1、基因表達的調控第 四 節基因表達的調控第 四 節基因表達(真核) 基因的活化轉錄轉錄后加工RNA轉運至細胞質翻譯翻譯后加工基因表達的調控適應環境、維持生長和發育需要主要是轉錄水平的調控一、基因表達調控的基本概念及其生物學意義2基因表達(真核)一、基因表達調控的基本概念及其生物學意義233適應外界條件的變化方式：誘導合成(正調控)或阻遏合成(負調控) 一些相應的蛋白質特點：轉錄與翻譯偶聯，快速二、原核生物基因表達的調控(一)原核生物基因表達調控的特點4適應外界條件的變化二、原核生物基因表達的調控(一)原核生物基調控機制操縱子(operon)結構基因啟動子(promoter)操縱基因(operat

2、or)其他調控基因原核生物中一些成簇排列、相互協同的基因所組成的單位。一個操縱子結構基因(26)啟動基因(啟動子) 操縱基因(其他調控基因)5調控機制操縱子(operon)結構基因啟動子操縱基因其他IPOZYa控制位點 結構基因DNA阻遏物啟動子操縱基因-半乳糖苷酶通透酶轉乙酰基酶1. 乳糖操縱子的結構和誘導劑RNA聚合酶結合位點調控基因Lac操縱子(二)乳糖操縱子的結構和誘導劑6IPOZYa控制位點 結構基因DNA阻遏物-半乳糖苷酶 對乳糖的作用7-半乳糖苷酶7乳糖操縱子的發現：細菌可以以葡萄糖、乳 糖作為碳源葡萄糖充分時： 與葡萄糖代謝有關的酶大量表達 與其他糖代謝有關的酶少量葡萄糖耗盡、

3、乳糖存在時(培養基)： 與乳糖代謝有關的酶大量表達 與葡萄糖代謝有關的酶少量8乳糖操縱子的發現：細菌可以以葡萄糖、乳 8Lac阻遏物由基因I編碼結構特點：具有4個相同亞基，每個亞基中都有 一個與誘導劑結合的位點調控機制：無誘導劑時：Lac阻遏物與O基因結合，結構基因 關閉有誘導劑時：Lac阻遏物與誘導劑結合，阻遏物構 象改變，不能與O基因結合，結構基 因開放，RNA聚合酶結合、延伸，轉 錄開始2. Lac阻遏物的作用9Lac阻遏物由基因I編碼2. Lac阻遏物的作用9IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA pol沒有誘導劑存在時調控基因10IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA pol沒有誘導

4、劑存在IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA pol啟動轉錄mRNA有誘導劑(別位乳糖或IPTG)存在時別位乳糖或IPTGprotein11IDNAZYaOPmRNA阻遏物RNA啟動轉錄mRNA有誘導葡萄糖存在時：優先利用葡萄糖作為能源分解物阻遏作用(catabolite repression)葡萄糖的分解產物對其他酶的抑制效應，與cAMP有關葡萄糖cAMP乳糖操縱子加入外源cAMP乳糖操縱子3. CAP與cAMP復合物在乳糖操縱子表達 中的作用(-)(+)12葡萄糖存在時：優先利用葡萄糖作為能源3. CAP與cAMP復CAP-cAMP復合物的激活作用CAP(catabolite gene a

5、ctivator protein)：有兩個相同亞基的蛋白質，都具有與DNA結合的結構域和與cAMP結合的結構域cAMPCAPCAP-cAMP復合物乳糖操縱子(+)13CAP-cAMP復合物的激活作用(+)13 CAP位 + + + + 轉錄無葡萄糖時，cAMP濃度高有葡萄糖時，cAMP濃度低ZYaOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP的調控機制14 CAP位 + + + + 轉錄無葡萄糖時，cAMP濃度高有mRNA低乳糖高乳糖低葡萄糖高cAMP高葡萄糖低cAMPRNA-polOPOPOPOP葡萄糖和乳糖在乳糖操縱子基因表達中的 聯系效應15mRNA低乳糖高乳糖低葡萄糖高葡萄糖RN

6、A-polOPOPO環境條件的變化是相關基因表達的外界信號 葡萄糖、乳糖濃度的變化基因表達的負調控(negative regulation) Lac阻遏物與操縱基因O結合后抑制了結構基因的表達基因表達的正調控(positive regulation) CAP-cAMP復合物與相應的DNA序列(CAP位)結合后促進基因的表達原核生物基因(乳糖操縱子)表達調控的一般情況16環境條件的變化是相關基因表達的外界信號原核生物基因(乳糖操縱轉錄的激活與被轉錄區域的染色質結構變化有關：環境信號轉導染色質活化轉錄的激活基因表達以正調控為主(活化蛋白激活靶基因)轉錄與翻譯在不同的亞細胞區域進行三、真核生物基因表

7、達的調控(一)真核生物基因表達調控的特點17轉錄的激活與被轉錄區域的染色質結構變化有關：環境信號轉導染cDNAaDNA反式調節C順式調節 mRNA C蛋白質CbAmRNA蛋白質AA18cDNAaDNA反式調節C順式調節 mRNA C蛋白質C1. 順式作用元件真核生物中，和被轉錄的結構基因在距離上比較接近的DNA序列，包括啟動子和啟動子上游近側序列、及增強子等，和轉錄調控有關。(二)參與基因調控的順式作用元件和 反式作用因子191. 順式作用元件真核生物中，和被轉錄的結構基因在距離上比較一類在真核細胞核中發揮作用的蛋白質因子作用特點 識別和結合順式作用元件中的特異靶序列，啟動轉錄例：轉錄因子TF

8、D 識別和結合 TATA box 轉錄因子Sp1 識別和結合 GC box 轉錄因子CTF1 識別和結合 CAAT box反式作用因子與相應的順式作用元件結合后才能啟動或有效啟動轉錄2. 反式作用因子(trans acting factors)20一類在真核細胞核中發揮作用的蛋白質因子2. 反式作用因子(t反式因子有兩個必需的結構域DNA結合結構域：與順式元件識別、結合轉錄激活結構域：與其他反式因子或RNA聚合酶結合蛋白質21反式因子有兩個必需的結構域蛋白質21兩個短-螺旋，之間-轉角結構聯系；其中一個-螺旋識別、進入DNA雙螺旋結構的大溝最常見DNA結合域之一，例：CAP(1) 螺旋-轉角-

9、螺旋(helix-turn-helix)3. 反式作用因子結構的模式22兩個短-螺旋，之間-轉角結構聯系；其中一個-螺旋識別、約30個氨基酸殘基，其中4個氨基酸殘基(2個Cys，2個His或4個Cys)以配位鍵與Zn2+相互作用 具有多個相同的鋅指結構，與DNA雙螺旋大溝結合 (2) 鋅指(zinc fingers)23約30個氨基酸殘基，其中4個氨基酸殘基(2個Cys，2個Hi123456789蛋白質24123456789蛋白質24一段肽鏈中每隔7個氨基酸殘基就有一個亮氨酸殘基出現，形成-螺旋的兩面親水面：親水性氨基酸殘基構成疏水面：亮氨酸殘基構成(亮氨酸拉鏈條)借疏水作用形成二聚體(同二聚體/異二聚體)