《生物化学 第十四章 基因表达的调控幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学 第十四章 基因表达的调控幻灯片.ppt（99页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、生物化学生物化学 第十四章第十四章 基基因表达的调控因表达的调控第1页，共99页，编辑于2022年，星期一n基因组：基因组：一个细胞或生物体所携带的一套完整的单个遗传物质或一个细胞或生物体所携带的一套完整的单个遗传物质或整套基因整套基因n基因表达：基因表达：生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录和翻译等一系列过程，合成特定的录和翻译等一系列过程，合成特定的RNA和蛋白质，进而发挥和蛋白质，进而发挥其特定的生物功能的全过程。其特定的生物功能的全过程。n根据不同的组织细胞及不同的功能状态、根据生物体生长、根据不同的组织细胞及不同的功能状态、根据生物体
2、生长、发育和繁殖的需要，生物基因组有规律地、有选择性地和程发育和繁殖的需要，生物基因组有规律地、有选择性地和程序性地适度表达。序性地适度表达。生物体通过改变基因表达来适应环境的变化。生物体通过改变基因表达来适应环境的变化。在生物体和细胞的发育及分化的阶段，在生物体和细胞的发育及分化的阶段，基因表达必须受到遗传信息基因表达必须受到遗传信息的严格调控。的严格调控。第一节概述第一节概述第2页，共99页，编辑于2022年，星期一n n有些基因参与生命的全过程，需要在一个生物体中有些基因参与生命的全过程，需要在一个生物体中所有细胞中持续地表达。这样的基因被称为所有细胞中持续地表达。这样的基因被称为管家基
3、管家基管家基管家基因（因（因（因（housekeeping genehousekeeping gene）。n n管家基因的表达只与启动序列（或称为启动子）和管家基因的表达只与启动序列（或称为启动子）和管家基因的表达只与启动序列（或称为启动子）和管家基因的表达只与启动序列（或称为启动子）和RNARNA聚合酶有关，基本上不受环境因素和其他因素的影响。聚合酶有关，基本上不受环境因素和其他因素的影响。聚合酶有关，基本上不受环境因素和其他因素的影响。聚合酶有关，基本上不受环境因素和其他因素的影响。管家基因的表达方式称为管家基因的表达方式称为管家基因的表达方式称为管家基因的表达方式称为组成性表达（组成性表
4、达（组成性表达（组成性表达（constitutive constitutive expressionexpression）。一、诱导表达和阻遏表达是基因表达调控的普通方式一、诱导表达和阻遏表达是基因表达调控的普通方式第3页，共99页，编辑于2022年，星期一n n有一类基因极易受到外界环境因素的影响。有一类基因极易受到外界环境因素的影响。有一类基因极易受到外界环境因素的影响。有一类基因极易受到外界环境因素的影响。n n在特定的信号刺激下，有些基因表现出开放性或增在特定的信号刺激下，有些基因表现出开放性或增强性的表达，而另一些则表现出关闭性或抑制性的强性的表达，而另一些则表现出关闭性或抑制性的表
5、达。因此它们分别称为表达。因此它们分别称为诱导表达（诱导表达（诱导表达（诱导表达（induction induction expressionexpression）和和和和阻遏表达（阻遏表达（阻遏表达（阻遏表达（repression expressionrepression expression）。这些。这些。这些。这些基因分别称为基因分别称为基因分别称为基因分别称为可诱导（可诱导（可诱导（可诱导（inducible）基因）基因和和和和可阻遏可阻遏可阻遏可阻遏（repressiblerepressible）基因）基因）基因）基因。n n诱导性表达和阻遏性表达是生物体为适应外界环境诱导性表达和阻
6、遏性表达是生物体为适应外界环境的改变而做出的两种表现形式。的改变而做出的两种表现形式。第4页，共99页，编辑于2022年，星期一n基因表达是一个多步骤的过程。因此，基因表达调基因表达是一个多步骤的过程。因此，基因表达调控可以在多个层次上进行，包括染色质水平的调控，控可以在多个层次上进行，包括染色质水平的调控，转录水平的调控，转录后水平的调控，翻译水平的转录水平的调控，转录后水平的调控，翻译水平的调控和翻译后水平的调控。调控和翻译后水平的调控。n转录水平的调控是最主要和最重要的调控步骤。转录水平的调控是最主要和最重要的调控步骤。二、基因表达调控是多层次的复杂过程二、基因表达调控是多层次的复杂过程
7、第5页，共99页，编辑于2022年，星期一 三、基因表达具有时空特异性三、基因表达具有时空特异性n时间特异性（即阶段特异性）时间特异性（即阶段特异性）：在细胞的生长、发育过：在细胞的生长、发育过程中，相应的基因按一定的时间顺序开启或关闭，决定程中，相应的基因按一定的时间顺序开启或关闭，决定细胞向特定的方向分化和发育。细胞向特定的方向分化和发育。n空间特异性（即组织特异性）空间特异性（即组织特异性）：同一基因产物在不同同一基因产物在不同的组织器官中的分布是不同的，某些基因在一种组织中的组织器官中的分布是不同的，某些基因在一种组织中暂不表达或永不表达。而另外一些基因是相反的情况。暂不表达或永不表达
8、。而另外一些基因是相反的情况。第6页，共99页，编辑于2022年，星期一人血红蛋白珠蛋白人血红蛋白珠蛋白b b基因簇的阶段性表达基因簇的阶段性表达第7页，共99页，编辑于2022年，星期一 四、基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共四、基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节同调节n一个基因是否表达和表达多少与一个基因是否表达和表达多少与调节序列（调节序列（regulatory sequence）密切相关。调节序列位于被调控的密切相关。调节序列位于被调控的结构基结构基因（因（structural gene）的上游，具有特定的核苷酸序列。的上游，具有特定的核苷酸序列。n根据调节序列与结构基因
9、的相对位置关系，人们将这些根据调节序列与结构基因的相对位置关系，人们将这些调节序列调节序列称为称为顺式作用元件（顺式作用元件（cis-acting element），），包包括启动子（括启动子（promoter）、增强子（）、增强子（enhancer）、沉）、沉默子（默子（silencer）等。）等。第8页，共99页，编辑于2022年，星期一n有一些蛋白分子可以有一些蛋白分子可以与靶基因的顺式作用元件结合与靶基因的顺式作用元件结合，共，共同实现同实现调节基因表达的目的，它们被调节基因表达的目的，它们被称为称为反式作用因子反式作用因子（trans-acting factor）。）。第9页，共99
10、页，编辑于2022年，星期一第二节原核生物基因表达调控第二节原核生物基因表达调控n n原核生物基因组是一个闭合环状的原核生物基因组是一个闭合环状的原核生物基因组是一个闭合环状的原核生物基因组是一个闭合环状的DNADNA分子。分子。分子。分子。n n原核生物的细胞结构也比较简单，它的全部物质原核生物的细胞结构也比较简单，它的全部物质（DNA，RNA和蛋白质）都包容在细胞膜内。和蛋白质）都包容在细胞膜内。n n原核生物基因组的转录和翻译在同一空间内完成，原核生物基因组的转录和翻译在同一空间内完成，时间上的差异不大。在转录过程终止之前，时间上的差异不大。在转录过程终止之前，mRNA就已经结合在由就已
11、经结合在由rRNA和核蛋白体蛋白共同构成的和核蛋白体蛋白共同构成的核蛋白体上，开始了蛋白质的生物合成。核蛋白体上，开始了蛋白质的生物合成。第10页，共99页，编辑于2022年，星期一n n19601960年，法国巴黎巴斯德研究所的年，法国巴黎巴斯德研究所的年，法国巴黎巴斯德研究所的年，法国巴黎巴斯德研究所的 F.Jacob F.Jacob 和和 J.L.J.L.Monod Monod 发现大肠杆菌在不含乳糖只含葡萄糖的培养基中发现大肠杆菌在不含乳糖只含葡萄糖的培养基中发现大肠杆菌在不含乳糖只含葡萄糖的培养基中发现大肠杆菌在不含乳糖只含葡萄糖的培养基中不分泌不分泌不分泌不分泌 b-b-半乳糖苷酶
12、，只有在只含乳糖的培养基中才能半乳糖苷酶，只有在只含乳糖的培养基中才能半乳糖苷酶，只有在只含乳糖的培养基中才能半乳糖苷酶，只有在只含乳糖的培养基中才能分泌分泌分泌分泌 b-b-半乳糖苷酶。分析表明这是由于在不含乳糖的培半乳糖苷酶。分析表明这是由于在不含乳糖的培半乳糖苷酶。分析表明这是由于在不含乳糖的培半乳糖苷酶。分析表明这是由于在不含乳糖的培养基中不产生编码养基中不产生编码养基中不产生编码养基中不产生编码 b-b-半乳糖苷酶的半乳糖苷酶的半乳糖苷酶的半乳糖苷酶的mRNAmRNA的结果。的结果。的结果。的结果。n n1961年，他们首次提出了乳糖操纵子概念。由此贡年，他们首次提出了乳糖操纵子概念
13、。由此贡献，他们分享了献，他们分享了1965年度的年度的Noble生理医学奖。生理医学奖。一、一、操纵子模型是原核生物基因表达的基本模式操纵子模型是原核生物基因表达的基本模式第11页，共99页，编辑于2022年，星期一n n19691969年，年，年，年，J.R.Beckwith J.R.Beckwith 从大肠杆菌的从大肠杆菌的从大肠杆菌的从大肠杆菌的DNADNA中分离出中分离出中分离出中分离出乳糖操纵子，证实了乳糖操纵子的模型。乳糖操纵子，证实了乳糖操纵子的模型。乳糖操纵子，证实了乳糖操纵子的模型。乳糖操纵子，证实了乳糖操纵子的模型。第12页，共99页，编辑于2022年，星期一乳糖操纵子（
14、乳糖操纵子（lac operon）n n结构基因结构基因结构基因结构基因 lacZlacZ、lacYlacY、lacAlacA:分别编码分别编码分别编码分别编码 b-b-半乳糖苷酶，通透酶和乙酰半乳糖苷酶，通透酶和乙酰半乳糖苷酶，通透酶和乙酰半乳糖苷酶，通透酶和乙酰基转移酶。这些相连的基因呈多顺反子转录。基转移酶。这些相连的基因呈多顺反子转录。基转移酶。这些相连的基因呈多顺反子转录。基转移酶。这些相连的基因呈多顺反子转录。n n操纵序列（操纵序列（操纵序列（操纵序列（operatoroperator，o o）:阻遏蛋白的结合位点。当阻遏蛋与阻遏蛋白的结合位点。当阻遏蛋与阻遏蛋白的结合位点。当阻
15、遏蛋与阻遏蛋白的结合位点。当阻遏蛋与操纵基因结合时，操纵基因结合时，操纵基因结合时，操纵基因结合时，l lac ac 的转录将受到阻遏。的转录将受到阻遏。的转录将受到阻遏。的转录将受到阻遏。n n阻遏基因阻遏基因阻遏基因阻遏基因 lacIlacI:编码与操纵序列结合的阻遏蛋白。编码与操纵序列结合的阻遏蛋白。编码与操纵序列结合的阻遏蛋白。编码与操纵序列结合的阻遏蛋白。n n启动子（启动子（启动子（启动子（promoterpromoter）:位于位于位于位于 lacIlacI 和和和和 lacO lacO 之间。之间。之间。之间。第13页，共99页，编辑于2022年，星期一典型的大肠杆菌启动子序列
16、典型的大肠杆菌启动子序列n n能够被由能够被由能够被由能够被由s s7070组成的组成的组成的组成的RNARNA聚合酶全酶所识别的大肠杆菌聚合酶全酶所识别的大肠杆菌聚合酶全酶所识别的大肠杆菌聚合酶全酶所识别的大肠杆菌启动子的保守序列启动子的保守序列启动子的保守序列启动子的保守序列第14页，共99页，编辑于2022年，星期一LacI 阻遏蛋白的阻遏作用阻遏蛋白的阻遏作用n n阻遏蛋白的四聚体结合在操纵序列上，抑制了阻遏蛋白的四聚体结合在操纵序列上，抑制了阻遏蛋白的四聚体结合在操纵序列上，抑制了阻遏蛋白的四聚体结合在操纵序列上，抑制了 lac lac 操纵子操纵子中结构基因的表达。中结构基因的表达
17、。第15页，共99页，编辑于2022年，星期一LacI 阻遏蛋白与阻遏蛋白与 DNA 结合的复合物结合的复合物第16页，共99页，编辑于2022年，星期一别乳糖诱导的别乳糖诱导的 lac 操纵子表达操纵子表达第17页，共99页，编辑于2022年，星期一乳糖、半乳糖和别乳糖的化学结构式乳糖、半乳糖和别乳糖的化学结构式乳糖乳糖乳糖乳糖半乳糖半乳糖半乳糖半乳糖别乳糖别乳糖第18页，共99页，编辑于2022年，星期一Lac 操纵子的基因表达调节操纵子的基因表达调节 n n在通透酶的作用下，乳糖进入胞内。在通透酶的作用下，乳糖进入胞内。在通透酶的作用下，乳糖进入胞内。在通透酶的作用下，乳糖进入胞内。n
18、n乳糖在乳糖在乳糖在乳糖在 b-b-半乳糖苷酶作用下生成了别乳糖。别乳糖与阻半乳糖苷酶作用下生成了别乳糖。别乳糖与阻半乳糖苷酶作用下生成了别乳糖。别乳糖与阻半乳糖苷酶作用下生成了别乳糖。别乳糖与阻遏蛋白四聚体的结合改变了阻遏蛋白四聚体的空间结构，遏蛋白四聚体的结合改变了阻遏蛋白四聚体的空间结构，遏蛋白四聚体的结合改变了阻遏蛋白四聚体的空间结构，遏蛋白四聚体的结合改变了阻遏蛋白四聚体的空间结构，不能再与操纵序列结合，能够转录不能再与操纵序列结合，能够转录不能再与操纵序列结合，能够转录不能再与操纵序列结合，能够转录 lac 操纵子的结构基操纵子的结构基操纵子的结构基操纵子的结构基因。别乳糖被称为诱
19、导剂（因。别乳糖被称为诱导剂（因。别乳糖被称为诱导剂（因。别乳糖被称为诱导剂（inducerinducer）。）。）。）。n n但是，乳糖操纵子是一个弱启动子但是，乳糖操纵子是一个弱启动子但是，乳糖操纵子是一个弱启动子但是，乳糖操纵子是一个弱启动子(TTTACA/TATGTT)(TTTACA/TATGTT)，需，需，需，需要一个正调控机制来促使转录的启动。要一个正调控机制来促使转录的启动。要一个正调控机制来促使转录的启动。要一个正调控机制来促使转录的启动。第19页，共99页，编辑于2022年，星期一CAP 的结合位点的结合位点n nCAPCAP：catabolite gene activati
20、on proteincatabolite gene activation proteinn nCAPCAP的结合位点在的结合位点在的结合位点在的结合位点在-60 -60 处。处。处。处。n nCAPCAP以同源二聚物的形式与以同源二聚物的形式与以同源二聚物的形式与以同源二聚物的形式与 cAMP cAMP 结合，这个复合物结合，这个复合物结合，这个复合物结合，这个复合物结合在结合在结合在结合在 CAP CAP结合位点上。结合位点上。结合位点上。结合位点上。n n外环境中葡萄糖的减少可以增加外环境中葡萄糖的减少可以增加cAMP 合成。合成。第20页，共99页，编辑于2022年，星期一CAP-cAM
21、P 复合物复合物第21页，共99页，编辑于2022年，星期一CAP 的正调控作用的正调控作用n ncAMPcAMP与与与与CAPCAP的二聚物形成复合物后，结合在的二聚物形成复合物后，结合在的二聚物形成复合物后，结合在的二聚物形成复合物后，结合在CAPCAP结合位结合位结合位结合位点上，促使转录的启动。点上，促使转录的启动。点上，促使转录的启动。点上，促使转录的启动。第22页，共99页，编辑于2022年，星期一乳糖操纵子的协同调控乳糖操纵子的协同调控第23页，共99页，编辑于2022年，星期一乳糖操纵子的意义乳糖操纵子的意义n n阻遏蛋白的抑制作用和阻遏蛋白的抑制作用和CAP介导的正调控共同担
22、介导的正调控共同担负着原核生物体系内糖源的协调利用。负着原核生物体系内糖源的协调利用。n n乳糖操纵子的协调调控方式保证了葡萄糖是原核生物乳糖操纵子的协调调控方式保证了葡萄糖是原核生物乳糖操纵子的协调调控方式保证了葡萄糖是原核生物乳糖操纵子的协调调控方式保证了葡萄糖是原核生物体系优先利用的碳源，并只有在葡萄糖完全耗尽后，体系优先利用的碳源，并只有在葡萄糖完全耗尽后，体系优先利用的碳源，并只有在葡萄糖完全耗尽后，体系优先利用的碳源，并只有在葡萄糖完全耗尽后，原核生物才利用乳糖作为碳源。原核生物才利用乳糖作为碳源。原核生物才利用乳糖作为碳源。原核生物才利用乳糖作为碳源。n n乳糖操纵子模型诠释了原
23、核生物基因表达的调节乳糖操纵子模型诠释了原核生物基因表达的调节机制，开创了基因表达机制研究的新领域，是生机制，开创了基因表达机制研究的新领域，是生物学的一个划时代的突破。物学的一个划时代的突破。第24页，共99页，编辑于2022年，星期一 二、翻译水平的调控是对转录调控的补充二、翻译水平的调控是对转录调控的补充n n原核生物基因表达的时空性决定了转录和翻译过程的原核生物基因表达的时空性决定了转录和翻译过程的原核生物基因表达的时空性决定了转录和翻译过程的原核生物基因表达的时空性决定了转录和翻译过程的偶联。偶联。偶联。偶联。n n色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trp op
24、eron operon）是典型的转录和翻译过）是典型的转录和翻译过）是典型的转录和翻译过）是典型的转录和翻译过程的偶联。程的偶联。程的偶联。程的偶联。n n转录衰减子的精细调节是通过转录和翻译的偶联而转录衰减子的精细调节是通过转录和翻译的偶联而转录衰减子的精细调节是通过转录和翻译的偶联而转录衰减子的精细调节是通过转录和翻译的偶联而实现的。实现的。实现的。实现的。第25页，共99页，编辑于2022年，星期一色氨酸操纵子（色氨酸操纵子（trp operon）n n结构基因：结构基因：结构基因：结构基因：trpEtrpE、trpDtrpD、trpCtrpC、trpBtrpB 和和和和 trpAtrp
25、An n上游调控区：调节基因（上游调控区：调节基因（上游调控区：调节基因（上游调控区：调节基因（trpR）、启动子（）、启动子（）、启动子（）、启动子（P P）和操纵序）和操纵序）和操纵序）和操纵序列（列（列（列（OO）。）。）。）。n n启动子（启动子（P）和操纵序列（）和操纵序列（O）有部分重叠。）有部分重叠。第26页，共99页，编辑于2022年，星期一第27页，共99页，编辑于2022年，星期一开放状态的色氨酸操纵子开放状态的色氨酸操纵子 当培养基中色氨酸含量很少时，当培养基中色氨酸含量很少时，当培养基中色氨酸含量很少时，当培养基中色氨酸含量很少时，trpR 阻遏蛋白以同源阻遏蛋白以同源
26、阻遏蛋白以同源阻遏蛋白以同源二聚体的形式存在，不能与操纵序列二聚体的形式存在，不能与操纵序列二聚体的形式存在，不能与操纵序列二聚体的形式存在，不能与操纵序列 O O 结合，使得结合，使得结合，使得结合，使得RNARNA聚聚聚聚合酶能够启动转录。合酶能够启动转录。合酶能够启动转录。合酶能够启动转录。第28页，共99页，编辑于2022年，星期一关闭状态的色氨酸操纵子关闭状态的色氨酸操纵子 当色氨酸含量丰富时，色氨酸与色氨酸阻遏蛋白结合，当色氨酸含量丰富时，色氨酸与色氨酸阻遏蛋白结合，当色氨酸含量丰富时，色氨酸与色氨酸阻遏蛋白结合，当色氨酸含量丰富时，色氨酸与色氨酸阻遏蛋白结合，使其能够与操纵序列结
27、合，抑制转录。色氨酸被称为辅阻使其能够与操纵序列结合，抑制转录。色氨酸被称为辅阻使其能够与操纵序列结合，抑制转录。色氨酸被称为辅阻使其能够与操纵序列结合，抑制转录。色氨酸被称为辅阻遏剂（遏剂（遏剂（遏剂（corepressorcorepressor）。）。）。）。第29页，共99页，编辑于2022年，星期一色氨酸操纵子色氨酸操纵子 mRNA 前导序列前导序列第30页，共99页，编辑于2022年，星期一前导序列的发夹结构前导序列的发夹结构第31页，共99页，编辑于2022年，星期一转录中的色氨酸操纵子转录中的色氨酸操纵子 当色氨酸的浓度降低时，核蛋白体在合成前导肽的两个当色氨酸的浓度降低时，核蛋
28、白体在合成前导肽的两个当色氨酸的浓度降低时，核蛋白体在合成前导肽的两个当色氨酸的浓度降低时，核蛋白体在合成前导肽的两个色氨酸部位上出现暂停，占据了序列色氨酸部位上出现暂停，占据了序列色氨酸部位上出现暂停，占据了序列色氨酸部位上出现暂停，占据了序列1 1。而此时的转录仍在。而此时的转录仍在。而此时的转录仍在。而此时的转录仍在进行，序列进行，序列进行，序列进行，序列2 2和序列和序列和序列和序列3 3形成了稳定的形成了稳定的形成了稳定的形成了稳定的2:32:3茎茎茎茎-环结构环结构环结构环结构。RNA聚聚合酶可以转录合酶可以转录5个结构基因。个结构基因。第32页，共99页，编辑于2022年，星期一
29、转录衰减子终止了转录转录衰减子终止了转录 当色氨酸含量丰富时，有足够的色氨酸用于合成前导肽。当色氨酸含量丰富时，有足够的色氨酸用于合成前导肽。当色氨酸含量丰富时，有足够的色氨酸用于合成前导肽。当色氨酸含量丰富时，有足够的色氨酸用于合成前导肽。核蛋白体可顺利通过序列核蛋白体可顺利通过序列核蛋白体可顺利通过序列核蛋白体可顺利通过序列1 1，并继续向前与序列，并继续向前与序列，并继续向前与序列，并继续向前与序列2 2结合。核蛋结合。核蛋结合。核蛋结合。核蛋白体与序列白体与序列白体与序列白体与序列1 1和序列和序列和序列和序列2 2的结合，使序列的结合，使序列的结合，使序列的结合，使序列3 3和序列和
30、序列和序列和序列4 4形成了形成了形成了形成了3:43:4茎茎茎茎-环结构环结构环结构环结构。这一结构与随后的多聚。这一结构与随后的多聚。这一结构与随后的多聚。这一结构与随后的多聚U U序列使序列使序列使序列使RNARNA聚合酶终止了聚合酶终止了聚合酶终止了聚合酶终止了转录。转录。转录。转录。第33页，共99页，编辑于2022年，星期一常见的前导肽氨基酸序列常见的前导肽氨基酸序列第34页，共99页，编辑于2022年，星期一转录衰减子转录衰减子n n转录衰减子（转录衰减子（转录衰减子（转录衰减子（transcription attenuator）：）：）：）：操纵子前操纵子前操纵子前操纵子前导区
31、内一段类似于终止子结构的导区内一段类似于终止子结构的导区内一段类似于终止子结构的导区内一段类似于终止子结构的DNADNA序列，其作用是序列，其作用是序列，其作用是序列，其作用是减弱操纵子的转录，实现对转录过程的精确调节。减弱操纵子的转录，实现对转录过程的精确调节。减弱操纵子的转录，实现对转录过程的精确调节。减弱操纵子的转录，实现对转录过程的精确调节。第35页，共99页，编辑于2022年，星期一转录衰减子的意义转录衰减子的意义n n转录衰减子的形成使转录衰减子的形成使转录衰减子的形成使转录衰减子的形成使RNARNA聚合酶无法对已经启动的操聚合酶无法对已经启动的操聚合酶无法对已经启动的操聚合酶无法
32、对已经启动的操纵子中的结构基因进行转录，而终止转录的茎纵子中的结构基因进行转录，而终止转录的茎纵子中的结构基因进行转录，而终止转录的茎纵子中的结构基因进行转录，而终止转录的茎-环结构环结构环结构环结构的形成又依赖于核糖体在该操纵子中前导序列上进行的形成又依赖于核糖体在该操纵子中前导序列上进行的形成又依赖于核糖体在该操纵子中前导序列上进行的形成又依赖于核糖体在该操纵子中前导序列上进行的翻译。的翻译。的翻译。的翻译。由此可见，由此可见，衰减作用充分利用了转录和翻译衰减作用充分利用了转录和翻译衰减作用充分利用了转录和翻译衰减作用充分利用了转录和翻译的偶联来实现对氨基酸操纵子转录的精细调节。的偶联来实
33、现对氨基酸操纵子转录的精细调节。的偶联来实现对氨基酸操纵子转录的精细调节。的偶联来实现对氨基酸操纵子转录的精细调节。第36页，共99页，编辑于2022年，星期一第三节真核生物基因表达调控第三节真核生物基因表达调控真核生物体系的基因表达要比原核生物体系基因表达真核生物体系的基因表达要比原核生物体系基因表达复杂的多，其原因在于：复杂的多，其原因在于：1.1.大小不同。大小不同。大小不同。大小不同。大肠杆菌基因组的长度为大肠杆菌基因组的长度为4 106 6bpbp，约有约有约有约有40004000个基因；而哺乳类基因组的长度为个基因；而哺乳类基因组的长度为个基因；而哺乳类基因组的长度为个基因；而哺乳
34、类基因组的长度为 10 109 9bpbp，约有约有约有约有3 3万万万万3.53.5万个基因。万个基因。万个基因。万个基因。2.编码特性不同。编码特性不同。原核基因组的大部分序列都是编原核基因组的大部分序列都是编码基因；而哺乳类基因组中只有码基因；而哺乳类基因组中只有10%的序列编码的序列编码蛋白质、蛋白质、rRNA和和tRNA等，其余等，其余90%的序列功能的序列功能至今尚不清楚。至今尚不清楚。第37页，共99页，编辑于2022年，星期一3.3.连续性不同。连续性不同。连续性不同。连续性不同。原核生物的基因是连续的，转录后即原核生物的基因是连续的，转录后即原核生物的基因是连续的，转录后即原
35、核生物的基因是连续的，转录后即可被翻译成为蛋白质；而真核生物编码蛋白质的基可被翻译成为蛋白质；而真核生物编码蛋白质的基可被翻译成为蛋白质；而真核生物编码蛋白质的基可被翻译成为蛋白质；而真核生物编码蛋白质的基因是不连续的，含有外显子和内含子。转录产物需因是不连续的，含有外显子和内含子。转录产物需因是不连续的，含有外显子和内含子。转录产物需因是不连续的，含有外显子和内含子。转录产物需去除内含子后，才能成为成熟的去除内含子后，才能成为成熟的去除内含子后，才能成为成熟的去除内含子后，才能成为成熟的mRNAmRNA。4.排列方式不同。排列方式不同。原核生物的基因是以串联的形式原核生物的基因是以串联的形式
36、原核生物的基因是以串联的形式原核生物的基因是以串联的形式排列的，可转录出多顺反子的排列的，可转录出多顺反子的排列的，可转录出多顺反子的排列的，可转录出多顺反子的mRNAmRNA；而真核生物；而真核生物；而真核生物；而真核生物是一个结构基因转录生成一条是一个结构基因转录生成一条是一个结构基因转录生成一条是一个结构基因转录生成一条mRNAmRNA，即，即，即，即mRNAmRNA是是是是单顺反子。真核细胞的许多功能蛋白是由多个多肽单顺反子。真核细胞的许多功能蛋白是由多个多肽单顺反子。真核细胞的许多功能蛋白是由多个多肽单顺反子。真核细胞的许多功能蛋白是由多个多肽链构成的，因此需要多个基因的协调表达。链
37、构成的，因此需要多个基因的协调表达。链构成的，因此需要多个基因的协调表达。链构成的，因此需要多个基因的协调表达。第38页，共99页，编辑于2022年，星期一5.5.序列重复度不同。序列重复度不同。序列重复度不同。序列重复度不同。原核基因组中基本上没有重复序原核基因组中基本上没有重复序列；而真核细胞基因组存在着大量的重复序列列；而真核细胞基因组存在着大量的重复序列（repetitive sequence）。）。6.6.存在的形式不同。存在的形式不同。存在的形式不同。存在的形式不同。原核基因组是裸露的环状双链原核基因组是裸露的环状双链原核基因组是裸露的环状双链原核基因组是裸露的环状双链DNADNA
38、；而真核基因组与组蛋白结合构成了核小体，；而真核基因组与组蛋白结合构成了核小体，；而真核基因组与组蛋白结合构成了核小体，；而真核基因组与组蛋白结合构成了核小体，具有串珠形状的双链具有串珠形状的双链具有串珠形状的双链具有串珠形状的双链DNADNA再经盘绕和浓缩后形成染再经盘绕和浓缩后形成染再经盘绕和浓缩后形成染再经盘绕和浓缩后形成染色质，组装在细胞核内。色质，组装在细胞核内。色质，组装在细胞核内。色质，组装在细胞核内。7.7.遗传信息的载体不同。遗传信息的载体不同。遗传信息的载体不同。遗传信息的载体不同。原核基因组的遗传信息存原核基因组的遗传信息存在于在于DNA上；而真核生物的遗传信息不仅存在于
39、上；而真核生物的遗传信息不仅存在于核核DNA上，还存在线粒体上，还存在线粒体DNA上。上。第39页，共99页，编辑于2022年，星期一8.基因表达的时空性不同。基因表达的时空性不同。原核细胞中基因表达在原核细胞中基因表达在同一空间完成，而且时间性差异也较小，而真核同一空间完成，而且时间性差异也较小，而真核细胞中细胞核的存在使得转录和翻译过程表现出细胞中细胞核的存在使得转录和翻译过程表现出空间和时间上的差异。空间和时间上的差异。9.基本调节方式不同。基本调节方式不同。处于基本状态下的原核生物处于基本状态下的原核生物处于基本状态下的原核生物处于基本状态下的原核生物基因转录具有天然活性，因此多采用负
40、调控机制；基因转录具有天然活性，因此多采用负调控机制；基因转录具有天然活性，因此多采用负调控机制；基因转录具有天然活性，因此多采用负调控机制；虽然真核细胞具有正、负两种调节机制，但是正性虽然真核细胞具有正、负两种调节机制，但是正性虽然真核细胞具有正、负两种调节机制，但是正性虽然真核细胞具有正、负两种调节机制，但是正性调节是主要形式，即需要使得每个真核细胞基因活调节是主要形式，即需要使得每个真核细胞基因活调节是主要形式，即需要使得每个真核细胞基因活调节是主要形式，即需要使得每个真核细胞基因活化才能被转录。化才能被转录。化才能被转录。化才能被转录。第40页，共99页，编辑于2022年，星期一n n
41、DNADNA和组蛋白八聚体构成了高度排列有序的染色质，这和组蛋白八聚体构成了高度排列有序的染色质，这和组蛋白八聚体构成了高度排列有序的染色质，这和组蛋白八聚体构成了高度排列有序的染色质，这不利于基因表达。不利于基因表达。不利于基因表达。不利于基因表达。n n基因激活蛋白通过改变基因启动子和调节序列区域的染基因激活蛋白通过改变基因启动子和调节序列区域的染基因激活蛋白通过改变基因启动子和调节序列区域的染基因激活蛋白通过改变基因启动子和调节序列区域的染色质结构来转录起始，这称为染色质重塑（色质结构来转录起始，这称为染色质重塑（色质结构来转录起始，这称为染色质重塑（色质结构来转录起始，这称为染色质重塑
42、（chromatin chromatin remodelingremodeling）。）。）。）。n n染色质重塑需要染色质重塑需要染色质重塑需要染色质重塑需要ATPATP依赖的酶蛋白复合体。依赖的酶蛋白复合体。依赖的酶蛋白复合体。依赖的酶蛋白复合体。一、转录活化染色质的结构影响到基因表达的频一、转录活化染色质的结构影响到基因表达的频率和程度率和程度第41页，共99页，编辑于2022年，星期一第42页，共99页，编辑于2022年，星期一超敏感位点超敏感位点n n被激活的染色质上常出现一些对核酸酶高度敏感的位被激活的染色质上常出现一些对核酸酶高度敏感的位被激活的染色质上常出现一些对核酸酶高度敏感
43、的位被激活的染色质上常出现一些对核酸酶高度敏感的位点，称之点，称之点，称之点，称之超敏感位点（超敏感位点（超敏感位点（超敏感位点（hypersensitive sitehypersensitive site）。n n超敏感位点通常位于被活化基因的超敏感位点通常位于被活化基因的超敏感位点通常位于被活化基因的超敏感位点通常位于被活化基因的5-5-侧翼区侧翼区侧翼区侧翼区1000bp1000bp内，内，内，内，但有时也会出现在更远的但有时也会出现在更远的但有时也会出现在更远的但有时也会出现在更远的5-5-侧翼区或侧翼区或侧翼区或侧翼区或3-3-侧翼区。侧翼区。侧翼区。侧翼区。n n许多超敏感位点是核
44、小体相对缺少的区域，使得调节许多超敏感位点是核小体相对缺少的区域，使得调节许多超敏感位点是核小体相对缺少的区域，使得调节许多超敏感位点是核小体相对缺少的区域，使得调节蛋白易与之结合。蛋白易与之结合。蛋白易与之结合。蛋白易与之结合。第43页，共99页，编辑于2022年，星期一DNA 碱基的化学修饰碱基的化学修饰n n真核生物真核生物真核生物真核生物DNADNA中，约有中，约有中，约有中，约有5 5的胞嘧啶被甲基化为的胞嘧啶被甲基化为的胞嘧啶被甲基化为的胞嘧啶被甲基化为5-5-甲基甲基甲基甲基胞嘧啶，并与其胞嘧啶，并与其胞嘧啶，并与其胞嘧啶，并与其33的鸟嘌呤形成的鸟嘌呤形成的鸟嘌呤形成的鸟嘌呤形
45、成CpGCpG结构。发生在基结构。发生在基结构。发生在基结构。发生在基因因因因55侧翼区的侧翼区的侧翼区的侧翼区的CpGCpG结构称为结构称为结构称为结构称为CpGCpG岛。岛。岛。岛。n n染色质甲基化程度与基因转录的活化状态呈反比。染色质甲基化程度与基因转录的活化状态呈反比。染色质甲基化程度与基因转录的活化状态呈反比。染色质甲基化程度与基因转录的活化状态呈反比。管家基因多富含管家基因多富含管家基因多富含管家基因多富含CpGCpG岛，并且岛，并且岛，并且岛，并且CpGCpG岛中胞嘧啶多处岛中胞嘧啶多处岛中胞嘧啶多处岛中胞嘧啶多处在非甲基化的状态。在非甲基化的状态。在非甲基化的状态。在非甲基化
46、的状态。第44页，共99页，编辑于2022年，星期一组蛋白的磷酸化和乙酰化组蛋白的磷酸化和乙酰化n n在组蛋白在组蛋白在组蛋白在组蛋白H3H3和和和和H4 N-H4 N-末端的丝氨酸可被磷酸化，降末端的丝氨酸可被磷酸化，降末端的丝氨酸可被磷酸化，降末端的丝氨酸可被磷酸化，降低了整个核小体与低了整个核小体与低了整个核小体与低了整个核小体与DNADNA的结合能力。同理，组蛋白的结合能力。同理，组蛋白的结合能力。同理，组蛋白的结合能力。同理，组蛋白H1H1的赖氨酸乙酰化和精氨酸乙酰化也可使其正电荷的赖氨酸乙酰化和精氨酸乙酰化也可使其正电荷的赖氨酸乙酰化和精氨酸乙酰化也可使其正电荷的赖氨酸乙酰化和精氨
47、酸乙酰化也可使其正电荷减少，与减少，与减少，与减少，与DNADNA结合的能力降低，核小体的脱落有利结合的能力降低，核小体的脱落有利结合的能力降低，核小体的脱落有利结合的能力降低，核小体的脱落有利于转录调控因子的结合。于转录调控因子的结合。于转录调控因子的结合。于转录调控因子的结合。第45页，共99页，编辑于2022年，星期一 二、转录水平上的真核生物基因表达调控最为重要二、转录水平上的真核生物基因表达调控最为重要n n真核生物的转录调控是通过依赖真核生物的转录调控是通过依赖真核生物的转录调控是通过依赖真核生物的转录调控是通过依赖DNADNA的的的的RNARNA聚合酶、聚合酶、聚合酶、聚合酶、D
48、NADNA的顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实的顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实的顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实的顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实现的。现的。现的。现的。第46页，共99页，编辑于2022年，星期一n nRNA聚合酶聚合酶I：位于细胞核的核仁；合成位于细胞核的核仁；合成位于细胞核的核仁；合成位于细胞核的核仁；合成45S rRNA45S rRNA的的的的前体，加工成前体，加工成前体，加工成前体，加工成28S28S、5.8S5.8S及及及及18S rRNA18S rRNA；这类启动子包；这类启动子包；这类启动子包；这类启动子包括核心元件（括核心元件（括核心元
49、件（括核心元件（core elementcore element，CECE）和上游调控原件）和上游调控原件）和上游调控原件）和上游调控原件（upstream control elementupstream control element，USEUSE）。）。）。）。n nRNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶IIII：位于细胞核的核仁外，合成编码蛋白的位于细胞核的核仁外，合成编码蛋白的位于细胞核的核仁外，合成编码蛋白的位于细胞核的核仁外，合成编码蛋白的mRNAmRNA前体前体前体前体hnRNA hnRNA 和和和和 snRNA snRNA。其启动子具有典型的。其启动子具有典型的。其启动子具有典型
50、的。其启动子具有典型的TATATATA盒、盒、盒、盒、CAATCAAT盒和盒和盒和盒和GCGC盒等。盒等。盒等。盒等。n nRNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶IIIIII：位于细胞核的核仁，合成位于细胞核的核仁，合成5S rRNA、tRNA、U6 snRNA和和7SL RNA的前体。的前体。（一）（一）RNA聚合酶聚合酶第47页，共99页，编辑于2022年，星期一与与RNA聚合酶聚合酶II作用的转录因子作用的转录因子 TBP TBP（TFII DTFII D）特异性特异性特异性特异性识别识别识别识别TATATATA盒盒盒盒 TAF TAF辅辅辅辅助助助助TBP-DNATBP-DNA结结结结合