1、關于基因表達調控 (6)第一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第十二章 基因表達調控第二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月教學目的與要求：了解：真核生物和原核生物基因表達調控的特點。理解：真核生物基因表達調控方式。掌握：原核生物基因表達調控的規律。教學重點：原核生物操縱子的正負調控及突變。第三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月Jacquces MonodFrancois Jacob第一節 原核生物基因表達調控1. 大腸桿菌乳糖操縱子第五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月1） 乳糖操縱子的結構(lactose oper

2、on, lac) lacZ 編碼-半乳糖苷酶結構基因 lacY 編碼乳糖透性酶 lacA 編碼乙酰基轉移酶 lacO 操縱基因調控元件 lacP 啟動子 CAP 結合位點 lacI第六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2） 乳糖操縱子的表達機制第七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月有乳糖沒有葡萄糖操縱子被誘導，基因表達第八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月乳糖操縱的負調控負調控系統(negative regulation system)：沒有調節蛋白存在時基因表達，加入某種調節蛋白后基因活性就關閉的控制系統。第九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月既有葡萄糖又有乳

3、糖培養基中有葡萄糖存在時-半乳糖苷酶-半乳糖苷透性酶乙酰基轉移酶 含量很低 第十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月為什么葡萄糖不能誘導三種酶的產生？?第十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月分解物基因激活蛋白第十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 腺苷環化酶 ATP cAMP葡萄糖抑制腺苷環化酶活性第十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月mRNAcAMP濃度高第十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月葡萄糖通過抑制腺苷環化酶活性而抑制 乳糖操縱子的表達有葡萄糖時cAMP濃度低第十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月乳糖操縱的正調控正調控系統(ne

4、gative regulation system)：沒有調節蛋白存在時基因關閉，加入某種調節蛋白后基因活性就被開啟的控制系統。第十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月乳糖操縱子的正負調控的比較 條件 調節蛋白 基因活性 無乳糖 阻遏蛋白基因關閉有乳糖無基因表達負調控有葡萄有乳糖cAMP受體蛋白基因關閉基因表達正調控無cAMP-CAPcAMP-CAP第十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月3） 乳糖操縱子的基因突變 lacI基因的突變 lacI第十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第十九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 lacI基因的突變 LacI+ LacI

5、 ： 阻遏物不能結合在lacO 上，lac操縱子活動失控，有無乳糖，均有酶的產生，組成型突變LacI+ LacIs ：阻遏物不能和乳糖結合，操縱子活動被抑制，有無乳糖均不產生酶超阻遏突變第二十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 4）乳糖操縱子的基因突變 lacO基因的突變 lacI第二十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第二十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 LacO 基因的突變 LacO LacOc阻遏物不能和操縱基因結合，操縱子處于開放狀態第二十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 LacP 基因的突變 阻礙RNA聚合酶與自身的結合，使操縱子不能轉錄第

6、二十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月LacZ LacZ 不能合成-半乳糖苷酶結構基因突變：LacY LacY 喪失濃縮乳糖的能力LacA LacA 合成乙酰化酶的能力丟失第二十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月思考 操縱子的突變類型中，那些突變在有無乳糖存在的情況下均能表達三種酶？LacI+ LacILacO LacOc lacI第二十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月XGal是半乳糖苷酶的底物，水解后呈藍色。 應用第二十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月用于鑒定目的基因是否插入載體。第二十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月應用用于特異性表達

7、目的基因。第二十九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2. 色氨酸操縱子1） 色氨酸操縱子的結構結構基因調控元件鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油酸合成酶色氨酸合成酶鏈 鏈P O L E D C B A trpR無活性的阻遏物第三十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月1） 色氨酸操縱子模型結構：5種結構基因：trpE、D、C、B、A；調控結構：啟動子、操縱子、前導序列阻遏物trpR基因：與trp操縱子相距較遠,編碼沒有活性的阻遏物。第三十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月Trp Trp 濃度高時 Trp濃度低時 mRNA OPtrpR調節區 結構基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶

8、2） trp操縱子的調節機制第三十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第三十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月trpAtrpBtrpCtrpEtrpDPtrp Otrp前導序列 aTrp 阻抑物 色氨酸激活RNAtrpE trpD trpC trpB trpA色氨酸合成所需的酶trpR第三十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月色氨酸操縱子調控機制培養基中有足夠色氨酸 操縱子關閉 色氨酸合成停止缺乏色氨酸 操縱子被打開 色氨酸合成開始第三十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月3） 應用對色氨酸生物合成途徑中的關鍵基因trpR進行改造。敲除trpR基因解除基因組上

9、色氨酸合成和轉運關鍵酶受到的反饋阻遏調控，獲得高產菌株. 第三十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月調節基因結構基因調控元件P O L E D C B A trpR操縱子：包含結構基因和控制區的整個核 苷酸序列。小 結第三十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月調節基因操縱基因結構基因mRNA酶蛋白.輔阻遏蛋白操縱子模型的內容：在調節基因產物的作用下，通過操縱基因控制結構基因的轉錄，從而發生酶的誘導或阻遏。 第三十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月思考如何利用乳糖操縱子的突變類型，進行轉基因動物的培育？請查閱相關資料列舉操縱子的研究進展。第三十九張，PPT共九十九頁，創

10、作于2022年6月第二節 真核基因表達調控第四十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月原核生物真核生物操縱子調控。多樣化調控，更為復雜。 基因組小，大腸桿菌：總長4.6106bp, 編碼4288個基因, 每個基因約1100bp。 基因組大，人類基因組全長3109 bp，編碼10萬個基因，其余為重復序列。基因分布在同一染色體上，操縱子控制。 DNA與組蛋白結合成染色質，染色質的變化調控基因表達；基因分布在不同的染色體上，存在不同染色體間基因的調控問題。 適應外界環境，操縱子調控表達。 基因差別表達是細胞分化和功能的核心。轉錄和翻譯同時進行，大部分為轉錄水平調控。 轉錄和翻譯在時間和空間上均不

11、同，從DNA到蛋白質的各層次上都有調控，但多數為轉錄水平調控真核生物與原核生物的調控差異第四十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月真核基因表達調控的特點 與原核生物比較它具有一些明顯的特點： 真核基因表達調控的環節更多真核基因的轉錄與染色質的結構變化相關 。真核基因表達以正調控為主 第四十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月真核基因表達調控的特點 與原核生物比較它具有一些明顯的特點： 真核基因表達調控的環節更多真核基因的轉錄與染色質的結構變化相關 。真核基因表達以正調控為主 第四十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第四十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月1.

12、 DNA水平調控DNA水平調控是通過改變基因組中有關基因的數量、結構順序和活性而控制基因的表達調控機制包括： 基因丟失 基因的擴增 重排 化學修飾第四十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月1）基因丟失 ：在個體發育過程中，某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物的一些體細胞常常丟失整條或部分染色體，而分化產生生殖細胞的那一部分細胞卻保留著完整染色體的現象。 馬蛔蟲受精卵的早期分裂第四十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2）基因擴增 ：在真核細胞中，某些特定基因的拷貝數有選擇性地大量增加的現象如蟾蜍卵母細胞基因擴增 癌細胞基因擴增 第四十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月

13、3） 基因重排：DNA分子中核苷酸序列的重新排列 酵母菌不同類型的轉換第四十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第四十九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月4）DNA甲基化：真核DNA中的胞嘧啶約有5%被甲基化為5-甲基胞嘧啶(5 methylation,m5C)， 甲基化可能阻礙轉錄因子與DNA特定部位的結合從而影響轉錄。如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的胚胎就不能正常發育而死亡，可見DNA的甲基化對基因表達調控是重要的。 第五十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2. 基因轉錄水平的調控1) 順式作用元件(cisacting elements) 真核基

14、因的順式作用元件：是指DNA上對基因表達有調節活性的特定的調控序列，其活性僅影響與其自身處于同一DNA分子上的基因。 真核基因的順式作用元件按功能分為： 啟動子(promoter) 增強子(enhancer)； 靜止子(silencer)或稱沉默基因 。 第五十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 啟動子:是指RNA聚合酶結合并啟動轉錄的DNA序列。第五十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月元件名稱共同序列結合的蛋白因子 名稱分子量結合DNA長度TATAboxTATAAAATBP30,00010bpGC boxGGGCGGSP-1105,00020bpCAAT boxGGCCA

15、ATCTCTF/NF160,00022bpOctamerATTTGCATOct-176,00010bpOct-253,00020bpkBGGGACTTTCCNFkB44,00010bpATFGTGACGTAFT?20bp哺乳類RNA聚合酶啟動子中的元件序列第五十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月啟動子中的元件可以分為：TATA框：RNA聚合酶的識別和結合位點CAAT框：決定啟動子的起始頻率GC框：增強轉錄活性第五十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第五十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月增強子：是一種能夠提高轉錄效率的順式調控元件增強子通常占100200bp長度增

16、強子的作用有以下特點： 第五十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月增強子提高同一條DNA鏈上基因轉錄效率，可以遠距離作用，通常可距離14kb、個別情況下離開所調控的基因30kb仍能發揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。 增強子作用與其序列的正反方向無關，將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒就不能起作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。 第五十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月增強子要有啟動子才能發揮作用，沒有啟動子存在，增強子不能表現活性。第五十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月增強子一般具有組織或細胞特異性，許多增強子只在某些細胞或組織中表現活性，是由

17、這些細胞或組織中具有的特異性蛋白質因子所決定的。 第五十九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月沉默子：參與基因表達負調控的一種元件 第六十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2）反式作用因子(transacting factors)反式作用因子： (transacting factor)。由不同染色體上基因座位編碼的、能直接或間接地識別或結合在各順式作用元件核心序列上并參與調控靶基因轉錄效率的結合蛋白 第六十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月反式作用因子的結構特征1、 DNA識別或結合結構域2、激活基因轉錄的功能結構域3、結合其他因子或調控蛋白的調節結構域第六十二張，PP

18、T共九十九頁，創作于2022年6月第六十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月序列特異性DNA結合蛋白的幾種結構域的模式 螺旋轉角螺旋第六十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第六十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月鋅指結構第六十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月鋅指結構第六十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月鋅指結構第六十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第六十九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第七十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月螺旋環螺旋第七十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月3. 基因轉錄后水平的調控R

19、NA前體的加工過程：加帽、加尾、去掉內含子真核生物中的RNA加工包括：t RNA 前體的加工：產生的t RNA 前體經過核苷酸裂解和修飾作用，最后產生成熟t RNA 。r RNA 前體的加工：真核生物核糖體有四種RNA 分子，即5S、5.8S、18S、28S r RNA 。 RNA聚合酶先轉錄出一個約45S的rRNA 前體，再經多次酶切降解，切除5和3端及中間不需要的序列，分別形成成熟的5.8S、18S、28S rRNA 。 5S rRNA 不需加工。第七十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月1）選擇性mRNA切割mRNA 前體的加工：結構基因轉錄出的mRNA 前體，在3端加polyA

20、尾，5端m7-Gppp的帽結構，內切酶切去不表達序列，再進行甲基化修飾等。第七十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 mRNA前體第七十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月mRNA多腺苷酸化第七十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月成熟RNA的獲得第七十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2）RNA編輯的分子機制RNA編輯（RNA editing）：對轉錄后的mRNA編碼區進行堿基插入、刪除或替換而改變遺傳信息的過程。 第七十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月RNA編輯的分子機制.第七十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月意義：糾正某些移碼突變

21、；構建或刪除起始密碼子、 終止密碼子；增減核苷酸擴充遺傳信息。RNA編輯的類型 按編輯方式可分為： 堿基的插入與刪除 堿基的插入 核苷酸的替換 第七十九張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月3）反義RNA(antisense RNA ):反義RNA：與mRNA互補的RNA分子，它能與mRNA分子特異性的互補結合，抑制mRNA的加工和翻譯是指構建互補于靶基因mRNA反義核酸分子(反義cDNA真核表達載體),利用轉染技術,將此反義cDNA表達載體轉入細胞,阻斷或減少蛋白的表達原理：把與mRNA序列互補的或與模板連互補的寡核苷酸轉入細胞，是mRNA不能翻譯蛋白質，或使模板連不能產生mRNA，從而

22、降低基因的蛋白產物。第八十張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第八十一張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月4. 基因翻譯水平的調控第八十二張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月5. 翻譯后水平的調控1）蛋白質折疊2）蛋白酶切割3）蛋白質的化學修飾4）切除多肽鏈中間的內含子序列第八十三張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月帽子結合蛋白第八十四張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月翻譯后調控機制第八十五張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月2. 蛋白質加工過程的調控：. 蛋白質的折疊：. 蛋白酶的切割： . 末端切割：有些分泌蛋白對細胞有毒害作用，常以無活性的前體蛋白形

23、式貯存在于細胞內，需要這種蛋白時，由蛋白酶切割加工成有功能的蛋白。如，蜜蜂在叮咬動物時注入蜜毒素，引起細胞溶解，蜜毒素也能使蜜蜂自身的細胞溶解。翻譯后以前體形式儲存于細胞內，能被細胞間隙的一種蛋白酶識別和切割，釋放出有活性的蜜毒素。第八十六張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月又如，脊椎動物的胰島素加工過程：最初前胰島素原有 105個氨基酸，加工中先將N端的24個氨基酸殘基切除，形成前體胰島素?然后切除中間一段氨基酸序列，留下21個氨基酸殘基的鏈和30個氨基酸殘基的B鏈?由二硫鍵連接兩條肽鏈。 第八十七張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月第八十八張，PPT共九十九頁，創作于2022年6月 多聚蛋白質切割：有些蛋白質