基因表达的调控-原核生物资料.ppt

第七章 基因表达的调控 基因表达调控是生命的必需 基因表达(gene expression) 是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程。典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白质的过程。 对这个过程的调节就称为基因表达调控（gene regulation或gene control）。 基因组(genome) 是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。 但生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的，例如大肠杆菌基因组含有约4000个基因，一般情况下只有5－10%在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，有的就暂时不表达。 基因表达的特性: 时间特异性或阶段特异性： · 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。 如噬菌体、病毒、细菌、侵入缩主后，呈现一定的感染阶段。 · 多细胞生物基因表达表现为与分化、发育阶段一致的的时间性，因此又称阶段特异性。 如在多细胞生物从受精卵到组织，器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。 基因表达的特性 空间特异性或组织细胞特异性 · 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，就是基因表达的空间特异性。 · 基因表达的空间特异性又称为细胞特异性或组织特异性，因为基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的。 基因表达的几个相关概念: 速率不受环境变化或代谢状态影响的基因表达方式称组成型（永久型）表达；反之，速率明显受到环境变化或代谢状态影响的基因表达方式称适应型（调节型）表达。 基因表达的几个相关概念: 管家(组成型)基因 (housekeeping gene)： 指在所有细胞中都持续表达的基因，这类基因在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，提供了对任何细胞类型生存都是必须的功能。 可诱导基因：环境信号刺激后，基因被激活，表达产物增加的基因 可阻遏基因：环境信号刺激后，基因被阻遏，表达产物减少的的基因 第一节 概 述 一、基因表达调控的元件和作用方式 基因活性的调控主要通过反式作用因子(通常是蛋白质)与顺式作用元件(通常在DNA上)相互作用而实现。 顺式作用元件(cis acting element):是指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因；同时，DNA序列通常不编码蛋白质，位于基因的5’上游区、3’下游区或基因内部，如启动子等。 反式作用因子(trans acting factor):是一个基因的产物，如蛋白质或RNA(tRNA、rRNA等)，能调节与它们接触的基因的表达，如转录因子；编码反式作用因子的基因与受调控的基因可在同一DNA分子上，也可不在同一DNA分子上 调控可以分为正调控和负调控： 负调控中，阻抑物与操纵基因结合来阻止有关基因的表达 正调控中，转录因子必须与启动子结合才能使RNA聚合酶起始转录 正负调控都是以调控蛋白作为反式作用因子，识别那些通常位于基因上游的顺式作用元件，根据调控蛋白自身的性质，可以激活或抑制基因的表达。 细菌中正负调控的比例大致相同，而真核生物中则以正调控为主 二、原核生物与真核生物的基因调控策略 总结： 生物因适应环境状况变化和自身正常生长需要，基因的表达不是一股脑全部表达的，而是按生长阶段和组织分布不同来特异性表达的，所以生物体内基因的表达需要被调节。 生物体内基因表达调节的方式均是通过反式因子（通常是蛋白质）和顺式作用元件（通常在DNA上）的相互作用来达到目的的，反式因子和顺式元件相互作用的结果可以是启动基因表达（正调控）也可以是关闭基因表达（负调控）。 调控可以在基因表达的所有环节上进行，即DNA——RNA——蛋白质 具体的调控方法因原核生物和真核生物而异。 第二节 原核生物的基因表达调控 细菌的生存需要快速地对环境变化做出应答，因为营养供给随时可变，所以细菌应该具备迅速从利用一种物质转变为利用另一种物质的能力，或当一种物质突然出现时，可以快速关闭内源性该物质的合成，这些过程应该是消耗能量最少的。 所以细菌内可调节代谢酶的合成可以被诱导或被阻遏 当特定底物出现时才合成特定酶的过程称为诱导, 在基因表达中，诱导物是与调控蛋白结合的小分子物质，启动转录的转换。 当特定底物出现时终止合成特定酶的过程称为阻遏，泛指通过阻遏物与DNA(或RNA)特定位点的结合阻止转录(或翻译) 原核生物基因表达调控可以发生在DNA、转录、翻译三个层次，以转录水平的调控是原核生物最主要的调控方式。 操纵子(o