分子生物学第四章PPT文档格式.ppt

1、诱导和阻遏表达诱导和阻遏表达 时间特异性时间特异性（temporal specificity）某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称为基因表达的时间特异性发生，称为基因表达的时间特异性。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性特异性（stage specificity）。基因表达调控的一般特征基因表达调控的一般特征胚胎发育早期的胚胎发育早期的 Hb：2 2,2 2 和和 2 2妊娠妊娠 8 周后胎儿的周后胎儿的 HbF：2 2成人型成人型 HbA：2 2 和和 2 2（3%）2 1 a 珠蛋白基因簇位于第珠

2、蛋白基因簇位于第 16 号染色体；号染色体；a,2,1 和和 基因为基因为功能基因，功能基因，和和 为为假基因。假基因。G A 珠蛋白基因簇位于第珠蛋白基因簇位于第 11 号染色体；,G,A,和和 为为功能基因，功能基因，为为假基因。空间特异性空间特异性（spatial specificity）在个体生长过程中，某种基因产物在个体中按不同组在个体生长过程中，某种基因产物在个体中按不同组织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性或组织特织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性或组织特异性异性（tissue specificity）。LDH 同工酶同工酶亚基亚基组成组成血清血清心肌心肌肺肺肾肾肝肝脾

3、脾LDH1H4431227.10731443210LDH2H3M444934.70243444425LDH3H2M2123320.95335121110LDH4HM31611.7160512720LDH5M4005.7790120565H（心肌型心肌型）；M（骨骼肌型骨骼肌型）骨骼肌骨骼肌红细胞红细胞白细胞白细胞果蝇果蝇原核生物原核生物基因表达的调控基因表达的调控操纵子操纵子（operon）结构结构 操纵子操纵子 是转录的功能单位，是转录的功能单位，由启动子由启动子（promoter）、操纵基因、操纵基因（operator gene）和结构基因和结构基因（structural genes）所构

4、成。所构成。操纵基因操纵基因（operator gene）是与阻遏蛋白是与阻遏蛋白（repressor）结合的结合的 DNA 序序 列。列。激活蛋白结合位点激活蛋白结合位点（Activator binding site）是与激活蛋白是与激活蛋白（activator）结合的结合的 DNA 序列。序列。lacIlacAlacYlacZPlacOCRP site操纵基因操纵基因阻遏基因阻遏基因启动子启动子结构基因结构基因cAMP 受体蛋受体蛋白结合位点白结合位点乳糖操纵子乳糖操纵子（lactose operon）lacI 基因编码基因编码阻遏蛋白阻遏蛋白（repressor）lacZ 基因编码基因编

5、码-半乳糖苷酶半乳糖苷酶（-galactosidase）lacY 基因编码基因编码透过酶透过酶（permease）lacA 基因编码基因编码乙酰基转移酶乙酰基转移酶（transacetylase）大肠杆菌大肠杆菌E.coli 在含葡萄糖的培养基中生长在含葡萄糖的培养基中生长时，时，lacZ 基因不基因不表达表达。当当葡萄糖耗尽而乳糖存在时，葡萄糖耗尽而乳糖存在时，lacZ 基因基因表达表达，-半乳糖苷酶将乳糖水半乳糖苷酶将乳糖水解成解成葡萄糖和半乳糖。葡萄糖和半乳糖。lacAlacYlacZPCRP site 阻遏蛋白阻遏蛋白 阻遏蛋白与操纵基因结合阻遏蛋白与操纵基因结合,阻止阻止 RNA 聚

6、合酶转录结构基聚合酶转录结构基因因 lacZ，lacY 和和 lacA1.阻遏蛋白的负调节阻遏蛋白的负调节lacI转录转录lac mRNAlacAlacYlacZPlacOCRP site变构的阻遏蛋白不变构的阻遏蛋白不能与操纵基因结合，能与操纵基因结合，RNA 聚合酶转录结聚合酶转录结构基因构基因 诱导物诱导物变构的变构的阻遏蛋白阻遏蛋白诱导物：乳糖、异诱导物：乳糖、异乳糖乳糖、-半乳糖苷半乳糖苷-半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶转转乙酰基酶乙酰基酶lacI（异丙基异丙基 -D-硫代半乳糖苷硫代半乳糖苷）2.CRP 的正调节的正调节cAMP-受体受体蛋白蛋白（cAMP-receptor pr

7、otein,CRP）或分解代谢激活蛋白或分解代谢激活蛋白（catabolite activator protein,CAP）lacAlacYlacZPlacOCRP sitelacAlacYlacZPlacOCRPCRPcAMP无无葡萄糖葡萄糖时，时，cAMP 浓度高，浓度高，cAMP 与与 CRP 结合后与结合后与 CRP 位点结合，促位点结合，促进结构基因的转录进结构基因的转录lacIlacI色氨酸操纵子色氨酸操纵子（tryptophan operon）1.阻遏蛋白的调控作用阻遏蛋白的调控作用 色氨酸色氨酸（Trp）为阻遏蛋白为阻遏蛋白（TrpR）的辅助因子，的辅助因子，TrpR-Trp

8、与操纵基因结合。与操纵基因结合。2.衰减衰减作用作用（Attenuation）1.阻遏蛋白的调控作用阻遏蛋白的调控作用色氨酸合酶色氨酸合酶邻氨基苯邻氨基苯甲酸合酶甲酸合酶当低浓度当低浓度 Trp 时，时，TrpR 不结合不结合 Trp，因此，因此，TrpR 不不与操纵基因结合，与操纵基因结合，trpE-A 基因转录成基因转录成 trp mRNA。2.衰减衰减作用作用衰减子衰减子（Attenuator）先先导导 DNA 序列中序列中可形成可形成转录终止子结构的一段核苷转录终止子结构的一段核苷酸，以终止酸，以终止 mRNA 的转录。的转录。转录终止子转录终止子高浓度高浓度 Trp 时，核糖体阻止时

9、，核糖体阻止 1-2 发夹结构的形成，导致发夹结构的形成，导致 3-4 形成转录终止子形成转录终止子结构结构生成。生成。低浓度低浓度 Trp 时，核糖体停止合成先导肽，时，核糖体停止合成先导肽，2-3 发夹结构不影发夹结构不影响响 mRNA 的的转录。转录。真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控DNAmRNAmRNARNA 转录转录失活的失活的mRNA蛋白质蛋白质失活的失活的蛋白质蛋白质细胞核细胞核细胞质细胞质转录调控转录调控RNA 加工调控加工调控RNA 转运调控转运调控mRNA降解调控降解调控翻译翻译调控调控蛋白质蛋白质活性调控活性调控1.转录活性基因对转录活性基因对 DNase I 极

10、度敏感极度敏感2.核小体结构的变化核小体结构的变化 DNA 的正性超螺旋构象阻碍核小体结构形成，并促进的正性超螺旋构象阻碍核小体结构形成，并促进 H2A-H2B 二聚体的解离，使二聚体的解离，使 RNA 聚合酶向前移动以进行聚合酶向前移动以进行转录。当该核小体完成转录后，核小体恢复原有结构。染色体结构的变化对基因表达的影响染色体结构的变化对基因表达的影响核小体核心结构与核小体核心结构与 RNA聚合酶聚合酶的转录的转录3.DNA 碱基的修饰碱基的修饰 CpG 岛岛（CpG island）常常出现在管家基因及其它常出现在管家基因及其它常表达基因的启动子序列中。表达基因的启动子序列中。C 的甲基化范

11、围与基因的甲基化范围与基因表达程度呈反比关系。表达程度呈反比关系。Cytosine 5-methyl-cytosine4.组蛋白的修饰组蛋白的修饰 组蛋白发生乙酰组蛋白发生乙酰化、磷酸化、甲基化化、磷酸化、甲基化及泛素化等修饰，使及泛素化等修饰，使核小体结构变得不稳核小体结构变得不稳定或松弛。定或松弛。Li,et al.（2007）.The Role of Chromatin during Transcription.Cell 128,707-719.组蛋白的乙酰化破坏了核小体的结构，便于转录调节组蛋白的乙酰化破坏了核小体的结构，便于转录调节因子与因子与 DNA 结合而进行转录。结合而进行转录

12、。转录水平的调控转录水平的调控（一一）顺式作用元件顺式作用元件（cis-acting elements）1.启动子启动子（promoter）2.增强子增强子（enhancer）：增强基因表达的调控元件。3.沉默子或沉默基因沉默子或沉默基因（silencer）：结合阻遏物的调控序结合阻遏物的调控序列；阻遏物与列；阻遏物与沉默子的沉默子的结合导致其附近的启动子失活，结合导致其附近的启动子失活，靶基因不被转录。靶基因不被转录。（二二）反式作用因子反式作用因子（trans-acting factors）直接或间接与靶基因的顺式作用元件结合，直接或间接与靶基因的顺式作用元件结合，调控调控 RNA 转录的

13、转录的酶和酶和蛋白质蛋白质（转录因子转录因子）。增强子可在靶基因的增强子可在靶基因的 5 端上游或端上游或 3端下游序列中，其作用的发挥需要端下游序列中，其作用的发挥需要特异性特异性（专一性专一性）转录因子。转录因子。转录因子的结构域：（1）DNA 结合结构域结合结构域（DNA binding domain）：识别并结识别并结合顺式作用元件合顺式作用元件 螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋（Helix-turn-Helix）模体模体 锌指锌指（Zinc fingers）模体模体 亮氨酸拉链亮氨酸拉链（Leucine zipper）模体模体（2）转录活化转录活化结构域结构域（Transactivati

14、on domain）带负电荷的带负电荷的 -螺旋结构域螺旋结构域 富含谷氨酰胺的结构域富含谷氨酰胺的结构域 富含脯氨酸的结构域富含脯氨酸的结构域 酸性结构域：富含天冬氨酸和谷氨酸酸性结构域：富含天冬氨酸和谷氨酸锌指锌指（Zinc finger）模体模体 以以 Zn 原子与半胱氨酸和组氨酸络合而成的结构连接原子与半胱氨酸和组氨酸络合而成的结构连接若干其它氨基酸，形状如手指。若干其它氨基酸，形状如手指。1 个个 -螺旋结构：镶嵌螺旋结构：镶嵌于于 DNA 的大沟中的大沟中2 个反向平行的个反向平行的 -折叠折叠类固醇激素类固醇激素-受体复合物与特异的受体复合物与特异的 DNA 序列结合，调节特异基

15、因的序列结合，调节特异基因的转录。类固醇激素类固醇激素类固醇激素受体类固醇激素受体类固醇激素类固醇激素-受体复合物受体复合物锌指结构锌指结构镶嵌于镶嵌于 DNA 双螺旋的大沟双螺旋的大沟类固醇激素受体的结构类固醇激素受体的结构与类固醇激素受体结合的与类固醇激素受体结合的 DNA 序列序列受体受体结合序列结合序列雄激素雄激素（androgen）GG（A/T）ACAN2TGTTCT糖皮质激素糖皮质激素（glucocorticoid）GGTACAN3TGTTCT维甲酸维甲酸（retinoic acid）AGGTCAN5AGGTCA维生素维生素D（vitamin D）AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素