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1、第1页，此课件共60页哦DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制(gene expression)-基因转录及翻译的过程。生物基因组中结构基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等一系列过程，合成具有特定的生物学功能和生物学效应的蛋白质的全过程中心法则(the central dogma)：第2页，此课件共60页哦基因表达是受调控的 不是所有的基因表达都产生蛋白质，rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA的基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。但是基因表达转录翻译第3页，此课件共60页哦 大肠杆菌基因组（约4000
2、个基因)，一般情况下只有510%在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，或者暂时不表达。人的基因组约含有10万个基因，但在一个组织细胞中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在1万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过20%的基因处于表达状态。生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的第4页，此课件共60页哦第5页，此课件共60页哦第6页，此课件共60页哦第7页，此课件共60页哦第8页，此课件共60页哦第9页，此课件共60页哦第10页，此课件共60页哦第11页，此课件共60页哦五、基因表达调控的基本原理
3、转录水平的调控transcriptional level:转录激活、转录起始;转录后水平的调控post-transcriptional level：转录后加工、运输、mRNA降解;翻译水平的调控translation level：翻译的起始;翻译后水平的调控post-translation level 翻译后的加工、转运、多肽链的分解.第12页，此课件共60页哦第13页，此课件共60页哦 原核生物基因表达调控主要在转录水平，其次是翻译水平。第14页，此课件共60页哦第15页，此课件共60页哦 原核生物的共有序列 原核生物的启动序列，在距离转录起始点10区和35区往往含有一些重要的保守序列（共有
4、序列）。10区：含TATAAT序列，又称Pribnow盒。35区：含TTGACA序列。RNA聚合酶结合部位 决定转录起始点第16页，此课件共60页哦共有序列(consensus sequence)决定启动序列的转录活性大小。某些特异因子（蛋白质）决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。第17页，此课件共60页哦阻遏蛋白(repressor)的结合位点当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。启动序列编码序列操纵序列pol阻遏蛋白操纵序列 第18页，此课件共60页哦可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA
5、聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。启动序列编码序列操纵序列pol激活蛋白激活蛋白(activator)第19页，此课件共60页哦有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。启动序列编码序列操纵序列pol激活蛋白第20页，此课件共60页哦第21页，此课件共60页哦第22页，此课件共60页哦第23页，此课件共60页哦第24页，此课件共60页哦第25页，此课件共60页哦IPOZYa第26页，此课件共60页哦mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时阻遏蛋白的负性调节阻遏基因第27页，此课件共60页哦mRNA阻遏蛋白有乳糖存在时IDNAZYAOPpol
6、启动转录mRNA乳糖半乳糖-半乳糖苷酶第28页，此课件共60页哦+转录无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时CAP的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第29页，此课件共60页哦 阻遏基因转录翻译阻遏蛋白R，R与操纵基因结合，阻止结合在启动子上的DDRP前移，结构基因不被转录 1）无乳糖也无葡萄糖存在时：OO2）当无乳糖，有葡萄糖时：由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子关闭，另外，由于有葡萄糖，cAMP含量低，CAP的正性调节不起作用 总结：所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭第30页，此课件共60页哦 由于有葡萄糖，cAMP含量低，CAP的正性
7、调节不起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细菌只能利用葡萄糖。3）既有乳糖，又有葡萄糖时：O 乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落第31页，此课件共60页哦 由于不含葡萄糖，细胞内cAMP含量高，cAMP与CAP结合成复合物，与DNA结合，并推动DDRP向前移动，促进转录。4）有乳糖，无葡萄糖时：mRNARNA-polO 乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的DDRP向前移动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放 有葡萄糖存在，操纵子关闭第32页，此课件共60
8、页哦IOO诱导剂乳糖操纵子的负调控图15-4第33页，此课件共60页哦条件2:低乳糖条件3:低乳糖条件4:高葡萄糖低cAMP高乳糖 Lac 阻遏蛋白封闭转录时,CAP对该系统不发挥作用条件1:低葡萄糖高cAMP高乳糖Lac 阻遏蛋白不封闭转录时,没有CAP存在,也无高效转录活性。Lac 阻遏蛋白不封闭转录,CAP+cAMP 加强转录。OOOOO图15-5第34页，此课件共60页哦第35页，此课件共60页哦第36页，此课件共60页哦1RNA编辑（RNA editing）2mRNA 前体的选择性拼接3反义RNA的调控反义RNA的调控是指真核生物基因组中，某些调节基因转录所产生的RNA可与基因组DN
9、A或RNA序列互补，形成杂交体，阻断或减弱基因转录或翻译的调控机制。这些调节基因所产生的RNA称之为反义RNA。第37页，此课件共60页哦mRNA的加工 原核生物的mRNA往往一产生就是成熟的，不需转录后的修饰加工，真核生物基因的初始转录产物则一般缺乏生物活性，必须经过剪接加工后成为有活性的成熟mRNA分子，它们需从细胞核转移到细胞质内，指导蛋白质的合成。真核生物mRNA的加工主要包括在mRNA的5末端加“帽子”，在3端加上多聚腺苷酸尾巴以及进行RNA的剪接。真核生物RNA的剪接有三类：第一类是依靠内含子的特殊结构而能自发地进行剪接；第二类是蛋白质（酶）促剪切；第三类是需要一种细胞核小分子核糖
10、核蛋白参与剪接的方式，真核生物mRNA的剪接就是这种方式。第38页，此课件共60页哦第39页，此课件共60页哦第40页，此课件共60页哦第41页，此课件共60页哦一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因组DNA 约 3 10 9 碱基对编码基因约 有 40000 个，占总长的6%rDNA等重复基因约 占 5%10%第42页，此课件共60页哦（二）单顺反子单顺反子(monocistron)即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。（三）重复序列（正向重复、反向重复）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（106 次）中度重复序列（103 104次）多拷贝序列
11、（四）基因不连续性断裂基因第43页，此课件共60页哦第44页，此课件共60页哦v 基因表达的调节控制基本上是反式作用因子与顺式作用元件的相互作用。v 反式作用因子只识别DNA上非常短的一段序列（顺式元件）。Cis-elementTrans-acting factorRegulator RNA polymarase第45页，此课件共60页哦第46页，此课件共60页哦第47页，此课件共60页哦启动子真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。TATA盒GC盒CAAT盒第48页，此课件共60页哦增强子(enhancer)指远离转录起始点、
12、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。在转录起始点5或3侧均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；对异源性启动子也能发挥作用；通常具有一些短的重复顺序。特点第49页，此课件共60页哦第50页，此课件共60页哦沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。第51页，此课件共60页哦n同一DNA序列可被不同蛋白质识别n同一蛋白质因子可与多种不同DNA序列发生联系，少数是直接结合，多数是蛋白质-蛋白质相互作用后再影响DNA。n蛋白质-蛋白质或DNA
13、-蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子基础。n反式作用因子在自身生物合成过程中，有相当大的可变性和可塑性。反式作用因子 第52页，此课件共60页哦第53页，此课件共60页哦第54页，此课件共60页哦转录调节因子分类（按功能特性）基本转录因子(general transcription factors)是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。个别因子，如TFD为通用的，大部分转录调节因子为不同RNA聚合酶特有，决定转录的类别 第55页，此课件共60页哦特异转录因子(special transcript
14、ion factors)能够选择性调控某种或某些基因转录表达的蛋白质因子称为特异性转录因子.为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。转录激活因子（如增强子的结合蛋白)转录抑制因子(如沉默子的结合蛋白，或是与其他因子结合，抑制转录的蛋白质）第56页，此课件共60页哦真核基因转录调节是复杂的、多样的*不同的DNA元件组合可产生多种类型的转录调节方式；*多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。*转录因子与DNA元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。第57页，此课件共60页哦第58页，此课件共60页哦第59页，此课件共60页哦感谢大家观看第60页，此课件共60页哦