1、2021-12-26( 1 )第一節 基因表達調控的基本概念一、基因表達的基本概念l基因(gene)：遺傳的基本單位，是負載特定遺傳信息的DNA片斷。l基因組(genome)：指含有一個生物體生存、發育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸。l基因表達(gene expression)：基因轉錄與翻譯的過程。2021-12-26( 2 )l廣義的基因表達是指儲存遺傳信息的基因經過一系列步驟表現出其生物功能的整個過程。l基因表達調控(control of gene expression )：生物體內基因表達的開啟、關閉和表達強度的直接調節。l是生物在長期進化過程中逐漸形成的精確而靈敏的生存能

2、力和應變能力，是生物賴以生存的根本之一。2021-12-26( 3 )二、基因表達的特征二、基因表達的特征（一）時間特異性 按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發生，稱之為基因表達的時間特異性(temporal specificity)。 如：受精卵發育經歷不同的階段 多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性(stage specificity)。2021-12-26( 4 )（二）空間特異性（二）空間特異性 在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現，稱之為基因表達的空間特異性(spatial specificity)。 即：同一基因在不同的組織器官內表達不

3、同 又稱細胞特異性或組織特異性2021-12-26( 5 )三、基因表達的方式（一）組成性表達（一）組成性表達(constitutive gene expression)(constitutive gene expression) （基本表達）（基本表達）指不大受環境變動而變化的一類基因表達。某些基因表達產物是細胞或生物體整個生命過程中都持續需要、必不可少的，這類基因可稱為管管家基因家基因(housekeeping gene)，這些基因中不少是在生物個體其它組織細胞、甚至在同一物種的細胞中都是持續表達的，可以看成是細胞基本的基因表達。組成性基因表達也不是一成不變的，其表達強弱也是受一定機制調控

4、的。2021-12-26( 6 )（二）誘導和阻遏表達 適應性表達(adaptive expression)：指環境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。 應環境條件變化基因表達水平增高的現象稱為誘導(induction)，這類基因被稱為可誘導的基因(inducible gene) 隨環境條件變化而基因表達水平降低的現象稱為阻遏(repression)，相應的基因被稱為可阻遏的基因(repressible gene)。2021-12-26( 7 )（三）協調表達（三）協調表達 在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協調一致、共同表達，即為協調表達(coordin

5、ate expression) 這種調節稱為協調調節(coordinate regulation)。2021-12-26( 8 )四、基因表達調控的生物學意義四、基因表達調控的生物學意義（一）適應環境、維持生長和增殖 環境是在不斷變化的。通過調控，可使生物體表達出合適的蛋白質分子。（二）維持細胞分化和個體發育 生長、發育的不同階段，不同組織器官內蛋白質分子分布、種類和含量存在很大差異，這是調節細胞表型的關鍵。2021-12-26( 9 )一、基因表達的多級調控 基因激活 轉錄起始調控 轉錄后加工 翻譯調控 翻譯后加工轉錄起始水平的調控最為重要第二節 基因表達調控的基本原理2021-12-26(

6、 10 )二、基因轉錄激活受轉錄調節蛋白和啟動子相互作用的調節（一）特異（一）特異DNA序列序列 特異DNA序列主要指具有調節功能的DNA序列。它們決定基因的轉錄活性。 原核生物大多數基因表達調控是通過操縱子機制實現的。 真核基因調控機制普遍涉及編碼基因兩側的DNA序列順式作用元件。2021-12-26( 11 )1.1.原核生物：操縱子機制原核生物：操縱子機制 蛋白質因子蛋白質因子特異特異DNA序列序列編碼序列編碼序列 啟動序列啟動序列 操縱序列操縱序列 其他調節序列其他調節序列(promoter)(operator)全圖2021-12-26( 12 ) 操縱子（operon）：通常由2個以

7、上的編碼序列與啟動序列（promotor）、操縱序列（operator）以及其它調節序列在基因組中成簇串聯組成。啟動序列（promotor）：RNA聚合酶結合并啟動轉錄的特異DNA序列。又稱啟動子。各種原核啟動序列特定區域內（通常在轉錄起始點上游-10及-35區域）存在共有序列（consensus sequence）-35盒-10，TATA 盒2021-12-26( 14 )共有序列共有序列(consensus sequence) 決定啟決定啟動序列的轉錄活性大小。動序列的轉錄活性大小。 某些特異因子（蛋白質）決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結合能力。 啟動子：指RNA聚合酶

8、識別、結合并開始轉錄的一段 DNA序列。原核生物啟動子序列按功能的不同可分為三個部位，即起始部位、結合部位、識別部位。2021-12-26( 15 )操縱序列（operator）：與啟動序列毗鄰或接近的DNA序列，是原核阻遏蛋白的結合位點。其DNA序列常與啟動序列交錯、重疊。當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動 ，阻礙轉錄。啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白2021-12-26( 16 )其他調節序列、調節蛋白其他調節序列、調節蛋白例如： 激活蛋白(activator)可結合啟動序列鄰近的DNA

9、序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結合，增強RNA聚合酶活性。 有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結合啟動序列。2021-12-26( 17 )2.2.真核生物真核生物 不同真核生物的順式作用元件中也會發現一些共有序列 ，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉錄因子的結合位點。 順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達活性的可影響自身基因表達活性的DNA序列序列BADNA編碼序列編碼序列轉錄起始點轉錄起始點補充2021-12-26( 18 )（二）轉錄調節蛋白增強或抑制轉錄活性原核生物基因調節蛋白（DNA結

10、合蛋白）分為三類： 特異因子：決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結合能力。 阻遏蛋白（repressor）：可結合特異DNA序列操縱序列，阻遏基因轉錄。 激活蛋白（activator）：可結合啟動序列鄰近的DNA序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結合，增強RNA聚合酶活性。分解（代謝）物基因激活蛋白（catabolite gene activaton protein,CAP）就是一種激活蛋白。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結合啟動序列。2021-12-26( 19 )真核生物基因轉錄調節蛋白又稱轉錄因子（transcription factor）。絕大

11、多數真核轉錄調節因子由某一基因表達后，通過與特異的順式作用元件結合（ DNA-蛋白質相互作用）反式激活另一基因的轉錄，稱為反式作用因子（trans-acting factor）。這種調節作用稱為反式作用。這種調節作用稱為反式作用。 2021-12-26( 20 )順式作用蛋白順式作用蛋白 還有蛋白質因子可特異識別、結合自身基因的調節序列，調節自身基因的表達，稱順式作用。cDNAaDNAC順式調節順式調節 mRNA C蛋白質蛋白質CBA mRNA蛋白質蛋白質AA反式調節反式調節補充2021-12-26( 22 )（三）DNA-蛋白質、蛋白質-蛋白質相互作用轉錄調節蛋白對轉錄起始調節的方式 DNA

12、-蛋白質相互作用（DNA-protein interaction） 主要 指反式作用因子和順式作用元件之間的特異識別。通常是非共價結合，被識別的DNA結合位點通常呈對稱、或不完全對稱結構。蛋白質-蛋白質相互作用（protein-protein interaction）某些調節蛋白在結合DNA前，需通過蛋白質-蛋白質相互作用，形成二聚體(dimer)或多聚體(polymer)。二聚化 同二聚體異二聚體2021-12-26( 23 )（四）RNA聚合酶與啟動序列/啟動子相結合1、啟動序列/啟動子與RNA聚合酶活性RNA聚合酶與其的親和力，影響轉錄。2、調節蛋白與RNA聚合酶活性一些特異調節蛋白在適

13、當環境信號刺激下表達，然后通過DNA-蛋白質、蛋白質-蛋白質相互作用影響RNA聚合酶活性。2021-12-26( 24 )一、原核基因轉錄調節特點（一） 因子決定RNA聚合酶識別特異性（二）操縱子模型的普遍性（三）阻遏蛋白的負性調節是重要因素第三節 原核基因表達調節2021-12-26( 25 )E.coli乳糖操縱子（lac operon）包含： 三個結構基因：Z 編碼-半乳糖苷酶、Y 編碼通透酶、A 乙酰基轉移酶 一個操縱序列O 一個啟動序列 P 一個調節基因 I一個分解代謝物基因激活蛋白結合位點（catabolite gene activation protein,CAP）（一）乳糖操縱

14、子的結構二、原核生物轉錄起始調節操縱子調控模二、原核生物轉錄起始調節操縱子調控模式式2021-12-26( 26 )乳糖操縱子結構模式 調控區調控區CAP結合位點結合位點啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列 結構基因結構基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙酰基轉移酶ZYAOPDNA2021-12-26( 27 ) 沒有乳糖存在時，lac操縱子處于阻遏狀態。I序列表達的lac阻遏蛋白與O序列結合，阻礙RNA聚合酶與P序列結合，抑制轉錄啟動。 有乳糖存在時，lac操縱子可被誘導。乳糖在通透酶催化、轉運進入細胞，再經-半乳糖苷酶催化，轉變成半乳糖。半乳糖作為誘導劑分子結合阻遏蛋白，使蛋白構象變化，導致

15、阻遏蛋白與O序列解離，發生轉錄。（二）阻遏蛋白的負性調節（二）阻遏蛋白的負性調節圖解2021-12-26( 28 ) 當沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，cAMP與CAP結合，這時CAP結合在lac啟動序列附近的CAP位點，可刺激RNA轉錄活性。 當有葡萄糖存在時， cAMP濃度較低， cAMP與CAP結合受阻，lac操縱子表達下降。（三）（三）CAP的正性調節的正性調節圖解2021-12-26( 29 )Lac阻遏蛋白負性調節與cAMP正性調節兩種機制協調合作單獨存在乳糖時，細菌利用乳糖作為能源。當葡萄糖和乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖作為能源物質。這時，葡萄糖通過降低 cAMP濃度，阻礙

16、cAMP與CAP結合而抑制lac操縱子轉錄，使細菌只能利用葡萄糖。葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolic repression)。 （四）協調調節（四）協調調節圖解2021-12-26( 30 )三、原核生物轉錄終止調節三、原核生物轉錄終止調節 大腸桿菌中存在兩種主要的轉錄終止機制： 依賴Rho因子的轉錄終止 不依賴Rho因子的轉錄終止 大腸桿菌中存在兩種終止調節方式： 衰減 抗終止2021-12-26( 31 )四、原核生物翻譯水平調節四、原核生物翻譯水平調節（一）蛋白質分子結合于啟動序列或啟動序列周圍進行自我調節 調節蛋白結合mRNA靶位點，阻止核蛋白體識別翻

17、譯起始區，阻斷翻譯 調節蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，稱自我控制(autogenous control)。2021-12-26( 32 )（二）反義（二）反義RNA對翻譯的調節作用對翻譯的調節作用 調節RNA調節基因表達的RNA分子 反義RNA含有與特定mRNA翻譯起始部位互補的序列，通過與mRNA雜交，阻斷30S小亞基對起始密碼的識別以及與SD序列的結合，抑制翻譯起始。 稱為反義控制(antisense control)。2021-12-26( 33 )附：其它轉錄調節機制附：其它轉錄調節機制 轉錄衰減（attenuation） 色氨酸操縱子是一種阻遏型操縱子 當有色氨酸結合阻

18、遏蛋白時，阻遏蛋白構象改變可結合O序列，阻斷基因轉錄 基因重組 SOS反應衰減重組SOS2021-12-26( 34 )一、真核基因組結構特點（一） 真核基因組結構龐大第四節 真核基因表達調節 哺乳類動物基因組DNA 約 3 10 9 堿基對 人基因組編碼基因約有34個（22.5萬），其中60存在可變剪接。編碼序列僅占總長的1% rDNA等重復基因約 占 5% 10%2021-12-26( 35 )（二）單順反子二）單順反子(monocistron) 即一個編碼基因轉錄生成一個mRNA分子，經翻譯生成一條多肽鏈。（三）重復序列單拷貝序列（一次或數次）高度重復序列（106 次）中度重復序列（10

19、3 104次）多拷貝序列（四）基因不連續性2021-12-26( 36 )二、真核基因表達調控特點（一）RNA聚合酶有三種，分別負責三種RNA轉錄。（二）轉錄激活狀態的染色質結構明顯變化1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調節蛋白結合位點附近。2021-12-26( 37 )2. DNA拓撲結構變化拓撲結構變化天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋負超螺旋負超螺旋轉錄方向轉錄方向3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達程度呈反比。2021-12-26( 38 )4. 組蛋白

20、變化組蛋白變化 富含Lys組蛋白水平降低 H2A, H2B二聚體不穩定性增加 組蛋白H3、H4發生乙酰化、甲基化或磷酸化修飾 H3組蛋白巰基暴露組蛋白修飾對于基因表達影響的機制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直接影響染色質或核小體的結構，以及化學修飾征集了其他調控基因轉錄的蛋白質，為其他功能分子與組蛋白結合搭建了一個平臺。這些理論構成了“組蛋白密碼”的假說。2021-12-26( 39 )組蛋白修飾對染色質結構與功能的影響組蛋白修飾對染色質結構與功能的影響組蛋白組蛋白氨基酸殘基位點氨基酸殘基位點修飾類型修飾類型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色

21、質濃縮染色質濃縮H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙酰化乙酰化激活激活H3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙酰化乙酰化防止防止Lys-9的甲基化的甲基化H3Lys-79甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默H4Arg-3甲基化甲基化H4Lys-5乙酰化乙酰化裝配裝配H4Lys-12乙酰化乙酰化裝配裝配H4Lys-16乙酰化乙酰化核小體裝配核小體裝配H4Lys-16乙酰化乙酰化Fly X激活激活2021-12-26( 40 )（三）正性調節占主導（四）轉錄與翻譯分隔進行（五）轉錄后修飾、加工更為復雜 采用正性調節機制更精確：采用多種正性調節元件、正性調節

22、蛋白可提高基因表達調節的特異性和精確性。 采用負性調節不經濟：在正性調節中，大多數基因不結合調節蛋白，所以是沒有活性的；只要細胞表達一組激活蛋白時，相關靶基因即可被激活。 轉錄在細胞核，翻譯在細胞漿。因此，轉錄與翻譯產物的分布、定位等環節均可以被調控。2021-12-26( 41 )三、三、RNA pol和和 pol 的轉錄調節的轉錄調節（一） RNA pol轉錄體系的控制 RNA Pol I的轉錄產物只有rRNA前體，經剪接修飾生成除5S rRNA外的各種rRNA。 啟動子元件包括：啟動子元件包括：核心元件(core element)或核心啟動子(core promoter)和上游控制元件(

23、upstream control element, UCE)。 轉錄因子包括：上游結合因子（UBF1）、選擇性因子1（SL1）2021-12-26( 42 )（二）（二） RNA pol 轉錄體系的控制轉錄體系的控制 RNA Pol III的轉錄產物：多種小分子RNA，包括tRNA、5S rRNA和一部分小核RNA。 啟動子位于轉錄起始點下游（即轉錄區內），稱內部控制區(internal control regions, ICR)。 轉錄起始需多種轉錄因子2021-12-26( 43 )四、四、 RNA pol 的轉錄起始的調節的轉錄起始的調節 RNA pol 轉錄生成所有mRNA前體及大部分

24、snRNA 參與的DNA調控序列和轉錄因子復雜的多按功能特性，真核基因順式作用元件分為三種：啟動子、增強子、沉默子（一） 順式作用元件影響基因轉錄活性2021-12-26( 44 )1. 啟動子啟動子 真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合酶結合位點周圍聚合酶結合位點周圍的一組轉錄控制組件，至少包括一個的一組轉錄控制組件，至少包括一個轉錄起轉錄起始點始點以及一個以上的以及一個以上的功能組件功能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒2021-12-26( 45 )2. 增強子增強子(enhancer) 指遠離轉錄起始點、決定基因的時間、空間指遠離轉錄起始點、決定基因的時間、空間特異性、增強啟

25、動子轉錄活性的特異性、增強啟動子轉錄活性的DNA序列。序列。 其發揮作用的方式通常與方向、距離無關。其發揮作用的方式通常與方向、距離無關。 增強子也由若干功能元件組成。增強子也由若干功能元件組成。 酵母中的酵母中的上游激活序列上游激活序列（UASs）。）。某些基因的負性調節元件，當其結合特異蛋白某些基因的負性調節元件，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。因子時，對基因轉錄起阻遏作用。3. 沉默子沉默子(silencer)2021-12-26( 46 )（二） 反式作用因子重要的轉錄調控蛋白1. 轉錄調節因子分類 按功能特性分為： 基本轉錄因子（general transcriptio

26、n factors）是RNA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白因子決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉錄的類別主要參與RNA聚合酶與轉錄起始點附近的DNA特異序列形成穩定的轉錄起始復合物。 特異轉錄因子（special transcription factors ）為個別基因轉錄所需，決定該基因的時間、空間特異性表達。有轉錄激活因子和轉錄抑制因子兩種。2021-12-26( 47 )2. 轉錄調節因子結構包括三個結構區域： DNA結合域結合域轉錄激活域轉錄激活域TF蛋白質蛋白質-蛋白質結合域蛋白質結合域（二聚化結構域）（二聚化結構域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域

27、脯氨酸富含域脯氨酸富含域2021-12-26( 48 )最常見的最常見的DNA結合域結合域1. 鋅指鋅指(zinc finger)C CysH His常結合常結合GC盒盒圖示2021-12-26( 49 )2. 堿性堿性-螺旋螺旋常結合常結合CAAT盒盒2021-12-26( 50 )3. 堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈 （bZIP） 堿性螺旋堿性螺旋-環環-螺旋螺旋 （bHLH）等）等圖示2021-12-26( 51 )（三）（三） mRNA轉錄激活起始復合物形轉錄激活起始復合物形成成polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNA聚合酶聚合酶在轉錄因子幫助下，形成在轉錄因

28、子幫助下，形成的轉錄起始復合物的轉錄起始復合物TATA DNATBP相關相關因子因子EBP增強子增強子結合蛋白結合蛋白2021-12-26( 52 )真核基因轉錄調節是真核基因轉錄調節是復雜的、多樣的復雜的、多樣的*不同的DNA元件組合可產生多種類型的轉錄調節方式；*多種轉錄因子又可結合相同或不同的DNA元件。*轉錄因子與DNA元件結合后，對轉錄激活過程所產生的效果各異，有正性調節或負性調節之分。2021-12-26( 53 )五、五、 RNA pol 的轉錄終止的調節的轉錄終止的調節（一）HIV基因組轉錄終止調節 HIV基因的有效表達需要病毒蛋白Tat，它是一種抗終止蛋白。 Tat與轉錄產物

29、5特異RNA序列結合，并與宿主蛋白質、 RNA pol 相互作用，在延長中的RNA形成特定的二級結構，阻止HIV基因組轉錄提早終止。2021-12-26( 54 )（二）熱休克蛋白基因的轉錄終止調節（二）熱休克蛋白基因的轉錄終止調節 在應激條件下，細胞作出一系列反應，包括暫時性停止大多數基因的轉錄和翻譯，啟動一套能夠提高細胞生存能力的蛋白質即熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）的基因轉錄等。 熱休克時，熱休克轉錄因子（HSTF）轉變為活性狀態基因快速誘導表達。2021-12-26( 55 )六、轉錄后水平的調節六、轉錄后水平的調節（一）hnRNA加工成熟的調節 加工過程包

30、括加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯等。（二）mRNA運輸、胞漿內穩定性的調節 通過與蛋白質結合形成核蛋白體復合物(ribonucleoprotein, RNP)進行。 高等真核細胞mRNA半壽期較原核長，一般為幾小時；半壽期可影響蛋白質合成量 穩定性可調節的mRNA，可能含有與特異蛋白質相互作用的反應元件，影響降解速度2021-12-26( 56 )七、翻譯水平以及翻譯后階段的調節七、翻譯水平以及翻譯后階段的調節 調節點主要在蛋白質合成的起始和延長階段；以起始階段為主（一）翻譯起始因子（eIF）活性的調節 磷酸化調節（二）RNA結合蛋白（RBP）的調節 RBP是指那些能與RNA特異序列結合的蛋

31、白質 RBP參與基因表達的許多調節環節，如：轉錄終止、RNA剪切、RNA轉運、RNA胞漿穩定性的控制、翻譯起始等等2021-12-26( 57 )（三）對翻譯產物水平及活性的調節（三）對翻譯產物水平及活性的調節 新合成蛋白質的半衰期長短是決定蛋白質生物學功能的重要影響因素。 通過對新生肽鏈的水解和運輸，可以控制蛋白質的濃度在特定的部位或亞細胞器保持在合適的水平。 許多蛋白質需要在合成后經過特定的修飾才具有功能活性。如磷酸化、甲基化、酰基化修飾、等等，可以達到調節蛋白質功能的作用。2021-12-26( 58 )（四）小分子（四）小分子RNA對基因表達的調節對基因表達的調節 非編碼RNA（non

32、-coding RNA, ncRNA）： 微小RNA（microRNA, miRNA） 小干擾RNA（small interfering RNA, siRNA） 細胞核小分子RNA（snRNA） 核仁小分子RNA（snoRNA） 核酶（ribosome），等等 RNA組學（RNomics）：研究細胞內所有小分子RNA的種類、結構和功能2021-12-26( 59 )1微小微小RNA (microRNA, miRNA) 是一大家族小分子非編碼單鏈RNA，長度約2025個堿基，由一段具有發夾環結構、長度為7090個堿基的單鏈RNA 前體(pre-miRNA)經Dicer酶剪切后形成。 成熟的miR

33、NA與其他蛋白質一起組成RNA誘導的沉默復合體（RNA-induced silencing complex，RISC），通過與其靶mRNA分子的3非編碼區域（3-UTR）互補配對，抑制該mRNA翻譯。2021-12-26( 60 )miRNA的特點：的特點： 其長度一般為2025個堿基； 在不同生物體中普遍存在； 其序列在不同生物中具有一定的保守性； 具有明顯的表達階段特異性和組織特異性； miRNA 基因以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中，大多位于基因間隔區。2021-12-26( 61 )2小干擾小干擾RNA (small interfering RNA, siRNA) 是細

34、胞內一類雙鏈RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在特定情況下通過一定酶切機制，轉變為具有特定長度(2123個堿基)和特定序列的小片段RNA。 雙鏈siRNA參與RISC組成，與特異的靶mRNA完全互補結合，導致靶mRNA降解，阻斷翻譯過程。 由siRNA介導的基因表達抑制作用被稱為RNA干涉(RNA interference，RNAi)。2021-12-26( 62 ) 30bp 雙鏈RNA（dsRNA）水解生成21-23nt siRNA 5335 RISC形成 識別特異序列并使其降解RNA干擾作用機制2021-12-26( 63 )siRNAmiRNA前體前體內源或外

35、源長雙鏈內源或外源長雙鏈RNA誘導產生誘導產生內源發夾環結構的轉內源發夾環結構的轉錄產物錄產物結構結構雙鏈分子雙鏈分子單鏈分子單鏈分子功能功能降解降解mRNA阻遏其翻譯阻遏其翻譯靶靶mRNA 結合結合需完全互補需完全互補不需完全互補不需完全互補生物學效生物學效應應抑制轉座子活性和抑制轉座子活性和病毒感染病毒感染發育過程的調節發育過程的調節siRNA 和和miRNA的差異比較的差異比較2021-12-26( 64 )操縱子模式圖I I調節基因調節基因P P啟動序列啟動序列O O操縱序列操縱序列（操縱基因）（操縱基因）Z Z、Y Y、A A三三種結構基因種結構基因（cis-acting eleme

36、nt）真核生物編碼基因兩側的DNA序列可影響自身基因的表達活性通常是非編碼序列包括啟動子、增強子、沉默子順式作用元件順式作用元件（cis-acting element）基因產物特異識別、結合自身基因的調節序列，調節自身基因的開啟或關閉稱為順式調節基因產物特異識別、結合其它基因的調節序列，調節其它基因的開啟或關閉稱為反式調節反式與順式2021-12-26( 67 )乳糖水解2021-12-26( 68 )阻遏蛋白的負性調節圖解阻遏蛋白的負性調節圖解mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時阻遏基因阻遏基因2021-12-26( 69 )有乳糖存在有乳糖存在時時m

37、RNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol啟動轉錄啟動轉錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶2021-12-26( 70 )CAP的正性調節圖解的正性調節圖解+ + + + + + + + 轉錄轉錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP協調調節圖解mRNA低半乳糖時低半乳糖時高半乳糖時高半乳糖時 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-polOOOO2021-12-26( 72 )1.色氨酸操縱子的結構E.coli色氨酸操縱子（l

38、ac operon）包含：五個結構基因一個操縱序列O一個啟動序列 P一個調節基因 I 一個前導序列附：轉錄衰減（附：轉錄衰減（attenuation）2021-12-26( 73 )2021-12-26( 74 ) 色氨酸操縱子是一種阻遏型操縱子，參與該操縱子機制的阻遏蛋白有兩種分子構象。當有色氨酸結合阻遏蛋白時，阻遏蛋白構象改變可結合O序列，阻斷基因轉錄。當沒有色氨酸結合阻遏蛋白時，阻遏蛋白不能結合O序列，基因開始轉錄。2021-12-26( 75 )2、轉錄衰減機制 當色氨酸豐富時，色氨酸操縱子使用衰減作用來終止和減弱轉錄。 轉錄衰減的DNA作用部位稱為衰減子（attenuator）它是位于結構基因上游前導序列中具有終止子結構的短序列。前導序列轉錄的RNA 5 端162個核苷酸順序，這段mRNA包含4個