基因表達(dá)調(diào)控與分化發(fā)育(已修改)
2025-01-29 10:19 本頁面
【正文】 第十四章 基因表達(dá)調(diào)控與分化發(fā)育 教師：張光祥 Email: 第一節(jié)：原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 基因的活性主要通過反式作用因子和順式作用元件來調(diào)控 ?基因是編碼可擴散產(chǎn)物的 DNA序列，所謂產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)(大多數(shù)基因都編碼蛋白質(zhì) )和 RNA(tRNA和 rRNA)等。 ?反式作用：游離的基因產(chǎn)物從合成的場所擴散至其目標(biāo)場所，對其它基因的表達(dá)發(fā)揮調(diào)控作用。 ?為順式作用 (cisacting)：任一只在原位發(fā)揮作用的 DNA序列，它不轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏纹渌镔|(zhì)形式，僅影響與其在物理上相連的 DNA ?啟動子和終止子是典型的順式作用元件，作用于這兩種順式元件的反式作用因子就是 RNA聚合酶 ?有時順式調(diào)控元件最終發(fā)揮作用的不是 DNA，而是 RNA ?原核生物基因表達(dá)的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行。細(xì)菌的啟動子附近通常具有一個或多個與之并列或散布在其周圍，而且與之緊密相連的順式作用元件 正調(diào)控的兩種情況 一、正調(diào)控與負(fù)條調(diào)控 ?正調(diào)控是指由反式作用因子識別并結(jié)合到順式元件上，從而激活 (Activate) 基因的表達(dá)。 正調(diào)控 無配體 → 反式作用因子結(jié)合 → 激活表達(dá)； 有配體 → 受體 (反式作用因子 )脫離 → 關(guān)閉基因的表達(dá)。 有配體 → 反式作用因子結(jié)合 → 激活表達(dá)； 無配體 → 受體 (反式作用因子 )脫離 → 關(guān)閉基因的表達(dá)。 負(fù)調(diào)控 負(fù)調(diào)控的兩種情況 ?負(fù)調(diào)控是指由反式作用因子本來是一直結(jié)合在順式元件上的關(guān)閉或阻遏 (Repress)著基因的表達(dá)，只有在反式作用因子脫離下來后，基因才激活 (Activate) 或表達(dá)。 ?在細(xì)菌中，正、負(fù)調(diào)控使用的頻率也許大致相等 反式作用因子無配體的結(jié)合→ 關(guān)閉基因的表達(dá)； 有配體的結(jié)合 → 受體 (反式作用因子 )脫離 → 激活表達(dá)。 反式作用因子有配體的結(jié)合→ 關(guān)閉基因的表達(dá)； 無配體的結(jié)合 → 受體 (反式作用因子 )脫離 → 激活表達(dá)。 二、乳糖操縱子 ?1940年 Monod發(fā)現(xiàn)：細(xì)菌在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長時先利用葡萄糖，葡萄糖用完后生長出現(xiàn)短暫停滯，然后利用乳糖；在糖源轉(zhuǎn)變期出現(xiàn) “ 二次生長曲線 ” 。 結(jié)合阻遏物 RNA酶結(jié)合 產(chǎn)生阻遏蛋白 操縱基因 啟動子 阻遏物基因 結(jié)構(gòu)基因 A Y Z O P I ?1951年， Monod和 Jacob合作發(fā)現(xiàn)兩對基因： ?lacZ基因：編碼 β 半乳糖苷酶，催化 β 半乳糖苷水解，將乳糖水解為葡萄糖和半乳糖 ?lacI基因：編碼乳糖操縱子阻遏蛋白 (Repressor)，阻止結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，從而決定細(xì)胞對誘導(dǎo)物的反應(yīng)。 ?Jacob：結(jié)構(gòu)基因旁有開關(guān)基因（即操縱基因），阻遏物通過與開關(guān)基因的結(jié)合，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá) ?lacY 編碼 β 半乳糖苷透性酶 (Permease)，是膜結(jié)合蛋白，是轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的成員，將乳糖轉(zhuǎn)入細(xì)胞 ?LacA編碼 β 半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；?(Transacetylase)，將乙?；鶑囊阴］o酶 A轉(zhuǎn)移到 β 半乳糖苷上 ?有乳糖 (presence of lactose)：使阻遏蛋白脫離，lac操縱子即可被誘導(dǎo) (derepression,induction)。 – 誘導(dǎo)物 (inducer)是半乳糖苷類物質(zhì) : – 乳糖 – 別乳糖 – 半乳糖 – IPTG(是一種非 底物誘導(dǎo)物） 乳糖操縱子上阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié) ?無乳糖 : lac操縱子處于阻遏狀態(tài) (repression) 乳糖操縱子 (lac operon)的調(diào)控方式 三、優(yōu)先利用葡萄糖的機制 葡萄糖是微生物最主要的碳源，具有 優(yōu)先利用葡萄糖 的機制，對葡萄糖的存在非常敏感。 分解物抑制 (catabolite repression)：只要有葡萄糖存在，利用、轉(zhuǎn)運和分解其它碳源的酶系統(tǒng)的基因表達(dá)便受到葡萄糖分解產(chǎn)物的反饋抑制。 在沒有葡萄糖 (碳源饑餓 )條件下，才啟動相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄來利用環(huán)境中存在的其它碳源，如乳糖、阿拉伯糖、麥芽糖等等。所有非葡萄糖的碳源利用操縱子統(tǒng)稱 葡萄糖敏感型操縱子 。 cAMP在高等生物的許多激素作用過程中扮演重要角色，在低等生物如細(xì)菌中，其含量隨生理狀態(tài)特別是碳源供應(yīng)狀況而變化：葡萄糖 ?， cAMP?； 碳源饑餓， cAMP? 葡萄糖和乳糖同時存在時，葡萄糖抑制 AMP環(huán)化酶的活性，加入 cAMP也可激活乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄； cAMP通過與 cAMP受體蛋白 CRP(也叫代謝物分解基因激活蛋白 catabolite gene activition protein,CAP）結(jié)合后形成 cAMPCAP復(fù)合物 ，然后作用于啟動子。 了解 CAP的正性調(diào)節(jié) ? 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) (coordinate regulation) – 負(fù)性調(diào)節(jié)與正性調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)合作：阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP不發(fā)揮作用；如沒有 CAP加強轉(zhuǎn)錄，即使阻遏蛋白從 P上解聚仍無轉(zhuǎn)錄活性 ? lac操縱子強的誘導(dǎo)作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖 四、阿拉伯糖操縱子及其雙向控制 阿拉伯糖操縱子 重點 五、色氨酸操縱子 了解 衰減子的結(jié)構(gòu)特點 Trp操縱子的衰減作用機制 第二節(jié)、細(xì)胞分化與發(fā)育的遺傳控制 細(xì)胞的分化和發(fā)育其實質(zhì)是基因表達(dá)調(diào)控差異的體現(xiàn)。多細(xì)胞生物的發(fā)育不僅涉及到 細(xì)胞類型的分化 ，而且涉及特定 細(xì)胞精確的空間定位 。 發(fā)育主要是通過基因表達(dá)的調(diào)節(jié)來控制的。在高等生物基因組中有一套程序建立了細(xì)胞發(fā)育的命運，即身體發(fā)育的基本藍(lán)圖。在大多數(shù)生物中，分化的第一個影響因素是卵細(xì)胞中蛋白質(zhì)分布的不均一性。進(jìn)一步的分化是通過細(xì)胞間及細(xì)胞與環(huán)境間的相互作用來完成。分化反映了不同蛋白系列的形成。 在動物中有三種不同的圖式形成：一種是完全程序化的（鑲嵌式），另一種是非程序化的（調(diào)節(jié)式），第三種是半程序化的。在早期發(fā)育中胞質(zhì)決定和和細(xì)胞之間相互作用的相對優(yōu)勢在動物界中是不同的。通常，胞質(zhì)決定出現(xiàn)在大多數(shù)無脊椎動物胚胎，呈現(xiàn)鑲嵌式圖式形成，而細(xì)胞之間相互作用是在脊椎動物發(fā)育中，呈現(xiàn)調(diào)節(jié)式圖式形成。 一、果蠅 調(diào)節(jié)蛋白基因的定位轉(zhuǎn)錄活性 在果蠅的卵中，沿著主要的體軸建立 母體調(diào)節(jié)蛋白的濃度梯度 。合子中由這些蛋白質(zhì)來控制 主要調(diào)節(jié)蛋白基因 的 定位轉(zhuǎn)
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