区往往含有一些重要的保守序列（共有序列）。－10区：含TATAAT序列，又称Pribnow盒。－35区：含TTGACA序列。图：2.真核生物的特异DNA序列真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异DNA序列，称为顺式作用元件。顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，从而影响基因表达活性。顺式作用元件又分：启动子、增强子、沉默子（1）启动子是RNA聚合酶结合位点及其周围的一组转录调控组件（包括转录起始点以及典型的TATA盒）。（2）增强子是增强启动子转录活性的DNA序列，并决定组织特异性

5、表达。（3）沉默子能够对基因转录起阻遏作用的DNA片段，属于负性调控元件。（二）调节蛋白1.原核生物的调节蛋白特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异识别和结合能力；(RNA聚合酶的s－因子)阻遏蛋白：通过与操纵序列结合，阻遏基因转录；（由调节基因表达的阻遏蛋白）激活蛋白：与启动子上游DNA序列结合，促进RNA聚合酶与启动序列结合，促进基因转录。（CAP—分解代谢物基因活化蛋白）2.真核生物的调节蛋白反式作用因子：能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子。按其功能不同，常有以下三类：（基本）转录因子；转录调

6、节因子：DNA-蛋白质；共调节因子：蛋白质-蛋白质（1）基本转录因子：是指能够直接或间接与启动子核心序列TATA盒特异结合、并启动转录的一类调节蛋白。（参与构成基础转录装置所需的一类通用转录因子）真核生物RNA聚合酶Ⅱ（RNApolⅡ）识别启动子所需的转录因子（TFⅡ）有多种亚类：TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡ-I等。其中TFⅡD最先、最直接与启动子TATA盒结合的转录因子，然后按一定时空顺序依次结合RNApolⅡ和其他转录因子，形成一个转录前起始复合物（PIC）。(2)16转录调节因子：这类调经蛋白能识别并结合转录起始点的上游

7、激活序列和远端的增强子元件，通过DNA－蛋白质相互作用而调节转录活性。起激活转录作用——转录激活因子；阻遏转录作用——转录阻遏因子。（3）共调节因子首先与转录因子或转录调节因子发生蛋白－蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性。如果与转录激活因子有协同作用——共激活因子；与转录阻遏因子有协同作用——共阻遏因子。反式作用因子的特殊功能域：DNA结合域；转录激活域；结合其他蛋白质的功能域。(三)RNA聚合酶1.启动子与RNA聚合酶活性启动子核苷酸序列影响与RNA聚合酶的亲和力。2.调节蛋白与RNA聚合酶的活性调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作用、蛋

8、白质-蛋白质相互作用影响RNA酶活性。六、基因表达的多级调控基因结构活化转录水平