第十章原核基因表达调控.ppt

原核生物基因表达调控 基因表达调控的基本概念 基因表达(gene expression) ：是指储存遗传信息的基因经过转录、翻译合成特定蛋白质，进而发挥其生物功能的整个过程。也即基因转录及翻译的过程。rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。 基因表达调控(gene expression regulation):对基因表达过程的调节就称为基因表达调控。 基因表达的方式 组成性表达(constitutive expression) 适应性表达(adaptive expression） 组成性表达 概念：又称组成性基因表达(constitutive gene expression), 是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因（housekeeping gene）。 特点：不易受环境变化影响，表达产物是整个生命过程中都持续需要的，是细胞存活所必须的；表达水平较恒定。 意义：维持生命活动 适应性表达 概念：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 诱导：随环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导(induction)，这类基因被称为可诱导的基因(inducible gene)； 阻遏：随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因(repressible gene)。 特点：受环境变化影响 意义：适应环境 基因表达的时间性和空间性 时间特异性(temporal specificity)：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，称之为基因表达的时间特异性。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。 基因表达调控的生物学意义 适应环境、维持生长和增殖（原核、真核） 维持个体发育与分化（真核） 原核生物基因调控一般执行如下规律 一个体系需要时被打开，不需要时被关闭。 基因的开与关是相对的。 开-关的活性可以通过转录水平上进行调节。 基因转录激活调节基本要素 ——顺式作用元件和反式作用因子 在基因转录水平上的调控都是特定的蛋白质分子和特定的DNA序列两个因素相互作用的结果。 起调控作用的DNA序列称为顺式作用元件或顺式调控元件。 与这些DNA序列相互作用的蛋白质称为反式作用因子。 顺式作用元件（cis-acting element）：又称分子内作用元件，指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊序列。 在原核生物中，大多数基因表达通过操纵元模型进行调控，其顺式作用元件主要由启动子、操纵子和调节基因组成。 在真核生物中，与基因表达调控有关的顺式作用元件主要有启动子(promoter)、增强子(enhancer)和沉默子(silencer)。 沉默子(silencer)：可降低基因启动子转录活性的一段DNA顺式元件。与增强子作用相反。 反式作用因子（trans-acting factor）又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。 反式作用因子与顺式作用元件之间的共同作用，才能够达到对特定基因进行调控的目的。 原核生物中的反式作用因子主要分为特异因子、激活蛋白和阻遏蛋白。 真核生物中的反式作用因子通常称为转录因子。 反式作用因子也是基因产物。 顺式作用元件与反式作用因子之间的相互作用 大多数调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子结合。这种结合通常是非共价键结合。 转录水平上的调控 负转录调控 负控诱导 阻遏蛋白不与效应物结合时基因不转录。 负控阻遏 阻遏蛋白与效应物结合时，基因不转录。 正转录调控 正控诱导 有效应物时，激活蛋白处于活性状态基因转录。 正控阻遏 有效应物时，激活蛋白处于无活性状态基因不转录。 转录水平的调控 操纵子(operon) 概念： 在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子。 发现： 1961年 Jacob and Monod ---乳糖操纵子模型 细菌转录调控的最初概念 操纵子(operon)的基本组成 结构基因、调节基因、操纵元件 结构基因：可编码非调控RNA或蛋白质的一段DNA序列（除调节基因以外的所有基因）。 特点： （1）含有2个以上的基因 （2）各结构基因串连排列，组成结构基因群 （3）多个结构基因的DNA被转录成多顺反子mRNA （4）每个结构基因是一个连续的开放读框 （5）至少在第一个开放读框