第八章基因表達的調控原核生物染色質裸露,并且僅有少量基因需調節。轉錄調節比重很大,其次就是翻譯水平。真核生物存在更多環節:基因活化轉錄轉錄后加工翻譯譯和翻譯后加工其中前兩個就是最重要得階段第一節原核生物基因表達調控一、轉錄調控反式因子(trans-factor)和順式元件(cis-element)啟動子(promoter)和sigma因子阻遏蛋白(repressor)正調控蛋白(positivecontrolprotein)CAP(catabolicgeneactivatorprotein)氮調節蛋白(NTRC)衰減子(attenuator)嚴謹反應(stringentresponse)一、乳糖操縱子(LacOperon,Monad&Jacob,1961)大腸桿菌得正常培養基無乳糖如將培養基中得葡萄糖用乳糖取代,則細菌生長停止,但在幾分鐘細菌會重新正常生長分析表明,此時細菌中出現了三種和乳糖代謝有關得酶類,包括半乳糖苷酶、滲透酶和轉乙酰基酶,三種酶得量相同,說明乳糖能夠誘導她們得表達培養基中含有葡萄糖時,無此三種酶出現由此,Monad和Jacob提出了基因表達得第一個控制模型三個結構基因就是線形排列得(Z,Y,A),在一個共同得基因調控區得控制之下上游得(ｉ)基因合成阻遏蛋白,結合于調控區得操縱基因(O,operator),只有當阻遏蛋白脫離O基因時,結構基因才能被轉錄乳糖就是阻遏蛋白得配體,結合后可引起蛋白得購象變化,失去結合操縱基因得能力現代版得乳糖操縱子－結合DNA序列啟動子核心序列由-10得TATA盒和-35得TTGACA組成CAP結合位點緊靠啟動子上游阻遏蛋白基因在Lac操縱子上游,其結合位點在轉錄起始位置9大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流CAP蛋白正調控得乳糖操縱子在乳糖操縱子啟動基因得上游有一個代謝基因活化蛋白(CAP)得結合位點CAP只有在和cAMP結合后才能和其結合位點結合葡萄糖得代謝產物可促使細胞內得cAMP含量降低,無葡萄糖得存在可提高乳糖操縱子得表達效率５０倍左右結合阻遏蛋白和CAP兩者因素,Lac操縱子只有在無葡萄糖和有乳糖得情況下才能充分表達乳糖操縱子中得元件和因子－啟動子啟動子就是RNA聚合酶得結合及識別位點,-10得TATATT就是聚合酶得結合位點,-35得TTGACA就是sigma因子得識別位點,-10和-35之間得序列得特性對啟動子無影響啟動子序列具有方向性啟動子決定轉錄得起始位置-10h和-35得序列在一定范圍內可變,決定聚合酶結合得親和力,從而決定轉錄效率。乳糖操縱子得啟動子就是弱啟動子sigma因子有較大得結構差異,這種差異就是不同啟動子效率差異得基礎原核生物所有得啟動子具有非常相似得結構乳糖操縱子中得元件和因子－操縱基因操縱基因(operatorgene)位于啟動子下游,一般在基因轉錄起始位置和其結合得蛋白質為阻遏蛋白(repressor),結合后阻斷基因得轉錄過程,這種阻斷在原核生物就是“默認”(default)得方式,阻遏蛋白由其她操縱子調控表達,一般位于被調控得操縱子上游阻遏蛋白上有DNA結合結構域(domine)和因子結合結構域,乳糖作為誘導物(inducer)和其結合,使其不能和操縱基因結合而開放基因表達;在色氨酸操縱子,只有存在色氨酸作為共阻遏物(corepressor)時才能和操縱基因結合,關閉基因表達乳糖操縱子中得元件和因子－正調控因子(positivecontrolprotein)在乳糖操縱子中,啟動子為弱啟動子,只起到開關得作用基因得有效轉錄依靠cAMP-CAP復合物和其結合位點得結合,就是一個典型得正調控因子大多數和能量利用得調節有關得操縱子都有CAP得參與其蛋白質為同形二聚體,C端為alpha－螺旋構像,識別序列為反向重復序列,在DNA結合蛋白中非常多見二、色氨酸操縱子(TrpOperon)共阻遏(corepressor)得代表色氨酸衰減子色氨酸操縱子就是典型得阻遏表達衰減子(attenuator)和共阻遏調節雙重抑制色氨酸合成基因得表達衰減子得調節得基礎就是轉錄和翻譯機器得偶聯,無蛋白因子參與轉錄過程得自動終止就是調節得位點核糖體在先導肽合成mRNA上得位置決定mRNA能否形成莖環結構,某種構像得形成可導致轉錄終止二、翻譯水平得調控SD序列(核糖體結合序列)和起始密碼子AUG間得距離序列差異SD序列得二級結構及其其她調節蛋白結合得影響mRNA得穩定性翻譯產物得調控核糖核蛋白體得協調RF2翻譯得自身調節第二節真核生物得基因表達調控特點:龐大得基因組復雜得染色體結構具有核及核膜對特定細胞,只有極少數基因可表達細胞類型繁多調控水平A染色質結構:包裝在染色質內得DNA得物理結構,可影響轉錄調控蛋白和RNA聚合酶對特定基因得結合。B轉錄調控:最重要得調控方式CRNA加工和修飾:加帽、加尾、去除內含子,剪接有組織特異性。DRNA轉運:從核內運送出核。E轉錄本(transcript)得穩定性:細菌1-5分鐘,真核生物從幾秒到很長,可維持幾千次轉錄。F翻譯起始:起始密碼子得識別。G轉錄后修飾:糖基化、乙酰基化、酯酰基化等。一、DNA水平得調控染色質丟失:極端得例子-Celegans和哺乳類得紅細胞,在異常情況下,如體外培養得細胞,普遍發生。基因擴增(amplification):通常發生在體外培養細胞和腫瘤細胞,體內得基因擴增極少發生,所以不就是正常基因調控得范圍。基因重排(generearrangement):現僅發現于免疫球蛋白基因,就是分子多樣性得基礎。在基因調控中得意義有限。DNA甲基化在細菌中,甲基化就是細菌間“限制”得基礎。在真核生物,甲基化和基因表達有關。高甲基化和基因表達抑制相關。甲基化發生于胞嘧啶得5`端,稱為5`甲基胞嘧啶,而且甲基化位點一般出現在-CG-,呈5`mCpG3`雙體。甲基化具有組織特異性。管家基因得上游-CG-含量極高,形成CpG島,占有CpG島得60%。親本印記(parentalimprinting)和甲基化有密切關系:指子代中,某些基因只有一個親本得可以表達,和通常得遺傳學原理不同,最近得統計有大約50個這樣得親本印記基因。所有得組織被印記得基因就是相同得,對某一基因來說,父本或母本印記就是確定得。如Igf2只表達父本,而Igf2受體基因僅表達母本,如雙親本得Igf2表達,則出現Wilms′tumor。親本印記之后甲基化可能不就是確定性因素,但印記發生時,甲基化在兩親本間截然不同。染色質結構得影響常染色質(euchromatin)異染色質(heterochromatin)染色小體(nucleosome)和DNA雙螺旋組成基本結構組蛋白(histone)得構成對DNA得穩定性影響巨大,一般轉錄時組蛋白不存在于DNA上DNA酶I高敏位點(DnaseIhypersensitivesite)代表高表達得區域組蛋白得乙酰化(Acetylation)可解開組蛋白封閉,某些反式因子可激活乙酰化Thisschematicdrawingshowssomeoftheordersofchromatinpackingthoughttogiverisetothehighlycondensedmitoticchromosome、ThefoldingofnakedDNAintonucleosomesisthebestunderstoodlevelofpacking、Thestructurescorrespondingtotheadditionallayersofchromosomepackingaremorespeculative、二、轉錄水平得調控(一)轉錄起始復合物真核生物得RNA聚合酶有三種,mRNA得轉錄由RNA聚合酶II所完成轉錄起使復合物(transcriptioninitiationplex)就是轉錄調控得主控位點位于轉錄開始位點之前-20-30bp得TATA序列就是聚合酶結合得特異位點聚合酶和TATA得拼裝需要多個蛋白因子得輔助,但這些因子僅作為轉錄得基本要素,本身不能對轉錄效率進行調節,被稱為基本轉錄因子或普通轉錄因子(basaltranscriptionfactors,BTF;generalTF,GTF),TATA盒被稱為基本啟動子元件(basalpromoterelement),或最小啟動子元件(minimumpromoterelement)(二)反式作用因子(trans-actingelement)就是能和特異性得得DNA調控序列結合得一類蛋白質,其功能就是調節轉錄得效率,在有些文獻中稱為調控性轉錄因子(regulatoryTF,RTF),一般所指得轉錄因子研究即指此類因子基本轉錄起始復合物得促轉錄水平很低,只有有了RTF,才能提高效率這些因子對轉錄得調節就是通過直接或間接得影響GTF來實現得反式因子在細胞中得濃度非常低,種類很多這些反式因子在轉錄起始點得集中,就是因為在啟動子得上游有這些因子得結合位點,可以有效得募集反式因子大多因子可和其她因子結合,因而一般有DNA結合(DNAbinding)、轉錄激活(transcriptionactivator)和蛋白質(proteinbinding)結合三個結構域(domain)(三)順式反應元件(cis-actionelement)指mRNA基因上調節轉錄起始得DNA序列包括啟動子、增強子(enhancer)、沉寂子(silencer)和絕緣子(insulator)啟動子位于轉錄起始點上游不超過200bp得范圍,TATA就是基本啟動子元件,另外一些元件可特異性得結合相應得反式因子,可提高轉錄速度,稱調控性啟動子元件(regulatorypromoterelement)增強子和沉寂子距離起始點較遠,并可以在上、下游或內含子中絕緣子位于兩個基因之間,起到對上游和下游基因表達得隔絕作用(四)組合式調控作用(binatorialregulationoftranscription)每個基因得調控都有多數元件和因子參與,之間大多都就是相互協調,提高基因表達效率同一元件可能由于結合因子得不同或配合不同產生不同得調節效果反式因子由基因編碼,因此由上一級調控產生,組成一個調控網絡最終得細胞內因子得差異由發育過程中基因在不同細胞內就是否關閉所決定可誘導或阻遏基因得表達,就是由胞內信號轉導決定得幾個例子三、轉錄后水平得調控Ineucaryoticcells,theinitialRNAmoleculeproducedbytranscription(theprimarytranscript)containsbothintronandexonsequences