第13章基因表达调控
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第十三章基因表达调控一、基因表达调控基本概念与原理:1.基因表达的概念:基因表达(gene expression)就是指在一定调节因素的作用下,DNA 分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA,或由此引起特异性蛋白质合成的过程。
2.基因表达的时间性及空间性:⑴时间特异性:基因表达的时间特异性(temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照特定的时间顺序发生,以适应细胞或个体特定分化、发育阶段的需要。
故又称为阶段特异性。
⑵空间特异性:基因表达的空间特异性(spatial specificity)是指多细胞生物个体在某一特定生长发育阶段,同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同,从而导致特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组织器官。
故又称为细胞特异性或组织特异性。
3.基因表达的方式:⑴组成性表达:组成性基因表达(constitutive gene expression)是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的,且较少受环境因素的影响。
这类基因通常被称为管家基因(housekeeping gene)。
⑵诱导和阻遏表达:诱导表达(induction)是指在特定环境因素刺激下,基因被激活,从而使基因的表达产物增加。
这类基因称为可诱导基因。
阻遏表达(repression)是指在特定环境因素刺激下,基因被抑制,从而使基因的表达产物减少。
这类基因称为可阻遏基因。
4.基因表达的生物学意义:①适应环境、维持生长和增殖。
②维持个体发育与分化。
5.基因表达调控的基本原理:⑴基因表达的多级调控:基因表达调控可见于从基因激活到蛋白质生物合成的各个阶段,因此基因表达的调控可分为转录水平(基因激活及转录起始),转录后水平(加工及转运),翻译水平及翻译后水平,但以转录水平的基因表达调控最重要。
⑵基因转录激活调节基本要素:①顺式作用元件:顺式作用元件(cis-acting element)又称分子内作用元件,指存在于DNA分子上的一些与基因转录调控有关的特殊顺序。
第13 章基因表达调控学习要求1.掌握基因表达的相关概念及原理;原核生物转录起始的调节与操纵子模式;顺式作用元件的分类及转录因子的分类。
2.熟悉真核生物表达调控的特点;基因表达的时间、空间特异性。
3.了解基因表达调控的生理意义;其他转录调节机制及翻译水平调节机制;真核生物基因组结构特点;RNA polⅠ和RNA pol Ⅲ转录体系的调节;转录因子的结构。
基本知识点基因表达调控是在细胞生物学、分子生物学以及分子遗传学研究基础上发展起来的新领域,涉及很多基本概念和原理。
这些基本概念是认识原核、真核基因表达调控的基础。
基因表达就是基因转录及翻译的过程。
基因表达表现为严格的规律性,即时间、空间特异性。
基因表达的方式有组成性表达及诱导或阻遏表达。
原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应环境、维持生长和细胞分裂。
多细胞生物调节基因的表达除为适应环境,还有维持组织器官分化、个体发育的功能。
基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件。
其中,转录起始是基因表达的基本控制点。
基因转录激活调节基本要素涉及特异DNA序列, 调节蛋白以及这些因素通过何种方式对RNA聚合酶活性产生影响。
除了转录起始水平的调节,其他水平,如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。
大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。
E.coli的lac操纵子含Z、Y 及A三个结构基因,还包括一个操纵序列O,一个启动序列P在内的调控区,以及一个调节基因I。
I基因与lac操纵区相邻,编码一种Lac阻遏蛋白。
阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白(CAP)与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。
真核基因表达调控的某些机制与原核存在明显差别。
包括:真核细胞内含有多种RNA聚合酶;处于转录激活状态的染色质结构会发生明显变化,如对核酸酶敏感,DNA碱基的甲基化修饰,组蛋白的乙酰化,甲基化或磷酸化修饰等。
此外,微小RNA对真核基因表达调控的影响也日益受到重视。
第十三章基因表达调控【目的要求】1.掌握乳糖操纵子结构和调节机制,RNApolⅡ转录起始的调节。
2.熟悉基因表达的概念,基因转录激活调节基本要素,原核基因转录调节特点,真核基因组结构特点,3.了解基因表达的特异性,基因表达的方式,基因表达调控的生物学意义,RNApolⅠ和polⅢ的转录调节,转录后水平的调节,翻译水平的调节。
【教学内容】第一节基因表达调控基本概念与原理1.基因表达的概念:基因,基因组,基因表达。
2.基因表达的特异性:时间性及空间性。
3.基因表达的方式:基本表达(组成性表达),诱导和阻遏。
4.基因表达调控的生物学意义。
第二节基因表达调控的基本原理1.基因表达调控的多层次性和复杂性。
2.基因转录激活调节基本要素:特异DNA序列(操纵子,共有序列),调节蛋白(阻遏蛋白,激活蛋白,反式作用因子),DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用(二聚体化),RNA聚合酶。
第三节原核基因表达调节1.原核基因转录调节特点:σ因子决定RNA聚合酶识别特异性,操纵子模型的普遍性,阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。
2.原核生物转录起始调节:乳糖操纵子的结构(Z、Y及A基因,操纵序列,启动序列,调节基因,CAP结合位点),乳糖操纵子调节机制(阻遏蛋白的负性调节,CAP的正性调节,协调调节)。
3.原核生物转录终止调节。
4.原核生物翻译水平调节:蛋白质分子的自我调节,反义RNA对翻译的调节作用。
第四节真核基因转录调节1.真核基因组结构特点:真核基因组结构庞大,单顺反子,重复序列,基因不连续性2.真核基因表达调控特点:RNA聚合酶,活性染色体结构变化,正性调节占主导,转录与翻译分隔进行,转录后修饰、加工。
3.RNApo lⅠ和polⅢ的转录调节:RNApolⅠ转录体系的控制,RNApolⅢ转录体系的控制。
4.RNApolⅡ转录起始的调节:顺式作用元件(启动子,增强子,沉默子),反式作用因子(转录因子的分类、结构),mRNA转录激活及其调节(TFⅡD组成成分――TBP、TAF)。