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1、第八章基因表达与调控第1页，此课件共28页哦第一节第一节 调调 控控 元元 件件 第2页，此课件共28页哦1、启动子、启动子 核心酶核心酶 因子因子 全全 酶酶启动子（启动子（promoter）：）：位于基因转录位于基因转录起点上游、负责启动基因转录的起点上游、负责启动基因转录的DNA序列叫启动子。序列叫启动子。第3页，此课件共28页哦 Promoter region including-35 site：RNApol.recognition site(R site)TTGAC(Sextama Box)loosely binding site-10 site：TATAAT(TATA Box)fi
2、rmly binding site(B site)起始位点起始位点：+1 RNA transcriptional startPoint (I site)A/G-35(R)-10(B)+1(I)mRNA精确转录起始位点精确转录起始位点距起始位点距起始位点9bp因子结合区因子结合区精确起始转录精确起始转录第4页，此课件共28页哦终止子（终止子（terminator）：）：位于基因转录结束位置上的位于基因转录结束位置上的DNA序列叫序列叫终止子。终止子。第5页，此课件共28页哦2、增强子和弱化子、增强子和弱化子 增强子增强子(enhance):指增加同它连锁的基因指增加同它连锁的基因转录频率的转录频
3、率的DNA 序列序列 所所谓强子就是子就是远离离转录起始点、决定基因起始点、决定基因的的时间、空、空间特异性表达、增特异性表达、增强启启动子子转录活性的活性的DNA序列序列;其其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位作用的方式通常与方向、距离无关，可位于于转录起始点的上游或下游起始点的上游或下游;从功能上从功能上讲，增加转录效率增加转录效率10 200倍，倍，没有增没有增强子存在，启子存在，启动子通常不能表子通常不能表现活性；活性；没有启没有启动子子时，增，增强子也无法子也无法发挥作用。作用。分分为组织和细胞专一性增强子、诱导性增强为组织和细胞专一性增强子、诱导性增强子两类。子两类。第6页，
4、此课件共28页哦 弱化子弱化子（attenuator）:在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列。作用的核苷酸序列。缺失突变缺失突变增加转录增加转录效率效率6倍倍第7页，此课件共28页哦3、绝缘子、绝缘子绝缘子（绝缘子（insulator）:通常位于启动子同正调控元件（增强子）通常位于启动子同正调控元件（增强子）或负调控因子（为异染色质）之间的一种调控序列或负调控因子（为异染色质）之间的一种调控序列。绝缘子就是一类边界序列，本绝缘子就是一类边界序列，本身对基因的表达既没有正效应身对基因的表达既没有正效应也没有负效应，其作用只是阻也没有负效
5、应，其作用只是阻止邻近的调控元件对其所界定止邻近的调控元件对其所界定的基因的启动子起增强或抑制的基因的启动子起增强或抑制作用，不让其他调控元件对基作用，不让其他调控元件对基因的活化效应或失活效应发生因的活化效应或失活效应发生作用。作用。第8页，此课件共28页哦4、沉默子、沉默子沉默子沉默子(silencer)：能能够对基因基因转录起阻遏作用的起阻遏作用的 DNA 片段，属片段，属于于负性性调控元件。控元件。最早在酵母中最早在酵母中发现，以后在，以后在 T 淋巴淋巴细胞的胞的 T 抗原受体基因的抗原受体基因的转录和重和重排中排中证实这种种负调控控顺式元件的存在。目前式元件的存在。目前对这种在基因
6、种在基因转录降低降低或关或关闭中起作用的序列研究中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到：沉寂子不多，但从已有的例子看到：沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能的作用可不受序列方向的影响，也能远距离距离发挥作用，并可作用，并可对异源异源基因的表达起作用。基因的表达起作用。第9页，此课件共28页哦5、应答元件、应答元件 应答元件：应答元件：现代分子生物学上把能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而现代分子生物学上把能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的控制基因特异表达的DNA上游序列称为应答元件（上游序列称为应答元件（response element）。）。它们与细胞内高度专一的
7、转录因子相互作用，协调相关基因的转录。它们与细胞内高度专一的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。最常见的应答元件有：最常见的应答元件有：热激应答元件（热激应答元件（heatshock response element，HSE），），糖皮质应答元件（糖皮质应答元件（glucocorticoid response element，GRE），），金属应答元件（金属应答元件（metal response element，MRE）第10页，此课件共28页哦受热后，果蝇细胞内受热后，果蝇细胞内Hsp70 mRNA水平提高水平提高1000倍，就是因为热激因子（倍，就是因为热激因子（heat shock f
8、actor，HSF）与）与hsp70基因基因TATA区上游区上游60bp处的处的HSE相结合，激发转录起始。合成一系列热激相结合，激发转录起始。合成一系列热激蛋白（分子伴侣），恢复维持蛋白质原有的三蛋白（分子伴侣），恢复维持蛋白质原有的三维构象，保持其正常功能。维构象，保持其正常功能。热激应答元件热激应答元件生物处在最适温度范围以上时，受到热的诱导，就会使许多热激基因转录，合成一系列热生物处在最适温度范围以上时，受到热的诱导，就会使许多热激基因转录，合成一系列热激蛋白。热激蛋白是一种分子陪伴，可以使因温度升高而构型发生改变的蛋白质恢复成维激蛋白。热激蛋白是一种分子陪伴，可以使因温度升高而构型发
9、生改变的蛋白质恢复成维持原有的三维构象，不致丧失功能而使机体得以存活。随着热激温度消失，细胞内出现大持原有的三维构象，不致丧失功能而使机体得以存活。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离的量游离的Hsp70蛋白，它们与蛋白，它们与HSF相结合，并使其脱离相结合，并使其脱离DNA序列，最终形成没有序列，最终形成没有DNA结结合能力的单体。合能力的单体。第11页，此课件共28页哦6、转录因子、转录因子转录因子转录因子（transcription factor）:是起是起正调控作用的反式作用因子，是由基正调控作用的反式作用因子，是由基因编码的一类蛋白质。因编码的一类蛋白质。是转录起始中是转录起始中RN
10、A聚合酶所需的辅助聚合酶所需的辅助因子。因子。第12页，此课件共28页哦1、“锌指锌指“DNA结合基序结合基序锌指基因：锌指基因：其蛋白产物主要通过与其蛋白产物主要通过与DNADNA相互作用而起转录因子作用，调节靶基因的表达以相互作用而起转录因子作用，调节靶基因的表达以适应生物体发育、分化、成熟过程的需要。适应生物体发育、分化、成熟过程的需要。C2H2型型（C半光氨酸、半光氨酸、H组氨酸）组氨酸）第13页，此课件共28页哦2、其他转录因子、其他转录因子同源域同源域激活真核生物基因转录的一系列蛋白质。激活真核生物基因转录的一系列蛋白质。同源框基因同源框基因编码的蛋白质是一类转录调节因子，都具有由
11、相应同源框序列编码的编码的蛋白质是一类转录调节因子，都具有由相应同源框序列编码的60个氨基酸组成的结构域，即个氨基酸组成的结构域，即同源域（同源域（homeodomain），通过其与特异的，通过其与特异的DNA序列结序列结合，调控下游基因的转录活性。同源框基因又称同源异型盒基因（合，调控下游基因的转录活性。同源框基因又称同源异型盒基因（homeobox genes）是一类调节细胞正常分化、发育的主控基因。同源框基因的共同点是都具有）是一类调节细胞正常分化、发育的主控基因。同源框基因的共同点是都具有180个核苷酸长度的同源区，即同源框（个核苷酸长度的同源区，即同源框（homeobox）。）。（1
12、）亮氨酸拉链）亮氨酸拉链（2）螺旋）螺旋-转角转角-螺旋螺旋（3）螺旋）螺旋-环环-螺旋螺旋（4）同源域）同源域第14页，此课件共28页哦1、转录调控类型、转录调控类型（1）转录酶）转录酶原核生物：原核生物：RNApol 全酶全酶真核生物：真核生物：RNApol I RNApol II RNApol III mRNA、tRNA、rRNArRNAmRNAtRNA第二节第二节 转录水平上的调控转录水平上的调控第15页，此课件共28页哦 Promoter region including-35 site：RNApol.recognition site(R site)TTGAC(Sextama Box
13、)-35 site RNApol.loosely binding site-10 site：TATAAT(pribnow Box)-10 site RNApol.firmly binding site(B site)起始位点起始位点：+1 RNA transcriptional startpoint(I site)A/G-35(R)-10(B)+1(I)mRNACCAAT（CAAT盒）-80 site：CTF、CPTFIID、A、BTBP-80第16页，此课件共28页哦T4 in E.coli and SPO1 in B.Subtilis Early gene middle genes lat
14、e genes host phage28 phage-late RNApol 全酶全酶因子因子第17页，此课件共28页哦TFIIIB allows RNApol III to bindand initiate transcription tRNA RNApol III+1TFIIIB第18页，此课件共28页哦（2）调控元件的作用）调控元件的作用n终止：终止：RNA转录停止在终止信号上，转录停止在终止信号上，RNA释放。释放。终止子结构特征：基因终止子结构特征：基因33端的端的具有反向重复特殊序列，具有终具有反向重复特殊序列，具有终止转录的作用。止转录的作用。nRho因子：在转录中起到终止转录因
15、子：在转录中起到终止转录的作用的辅助蛋白。依赖的作用的辅助蛋白。依赖Rho因子因子的终止子是弱终止子，不依赖的终止子是弱终止子，不依赖Rho因子的终止子是强终止子。因子的终止子是强终止子。第19页，此课件共28页哦2、转录后的调控、转录后的调控（1）原核生物：）原核生物：毋需加工毋需加工第20页，此课件共28页哦加帽：加帽：5甲基化甲基化G加尾：加尾：3加多聚加多聚甲基化甲基化RNA选择性剪接选择性剪接RNA编辑（移码）编辑（移码）（2）真核生物：）真核生物：第21页，此课件共28页哦第三节第三节 翻译水平上的调控翻译水平上的调控第22页，此课件共28页哦1、翻译因子磷酸化调控、翻译因子磷酸化
16、调控蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重要作用，是细胞生命活动的调控中心。要作用，是细胞生命活动的调控中心。蛋白质的磷酸化则是指由蛋白激酶催化的把蛋白质的磷酸化则是指由蛋白激酶催化的把ATP或或GTP位的磷酸基传移到底物蛋白质氨基酸位的磷酸基传移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白磷酸酶催化的，残基上的过程，其逆转过程是由蛋白磷酸酶催化的，称为蛋白质的脱磷酸化称为蛋白质的脱磷酸化.第23页，此课件共28页哦第24页，此课件共28页哦2、翻译后的加工修饰、翻译后的加工修饰（1）多肽的切割加工：）多肽的切割加工：例如：脊椎动物的胰岛素加
17、工过例如：脊椎动物的胰岛素加工过程：程：最初前胰岛素原有最初前胰岛素原有105个氨基酸，个氨基酸，加工中先将加工中先将N端的端的24个氨基酸残个氨基酸残基切除，形成前体胰岛素基切除，形成前体胰岛素 然后然后切除中间一段氨基酸序列，留下切除中间一段氨基酸序列，留下21个氨基酸残基的链和个氨基酸残基的链和30个个氨基酸残基的氨基酸残基的B链链 由二硫键由二硫键连接两条肽链。连接两条肽链。第25页，此课件共28页哦（2）多肽的化学修饰：）多肽的化学修饰：b)b)蛋白质的糖基化：蛋白质的糖基化：蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化(glycosylation)：一些大分子量碳水化合物：一些大分子量碳水化合物加
18、到多肽链上。加到多肽链上。糖分子连接在丝氨酸或苏氨酸的羟基上，形成糖分子连接在丝氨酸或苏氨酸的羟基上，形成O-连糖基连糖基化化(O-linked glycosylation)；与天门冬氨酸的氨基相连则形；与天门冬氨酸的氨基相连则形成成N-连糖基化连糖基化(N-linked glycosylation)。a)a)蛋白质的磷酸化蛋白质的磷酸化:提高或降低酶活性。提高或降低酶活性。第26页，此课件共28页哦蛋白质内含子：同同mRNA一样，一一样，一些前体蛋白质具有内含子些前体蛋白质具有内含子(intein)序列，序列，位于多肽序列的中间位于多肽序列的中间 经加工切除后，经加工切除后，两端的蛋白质外显
19、子两端的蛋白质外显子(extein)连接为成熟连接为成熟蛋白质分子。蛋白质分子。特点：特点：切割位点保守：切割位点保守：具有自动切割加工能力：具有自动切割加工能力：（3 3）多聚蛋白质切割：）多聚蛋白质切割：第27页，此课件共28页哦 DNA水平：水平：启动子、增强子、弱化子、绝缘子、沉默子、启动子、增强子、弱化子、绝缘子、沉默子、DNA甲基化。甲基化。转录水平：转录水平：RNA选择性剪接、选择性剪接、RNA编辑（移码）、编辑（移码）、RNA甲基化甲基化 翻译水平：翻译水平：翻译因子磷酸化调控、翻译因子磷酸化调控、多肽的切割、多肽的化学修饰（多肽的切割、多肽的化学修饰（磷酸磷酸化化、糖基化）、蛋白质内含子的剪切。、糖基化）、蛋白质内含子的剪切。基因调控主要在三个水平上进行：基因调控主要在三个水平上进行：第28页，此课件共28页哦