第16章基因表达的调节

第第 16章章 基因表达的调节基因表达的调节Regulation of Gene Expression本章主要内容基因与基因组原核生物基因表达的调节真核生物基因表达的调节 1 基因与基因组1.1基因表达 （ gene expression）就是基因转录与翻译的过程。在某一特定时间，基因组只有一部分处于表达状态。1.2 基因具有特定生物遗传信息的 DNA序列 ,在一定条件下能够得以表达 ,产生特定的生理功能。 真核 生物基因结构图1.3 基因组 (genome)是细胞或生物体的全套遗传物质。不同生物基因组大小和数目不同真核基因组含有 :高度重复序列中度重复序列低度重复序列基因表达控制的潜在环节复制水平前体 mRNA的转录mRNA前体转录后的修饰和加工 mRNA从核内转移到胞液mRNA的稳定性调节mRNA的翻译活性调节肽链翻译后的加工肽链的转运和细胞定位蛋白质的稳定性基因表达的各个调节部位转录是基因表达控制的中心环节转录控制 转录后加工转运翻译控制蛋白质活性控制mRNA的降解控制原核基因表达的调节通过 操纵子 ( operon)进行，操纵子是 DNA上由几个 相关的结构基因 以及对其转录进行调节的启动基因和 操纵基因 等组成的单位。 (操纵子学说由 Monod and Jocob提出， 1960)启动基因 P操纵基因 O 结构基因激活物结合位置2 原核基因表达的调节原核生物操纵子中的结构基因是多顺反子，即含有几个编码功能相关的蛋白质或酶的基因。在其上游有操纵基因（ O） 和启动基因（ P), 操纵基因是阻遏物蛋白结合的部位 (在阴性调节中 )。 P基因是 RNA聚合酶结合并开始转录的部位。在 P基因的上游，有激活物蛋白结合的部位 (在阳性调节中 )，还有表达阻遏物蛋白的调节基因 i。阴性调控 （ negative control） 阻遏物蛋白（ repressor ）对基因开关（操纵基因 ,O基因）进行的调节。阻遏物蛋白结合在操纵基因上则转录不能进行，它的活性受小分子诱导物影响。阻遏物是由调节基因 i表达的。阳性调控 （ positive control） 激活物蛋白（ activator）对RNA聚合酶的转录进行的调节。激活物蛋白结合在启动基因 (P基因 )上游的某个区域以增强 RNA聚合酶的转录活性，它的活性也受小分子的影响。操纵子转录调节的两种方式阴性调控 阳性调控阻遏物激活物 RNA聚合酶Z（ 半乳糖苷酶）、 Y（透过酶）和 A（乙酰化酶）是功能相关的结构基因，为细菌利用乳糖所必需大肠杆菌乳糖操纵子的结构I p o 乳糖操纵子的结构基因乳糖操纵子的负调节G和乳糖同时存在时，细菌优先利用 G； 缺乏 G时，细胞中的 cAMP水平有升高，与 cAMP受体蛋白结合使之激活，乳糖操纵子的表达受到阳性调节。如果此时又有乳糖存在，则乳糖操纵子的表达既有阴性调节又有阳性调节。乳糖操纵子的双向调节真核染色质结构组蛋白核小体真核染色体 DNA处于转录抑制状态，组蛋白乙酰化，磷酸化， CpG的脱甲基使其转录去阻抑。真核基因表达的调节以利用激活物的阳性调节为主。真核基因转录有包括 RNA聚合酶 II， 通用转录因子（ GTFs ） 等许多因子的参与。真核基因的转录和翻译在时空上是分开进行的。3.真核基因表达的调节真核基因调节区 =启动子 +DNA调节序列真核基因转录起始复合物是由 RNApol II和通用转录因子等组成的复合体。调节序列 ( 称 顺式作用元件 ， cis-acting element ) 间隔地分布在启动子的上下游，如增强子、沉寂子等，对转录起始复合物实现远距离调节。基因调节蛋白 ( 称 反式作用因子 , trans-acting factors )在细胞中可扩散，有通用的和特异的，有固有的和诱导的，有激活性的和抑制性的，对基因开关有选择性。真核基因调节区由启动子和基因调节序列组成RNA 聚合酶 II 和 通用转录因子结合在启动子上 基因调节蛋白作用于基因调节序列，这些基因调节序列散布在基因的上、下游，对其的调节是远距离的。（ 调节区域）（基因调节蛋白）RNA聚合酶和通用转录因子蛋白质与核酸的相互作用是调节基因表达的分子基础大多数基因调节蛋白分子都有一套与 DNA结合的特定基序 (motif)， 如螺旋 -转角 -螺旋，亮氨酸拉练结构，锌指结构和螺旋 -环 -螺旋等。基因调节蛋白通过 DNA双螺旋大沟（ Major groove） 识别其特定的序列 (10至 20个碱基 )并且与之非共价结合。基因调节序列螺旋 -转角 -螺旋