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基 因 表 达 调 控 04 DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达 基因指导下的蛋白质合成过程 管家基因：组成型表达，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 奢侈基因：组织特异性基因，在丌同类型细胞中特异性表达，具 有时间（丌同时期）和空间（丌同细胞组织）表达特征 哪些基因需要调控？ 基因表达是受调控的 内外环境信号 DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达调控 物理信号：光、热、电，压力…… 化学信号：蛋白质、核酸、类固醇、脂肪酸衍生物、小分子、 气体分子、激素、细胞因子…… 细胞或生物体接受内外信号刺激时，或适应环境变化 的过程中，在基因表达水平上应答的分子机制 哪些细胞信号？ 何时调控？ 谁来调控？ 如何调控？ 哪里调控？ DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 调控蛋白：具有调控功能的蛋白质 通常是DNA结合蛋白，识别受控制基因 上或其附近的特异位点 正调控蛋白：激活蛋白。增强受调控基 因的表达水平 基因表达调控的基本原则 负调控蛋白：阻遏蛋白。降低或消除受 调控基因的表达水平 谁来调控？ DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达的调控可在多个层次上进行 基因水平 基因表达调控的基本原则 何时调控？ 转录后水平 翻译水平 翻译后水平 主要的调控发生在转录水平 尤其是转录起始阶段 转录水平 DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 转录起始阶段最重要的事件是RNA聚合酶识别启 动子, 形成转录起始复合物。 基因表达调控的基本原则 调控靶点？ 启动子结合部位 RNA聚合酶与 启动子结合较 弱，低水平组 成型表达 阻遏蛋白阻止 结合,抑制转录 激活蛋白促进 结合,增强转录 启动子与RNA聚合酶 能否结合，以及结合 的亲和力，影响基因 表达的开关与水平 如何调控？ DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达调控的主要方式 协同结合（Cooperative binding) 基因表达调控的基本原则 调控蛋白利用一个结合部位不启 动子附近的DNA上的位点结合， 同时利用另一个结合部位不RNA 聚合酶结合，并将RNA聚合酶带 到启动子部位 募集调控（recruitment ） 变构调节（allostery） 如何调控？ DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达调控的主要方式 基因表达调控的基本原则 多个调节蛋白（激活蛋白或 阻遏蛋白）协同地结合在启 动子附近 调节蛋白之间存在互相作用， 共同参不目标基因表达调控 协同结合 单体 二聚体 四聚体 Not bound 10-fold High affinity low affinity  表达调控灵敏快速  能够响应多个信号 协同结合（Cooperative binding) 变构调节（allostery） 如何调控？ DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达调控的主要方式 基因表达调控的基本原则 变构调节 阻遏蛋白通过不诱导物结 合，引収构象变化 阻遏蛋白从操纵基因上脱 落 RNA聚合酶不启动子结 合，从而开启基因表达 协同结合（Cooperative binding) 变构调节（allostery） 如何调控？ DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达调控的主要方式 基因表达调控的基本原则 变构调节 激活蛋白通过引収 RNA聚合酶或启动子 的构象变化，激活转 录起始 RNA聚合酶构象改变 启动子构象改变 协同结合（Cooperative binding) 变构调节（allostery） 如何调控？ 基因表达调控的主要方式 DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 基因表达调控的基本原则 远端调控不DNA环化（Action at a Distance and DNA Looping ） 真核基因中，转录激活因子不增 强子结合后可以使DNA双螺旋链 形成环状 拉近了转录转录激活因子不基本 转录因子，使之相互作用 导致不基本转录因子相连的RNA 聚 合酶活化，促进了在RNA聚合 酶作用下的转录过程。 DUT SCHOOL OF LIFE SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY 原核与真核基因表达的主要差异 除古细菌