基因表达调控1.pptVIP

基因表达的调控 第一节 概 述 在不同时期和不同条件下基因表达的开启或关闭以及基因活性的增加或减弱等，是受到调节的。 不论是真核还是原核生物都有基因表达调控机制。指挥基因调控的信号 原核生物：营养状况、环境因素 真核生物：激素水平、发育阶段 基因表达调控的时间性和空间性 一、基因表达调控的元件和作用方式 1、顺式作用元件 与相关基因处于同一DNA分子上，能起调控作用的DNA序列，一般不转录任何产物。 如：启动子、增强子、终止子、衰减子等 2、反式作用因子 一个基因的产物（如蛋白质或RNA）如对另一个基因的表达具有调控作用，则被称为反式作用因子。 调控方式 顺式调控和反式调控 正调控和负调控 负调控：调节蛋白是阻遏蛋白 无调节蛋白时，基因是表达的，加入调节蛋白，基因活性被关闭。 正调控：调节蛋白是激活蛋白 无调节蛋白时，基因是关闭的，加入调节蛋白，基因活性被开启。 二、原核生物和真核生物的基因表达调控策略 原核生物的基因调控 取决于环境因素及细胞对环境条件的适应 在DNA、转录和翻译三个水平上进行 操纵子—原核生物转录调控的主要方式 操纵子的定义 原核基因调控机制的类型与特点 负调控：调节基因的产物是阻遏蛋白（repressor） 正调控：调节基因的产物是激活蛋白（activator） 可诱导的调节 是指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物质的诱导下使基因活化。如乳糖操纵子。 可阻遏的调节 这类基因平时都是开启的，处在生产蛋白质或酶的工作过程中，由于一些特殊代谢物或化合物的积累而将其关闭，阻遏了基因的表达。如色氨酸操纵子。 原核基因调控机制的类型与特点 负调控 正调控 大肠杆菌乳糖操纵子模型（lactose operon） 结构基因（Z、Y、A）： β-半乳糖苷酶: 乳糖 半乳糖 + 葡萄糖 β-半乳糖苷透过酶: 使乳糖能透过细菌壁 β-半乳糖苷乙酰基转移酶 启动区（promotor, P）：lacP 操纵区（operator, O）：lacO 调节基因（I）：产生阻遏蛋白，结合到操纵基因 （二）乳糖操纵子的负调控和正调控 当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，通常优先利用葡萄糖，而不利用乳糖。 当培养基中含有充分的乳糖，但不含葡萄糖时，细菌便会自动产生半乳糖苷酶来分解乳糖，以资利用。 当培养基中不含乳糖时，细菌便自动关闭乳糖操纵子，以免浪费物质和能量。 2、Lac操纵子的正调控 调节蛋白：分解代谢基因激活蛋白（catabolic gene activator protein, CAP） —激活蛋白 CAP-cAMP复合物是激活转录的必要条件 CAP亚基由两个结构域，氨基末端结构域与cAMP结合，羧基末端结构域与DNA结合 CAP可结合到乳糖操纵子上（CAP结合位点） ，增强RNA聚合酶与启动子的结合，使转录效率提高50倍。 葡萄糖利用对乳糖操纵子的影响 3、协调调节 协调调节：阻遏蛋白负调节与CAP正调节两种机制协调合作 。 只有当CAP-cAMP复合物形成并结合到CAP结合位点以及阻遏蛋白脱离LacO时，才开始结构基因的转录。 The Lac Operon:When Glucose Is Present But Not Lactose The Lac Operon:When Lactose Is Present But Not Glucose The Lac Operon:When Neither Lactose Nor Glucose Is Present （一）Trp操纵子的阻遏系统 效应物是色氨酸，是由Trp操纵子所编码的生物合成途径的末端终产物。 trpR基因产物为辅阻遏蛋白, 与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合并关闭trp mRNA转录。 （二）Trp 操纵子的衰减作用 前导序列： 在trpE基因上游一个长162bp的DNA片段。 研究发现衰减子（123-150区）mRNA通过自我配对可以形成茎-环结构，有典型的终止子特点。 Trp操纵子转录衰减作用 由于前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子，因此细胞内Trp-tRNA说水平决定前导肽的翻译速度。 Trp操纵子转录衰减作用 若环境中Trp含量高，Trp-tRNA水平也高，核糖体在色氨酸密码子处没有停顿，继续前进。直到终止密码子处停下，此时核糖体覆盖了链1和链2，此时链3 与链4能够互补配对形成终止子结构，并终止转录。 三、转录水平调控 RNA聚合酶的转录起始调控 通过σ亚基替换的调控 基因重组对转录起始的调控