生化第十一单元.doc

第十一单元? 基因表达调控 ? 第一节? 基因表达调控概述 ? 一、基因表达的概念及基因调控的意义 ??? (一)基因表达的概念? 基因表达就是指基因转录和翻译的过程。井非所有基因表达过程都产生蛋白质分子，有些基因只转录合成RNA分子而无翻译过程，如rRNA、tRNA等编码基因即是如此。这些基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。 ??? (二)基因调控的意义? 生物体赖以生存的外环境是在不断变化的。从低等生物到高等生物，包括人体中的所有活细胞都必须对内、外环境变化作出适当反应，调节代谢，以使生物体能更好地适应环境变化。生物体适应环境、调节代谢的能力与蛋白质分子的生物学功能有关，即与基因表达及调控有关。原核生物，如无核的单细胞细菌调节基因表达是为适应化学、物理等环境变化，调节代谢、维持细胞生长与分裂；真核生物，如真菌、植物、动物乃至人类在环境变化及个体生长、发育的不同阶段调节基因的表达既为适应环境变化、调节代谢的需要，也为控制生长、发育及分化的需要。 ? 二、基因表达的时间特异性和空间特异性 (一)时间或阶段特异性? 在特定的环境中，按功能需要，某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按特定时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。例如，在多细胞生物中，细胞发育、分化为组织和器官。从受精卵到组织器官形成经历不同发育阶段。在各个发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启和关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。因此，多细胞生物基因表达的时间性又称阶段特异性。按发育阶段出现的这些基因表达产物与特定代谢功能有关，并决定细胞向特定方向发育、分化。 (二)空间或组织特异性? 与基因表达的阶段特异性一致，多细胞真核生物同一基因产物在不同的组织器官含量有无或多寡是不一样的，即在发育、分化的特定时期内不同基因产物在不同组织细胞内外非平均分布，而是按一定空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。基因表达的空间特异性又称组织特异性。基因表达的组织特异性在分化、成熟的组织中适应了不同组织器官功能的需要。例如，血红蛋白在红细胞的高水平表达适应红细胞运输氧和二氧化碳的功能需要。 ? 三、基因的基本表达、诱导和阻遏 (—)基本表达? 对生物体来说，有些基因产物在整个生命过程中都是需要的或必不可少的。这类产物的编码基因在生物个体的几乎所有细胞中持续表达，这类基因通常被称之为管家基因。例如，三羧酸循环是一种重要的代谢途径，为该途径中各反应阶段起催化作用的酶编码基因就属此类基因范畴。为区别于其他基因，这类基因表达称为基本表达(或组成性表达）。基本基因表达并非一成不变，更非无控制表达，事实上基本的基因表达也是在一定机制控制下进行的。 (二)诱导与阻遏? 与管家基因不同，另有一些基因表达状况极易受外环境变化的影响，随外环境变化，这类基因表达水平可升高或降低。有一类基因，其表达水平在特定环境中会出现增高的现象，即这类基因是可诱导的，此类基因在特定环境中表达增强的过程称作诱导。例如，有严重DNA损伤发生时，细菌内为基因修复酶编码的基因就会被诱导激活，使修复酶反应性地增加。相反，如果基因在对环境信号应答时表现为表达水平降低，这种基因就是可阻遏的，此类基因表达水平降低的过程称作阻遏。例如，当培养基中色氨酸供给充分时，会导致细菌体内与色氨酸合成有关的酶基因表达的抑制。 ??? 诱导和阻遏是同一事物的两种表现方式。不论是细菌还是真核生物以及人体内均有这两种基因表达方式存在。调节这类基因表达的信号分子都是小分子，刺激诱导发生的分子称为诱导剂，引起阻遏发生的分子称为阻遏剂或辅助阻遏剂。 ? 【执业】1．细菌经紫外线照射会发生DNA损伤，为修复这种损伤，细菌合成DNA修复酶的基因表达增强，这种现象称为 A.DNA损伤 B.DNA修复 C.DNA表达 D.诱导 E.阻遏 答案：D ? 四、基因表达的多级调控 ??? 从基因激活蛋白质合成，至少有下述几个环节可调节细胞内蛋白质的浓度，即基因活化、如转录起始，转录后加工mRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解等。上述任一环节发牛异常，均会影响某个基因的表达水平。可见，基因表达调控是在多级水平? 上进行的复杂事件。 ? 五、基因表达调控基本要素 ??? 基因表达调控是在多级水平上进行的，其中转录起始(转录激活)是基本控制点。下面以mRNA转录为例，说明参与mRNA转录激活调节的基本要素。 ??? (一)DNA元件? DNA元件即具有调节功能的特异DNA序列。原核生物大多数基因的表达通过操纵子机制调控。操纵子由启动序列、操纵序列等调节序列及其下游的编码序列串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列，在原核基因启动序列的转录起始点上游—10及—35区域往往存在一些共同的或相似的序列，称为共有序列。