分子生物学课件6.gene-expression.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,转录水平的调控,转录产物的加工调节,mRNA,在运输过程中,的调节,翻译调节,mRNA,降解的调节,第一节 真核基因的表达调控,一、真核生物的表达调控 复杂性,同一物种（个体），在不同发育时期，基因表达的种类和数量不同；,同一基因，在不同组织、器官，基因表达的种类和数量不同。,主要调控方式仍然是转录水平的调控。,DNA,的结构；,蛋白因子；,RNA,分子；,翻译后蛋白质的修饰,DNA,的结构对基因表达的调控,DNA,是遗传信息的载体，具有高度的稳定性，但,DNA,在生物体内并不是一个僵硬的分子，而会根据需要，在某些因素的影响下发生构象的改变。,一、DNA的立体结构对表达的调控,超螺旋,：体外实验表明，只有把DNA卷成超螺,旋，才能进行复制和转录。,“超螺旋开放假说”DNA的超螺旋度对基因表达至关重要，在任何细胞中，凡需表达的基因，其超螺旋度恰好符合该DNA解链的要求，利于RNA聚合酶与之结合并进行转录。,超螺旋度决定基因是否表达,DNA的构象,Z-DNA增强子,2.基因的扩增、重组及修饰对表达的影响,基因扩增,重复性,个体发育的某一阶段或在细胞分化过程中，作为细胞急需积累某种或某些蛋白的一种手段。,基因重组,在一级结构水平上改变基因的排列，使基因表达增强或减弱。,转位因子,引起的基因重组,转位因子中带有启动子序列或终止信号，使邻近基因转录；,转位后，受体表现新的性状，如抗性基因的传播；,转位因子是一个具有表达潜能的沉默基因；,改变基因的阅读框架或改变基因的连续性。,顺式作用元件与反式作用因子(转录因子),转录因子的结构特征,螺旋-转角-螺旋结构(helix-turn-helix),锌指结构(zinc finger),亮氨酸拉链结构(leucine zipper),The helix-turn-helix motif,Helix-turn-helix motif与DNA结合(识别螺旋在DNA大沟中),螺旋-转角-螺旋,螺旋-环-螺旋,锌指结构,锌指结构,Zinc finger transcription factors,His,His,Cys,Zn,Cys,Zn,Cys,Cys,His,His,A C,2,H,2,zinc finger,The estrogen receptor,A C,4,+C,5,zinc finger pair,Zn,Cys,Cys,Cys,Cys,Cys,Zn,Cys,Cys,Cys,Cys,C,4,+C,5,transactivation,hormone binding,dimerization,and transactivation,DNA binding domain,N,C,TFIIIA锌指与5S DNA结合模型,亮氨酸拉链模型及它在转录因子两个分子二聚体化中的作用,二聚体化转录因子C/EBP的亮氨酸拉链和DNA结合结构域的结构模型,蛋白因子与基因表达调控,1.,蛋白激酶和核内蛋白磷酸化,磷酸化,去磷酸化，使酶活性改变；,2.,特异性,DNA,结合蛋白,转录因子,(,TF,A、B)；,3.,snRNP,核内小分子核糖核蛋白；,4.,激素,形成激素,受体复合物，与,DNA,特定位点结合，影响基因表达。,RNA,在基因表达调控中的作用,RNA,参与蛋白质生物合成（,tRNA,、,rRNA,、mRNA），,是连接,DNA,和蛋白质的桥梁，是信息的传递者。研究表明，,RNA,是一个种类繁多，功能广泛的复杂大分子体系，与其它大分子（,DNA、,蛋白质、多糖）共同完成生物的各种功能。如参与,mRNA,的成熟、促进蛋白的分泌运输等。,对转录的影响,snRNA提高转录的模板活性；,与DNA结合，影响转录和DNA复制（端粒酶）,mRNA的不同剪接方式不同蛋白质,翻译后蛋白质修饰在基因表达中的作用,蛋白以前体形式存在，经蛋白酶水解成为有活性的肽；,翻译后进行某些氨基酸的修饰：羟基化、乙酰化、磷酸化、糖基化等,扩大生物对环境的适应性。,第二节 原核基因转录调节,一、原核基因转录调节特点,(一)因子决定RNA聚合酶识别特异性,(二)操纵子模型的普遍性,操纵子一个转录单位,(三)阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性,Lac operon和它的调节基因图谱,Lac operon阻遏与诱导状态图解,乳糖操纵子诱导型,二、乳糖操纵子调节机制,（一）乳糖操纵子的结构,诱导型操纵子,P,-RNA酶结合的DNA序列 -10区TATAAT和-35区TTGACA,强启动子,O,-结合阻遏物,是RNA酶能否通过的开关,（二）、阻遏蛋白的,负性,调节,无乳糖,lac操纵子处于阻遏状态,有乳糖 lac操纵子即可被诱导,诱导剂 半乳糖 IPTG,（三）CAP的,正性,调节,CAP分解代谢基因激活蛋白,同二聚体,DNA结合区,cAMP结合位点,CAP二聚体结构,CAP、RNA聚合酶、Repressor与模板DNA结合简图,乳糖操纵子的调控方式,i基因,P,O,Lac Z,Lac Y,lac A,有诱导物时,阻遏物,蛋白亚基,阻遏蛋白,诱导物,无活性的,阻遏蛋白,转录,翻译,-半乳糖苷酶,-半乳糖苷通透酶,-半乳糖苷乙酰转移酶,mRNA,CAP,cAMP,CAP,-cAMP,（四）协调调节,负性调节与正性调节协调合作,阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用,如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从P上解聚仍无转录活性,葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用葡萄糖,葡萄糖可降低,cAMP浓度，阻碍其与CAP结合从而抑制转录,结论：,lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖,三、其他转录调节机制,（一）转录衰减,trp,操纵子,阻遏型操纵子,有trp时,trp结合阻遏蛋白Trp时阻断转录,RNA聚合酶,辅阻遏蛋白,O,P,R基因,E,D,C,B,A,+,色氨酸,无色氨酸,操纵子基因开始转录，此后转录速率受转录,衰减机制,调节,结构基因与,P,之间有一衰减子区域,前导肽转录与翻译偶联,衰减子不依赖因子的终止结构,RNA聚合酶脱落，转录终止,色氨酸操纵子,调控机制：阻遏型 有,trp,，,基因不表达；,无,trp,，,基因表达,翻译与转录偶联的衰减子调控,trp operon的结构简图,5个结构基因E、D、C、B、A；,Promoter,操纵基因O,前导序列L,衰弱子att,阻遏蛋白的负调控粗调,当环境中无trp时，阻遏蛋白无活性，不能与操纵基因O结合，基因转录；,当环境中存在trp时，trp与阻遏蛋白结合成有活性的阻遏蛋白，与操纵基因O结合而阻止RNA聚合酶向前移动，阻止基因转录。,trp是一个辅助阻遏物。,trp与trp阻遏物结合改变了阻遏物的构象,trp阻遏蛋白与DNA的结合,衰弱效应细调,trp mRNA分子合成开始，大多数mRNA分子在trpE转录开始之前就停止，当trp很少时，才合成完整的mRNA。,前导序列由14个氨基酸的前导肽 构成,4个互补区,1个衰弱子,前导序列有以下特点：,富,含,GC，,易于形成茎环结构；,并列多个,trp,密码子；,8,个连续的,U，,构成转录终止信号；,12、3 4、2 3,均会形成发夹结构。,当,12、3 4,区配对，形成强终止子，转录终止，转录产物为,mRNA,的前导序列。,衰弱效应,当,2 3,区配对，不形成强终止子，转录继续进行，产生完整的,mRNA,序列。,trp弱化子位点碱基顺序,Lys Ala Ile Phe Val Leu Lys Gly Trp Trp Arg Thr Ser Stop,AUG AAA GCA AUU UUC GUA CUG AAA GGU UGG UGG CGC ACU UCC UGA.,trp前导肽的氨基酸顺序和对应前导mRNA的碱基顺序,推测前导mRNA中的二级结构四个区能够碱基配对形成三个茎和环结构(1、2；2、3和3、4),E.coli,trp operon弱化子模型,研究发现衰弱效应是以翻译进程控制基因转录的进程。,当无trp时，核糖体在（1）区内trp密码子处停滞相当长的时间，使（1）不能与（2）配对，当mRNA合成到（4）区前，（2）与（3）配对，RNA聚合酶继续转录；,当有trp时，mRNA合成在前，蛋白质合成在后，（1）与（2）配对，（3）与（4）配对，形成强终止子，转录终止。,基因的转录取决于trp的浓度,trp的浓度不同翻译进程不同mRNA的二级结构不同转录产物不同。,（二）基因重组,（三）SOS反应,刺激因子-DNA的损伤和复制受阻,重组修复蛋白(Rec A)参与,水解Lex A(一系列操纵子的阻遏物),先激活Rec A,rec A,Lex A,lex A,rec C,uvr A,uvr B,启动子,阻遏蛋白,噬菌体基因表达调控,The Cro repressor is needed for lytic infection,