第一節

基本概念與原理BasicConceptionsandPrinciple

一、基因表達

(geneexpression)

基因經歷轉錄及翻譯，產生具有生物學功能的產物的過程。基因表達的產物？二、基因表達的特異性（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。多細胞生物基因表達表現為與生長、分化和發育階段一致的時間性，因此又稱階段特異性。（二）空間特異性基因表達伴隨時間順序所表現出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細胞或組織特異性。在個體生長、發育全過程，一種基因產物在個體的不同組織或器官表達，即在個體的不同空間出現，稱之為基因表達的空間特異性。如：乳酸脫氫酶（LDH）在不同組織中表達程度不同三、基因表達的方式按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：（一）基本表達管家基因的表達方式。（二）誘導和阻遏（適應性）表達適變基因的表達方式。有誘導和阻遏兩種方式。（三）協調表達四、基因表達調控本質:

通過DNA－蛋白質相互作用來實現

順式作用元件(cis-actingelement)——可影響自身基因表達活性的DNA序列。順式作用元件包括啟動子、增強子、沉默子等?通常是非編碼序列?并非都位于轉錄起始點上游通過與另一基因的順式作用元件相互作用，調節其表達的蛋白質。反式作用因子(trans-actingfactor)

五、基因表達的多層次和復雜性基因激活（拷貝數、重排、甲基化程度）轉錄起始轉錄后加工mRNA降解翻譯起始、延長翻譯后加工修飾蛋白質降解等轉錄起始基因表達在全過程的各水平上都可以受調控：主要調節環節遺傳信息水平轉錄水平翻譯和翻譯后水平六、基因表達調控的生物學意義（一）適應環境、維持生長和繁殖（二）維持個體發育和分化第二節

原核基因轉錄調節RegulationofProkaryoticGeneTranscription原核生物的多順反子一條mRNA編碼幾種功能相關的蛋白質真核生物的單順反子一條mRNA僅編碼一種蛋白質非編碼序列核蛋白體結合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質PPPmG-53蛋白質目錄單復制子，多順反子多復制子，單順反子

1、原核生物的操縱子

操縱子(operon)：通常由2個以上的編碼序列與啟動子、操縱序列以及其它調節序列在基因組中成簇串聯，組成一個基因表達調控單位。結構基因啟動子編碼序列2編碼序列1調節序列操縱序列其它調節序列一、操縱子是原核基因表達調控的基本單位2.操縱序列——阻遏蛋白的結合位點當操縱序列結合有阻遏蛋白時，RNA聚合酶不能沿DNA向前移動，阻礙轉錄。啟動序列編碼序列操縱序列阻遏蛋白mRNARNA-pol①特異因子：決定RNA-pol對啟動序列的特異性識別和結合能力（如σ因子

）②阻遏蛋白：識別和結合操縱序列→阻遏基因轉錄，介導負性調節③激活蛋白:可結合啟動序列鄰近的DNA序列→增強RNA-pol活性，介導正性調節（如CAP）

3.調節蛋白原核生物基因轉錄調節蛋白原核調節蛋白均為DNA結合蛋白TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1965"fortheirdiscoveriesconcerninggeneticcontrolofenzymeandvirussynthesis"

InstitutPasteur

Paris,FranceJacquesMonod

AndréLwoff

Fran?oisJacob

InstitutPasteur

Paris,FranceInstitutPasteur

Paris,France雅各布（1920-）雷沃夫（1902-1994）

莫諾（1910-1976）

培養基中只有葡萄糖時，菌體利用葡萄糖且生長良好；①當葡萄糖換成乳糖時，菌體起初不能很好利用乳糖，但一段時間后開始利用乳糖，菌體生長良好；②當把葡萄糖和乳糖一起放入培養基時，菌體只利用葡萄糖。Why?乳糖操縱子②葡萄糖如何阻遏乳糖利用的酶？①乳糖利用的酶是如何被誘導的？

（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結構調控序列結構基因操縱基因啟動序列CAP結合位點調節基因編碼阻遏蛋白RNA-pol識別結合阻遏蛋白結合cAMP-CAP結合（負調節）（正調節）低表達條件：解除負調節高表達條件：解除負調節激活正調節PImRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時（二）Lac操縱子的調節機制調節基因1、阻遏蛋白的負調節及其解除mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOP有乳糖存在時polmRNA乳糖β-半乳糖苷酶啟動轉錄誘導劑：半乳糖、別乳糖半乳糖阻遏蛋白的負性調節及誘導機制TTTACATATGTTN17N6AlacTTGACA

TATAAT共有序列⑴乳糖操縱子是弱啟動子，即便解除阻遏，僅低水平轉錄⑵若要高水平轉錄，還需cAMP-CAP的正調節2、CAP的正性調節?CAP是同二聚體

含有DNA結合區和cAMP結合位點

（需生成cAMP-CAP復合物才有活性）無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP結合位點CAP++++轉錄cAMP-CAP復合物?阻遏蛋白是負性調節因素。半乳糖或別乳糖是誘導劑(解除阻遏)

?CAP是正性調節因素。

（需生成cAMP-CAP復合物才有活性）

3、協調調節※當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP對該系統不能發揮作用；※如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子僅低水平轉錄。A、單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源；B、葡萄糖/乳糖共同存在時，優先利用葡萄糖。mRNA低半乳糖時高半乳糖時

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOOＩＩ無轉錄無轉錄低水平轉錄lac操縱子強的誘導作用的條件是：乳糖存在（解除阻遏）的同時缺乏葡萄糖（激活CAP）。第三節

真核基因轉錄調節RegulationofEukaryoticGeneTranscription一、真核生物基因組的特點（一）基因組大（二）單順反子（三）重復序列P275（四）不連續性二、真核基因表達調控特點（一）RNA聚合酶（二）活性染色體結構變化

1.核酸酶敏感↑

2.核小體穩定性↓

3.甲基化水平↓

4.前方正超螺旋↑（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★★三、轉錄起始的調節（一）順式作用元件1.啟動子（promotor）2.增強子（enhancer）決定基因表達的時間和空間特異性、增強啟動子轉錄活性的DNA序列。①與位置無關②與方向無關③無專一性3.沉默子（silencer）①基本轉錄因子：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轉錄的類別②特異轉錄因子：為個別基因轉錄所必需，決定該基因表達的時間、空間特異性。

轉錄激活因子:增強子結合蛋白轉錄抑制因子:沉默子結合蛋白（二）反式作用因子（轉錄因子）1.轉錄因子分類2.轉錄調節因子結構DNA結合域轉錄激活域TF蛋白質-蛋白質結合域（二聚化結構域）鋅指結構堿性氨基酸形成的α螺旋亮氨酸拉鏈（bZI