Contents基因表達調控的基本概念原核基因調控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控當前1頁，總共40頁。第一節基因表達調控的基本概念一、基因表達的概念基因表達：從DNA到蛋白質的過程，即基因轉錄及翻譯的過程。對這個過程的調節就稱為基因表達調控

。rRNA、tRNA編碼基因轉錄合成RNA的過程也屬于基因表達當前2頁，總共40頁。基因表達調控環節1、轉錄水平上的調控（transcriptionalregulation）

調節mRNA的合成2、轉錄后水平上的調控（post-transcriptionalregulation）①

mRNA加工成熟水平上的調控②

翻譯水平上的調控當前3頁，總共40頁。基因表達調控的指揮系統

原核生物中

營養狀況和環境因素

真核生物中

激素水平和發育階段

營養和環境因素的影響力大為下降11當前4頁，總共40頁。當前5頁，總共40頁。

組成性表達(constitutiveexpression)適應性表達(adaptiveexpression）二、基因表達的方式當前6頁，總共40頁。

1、組成性表達：

指不大受環境變動而變化的一類基因表達。某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續表達，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。組成型合成蛋白質(constitutive)合成不受環境或代謝狀態影響的蛋白質，例如

DNA聚合酶、RNA聚合酶等當前7頁，總共40頁。2、適應性表達

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(induciblegene)；相反，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(repressiblegene)。

當前8頁，總共40頁。調節型/適應型蛋白(adaptiveorregulated)

受環境變化或代謝狀態影響的蛋白質

例如

大腸桿菌的β-半乳糖苷酶在普通細胞培養條件

下只有15個分子/細胞；在只含乳糖的培養基中高

達幾萬個分子/細胞4當前9頁，總共40頁。三、基因表達的規律

——時間性和空間性1、時間特異性（temporalspecificity）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的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。

當前10頁，總共40頁。當前11頁，總共40頁。2、空間特異性(spatialspecificity)基因表達伴隨空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(cellortissuespecificity)。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。當前12頁，總共40頁。四、基因表達調控的生物學意義

適應環境、維持生長和增殖（原核、真核）

維持個體發育與分化（真核）當前13頁，總共40頁。Contents基因表達調控的基本概念原核基因調控機制乳糖操縱子色氨酸操縱子其他操縱子轉錄后水平上的調控當前14頁，總共40頁。第二節原核基因調控機制內容提要操縱子學說原核基因調控機制的類型與特點轉錄水平上調控的其他形式

當前15頁，總共40頁。JacobandMonod一、操縱子學說1、操縱子模型的提出1961年，法國Monod和Jacob提出獲1965年諾貝爾生理學和醫學獎當前16頁，總共40頁。2、操縱子的定義操縱子（operon）：是基因表達的協調單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受調節基因產物的控制。編碼序列

啟動序列

操縱序列

其他調節序列(promoter)(operator)當前17頁，總共40頁。

結構基因（structuralgene）

編碼各類具有不同結構和功能的蛋白質和RNA的基因。

調節基因（regulatorgene）

編碼蛋白質或RNA來調節其他基因表達的基因。操縱基因（operator)DNA上的一個位點，阻遏物能與之結合抑制相鄰啟動子起始轉錄。當前18頁，總共40頁。結構基因操縱區啟動區當前19頁，總共40頁。

1、根據操縱子對調節蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的應答，可分為：

正轉錄調控

負轉錄調控

二、原核基因調控機制的類型與特點正控誘導正控阻遏負控誘導負控阻遏當前20頁，總共40頁。調節基因操縱基因結構基因激活蛋白正轉錄調控正轉錄調控如果在沒有調節蛋白（激活蛋白）質存在時基因是關閉的，加入這種調節蛋白質后基因活性就被開啟，這樣的調控正轉錄調控。當前21頁，總共40頁。調節基因操縱基因結構基因阻遏蛋白負轉錄調控負轉錄調控在沒有調節蛋白質（阻遏蛋白）存在時基因是表達的，加入這種調節蛋白質后基因表達活性便被關閉，這樣的調控負轉錄調控。當前22頁，總共40頁。2、根據操縱子對某些能調節它們的小分子的應答，可分為可誘導調節和可阻遏調節兩大類：誘導(induction)：

通過小分子誘導物參與,使阻抑物失活或活化激活劑來實現對基因或操縱子表達的調控

。阻遏(repression):

通過小分子輔阻遏物參與,使激活劑失活或活化阻抑物來實現基因或操縱子不表達的調控。當前23頁，總共40頁。可誘導調節：指一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關閉的狀態轉變為工作狀態，即在某些物質（誘導物）的誘導下使基因活化。例：大腸桿菌的乳糖操縱子在誘導物乳糖的誘導下開啟了乳糖操縱子當前24頁，總共40頁。調節基因操縱基因結構基因阻遏蛋白調節基因操縱基因結構基因阻遏蛋白誘導物mRNA酶蛋白酶合成的誘導操縱子模型誘導物如果某種物質能夠促使細菌產生酶來分解它，這種物質就是誘導物。當前25頁，總共40頁。可阻遏調節：基因平時是開啟的，處在產生蛋白質或酶的工作過程中，由于一些特殊代謝物或化合物的積累（阻遏物）而將其關閉，阻遏了基因的表達。例：色氨酸操縱子因為色氨酸的存在而關閉當前26頁，總共40頁。酶合成的阻遏操縱子模型調節基因操縱基因結構基因mRNA酶蛋白調節基因操縱基因結構基因輔阻遏物輔阻遏物如果某種物質能夠阻止細菌產生合成這種物質的酶，這種物質就是輔阻遏物。當前27頁，總共40頁。3、在負轉錄調控系統中，調節基因的產物是阻遏蛋白（repressor），起著阻止結構基因轉錄的作用。根據其作用特征又可分為負控誘導和負控阻遏：在負控誘導系統中，阻遏蛋白與效應物（誘導物）結合時，結構基因轉錄；在負控阻遏系統中，阻遏蛋白與效應物（輔阻遏物）結合時，結構基因不轉錄。當前28頁，總共40頁。負控誘導和負控阻遏系統16非活性阻遏蛋白基因表達非活性阻遏蛋白

效應物/

誘導物基因表達

阻遏蛋白阻遏基因轉錄

負控誘導系統調節基因

負控阻遏系統調節基因

操縱區

活性阻遏蛋白效應物/輔阻遏物

阻遏基因轉錄當前29頁，總共40頁。4、在正轉錄調控系統中，調節基因的產物是激活蛋白（activator）。根據激活蛋白的作用性質分為正控誘導和正控阻遏在正控誘導系統中，效應物分子（誘導物）的存在使激活蛋白處于活性狀態；在正控阻遏系統中，效應物分子（輔阻遏物）的存在使激活蛋白處于非活性狀態。當前30頁，總共40頁。正控誘導系統和正控阻遏系統18活性激活蛋白

非活性

激活蛋白阻遏基因轉錄RNA聚合酶活性激活蛋白基因表達效應物/輔阻遏物

阻遏基因轉錄非活性激活蛋白

正控阻遏系統調節基因

正控誘導系統調節基因效應物/誘導物

基因表達當前31頁，總共40頁。三、轉錄水平上調控的其他形式1、σ因子的更換在E.coli中,當細胞從基本的轉錄機制轉入各種特定基因表達時，需要不同的因子指導RNA聚合酶與各種啟動子結合。當前32頁，總共40頁。σ因子

σ因子是RNA聚合酶的一部分，主要的作用是在DNA轉錄過程中識別模板DNA啟動子

σ因子主要與啟動子的-10區（TATA區或Pribnow區）和-35區（CAAT區）結合20當前33頁，總共40頁。參與調控的σ因子σ因子σ70σ54σ38σ32σ28σ24編碼基因RpoDRpoNRpoSRpoHRpoFRpoE22

主要調控過程

對數生長期和大多數碳代謝過程

氮源利用

分裂間期特異基因

熱休克基因

鞭毛趨化相關基因

過度熱休克基因糾正課本P250頁表7-2當前34頁，總共40頁。23上游調控元件上游調控元件TTGACATTGACA

N17TATAAT

N5~8N6~8

TTGCA

N7~9-35區-10區-24區-12區參與調控的σ因子

結合啟動子依賴于核心酶可在無核心酶時獨立結合到啟動子上當前35頁，總共40頁。舉例：熱休克基因的調控

大腸桿菌在37

°C下生長最好

當溫度增加到46°C時，大腸桿菌幾乎停止生長，此時產生大量熱激蛋白（heat-shockprotein），占所有蛋白的30%。24當前36頁，總共40頁。25

熱激蛋白的種類和作用

（1）分子伴侶修復因高溫錯誤折疊的蛋白

折疊錯誤的蛋白分子伴侶

（2）蛋白酶降解無法修復的蛋白

無法修復的蛋白

蛋白片段

蛋白酶當前37頁，總共40頁。σ32(RpoH)對熱激基因的調控:50°C27錯誤折疊的蛋白質激活熱激基因

高溫下，分子伴侶結合錯誤折疊蛋白，釋放RpoH，

從而RpoH激活熱激基因

RpoH分子伴侶當前38頁，總共40頁。2、弱化子對基因活性的影響（在色氨酸操縱子詳述）3、降解物對基因活性的