生物与分子生物学复习 39章.pdfVIP

第39章 基因表达的调控 Chapter 39 Regulation of Gene Expression 一、概述 每种生物在生长发育和分化的过程中，以及在对 外环境的反应中，各种相关基因有条不紊的表达起 着至关重要的作用。通过基因表达，DNA中的遗传信 息即可用以决定细胞的表型和生物性状。 但是，基因的表达随着组织细胞及个体发育的 阶段的不同，随着内外环境的变化的不同，而表现 为不同的基因的表达。 基因 (gene) : 是一段DNA分子，编码一种多肽链或RNA。 基因组 (genome)： 指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或 整套基因。 1. 几个重要的概念 基因表达 (gene expression)： 在一定调节机制控制下，基因经过转录 及翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质 或RNA分子的过程。 简单地说，基因表达就是基因的转录和翻译过程。 大多数基因的表达产物是蛋白质,部分基 因如tRNA和rRNA基因表达产物是RNA。 基因表达的特性
时间特异性或阶段特异性
空间特异性或组织细胞特异性 时间特异性（temporal specificity） 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间 特异性。 如噬菌体、病毒、细菌、侵入缩主后，呈 现一定的感染阶段。 阶段特异性（stage specificity） 多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段 一致的时间性,因此又称阶段特异性。 如在多细胞生物从受精卵到组织，器官形成的各 个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开 启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间 性。 空间特异性（spatial specificity）: 在个体生长全过程，某种基因产物在个 体按不同组织空间顺序出现，就是基因表达 的空间特异性。 细胞特异性（cell specificity）或组织 特异性（tissue specificity）: 基因表达的空间特异性又称为细胞特异性或 组织特异性，因为基因表达伴随时间或阶段顺序 所表现出的空间分布差异，实际上是由细胞在器 官的分布决定的。 2. 基因表达的方式 按对刺激的反应性，基因表达的方式分为： 基本或组成性(constitutive expression)基因表达 某些基因在一个生物个体的几乎所有细胞中 持续表达，通常被称为管家基因 (house- keeping gene)。 无论表达水平高低，管家基因较少受环境 因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多 数或几乎全部组织中持续表达，或变化很 小。区别于其他基因，这类基因表达被视为 组成性表达。 诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基因被 激活，基因表达产物增加，这种基因称为 可诱导基因 (inducible gene)。 可诱导基因在特定环境中表达增强的 过程称为诱导(induction) 如果基因对环境信号应答时被抑制，这种 基因是可阻遏基因 (repressible gene) 可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻 遏(repression) 在一定机制控制下，功能上相关的一组 基因，无论其为何种表达方式，均需协调一 致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression)。 这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。 3. 基因表达调控的生物学意义 适应环境、维持生长和增殖 生物体赖以生存的外环境是在不断变化的，为了 生存，所有活细胞都必须对外环境变化作出适当反 应，调节代谢，以适应环境变化。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。而蛋白质的水平又受基因表达的调控。 维持个体发育与分化 多细胞生物调节基因的表达除为适应环 境外，还有维持组织器官分化、个体发育的 功能。 当某种基因缺陷或表达异常时，则会出 现相应组织或器官的发育异常。 二、原核生物基因表达的调节 1. 操纵子模型 转录调节普遍采用操纵子模式，原核生物 功能相关的基因往往串联地排列在一起，在一 个共同的调控区的调节下，一起转录生成一个 多顺反子，最终表达产物是一些功能相关的酶 或蛋白质，它们一起参与某种底物的代谢或某 种产物的合成。 Fran?ois Jacob and Jacques Monod, was awarded the 1965 Nobel Prize for Physiology or Medicine for discoveries concerning regulatory activities in bacteria. 操纵子(operon)的结构与功能 Inhibitor gene P S1 S2 S3 启动子 结构基因1，2，3... O 操纵基因 Promot