16生化-基因表达调控
2022-02-06 16:47:00 0 举报AI智能生成
生化-基因表达调控
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大纲/内容
概念及特点
基因表达是转录和翻译的过程
并非所有的基因表达都产生蛋白质
rRNA，tRNA的产生也是基因表达，但不产生蛋白质
包括mRNA的降解水平和其从核到质的转运过程
具有时间特异性、空间特异性
由特异的基因启动子和增强子与调节蛋白相互作用决定
时间特异性（多细胞生物：阶段特异性）
按一定时间顺序发生
空间特异性（细胞特异性/空间特异性）
同一基因在不同的组织器官表达不同
方式多样性
管家基因（基本表达，组成性表达）
某些基因在一个生物个体的几乎所有细胞持续表达+各个生长阶段持续表达
表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶的影响，不受其他机制调节
例子🌰🌰柠檬酸循环关键酶的编码基因
可诱导基因（可阻遏基因）
受特定环境影响，相应基因被激活或抑制，基因表达水平升高或降低
例子🌰🌰
DNA损伤时，修复基因被诱导而表达增加
外界色氨酸充足时，细菌体内色氨酸表达下降
乳糖操纵子
原核表达调控
操纵子是其转录调控基本单位
定义
原核基因按照功能相关性成簇的串联，密集在染色体上，共同组成一个转录单位，即为操纵子
操纵子
结构基因（下游）
数个功能上相关的基因串联排列，共同构成编码区
调控序列（上游）
启动子
是RNA聚合酶和各种调控蛋白作用的部位，是决定基因表达效率的关键原件
-10区的TATAAT序列（Pribnow盒）；-35TTGACA序列
操纵元件
一段能被特异的阻遏蛋白识别和结合的DNA序列
阻遏蛋白➕操纵序列会阻碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶不能沿DNA移动，阻遏转录→负性调节
调节基因
编码能够与操纵序列结合的调控蛋白
①特异因子：决定RNA聚合酶对启动序列的特异性识别和结合能力
②阻遏蛋白：识别并结合操作序列，抑制基因转录→负性调节
③激活蛋白
结合启动子邻近的DNA序列，提高RNA聚合酶与启动序列的结合能力，增强其活性→正性调节
举例🌰🌰分解（代谢）物基因激活蛋白（CAP）
乳糖操纵子（Lac）是诱导型调控
结构
三个结构基因
Z:β半乳糖酐酶
Y：通透酶
A：乙酰转移酶
三个调控序列
CAP结合位点：
CAP激活蛋白（可诱导）
葡萄糖↓→cAMP↑→CAP→启动
P：启动序列（promote）
RNA聚合酶
调节基因I
有独立启动子PI，编码阻遏蛋白，阻遏蛋白与O序列结合
0 :操作序列（Operate）：阻遏蛋白结合位点
调节
阻遏蛋白的复性调节
乳糖不存在，I基因表达阻遏蛋白与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动
乳糖存在，操纵子被诱导
真正诱导剂是半乳糖
乳糖→β半乳糖酐酶、透酶→半乳糖→移开在O上的阻遏蛋白→启动
协调调节
Lac阻遏蛋白复性调节与CAP正性调节相协调
过程
阻遏蛋白（负性调节）、CAP(正性调节)
CAP的正性调节
CAP内有DNA结合区及cAMP（结合活化CAP）结合位点
①无葡萄糖→cAMP↑→cAMP与CAP结合→RNA转录活性↑
②有葡萄糖→cAMP↓→cAMP与CAP结合受阻→RNA转录活性↓
色氨酸操纵子：阻遏型调控
无色氨酸时，阻遏蛋白与O序列结合受阻→开放→结构基因表达
分支主题
色氨酸多时，色氨酸+阻遏蛋白与O序列结合→关闭→停止表达
弱化和衰减作用
让已经起始的转录停止，载有色氨酸的T-RNA增多
转录终止阶段的调控机制
转录终止机制
依赖ρ因子
不依赖ρ因子（识别RNA茎环结构和3'端连续的U）
终止调节方式
衰减
抗终止
原理
受顺式作用原件➕反式作用原件共同调节
呈现多层次和复杂性
可发生在遗传信息传递的任何环节
转录的起始是基因表达调控的起始点/基本控制点/主要环节
是生长发育的基础
真核表达调控
真原核基因特点
①真核基因组＞原核
②
原核大部分为编码基因，重复序列少；
真核10%编码序列，含大量重复序列
③
原核：基因序列连续，无内含子
真核：编码基因不连续，转录后需去除内含子，连接外显子
④
原核：多顺反子mRNA（数个结构基因常串联排列构成一个转录单位，转录生成的一条mRNA可编码几种功能相关的蛋白质）
真核：单顺反子mRNA（一个mRNA只编码一种蛋白质）
⑤
真核DNA构成染色质，结构复杂
⑥
真核遗传信息→核DNA和线粒体DNA
转录起始是真核生物基因表达调控的关键
顺式作用原件
是指转录起始的关键调节部位
可影响自身基因表达活性的DNA序列
非编码序列
并非都位于转录起始点上游
包括
启动子
包括至少一个转录起始点➕一个以上的功能组件
TATA盒
TATAAAA，控制转录起始的准确性及频率，TFIID结合位点，能与RNA聚合酶结合
GC盒（GGGCGG，结合转录因子SP1）和CAAT盒（GCCAAT）
增强子
转录因子结合DNA的核心序列➕提高转录效率
特点：
在基因上游、下游或远距离起调节作用
需要启动子才能发挥作用
与方向无关
与远近距离无关
沉默子
复性调控；抑制基因转录
转录因子是转录调控的关键分子
对于真核，转录调节蛋白＝转录调节因子＝转录因子（TF）＝反式作用因子
结构特点
大多数TF是DNA结合蛋白
至少两个结构域
DNA结合域
锌指结构
碱性螺旋-环-螺旋膜体结构
碱性亮氨酸拉链膜体
转录激活域
分支主题
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