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1、基因表达与调控基因表达与调控第一页，讲稿共七十九页哦第十二章 基因表达与调控基因的概念基因的概念 原核生物的基因调控原核生物的基因调控 真核生物的基因调控真核生物的基因调控第二页，讲稿共七十九页哦基因 genen n基因是有一定组织结构的基因是有一定组织结构的基因是有一定组织结构的基因是有一定组织结构的DNA或或或或RNARNA。n n基因传递的遗传信息，决定了蛋白质分子的氨基酸组成和基因传递的遗传信息，决定了蛋白质分子的氨基酸组成和基因传递的遗传信息，决定了蛋白质分子的氨基酸组成和基因传递的遗传信息，决定了蛋白质分子的氨基酸组成和排列，此即基因表达的过程。排列，此即基因表达的过程。排列，此即
2、基因表达的过程。排列，此即基因表达的过程。n n基因所包含的遗传信息是按照特定而精确的时空程序表达基因所包含的遗传信息是按照特定而精确的时空程序表达基因所包含的遗传信息是按照特定而精确的时空程序表达基因所包含的遗传信息是按照特定而精确的时空程序表达从而转化成生物体的性状，基因调控贯穿于基因表达的从而转化成生物体的性状，基因调控贯穿于基因表达的从而转化成生物体的性状，基因调控贯穿于基因表达的从而转化成生物体的性状，基因调控贯穿于基因表达的各个环节。各个环节。各个环节。各个环节。第三页，讲稿共七十九页哦 第一节 基因的概念基因的概念是不断发展的。基因的概念是不断发展的。Mendel Mendel
3、遗传因子（遗传因子（inherited factorinherited factor）19091909 丹麦人丹麦人Johnson Johnson 用基因（用基因（genegene）取代）取代了了MendelMendel的的inherited factorinherited factor，一直应用，一直应用至今。至今。第四页，讲稿共七十九页哦一、经典遗传学关于基因的概念1、基因是不连续的颗粒状因子，在染色体上基因是不连续的颗粒状因子，在染色体上 有固定的位置，呈直线排列，具有相对的稳定有固定的位置，呈直线排列，具有相对的稳定性。性。2 2、基因作为一个功能单位控制性状的表达。、基因作为一个功能
4、单位控制性状的表达。第五页，讲稿共七十九页哦3 3、基因以整体进行突变，是突变的最小单位。、基因以整体进行突变，是突变的最小单位。4 4、基因在交换中不再被分割，是重组的最小、基因在交换中不再被分割，是重组的最小 单位。单位。5 5、基因能自我复制，在有机体内通过有丝、基因能自我复制，在有机体内通过有丝 分裂有规律地传递，在上下代之间能通分裂有规律地传递，在上下代之间能通 过减数分裂和受精作用有规律地传递。过减数分裂和受精作用有规律地传递。第六页，讲稿共七十九页哦 突变单位突变单位 交换单位交换单位 基因既是一个结构单位，又是一个功能单位。基因既是一个结构单位，又是一个功能单位。到底基因是什么
5、物质构成的，基因的本质是到底基因是什么物质构成的，基因的本质是 什么，经典遗传学无法回答这个问题。什么，经典遗传学无法回答这个问题。结构单位结构单位第七页，讲稿共七十九页哦二、分子遗传学关于基因的概念 1 1、一个基因就是、一个基因就是DNADNA分子上的一段序列分子上的一段序列2 2、每每一一个个基基因因都都携携带带有有特特殊殊的的遗遗传传信信息息，这些遗传信息：这些遗传信息：mRNA mRNA 多肽链；多肽链；rRNArRNA或或tRNAtRNA；对其他基因的活动起调控作用。对其他基因的活动起调控作用。第八页，讲稿共七十九页哦 3 3、基因在结构上还可以划分为若干个小单位。、基因在结构上还
6、可以划分为若干个小单位。突变单位（突变单位（突变子突变子 mutonmuton）：）：发生突变的最小单位。最小的突变子是一个发生突变的最小单位。最小的突变子是一个发生突变的最小单位。最小的突变子是一个发生突变的最小单位。最小的突变子是一个bpbpbpbp。重组单位（重组单位（重组子重组子reconrecon）：）：可交换的最小单位。最小的重组单位也可以只是一个可交换的最小单位。最小的重组单位也可以只是一个可交换的最小单位。最小的重组单位也可以只是一个可交换的最小单位。最小的重组单位也可以只是一个bpbpbpbp。功能单位（功能单位（顺反子顺反子 cistroncistron，又又叫作用子叫作用
7、子）：）：基因中指导一条多肽链的合成基因中指导一条多肽链的合成基因中指导一条多肽链的合成基因中指导一条多肽链的合成DNADNADNADNA序列，平均大小约为序列，平均大小约为序列，平均大小约为序列，平均大小约为500-1500500-1500500-1500500-1500bpbpbpbp。第九页，讲稿共七十九页哦 顺反子与经典概念的功能单位相当，顺反子与经典概念的功能单位相当，是遗传信息的最小功能单位。是遗传信息的最小功能单位。第十页，讲稿共七十九页哦三、现代基因概念 现现代代基基因因的的概概念念可可表表述述为为：基基因因是是DNADNA分分子子上上具具有有一一定定遗遗传传学学效效应应的的一
8、一段段特特定定的的核核苷苷酸酸序序列列，它它可可以以被被转转录录和和翻翻译译，也也可可以以只只转转录录而而不不翻翻译译，甚甚至至既既不不转转录录也不翻译。也不翻译。第十一页，讲稿共七十九页哦四、基因概念的多样性 uu结构基因（结构基因（结构基因（结构基因（structural genestructural gene）：）：编码多肽链或编码多肽链或RNARNA分子的基因分子的基因分子的基因分子的基因uu调调控控基基因因（regulator regulator regulator regulator genegenegenegene）：参参与与调调控控结结构构基基因因表表达达的的基基因因，包包括括
9、控控制制结结构构基基因因转转录录起起始始和和产产物物合合成成速速率率的的基基因因，能能影影响响其其他他基基因因活活性性的的一一类类基因。基因。uu跳跳跃跃基基因因（jumping jumping jumping jumping genegenegenegene）：可可可可以以以以在在在在基基基基因因因因组组组组内内内内移移移移动动动动位置的基因。位置的基因。位置的基因。位置的基因。第十二页，讲稿共七十九页哦uu断裂基因（断裂基因（interrupted geneinterrupted gene）：在在 真真 核核 生生 物物 中中，一一 个个 基基 因因 的的 编编 码码 序序 列列（exon
10、exon）是是是是 不不不不 连连连连 续续续续 的的的的，被被被被 若若若若 干干干干 个个个个 非非非非 编编编编 码码码码 序序序序 列列列列（intronintronintronintron）分分分分割割割割，这这这这类类类类结结结结构构构构断断断断裂裂裂裂的的的的基基基基因因因因称称称称为为为为断断断断裂裂裂裂基基基基因因因因，又称不连续基因。又称不连续基因。又称不连续基因。又称不连续基因。uu重叠基因（重叠基因（重叠基因（重叠基因（overlapping geneoverlapping gene）：）：同同同同一一一一个个个个DNADNA序序序序列列列列可可可可以以以以参参参参与与
11、与与编编编编码码码码两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的RNARNA或或或或多多多多肽链。肽链。肽链。肽链。uu假基因（假基因（假基因（假基因（pseudogenepseudogenepseudogenepseudogene）：）：）：）：不产生有功能产物的基因。不产生有功能产物的基因。第十三页，讲稿共七十九页哦uu管管家家基基因因（house-keeping house-keeping house-keeping house-keeping genegenegenegene），又又称称持持家家基基因因，在在所所有有的的细细胞胞中中都都处处于于活活动动状状态态，在在任任何何时时间间都都进进
12、行行表表达达，属属于于组组成成型型基基因因，其其产产物物用用以以维维持细胞的基本生命活动。持细胞的基本生命活动。uu奢奢奢奢侈侈侈侈基基基基因因因因（luxury luxury luxury luxury genegenegenegene），即即即即组组组组织织织织特特特特异异异异性性性性表表表表达达达达的的的的基基基基因因因因（tissue-specific tissue-specific genegene），只只只只在在在在特特特特定定定定细细细细胞胞胞胞中中中中进进进进行行行行表表表表达达达达，合合合合成成成成组组组组织织织织特特特特异异异异性性性性蛋蛋蛋蛋白白白白，影影影影响响响响细细
13、细细胞胞胞胞的的的的特特特特异异异异性性性性状，对分化有重要影响。状，对分化有重要影响。状，对分化有重要影响。状，对分化有重要影响。第十四页，讲稿共七十九页哦n n跳跳跃跃基基因因（jumping jumping genegene）：可可以以在在基基因组内移动位置的基因。因组内移动位置的基因。n n假假基基因因（pseudogenepseudogene）：不不产产生生有有功功能能产物的基因。产物的基因。第十五页，讲稿共七十九页哦第二节 原核生物基因表达的调控 一个个体的各类细胞都是按照一定的规一个个体的各类细胞都是按照一定的规律和一定的时空顺序，关闭一些基因，律和一定的时空顺序，关闭一些基因，
14、开启另一些基因，并不断地进行严格的开启另一些基因，并不断地进行严格的调控，以保证个体的发育得以顺利进行。调控，以保证个体的发育得以顺利进行。决定哪些基因表达、哪些基因不表达、决定哪些基因表达、哪些基因不表达、表达速率的过程就是基因表达的调控。表达速率的过程就是基因表达的调控。第十六页，讲稿共七十九页哦一、原核生物基因表达调控的水平n n原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平，如原核生物基因表达的调控主要发生在转录水平，如以操纵子为单位的调控。以操纵子为单位的调控。n n控制翻译过程的调节机制：核糖体蛋白质合成的自体控制翻译过程的调节机制：核糖体蛋白质合成的自体调节、反义调节、反义RNARNA
15、RNARNA通过与自身通过与自身通过与自身通过与自身mRNAmRNAmRNAmRNA的互补结合而产生的调的互补结合而产生的调控作用等。控作用等。n nDNADNADNADNA水平对基因表达的调节：沙门氏菌的相变。水平对基因表达的调节：沙门氏菌的相变。水平对基因表达的调节：沙门氏菌的相变。水平对基因表达的调节：沙门氏菌的相变。总之，从转录开始直到翻译终止的整个基因表达过总之，从转录开始直到翻译终止的整个基因表达过总之，从转录开始直到翻译终止的整个基因表达过总之，从转录开始直到翻译终止的整个基因表达过程中、其每一步都在以各种方式实行着调控。程中、其每一步都在以各种方式实行着调控。程中、其每一步都在
16、以各种方式实行着调控。程中、其每一步都在以各种方式实行着调控。第十七页，讲稿共七十九页哦二、转录水平的调控1 1、相关概念、相关概念操操纵纵子子：包包含含结结构构基基因因、操操纵纵基基因因以以及及调调节节基基因因的的一一些相邻基因组成的些相邻基因组成的DNADNADNADNA片段。片段。结结结结构构构构基基基基因因因因（structural structural structural structural genesgenesgenesgenes）：编编码码细细胞胞必必要要的的蛋蛋白白，如如酶酶或或结结构构蛋蛋白白，这这类类基基因因在在细细胞胞中中占占绝绝大大部部分，承担着细胞各种蛋白的结构和
17、功能。分，承担着细胞各种蛋白的结构和功能。调调节节基基因因（regulatory regulatory genesgenes）：编编码码调调节节蛋蛋白白的的基基因。调节蛋白可调节其他基因的表达。因。调节蛋白可调节其他基因的表达。第十八页，讲稿共七十九页哦2 2、乳糖操纵子表达调控、乳糖操纵子表达调控控制区控制区信息区信息区结构基因结构基因(S)操纵序列（操纵序列（O）启动序列（启动序列（P P）调节基因调节基因（I）1 1）乳糖操纵子的结构）乳糖操纵子的结构 第十九页，讲稿共七十九页哦 2）乳糖操纵子结构基因表达产物）乳糖操纵子结构基因表达产物第二十页，讲稿共七十九页哦3）阻遏蛋白的负性调节作
18、用I I阻阻遏遏蛋蛋白白 无乳糖存在时，结构基因受阻遏无乳糖存在时，结构基因受阻遏第二十一页，讲稿共七十九页哦 有乳糖存在时，结构基因表达有乳糖存在时，结构基因表达第二十二页，讲稿共七十九页哦Cyclic AMP(cAMP)n nATP在腺苷酸环化在腺苷酸环化在腺苷酸环化在腺苷酸环化酶的作用下转变成酶的作用下转变成酶的作用下转变成酶的作用下转变成环式环式环式环式AMP(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)。4 4）CAPCAP的正性调节作用的正性调节作用第二十三页，讲稿共七十九页哦cAMP-CAP Catabolite activating protein,
19、CAP 代谢激活蛋白，是代谢激活蛋白，是cAMP的受体蛋白的受体蛋白(cyclic Amp receptor protein,CRP)cAMP-CAP复合物，是复合物，是lac操纵元的正操纵元的正调控因子调控因子第二十四页，讲稿共七十九页哦2CAPCAPCAP位点位点-G,-Lac 阻遏蛋白阻遏蛋白 操纵序列操纵序列 -G,+LacRNA聚合酶聚合酶无葡萄糖，无乳糖无葡萄糖，无乳糖 无葡萄糖，有乳糖无葡萄糖，有乳糖 有葡萄糖，无乳糖有葡萄糖，无乳糖 有葡萄糖，有乳糖有葡萄糖，有乳糖 启动序列启动序列cAMPmRNA 5 G,-Lac +G,+LacG,-Lac +G,+Lac第二十五页，讲稿共
20、七十九页哦当培养基中当培养基中乳糖浓度降低乳糖浓度降低而而葡萄糖浓度升高葡萄糖浓度升高时时 细胞中细胞中cAMPcAMP浓度降低浓度降低 缺乏乳糖与阻遏蛋白结合缺乏乳糖与阻遏蛋白结合 CAPCAP失活失活 阻抑蛋白与操纵基因结合阻抑蛋白与操纵基因结合 CAPCAP及及RNARNA聚合酶不能与启动基因结合聚合酶不能与启动基因结合 基因转录基因转录被阻遏被阻遏 阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节第二十六页，讲稿共七十九页哦 当培养基中当培养基中乳糖浓度升高乳糖浓度升高而而葡萄糖浓度降低葡萄糖浓度降低时时 细胞中细胞中cAMPcAMP浓度升高浓度升高 乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合乳糖作为诱导剂与阻
21、抑蛋白结合 cAMPcAMP与与CRPCRP结合并使之激合结合并使之激合 促使阻抑蛋白与操纵基因分离促使阻抑蛋白与操纵基因分离 CRPCRP与启动基因结合并促使与启动基因结合并促使RNARNA聚合酶与启动基因结合聚合酶与启动基因结合 基因转录基因转录激活激活 CAPCAP的正性调节的正性调节第二十七页，讲稿共七十九页哦5 5）乳糖操纵子的双调控系统）乳糖操纵子的双调控系统(1)(1)受乳糖与阻遏蛋白监控的、受乳糖与阻遏蛋白监控的、可诱导的负调控可诱导的负调控系系统统;(2)(2)受受cAMP与与CAP调节的、调节的、可诱导的正调控可诱导的正调控系统。系统。葡萄糖通过调节葡萄糖通过调节cAMP的
22、合成间接监控这一过程。的合成间接监控这一过程。以此保证大肠杆菌灵活、经济、有效地适应外以此保证大肠杆菌灵活、经济、有效地适应外界环境，只有在必需的时候（只有乳糖，没有界环境，只有在必需的时候（只有乳糖，没有葡萄糖）才启动乳糖操纵子的表达。葡萄糖）才启动乳糖操纵子的表达。第二十八页，讲稿共七十九页哦3、色氨酸操纵子的表达调控 色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trp operontrp operon）：n n主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的主要参与调控一系列用于色氨酸合成代谢的酶蛋白的转录合成。转录合成。n n阻遏型操纵子：通常是开放转录的，当有效应物作用时，阻遏型操纵子：通常是开放转录
23、的，当有效应物作用时，则阻遏关闭转录；则阻遏关闭转录；n n当细胞内当细胞内当细胞内当细胞内缺乏缺乏缺乏缺乏色氨酸时，此操纵子色氨酸时，此操纵子开放开放；n n而当细胞内合成的色氨酸而当细胞内合成的色氨酸过多过多时，此操纵子被时，此操纵子被时，此操纵子被时，此操纵子被关闭关闭。第二十九页，讲稿共七十九页哦1）色氨酸操纵子的结构）色氨酸操纵子的结构第三十页，讲稿共七十九页哦O 阻遏蛋白阻遏蛋白 mRNATrp trpRPtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA前导前导序列（序列（L L）（结构基因关闭结构基因关闭）调节区调节区 在高浓度色氨酸存在下，阻遏结构基因的转录，在高浓度色氨酸存在下，阻遏
24、结构基因的转录，2）色氨酸的负性调控作用）色氨酸的负性调控作用 有活性有活性第三十一页，讲稿共七十九页哦TrpTrpTrpTrp操纵子的操纵子的trpEtrpE基因基因5555端端端端“前导序列前导序列”衰减子衰减子 结构结构 10、11 3）弱化作用调控）弱化作用调控第三十二页，讲稿共七十九页哦前导肽前导肽核蛋白体核蛋白体弱化子结构弱化子结构RNA聚合酶聚合酶5mRNATrp密码子密码子1234UUUU 3DNADNA前导肽前导肽51234Trp结构基因结构基因RNA聚合酶聚合酶 Trp操纵子的转录弱化调节机制操纵子的转录弱化调节机制第三十三页，讲稿共七十九页哦n n由于基因表达必然消耗一定
25、的能源和前体物，相对于阻遏和弱化作用，反馈抑制作用更为经济和高效。终产物Trp对催化分支途径几步反应的酶具有反馈抑制作用。研 4 4）trptrp的反馈抑制作用的反馈抑制作用第三十四页，讲稿共七十九页哦4 4、阿拉伯糖操纵子的双向控制、阿拉伯糖操纵子的双向控制 AraAraAraAra操纵子是控制分解代谢途径的另一调控操纵子是控制分解代谢途径的另一调控系统。系统。特点特点特点特点：调节蛋白既可起正调控作用，又可起负调：调节蛋白既可起正调控作用，又可起负调 控作用。控作用。组成组成：araCaraCaraCaraC基因编码调节蛋白基因编码调节蛋白AraCAraC蛋白；蛋白；蛋白；蛋白；：O1O1
26、O1O1不参与调控；不参与调控；不参与调控；不参与调控；O2 O2 O2 O2：AraCAraC蛋白负调蛋白负调蛋白负调蛋白负调 控结合位点；控结合位点；：调节位点，：调节位点，CAP-cAmPCAP-cAmP复合物结合位复合物结合位 点，点，AraCAraCAraCAraC蛋白正调控结合位点。蛋白正调控结合位点。蛋白正调控结合位点。蛋白正调控结合位点。第三十五页，讲稿共七十九页哦n n调控：调控：诱导物阿拉伯糖和诱导物阿拉伯糖和cAMPcAMP同时存在：同时存在：AraAra与与AraCAraC蛋白复合物结合在位点，蛋白复合物结合在位点，CAP-cAMP CAP-cAMP复合物结合复合物结合
27、I I位点，基因转录开启；位点，基因转录开启；在没有诱导物阿拉伯糖和在没有诱导物阿拉伯糖和cAMPcAMP时：时：AraCAraC 蛋白同时与蛋白同时与I I和和 O2O2结合，结合，DNADNA构型发生改变，构型发生改变，形成一个紧密的环结构，抑制表达。形成一个紧密的环结构，抑制表达。第三十六页，讲稿共七十九页哦第三十七页，讲稿共七十九页哦三、翻译水平的调控n n原原核核生生物物翻翻译译水水平平的的调调控控通通常常是是以以类类似似于于转转录录抑抑制制的的方方式式作作用用：“阻阻遏遏物物”结结合合到到翻翻译译起始位点阻止翻译的起始。起始位点阻止翻译的起始。n nmRNAmRNA的的二二级级结结
28、构构和和寿寿命命、核核糖糖核核蛋蛋白白、稀稀有有密密码码子子、营营养养缺缺乏乏的的报报警警物物以以及及反反义义RNARNA等等都可对翻译水平进行调控。都可对翻译水平进行调控。第三十八页，讲稿共七十九页哦1 1、核糖体蛋白质合成的自体调控、核糖体蛋白质合成的自体调控 核糖体蛋白质与核糖体蛋白质与rRNArRNA的结合部位同编码核糖体蛋白的结合部位同编码核糖体蛋白的的mRNAmRNA的结合部位有同源性，而且某些核糖体蛋白的的结合部位有同源性，而且某些核糖体蛋白的的结合部位有同源性，而且某些核糖体蛋白的的结合部位有同源性，而且某些核糖体蛋白的mRNAmRNA其部分二级结构与其部分二级结构与rRNAr
29、RNArRNArRNA的部分二级结构相似，二者都能与的部分二级结构相似，二者都能与的部分二级结构相似，二者都能与的部分二级结构相似，二者都能与起调控作用的核糖体蛋白质相结合，只是起调控作用的核糖体蛋白质相结合，只是起调控作用的核糖体蛋白质相结合，只是起调控作用的核糖体蛋白质相结合，只是rRNArRNArRNArRNA的结合能力强的结合能力强于于mRNA mRNA。一旦一旦rRNArRNArRNArRNA的合成减少或停止，游离的核糖体蛋白开的合成减少或停止，游离的核糖体蛋白开始积累。这些多余的核糖体蛋白就会与本身的始积累。这些多余的核糖体蛋白就会与本身的mRNAmRNA结合，结合，结合，结合，从
30、而阻断自身的翻译，同时也阻断同一多顺反子从而阻断自身的翻译，同时也阻断同一多顺反子从而阻断自身的翻译，同时也阻断同一多顺反子从而阻断自身的翻译，同时也阻断同一多顺反子mRNAmRNA下游下游下游下游其他核糖体蛋白质编码区的翻译，使核糖体蛋白质的合成和其他核糖体蛋白质编码区的翻译，使核糖体蛋白质的合成和其他核糖体蛋白质编码区的翻译，使核糖体蛋白质的合成和其他核糖体蛋白质编码区的翻译，使核糖体蛋白质的合成和rRNArRNA的合成几乎同步地停止。的合成几乎同步地停止。第三十九页，讲稿共七十九页哦2 2、细菌营养缺乏调控、细菌营养缺乏调控 n n严紧反应（严紧反应（严紧反应（严紧反应（stringen
31、t responsestringent response）：当细菌发现它们自己生）：当细菌发现它们自己生）：当细菌发现它们自己生）：当细菌发现它们自己生长在饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸时，它们将长在饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸时，它们将长在饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸时，它们将长在饥饿条件下，缺乏维持蛋白质合成的氨基酸时，它们将大部分活性区域都关闭掉。大部分活性区域都关闭掉。大部分活性区域都关闭掉。大部分活性区域都关闭掉。n n研究发现，在氨基酸缺乏时，菌株能合成鸟苷四磷酸研究发现，在氨基酸缺乏时，菌株能合成鸟苷四磷酸（ppGppppGppppGppppGpp）和
32、五磷酸（）和五磷酸（）和五磷酸（）和五磷酸（pppGpppppGpppppGpppppGpp），），），），GTP+ATPpppGpp+AMPppGppGTP+ATPpppGpp+AMPppGppGTP+ATPpppGpp+AMPppGppGTP+ATPpppGpp+AMPppGpp ppGpp ppGpp的主要作用可能是影响的主要作用可能是影响的主要作用可能是影响的主要作用可能是影响RNARNA聚合酶与启动子结合的专聚合酶与启动子结合的专聚合酶与启动子结合的专聚合酶与启动子结合的专一性，从而成为细胞内严紧控制的关键。当细胞缺乏氨基酸时一性，从而成为细胞内严紧控制的关键。当细胞缺乏氨基酸时一性
33、，从而成为细胞内严紧控制的关键。当细胞缺乏氨基酸时一性，从而成为细胞内严紧控制的关键。当细胞缺乏氨基酸时产生产生产生产生ppGppppGpp，可在很大范围内做出应急反应，如抑制核糖体，可在很大范围内做出应急反应，如抑制核糖体，可在很大范围内做出应急反应，如抑制核糖体，可在很大范围内做出应急反应，如抑制核糖体和其他大分子的合成，活化某些氨基酸操纵子的转录表达，和其他大分子的合成，活化某些氨基酸操纵子的转录表达，和其他大分子的合成，活化某些氨基酸操纵子的转录表达，和其他大分子的合成，活化某些氨基酸操纵子的转录表达，抑制与氨基酸运转无关的转运系统，活化蛋白水解酶等。抑制与氨基酸运转无关的转运系统，活
34、化蛋白水解酶等。抑制与氨基酸运转无关的转运系统，活化蛋白水解酶等。抑制与氨基酸运转无关的转运系统，活化蛋白水解酶等。第四十页，讲稿共七十九页哦3、反义RNA对基因表达的调控n n反义反义反义反义RNARNA（anti-sense RNA)anti-sense RNA)：指与目的：指与目的DNADNA或或或或RNARNARNARNA序列互补的序列互补的DNADNADNADNA或或或或RNARNA片段。片段。片段。片段。n n反义反义RNARNA与特定的与特定的与特定的与特定的mRNAmRNA结合的位点通常是结合的位点通常是结合的位点通常是结合的位点通常是SDSDSDSD序列、序列、起始密码子起始
35、密码子AUGAUGAUGAUG和部分和部分N N端的密码子，从而抑制端的密码子，从而抑制mRNAmRNAmRNAmRNA的翻译所以又称这类的翻译所以又称这类的翻译所以又称这类的翻译所以又称这类RNARNA为干扰为干扰为干扰为干扰mRNAmRNAmRNAmRNA的互补的互补RNA(mRNARNA(mRNARNA(mRNARNA(mRNAinterfering complementary RNAinterfering complementary RNA，micRNA)micRNA)micRNA)micRNA)。第四十一页，讲稿共七十九页哦此调节物此调节物RNARNA的作用可能有两种机制：的作用可能
36、有两种机制：（1 1）和靶核苷酸顺序形成双链区，直接阻）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；碍其功能，如翻译的起始；（2 2）在靶分子的部分区域形成双链区，改）在靶分子的部分区域形成双链区，改变其它区域的构象，从而影响其功能。变其它区域的构象，从而影响其功能。共同特点共同特点：改变靶顺序的二级结构，：改变靶顺序的二级结构，控制其活性。控制其活性。第四十二页，讲稿共七十九页哦一、真核生物基因组特点 1、基因组结构庞大基因组结构庞大 人人人人类类类类的的的的单单单单倍倍倍倍体体体体基基基基因因因因组组组组由由由由 3X103X103X103X109 9 的的核核苷苷酸酸组组成成
37、，含含有有大约大约2.6 2.6 2.6 2.6 3.93.93.93.9万个基因。万个基因。2 2、形成染色体结构形成染色体结构形成染色体结构形成染色体结构 真真核核生生物物的的基基因因组组是是以以DNADNA和和蛋蛋白白质质结结合合形形成成染染色色体体结结构构形形式式而而存存在在于于细细胞胞核核。染染色色质质结结构构的的变变化化可可以以调调控控基因表达。基因表达。第三节 真核生物的基因调控 第四十三页，讲稿共七十九页哦3 3 3 3、单顺反子单顺反子单顺反子单顺反子 真核基因的转录产物一般是单顺反子真核基因的转录产物一般是单顺反子真核基因的转录产物一般是单顺反子真核基因的转录产物一般是单顺
38、反子 。单顺反子单顺反子单顺反子单顺反子 一一一一个个个个编编编编码码码码基基基基因因因因转转转转录录录录生生生生成成成成一一一一个个个个mRNAmRNAmRNAmRNA分分分分子子子子，并并并并指指指指导导导导翻翻翻翻译译译译一一一一条条条条多多多多肽肽肽肽链。链。链。链。4 4 4 4、重复序列、重复序列、重复序列、重复序列 真核生物基因普遍存在重复序列。真核生物基因普遍存在重复序列。真核生物基因普遍存在重复序列。真核生物基因普遍存在重复序列。根据重复频率不同，根据重复频率不同，根据重复频率不同，根据重复频率不同，分为以下分为以下分为以下分为以下4 4 4 4类：类：类：类：高度重复序列高
39、度重复序列高度重复序列高度重复序列 中度重复序列中度重复序列中度重复序列中度重复序列 单拷贝重复序列单拷贝重复序列单拷贝重复序列单拷贝重复序列 反向重复序列（回文序列）反向重复序列（回文序列）反向重复序列（回文序列）反向重复序列（回文序列）第四十四页，讲稿共七十九页哦1)1)高度重复序列高度重复序列 重复数百万次，序列简单序列，不到重复数百万次，序列简单序列，不到10bp;10bp;称为卫星称为卫星DNADNA；2)2)中度重复序列中度重复序列 重复上千次，序列由几百个重复上千次，序列由几百个bpbp构成；构成；3)3)单拷贝序列单拷贝序列 只出现只出现1 1次或几次。真核生物极大多数为单一基
40、因；次或几次。真核生物极大多数为单一基因；4)4)反向重复序列反向重复序列 是指在是指在DNADNA链某些区域，出现反向排列的碱基序列。如：链某些区域，出现反向排列的碱基序列。如：“CGTACCCGTACC-/-/-CCATGCCCATGC-”,又称又称“回文结构回文结构”。第四十五页，讲稿共七十九页哦5、断裂基因、断裂基因 外显子外显子 具有实际编码意义的结构基因序列；具有实际编码意义的结构基因序列；内含子内含子 不具有编码意义的碱基序列不具有编码意义的碱基序列 ，又称插入序列。，又称插入序列。6 6、大多数为非编码区（、大多数为非编码区（9595左右左右）第四十六页，讲稿共七十九页哦二、真
41、核生物基因表达调控的水平DNADNA水平上的调控水平上的调控转录水平的调控转录水平的调控转录后调控转录后调控翻译水平上的调控翻译水平上的调控翻译后调控翻译后调控第四十七页，讲稿共七十九页哦第四十八页，讲稿共七十九页哦三、真核生物DNA水平的调控 n nDNADNA水平上的基因表达调控是通过改变基因水平上的基因表达调控是通过改变基因组中有关基因的数量和结构顺序实现的基因组中有关基因的数量和结构顺序实现的基因调控。调控。n n真核生物的有些基因是经过真核生物的有些基因是经过DNADNA的变化来调的变化来调控的。控的。第四十九页，讲稿共七十九页哦1.基因扩增n n基因扩增基因扩增（gene ampl
42、ificationgene amplification）是指某些）是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。第五十页，讲稿共七十九页哦两栖动物蟾蜍的卵母细胞很大，是正常两栖动物蟾蜍的卵母细胞很大，是正常体细胞的体细胞的100100倍，需要合成大量蛋白质，倍，需要合成大量蛋白质，所以需要大量核糖体。所以需要大量核糖体。rRNArRNA基因数目远基因数目远远不能满足需要。在卵母细胞发育过程远不能满足需要
43、。在卵母细胞发育过程中，中，rRNArRNA基因数目临时增加基因数目临时增加40004000倍。倍。卵母细胞的前体同其它细胞一样，含有卵母细胞的前体同其它细胞一样，含有600600个个1818S S和和2828SrRNASrRNA基因。基因扩增后基因。基因扩增后rRNArRNA基因拷贝数高达基因拷贝数高达2102106 6。第五十一页，讲稿共七十九页哦基因扩增常发生在异常的细胞中。基因扩增常发生在异常的细胞中。人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细胞生长失控。扩增后高效表达，导致细胞生长失控。癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细癌基因扩增的速度
44、与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。胞扩散程度高度相关。第五十二页，讲稿共七十九页哦2、基因重排基基因因重重排排(gene gene rearrangement)rearrangement)是是指指DNADNA分分子中核苷酸序列的重新排列。子中核苷酸序列的重新排列。序序列列重重排排可可以以形形成成新新的的基基因因，也也可可以以调调节节基基因的表达。因的表达。重重排排是是由由基基因因组组中中特特定定的的遗遗传传信信息息决决定定的的，重重排排后后的的基基因因序序列列转转录录成成mRNAmRNA，翻翻译译成成新新的的蛋白质。蛋白质。尽尽管管基基因因组组中中的的DNADNA序序列列重重排排并并不不是
45、是一一种种普普通通方方式式，但但它它是是有有些些基基因因调调控控的的重重要要机机制制，在真核生物细胞生长发育中起关键作用。在真核生物细胞生长发育中起关键作用。第五十三页，讲稿共七十九页哦抗体的基本结构抗体的基本结构动物抗体重排第五十四页，讲稿共七十九页哦在在人人类类基基因因组组中中，所所有有抗抗体体的的重重链链和和轻轻链链都都不不是是由由固固定定的的完完整整基基因因编编码码的的，而而是是由由不不同同基基因因片段经重排后形成的完整基因编码的。片段经重排后形成的完整基因编码的。完完整整的的重重链链基基因因由由VHVH、D D、J J和和C C四四个个基基因因片片断断组合而成组合而成完整的轻链基因由
46、完整的轻链基因由VLVL、J J和和C C 3 3个片段组合而成。个片段组合而成。人类的轻链分为人类的轻链分为2 2型：型：型（型（型（型（KappaKappaKappaKappa，）轻链基因位于第轻链基因位于第2 2染色体上，染色体上，型（型（LambdaLambda，）轻链基因位于第轻链基因位于第2222染色体上。染色体上。第五十五页，讲稿共七十九页哦人类基因组中抗体基因片断 抗体组成抗体组成抗体组成抗体组成基因位点基因位点基因位点基因位点染色体染色体染色体染色体基因片段数目基因片段数目基因片段数目基因片段数目V V V VD D D DJ J J JC C C C重链重链重链重链IGHI
47、GHIGHIGHIGKIGKIGKIGKIGLIGLIGLIGL141414142 2 2 22222222286868686303030309 9 9 911111111KappaKappaKappaKappa轻链轻链轻链轻链（K K K K）767676760 0 0 0 5 5 5 51 1 1 1LambolaLambolaLambolaLambola轻链轻链轻链轻链（）525252520 0 0 0 7 7 7 77 7 7 7第五十六页，讲稿共七十九页哦n n在每一个重链分子重排时，首先是在每一个重链分子重排时，首先是在每一个重链分子重排时，首先是在每一个重链分子重排时，首先是V
48、V V V区段与区段与D D区段连接，区段连接，区段连接，区段连接，然后与然后与然后与然后与J J区段连接，最后与区段连接，最后与区段连接，最后与区段连接，最后与C C C C区段连接，形成完整的区段连接，形成完整的人的抗体重链基因，每一个淋巴细胞中只有一种重人的抗体重链基因，每一个淋巴细胞中只有一种重排的抗体基因，排的抗体基因，n n以类似的重排方式形成完整的抗体轻链基因。以类似的重排方式形成完整的抗体轻链基因。以类似的重排方式形成完整的抗体轻链基因。以类似的重排方式形成完整的抗体轻链基因。n n重链和轻链基因转录后，翻译成蛋白质，由二硫键重链和轻链基因转录后，翻译成蛋白质，由二硫键连接，形
49、成抗体分子。连接，形成抗体分子。n n由于抗体基因重排中各个片段之间的随机结合，因由于抗体基因重排中各个片段之间的随机结合，因此可以从大约此可以从大约300300300300个抗体基因中产生个抗体基因中产生10108 8个抗体分子。个抗体分子。第五十七页，讲稿共七十九页哦3、DNA的甲基化在在真真核核生生物物DNADNADNADNA分分子子中中，少少数数胞胞嘧嘧啶啶碱碱基基第第5 5碳碳上上的的氢氢可可以以在在甲甲基基化化酶酶的的催催化化下下被被一一个个甲甲基基取取代代，使使胞胞嘧啶甲基化嘧啶甲基化(methylation)methylation)。甲基化多发生在甲基化多发生在55CGCGCG
50、CG3333二核苷酸对上。二核苷酸对上。有有时时CGCG二二二二核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸对对对对上上上上的的的的两两两两个个个个C C C C都都都都甲甲甲甲基基基基化化化化，称称称称为为为为完完完完全全全全甲甲甲甲基基基基化，只有一个化，只有一个化，只有一个化，只有一个C C甲基化称为半甲基化。甲基化称为半甲基化。甲基化称为半甲基化。甲基化称为半甲基化。甲甲基基化化酶酶可可识识别别半半甲甲基基化化DNADNA分分子子，使使另另一一条条链链上上的的胞嘧啶也甲基化。胞嘧啶也甲基化。第五十八页，讲稿共七十九页哦甲基化可以调控基因表达DNADNA的甲基化可以引起基因的失活。的甲基化可以引起基因的失活