第十四章(表达调控)课稿.ppt

第一节 基因的概念 在功能上被顺反测验或互补测验所规定， 可转录一条完整的RNA分子，或编码一条 多肽链的一段DNA序列。 DNA水平上的调控 转录调控 翻译控制 第二节 原核生物基因表达的调控 一、转录水平的调控 DNA元件：DNA上一段序列，但它作为一种原位（in situ）序列具有特殊的功能。由于它只能作用同一条DNA，因此称顺式作用元件（cis-acting element）。顺式作用位点通常总是在靶基因的上游。 调节基因的产物可以自由地结合到其相应的靶上，因此被为反式作用因子（trans-acting factor）。 在细菌中，当几种酶参与同一个代谢途径时，往往是这几种酶的合成同时启动，产生编码所有蛋白质的一个或几个多顺反子（polycistronic）mRNA。真核生物没有这种调控机制，真核生物基因转录的是单顺反子（monocistronic）mRNA。 （一）乳糖操纵元（lac operon） 协同调控（coordinate regulation）：所有的一组基因都一起表达或一起关闭。mRNA一般总是从5?开始转录，所以诱导总是导致β-半乳糖苷酶、透性酶和乙酰转移酶按一定顺序出现。lacZ、lacY、lacA三个基因的产物总保持同样的当量关系。 （二）色氨酸操纵元（trp operon） 色氨酸操纵元控制的是合成代谢，最终的产物是色氨酸。在培养基中缺乏Trp时操纵子打开，而加入Trp 时将促进trp操纵子的关闭，也就是最终产物色氨酸或某种物质对转录将起到阻遏的作用，而不是诱导的作用，在其操纵元中不存在cAMP-CAP位点。 色氨酸阻遏蛋白只有和色氨酸结合才能具有活性，结合到操纵基因上，阻遏转录，这种类型控制途径也是在酶活性的水平进行调节。这种调节叫做反馈抑制（feedback inhibition）。 和乳糖操纵子相同，无论是编码阻遏物的基因trpR发生突变，还是操纵子发生突变，trp操纵元将出现组成型表达。 Trp操纵子的阻遏能力较低，仅是lacI产物的1/1000，因此trp操纵子还必须依赖别的途径来进行调节，以免在已有一定浓度的Trp时，还继续合成Trp，这种途径就是衰减作用。 衰减子实际上是控制翻译的手段来控制基因的转录。 通过衰减子控制转录的终止仅发生在原核生物的分解代谢中。 衰减作为细菌操纵子中的一种调控机制至少存在于氨基酸合成代谢的6种操纵子中 二、翻译水平的调控 （一） 翻译水平的自我调控 阻遏蛋白可以结合到mRNA的靶区域上，阻止核糖体对翻译起始区的识别以达到阻遏的功能。这种调控机制中，调节蛋白可以直接结合到含有AUG的起始密码子的顺序上，或者形成发夹结构，或者结合到启动子区域的Shine-Dalgarno（SD）序列等，阻断核糖体的结合。 SD序列是细菌mRNA翻译起始信号上游的一段5-AGGAGGU-3保守序列，可与核糖体30S亚基中的16SrRNA3末端的保守序列互补配对，作为mRNA在核糖体上的结合位点。 （二） 反义RNA的调控 用一个RNA作为调节物同样能形成一调节网络。 小分子RNA（small RNA) 也可调节基因的表达。 调节物RNA的靶顺序是单链核苷酸顺序，其功能是和靶顺序互补，形成一个双链区。 调节物RNA的作用机制：（1）和靶核苷酸顺序形成双链区，直接阻碍其功能，如翻译的起始。（2）在靶分子的部分区域形成双链区，改变其它区域的构象，这样直接影响其功能。两种类型RNA介导的调节的共同特点是改变靶顺序的二级结构，控制其活性。 反义基因的调控作用。方法是将靶基因反向插入重组载体的启动子后面，再导入细胞，这便称为反义技术。由于其作用和反义RNA的数量有关，因此常常并不能起到完全抑制的作用。过量的反义RNA应能有效阻止靶顺序的翻译。实际上反义RNA不需和mRNA等长，只要靶mRNA的一小部分结合即可。一般只要100bp的靶RNA 5ˊ区域的反义RNA就可以有效地抑制其翻译。 第三节 真核生物基因表达的调控 （1）遗传物质的分子水平上，真核细胞基因组的DNA含量和基因的总数都远远高于原核生物，DNA也不是染色体的唯一成分； （2）在细胞水平上，真核细胞的染色体包在核膜内，转录和翻译分别发生在细胞核和细胞质中，这两个过程在时间和空间上都是分开的，而且在转录和翻译之间存在着一个相当复杂的RNA加工过程。 （3）在个体水平上，真核生物是由不同的组织细胞构成的，从受精卵到发育完全的个体，要经过复杂的发育过程。 （二）基因扩增（gene amplification） 细胞内特定基困拷贝数专一性大量增加的现象称为基因的扩增。 两栖动物如蟾蜍（Xenopus laevis）的卵母细胞很大，是正常体细胞的一百万倍，需要合成大量蛋白质，所以需要大量核糖体。