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1、关于基因基因组现在学习的是第1页，共50页2第一节 基因表达调控相关概念Section 1 CORRELATIVE CONCEPTS OF GENE REGULATION现在学习的是第2页，共50页3 是含有特定遗传信息的DNA片段，包括了编码一 种RNA、大多表达一种多肽的核苷酸序列区域。（结构基因；调节基因）一、基因（Gene）现在学习的是第3页，共50页4 是指一个细胞或生物体所携带的全部遗传是指一个细胞或生物体所携带的全部遗传 信息或整套基因信息或整套基因 二、二、基因组（Genome）现在学习的是第4页，共50页5（一）真核基因组结构庞大（一）真核基因组结构庞大哺乳类动物基因组哺乳类
2、动物基因组DNADNA约约3103109 9bpbp编码基因编码基因3 34 4万个，约占基因组万个，约占基因组DNADNA的的6 6重复基因占重复基因占DNA5DNA51010功能不明序列约占基因组功能不明序列约占基因组DNA80DNA809090现在学习的是第5页，共50页6（二）（二）单顺反子（单顺反子（monocistron）一个结构基因转录生成一个一个结构基因转录生成一个mRNAmRNA分子，编码分子，编码一条多肽链一条多肽链现在学习的是第6页，共50页7（三）基因不连续性（三）基因不连续性存在非编码序列和间隔区现在学习的是第7页，共50页8人类基因组计划人类基因组计划HGP的的内内
3、容容就就是是制制作作高高分分辨辨率率的的人人类类遗遗传传图图和和物物理理图图，最最终终完完成成人人类类和和其其它它重重要要模模式式生生物物全全部部基基因因组组DNA序序列列测定，因此测定，因此HGP属于结构基因组学范畴。属于结构基因组学范畴。现在学习的是第8页，共50页9第二节、基因表达调控第二节、基因表达调控概念概念特点特点方式方式意义意义原理原理现在学习的是第9页，共50页10基因表达（Gene xpression）简单说，就是基因转录及翻译的过程简单说，就是基因转录及翻译的过程 rRNA、tRNA编码基因转录合成编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达的过程也属于基因表达现在学习的是第
4、10页，共50页11现在学习的是第11页，共50页12一基因表达的概念一基因表达的概念 是指各种调节机制控制下，从基因激活开始，经历转录、翻是指各种调节机制控制下，从基因激活开始，经历转录、翻译等过程产生具有生物学功能的蛋白质分子，从而赋予细胞一定译等过程产生具有生物学功能的蛋白质分子，从而赋予细胞一定的功能或表型，或使生物体获得一定的遗传性状。简单说即基因的功能或表型，或使生物体获得一定的遗传性状。简单说即基因转录转录及翻译的过程。及翻译的过程。rRNArRNA、tRNAtRNA编码基因转录合成编码基因转录合成RNARNA的过程也属于基因表达。的过程也属于基因表达。现在学习的是第12页，共5
5、0页13二、基因表达调控的规律二、基因表达调控的规律阶段特异性阶段特异性时间顺序时间顺序/特异性特异性组织特异性组织特异性空间特异性空间特异性现在学习的是第13页，共50页141.1.阶段特异性阶段特异性 阶段特异性：阶段特异性：又称时间特异性。在特定环境中，按功能需要，又称时间特异性。在特定环境中，按功能需要，某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按特定时间顺序发生。特定时间顺序发生。例如：哺乳类例如：哺乳类AchRAchR分胚胎型和成年型：分胚胎型和成年型：胚胎型的亚基组成为胚胎型的亚基组成为 2 2，成年型的亚基组成为成年型的亚基组成为2
6、2；胚胎期表达；胚胎期表达亚基基因，亚基基因，亚基基因不表达，亚基基因不表达，而出生后而出生后亚基基因关闭，亚基基因关闭，亚基基因表达。亚基基因表达。现在学习的是第14页，共50页152.2.组织特异性组织特异性 组织特异性：组织特异性：又称空间特异性。在发育、分化特定时期内不同基因的又称空间特异性。在发育、分化特定时期内不同基因的表达产物在不同组织细胞内并非平均分配，而是按一定空表达产物在不同组织细胞内并非平均分配，而是按一定空间顺序出现，即同一基因产物在不同组织、细胞内的含量间顺序出现，即同一基因产物在不同组织、细胞内的含量有所不同，不同基因产物在同一组织、细胞中的含量也有有所不同，不同基
7、因产物在同一组织、细胞中的含量也有所不同。所不同。意义：它适应了不同组织器官功能的需要。基因表达的组意义：它适应了不同组织器官功能的需要。基因表达的组织特异性在分化、成熟的组织中适应了不同组织器官功能的需织特异性在分化、成熟的组织中适应了不同组织器官功能的需要。要。例如：血红蛋白在红细胞的高水平表达适应了红细胞运输氧和例如：血红蛋白在红细胞的高水平表达适应了红细胞运输氧和二氧化碳的功能需要。二氧化碳的功能需要。现在学习的是第15页，共50页16三、三、基因表达的方式基因表达的方式基本表达基本表达 诱导和阻遏诱导和阻遏现在学习的是第16页，共50页171.基本的基因表达基本的基因表达管家基因：管
8、家基因：生物体某些基因产物在整个生命过程中都是需生物体某些基因产物在整个生命过程中都是需要的或必不可少的，这类产物的编码基因在生物体要的或必不可少的，这类产物的编码基因在生物体的几乎所有细胞中持续表达，这类基因叫的几乎所有细胞中持续表达，这类基因叫“管家基管家基因因”，它的基因表达即为基本的基因表达。，它的基因表达即为基本的基因表达。基本的基因表达也是在一定机制控制下进行的。基本的基因表达也是在一定机制控制下进行的。如：三羧酸循环中酶编码基因的表达，组成细胞的微管蛋白如：三羧酸循环中酶编码基因的表达，组成细胞的微管蛋白的表达的表达。现在学习的是第17页，共50页182.2.诱导和阻遏表达诱导和
9、阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的基基因因被被激激活活，基因表达产物增加，这种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过过程程，称称为为诱导诱导(induction)。如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物物水水平平降降低低的的过程称为过程称为阻遏阻遏(repression)。现在学习的是第18页，共50页19四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义适应环境和维持生长适
10、应环境和维持生长维持个体的发育与分化维持个体的发育与分化现在学习的是第19页，共50页20五五 基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理 （一）（一）基因表达的多级调控基因表达的多级调控 基因活化、转录起始、转录后加工、基因活化、转录起始、转录后加工、mRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及 蛋白质降解等多个环节均可调节细胞内蛋白质蛋白质降解等多个环节均可调节细胞内蛋白质 的浓度。的浓度。转录起始是基本控制点。转录起始是基本控制点。现在学习的是第20页，共50页21（二）基因转录激活调节基本要素（二）基因转录激活调节基本要素基基因因表表达达的的调调节节与
11、与基基因因的的结结构构、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处的的内内、外外环环境境，以以及及细胞内所存在的转录细胞内所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。1.特异特异DNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质现在学习的是第21页，共50页22原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon)机制机制特异特异DNA序列序列编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator)现在学习的是第22页，共50页23真核生物真核生物1)顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)可影响自身基因表
12、达活性的可影响自身基因表达活性的DNA序列序列BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列，如如TATA盒盒、CAAT盒盒等等，这这些些共共有有序序列是列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。聚合酶或特异转录因子的结合位点。现在学习的是第23页，共50页242)2)真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白还还有有蛋蛋白白质质因因子子可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺顺式式作作用用。由由某某一一基基因因表表达达产产生生的的蛋
13、蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互互作作用用，调调节节其表达。其表达。反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。现在学习的是第24页，共50页253.RNA聚合酶聚合酶 原核启动序列原核启动序列/真核启动子与真核启动子与RNA聚合酶活性聚合酶活性 RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。聚合酶与其的亲和力，影响转录。调节蛋白与调节蛋白与RNA聚合酶活性聚合酶活性一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号刺刺激激下下表表达达，然然后后通通过过DNA-
14、蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用影影响响RNA聚合酶活性。聚合酶活性。现在学习的是第25页，共50页26 第三节、原核基因转录调节第三节、原核基因转录调节一一 原核基因转录调节特点原核基因转录调节特点 因子决定因子决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 操纵子模型的普遍性操纵子模型的普遍性 阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制现在学习的是第26页，共50页27乳糖操纵子结构 CAP结合位点结合位点P IIPOZYA调控区调控区结构基因结构基因I:阻遏蛋白编码基因阻遏蛋白编码基因PI:阻遏蛋白基因启动序
15、列阻遏蛋白基因启动序列Z:-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y:透酶透酶A:乙酰基转移酶乙酰基转移酶结构基因结构基因O:操纵序列（阻遏蛋白结合部位）操纵序列（阻遏蛋白结合部位）P:启动序列启动序列CAP结合位点结合位点调控区调控区现在学习的是第27页，共50页28阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节（无乳糖）（无乳糖）Lac阻遏蛋白结合阻遏蛋白结合O基因基因,抑制转录抑制转录,Lac操纵子表达量微少操纵子表达量微少阻遏蛋白阻遏蛋白mRNACAP结合位点结合位点P IIPOZYARNA聚合酶聚合酶 现在学习的是第28页，共50页29诱导剂结合于诱导剂结合于Lac阻遏蛋白，阻遏蛋白与阻遏蛋白，阻遏蛋白与O基因
16、解离，不基因解离，不抑制转录，抑制转录，Lac操纵子转录活性提高操纵子转录活性提高1000倍倍乳糖乳糖别乳糖别乳糖CAP结合位点结合位点P IIPOZYAmRNA阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节（有乳糖有乳糖）现在学习的是第29页，共50页30CAPCAP的正性调节的正性调节（无葡萄糖）（无葡萄糖）cAMPCAP蛋白蛋白P IIPOZYACAP结合位点结合位点mRNA无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高浓度高cAMP与与CAP结合结合 与与CAP结合位点结合结合位点结合转录活性提高转录活性提高50倍倍 现在学习的是第30页，共50页31CAPCAP的正性调节的正性调节（有葡萄糖）cAMPCA
17、P蛋白蛋白P IIPOZYACAP结合位点结合位点mRNA有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低浓度低cAMP与与CAP结合受阻结合受阻转录活性下降转录活性下降 现在学习的是第31页，共50页32Section 4 REGULATION OF EUKARYOTIC GENE EXPRESSION第四节第四节 真核基因表达调节真核基因表达调节现在学习的是第32页，共50页33（二）正性调节占主导（二）正性调节占主导（三）转录与翻译分隔进行（三）转录与翻译分隔进行（四）转录后修饰、加工（四）转录后修饰、加工一一 真核基因表达调控特点真核基因表达调控特点（一）活性染色体结构变化（一）活性染色体结构变化T
18、he Characteristics of Eukaryotic gene expression regulation(五五)RNA聚合酶聚合酶现在学习的是第33页，共50页34活性染色体结构变化活性染色体结构变化1.对核酸酶敏感对核酸酶敏感2.DNA拓扑结构变化拓扑结构变化RNA-pol 正超螺旋正超螺旋 负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向3.DNA碱基修饰变化碱基修饰变化4.组蛋白变化组蛋白变化现在学习的是第34页，共50页35二二 真核基因转录激活调节真核基因转录激活调节 转录（起始）调节实质上是调节蛋白与DNA相互作用（一）顺式作用元件（一）顺式作用元件(cis-acting eleme
19、nts)（二）反式作用因子（二）反式作用因子(trans-acting factors)（三）（三）mRNA转录激活及其调节转录激活及其调节现在学习的是第35页，共50页36启动子（promoter）RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，包括转录起始位点和一个以上的机能组件 典型组件：TATA盒、GC盒、CAAT盒等启动子决定基础转录启动频率启动子决定基础转录启动频率（一）顺式作用元件（一）顺式作用元件(cis-acting elements)现在学习的是第36页，共50页37Representative Promoter in EukaryotesTATA BoxPromoter pr
20、oximal elementsCore PromoterMost core promoter alone NOT able to promote transcription-requires activating elements现在学习的是第37页，共50页38增强子增强子（enhancer）远离转录起始位点(130kb)，决定基因的特异性表达，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、距离无关增强子决定基因表达的组织、阶段特异性增强子决定基因表达的组织、阶段特异性（一）顺式作用元件（一）顺式作用元件(cis-acting elements)现在学习的是第38页，共50页3
21、9Different Enhancers of Eukaryotic Promotercore promoterpromoter-proximal elements+1transcriptscale is in kb(kilobases)enhancers现在学习的是第39页，共50页40沉默子沉默子（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 有些DNA序列既可作为正性、又可作为负 性调节元件发挥顺式调节作用（一）顺式作用元件（一）顺式作用元件(cis-acting elements)现在学习的是第40页，共50页41（二）反式作用因子（二）反式作
22、用因子 (trans-acting factors)1.转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）绝大多数转录调节因子以反式作用调节基因转录绝大多数转录调节因子以反式作用调节基因转录2.转录调节因子的结构转录调节因子的结构现在学习的是第41页，共50页421.转录调节因子分类转录调节因子分类（按功能特性）（按功能特性）基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)转录激活因子转录激活因子（transcription activators）转录抑制因子转
23、录抑制因子（transcription repressors）现在学习的是第42页，共50页43 polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBPTATA DNARNA polymerase and its general transcription factorsTFETBP(binding TATA box)TAF(TBP associated factor)TFD现在学习的是第43页，共50页44DNA domains of transcription factors binding double-helix DNA现在学习的是第44页，共50页45思考题思考题什么是启动子、操纵子
24、、限制性核酸内切酶、基什么是启动子、操纵子、限制性核酸内切酶、基因工程？因工程？试述乳糖操纵子的工作原理？（回答要点包括乳试述乳糖操纵子的工作原理？（回答要点包括乳糖操纵子的结构；阻遏蛋白的负性调节；糖操纵子的结构；阻遏蛋白的负性调节；CAPCAP的正的正性调节。）性调节。）简述基因工程的基本过程。简述基因工程的基本过程。现在学习的是第45页，共50页461.基因表达就是指遗传信息或基因 E A.复制的过程B.转录的过程C.反转录的过程D.翻译的过程E.转录及翻译的过程2.基因表达的空间特异性又称 BA.阶段特异性B.组织特异性C.个体特异性D.种属特异性E.以上都不是现在学习的是第46页，共
25、50页473.基因的诱导表达是指，在一定环境或条件下基因表达 B A.增强或减弱的过程 B.增强的过程 C.减弱的过程 D.停止的过程 E.以上都不是4.基因的阻遏表达是指，在一定环境或条件下基因表达 E A.增强或减弱的过程 B.增强的过程 C.减弱的过程 D.停止的过程 E.减弱或停止的过程现在学习的是第47页，共50页485.管家基因的表达过程 A A.变化很小 B.没有变化 C.明显变化 D.变化较大 E.变化极大6.目前认为基因表达调控的主要环节是 B A.基因活化 B.转录起始 C.转录后加工 D.翻译起始 E.翻译后加工现在学习的是第48页，共50页497.顺式作用元件是指 E A.基因的5侧翼序列 B.基因的3侧翼序列 C.基因的5侧翼序列以外的序列 D.基因3侧翼序列以外的序列 E.具有转录调节功能的特异DNA序列8.原核阻遏蛋白的特异性结合 B A.启动序列 B.操纵序列 C.CAP结合位点 D.转录起始点 E.转录终止点 现在学习的是第49页，共50页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第50页，共50页