大学生物遗传学第十三章基因表达调控3分析报告.pptVIP

第十三章 基因表达调控 Regulation of Gene Expression 基本概念与原理 概 念 原核生物：环状染色体全部基因 真核生物：染色体基因组 核外遗传物质： 线粒体基因组、叶绿体基因组 基因表达 (gene expression) 基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。 并非所有基因表达过程都产生蛋白质。 如 基因转录生成 rRNA，tRNA 概 念  基因表达调控的基本原理 顺式作用元件 非编码序列 不一定都位于转录起始点上游 真核基因的顺式作用元件分为： 启动子、增强子、沉默子 2. 调节蛋白 原核生物 特异因子：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。 阻遏蛋白——负性调节 激活蛋白——正性调节 ⑵ 调节蛋白与RNA聚合酶活性 特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性，从而使基础转录频率发生改变，出现表达水平变化。 原核基因转录调节 问 题 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖的机制? 三、原核生物转录终止调节 转录终止机制： 依赖Rho因子的转录终止 不依赖Rho因子的转录终止 终止调节方式： 衰减导致RNA链的过早终止； 抗终止阻止衰减的发生，使下游基因得以表达。 调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译。调节蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，称为自我控制（autogenous control)。 （二）反义RNA对翻译的调节作用 调节RNA：可调节基因表达的RNA分子。 反义RNA含有与特定mRNA翻译起始部位互补的序列，通过与mRNA杂交阻断30S小亚基对起始密码子的识别及与SD序列的结合，抑制翻译起始，称为反义控制 (antisense control)。 真核基因表达调节 二、真核基因表达调控特点 （三）正性调节占主导 采用正性调节机制更精准 采用负性调节不经济 （一）RNA polⅠ转录体系的控制 转 录 因 子 上游结合因子1 (upstream binding factor 1,UBF), UBF先与DNA结合，结合的部位是UCE和核心元件的上游部分。 再结合选择性因子1 (selectivity factor 1, SL1) ，然后由聚合酶Ⅰ结合启动子，并启动转录。 tRNA和5S rRNA基因的转录启动子位于转录起始点下游即转录区内，称内部控制区（internal control regions, ICR) （一）HIV基因组转录终止调节 抗终止蛋白Tat 可使RNA polⅡ通过转录终止点，其作用方式是通过Tat与转录产物5′端特异RNA序列结合，并与宿主蛋白质、 RNA polⅡ相互作用，使延长中的RNA形成一定的二级结构，阻止HIV基因组转录过程的提前终止。 （二）热休克蛋白基因的转录终止调节 六、转录后水平的调节 （一）hnRNA加工成熟的调节 （二）mRNA运输、胞浆内稳定性的调节 RNA与蛋白质结合形成核蛋白体复合物（RNP）。 铁转运蛋白受体（TfR）mRNA的降解速率受细胞某些蛋白质含量的调节，同时决定于mRNA分子中3′UTR特定的重复序列， 称为铁反应元件（iron-response element, IRE)。 （一）翻译起始因子（eIF）活性的调节 蛋白质合成速率的快速变化很大程度上取决于起始水平，通过磷酸化调节起始因子活性对起始阶段有重要的控制作用。 eIF-2?亚单位的磷酸化可阻碍eIF的正常运行，从而抑制蛋白质合成的起始。 所谓RNA结合蛋白（RBP），是指那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。 铁蛋白相关基因的mRNA翻译调节就是RBP 参与基因表达调控的典型例子。 IRE-BP调节铁代谢有关的蛋白质的合成，如铁蛋白和ALA合酶。 IRE-BP对铁蛋白mRNA翻译的调节 复习思考题 1. 名词解释：顺式作用元件、反式作用因子、操纵子 2. 以乳糖操纵子模型说明为什么大肠杆菌优先利用环境中的葡萄糖而不是乳糖。 3. 真核基因及基因表达调控的特点。 3. DNA碱基修饰变化 真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化 甲基化程度与基因表达程度呈反比，处于转录活化状态的基因CpG序列一般低甲基化。 4. 组蛋白变化 核小体结构不稳定 （四）转录与翻译分隔进行 （五）转录后修饰、加工 三、RNA polⅠ和pol Ⅲ的转录调节 人rRNA基因上游调控元件和核心元件 +1 -100 rRNA前体基因 上游调控元件 核心元件 转录区