第五章-同济大学医学院要点.ppt

基因表达调控 基因表达（gene expression) 基因通过转录、翻译指导蛋白质合成，并最终表现为一定生物学特性的过程为基因表达。 rRNA、tRNA编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 基因表达的方式 组成性表达（constitutive gene expression):对细胞生命活动必不可少的基因处于持续表达状态，称管家基因(housekeeping gene)。 基因表达的诱导和阻遏（induction and repression) 诱导：特定条件下基因表达增强的过程。 如 DNA 损伤诱导损伤修复相关基因表达。 阻遏：基因表达受到抑制的过程。 如色氨酸阻遏其合成代谢相关基因表达。 基因表达的时间性与空间性 时间性： 单细胞生物个体的生长过程，及在不同外环境下的生长状态，均伴随各种基因表达的改变。 多细胞在个体发育的不同阶段，及处于不同内环境下，细胞基因表达方式也存在变化。 空间性： 多细胞生物中，组成不同组织器官的细胞，其基因表达方式有很大差别。 基因表达调控及其方式 基因的表达与否及表达水平高低是在机体严格控制下进行的，这就是表达调控。 在基因表达的各个水平均可进行调控，但转录调控是主要的调控方式。 转录调控的基本要素 转录调控的基本要素： 顺式作用元件：具有调控基因表达作用的特殊 DNA 序列。 启动子序列：基本序列。 特殊调控序列：如操纵序列。 反式作用因子：具有调节基因表达作用的蛋白因子。 RNA 聚合酶。 特异性转录调节因子：激活蛋白或阻遏蛋白等。 第一节 原核生物基因表达调控 原核生物基因表达调控的水平： 一、转录水平调控 影响转录的因素：1、启动子 启动子起始部位 initiation site +1结合部位 binding site -10识别部位 recognition site -35 启动子决定转录方向及模板链 启动子序列决定启动效率 不同的启动子序列对RNA聚合酶亲和力不同，因此具有不同的起始频率 一致性序列 (consensus sequences) ：T80A95T45A60A50T96 2. σ因子与启动子序列特异性识别 原核生物只有一种 RNA聚合酶，但具有多种σ 因子。 α2ββ， σ 核心酶 起始因子 全酶 不同的起始因子选择性识别不同的启动子 大肠杆菌：环境变化可以诱导特定的σ因子，从而打开一套特定的基因。 σ70 识别常规启动子。 σ32 识别热休克基因启动子。 42℃ 诱导热休克蛋白的表达 3、阻遏蛋白 （repressor） 在转录水平对基因表达产生抑制作用的蛋白质：负调控。 由调控基因(i基因)编码，阻遏蛋白是DNA结合蛋白，特异性识别并结合操纵子，阻止转录。 信号分子＋阻遏蛋白——变构——结合DNA（或去结合） 诱导阻遏  诱导去阻遏 4、正调控蛋白 结合于特异DNA序列后能促进基因转录：正调控 （1）CAP蛋白：分解代谢物基因活化蛋白catabolite gene activator protein 又称cAMP受体蛋白CRP 细菌所处环境缺乏葡萄糖－－cAMP水平升高－－cAMP ＋ CAP蛋白(cAMP受体）－－ CAP蛋白变构－－结合特定的DNA序列－－激活基因转录 正调控蛋白 (2) ntrC 蛋白的调控 5、倒位蛋白(inversion protein) 倒位蛋白是位点特异性重组酶。 6、RNA聚合酶抑制物 细菌处于氨基酸饥饿状态时RNA聚合酶活性下降，rRNA和tRNA合成减少或停止的现象称为严谨反应（stringent response)。 魔斑核苷酸： ppGpp与pppGpp rel为严紧控制因子。 将蛋白质合成速度 与核糖体生成偶联。 7、衰减子 (attenuator) 衰减子：位于操纵子第一个结构基因之前，能够减弱转录作用的序列 二、转录的调控机制 100 年前发现，乳糖可以诱导大肠杆菌乳糖代谢酶的产生。 1960 年，Jacob 与 Monod 提出了乳糖操纵子(operon)模型，对其机理作出了解释。 乳糖操纵子 结构基因（z,y,a)：半乳糖苷酶、通透酶、转乙酰基酶。 调控基因 (i)：阻遏蛋白基因。 调控序列：启动子、操纵基因、CAP序列。 乳糖的代谢 调控序列 1. RNA聚合酶结合部位: -10 区与 -35 区。 2. 阻遏蛋白结合部位。 3. CAP/CRP结合部位。 以上调控序列被称为顺式作用元件。 蛋白因子 RNA聚合酶 阻遏蛋白： 由调控基因(i基因)编码，正常每个大肠杆菌平均有10个阻遏蛋白分子，为同