【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （二）維持個(gè)體發(fā)育與分化 功能不同的基因的表達(dá)不同 ?不受調(diào)控的基因 ： （相對(duì)） ?基本（組成性）基因表達(dá)（ constitutive gene expression） ?管家基因（ housekeeping genes） ?表達(dá)受調(diào)控的基因： ?某些基因的表達(dá)在生命過(guò)程的某個(gè)時(shí)期，或外界環(huán)境的改變發(fā)生了變化 ?誘導(dǎo)和阻遏 基本（組成性）基因表達(dá) （ constitutive gene expression） ?某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為 管家基因 (housekeeping gene)。 管家基因（ housekeeping genes） ? 無(wú)論表達(dá)水平高低，某些基因 較少受環(huán)境因素影響 ，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類(lèi)基因表達(dá)被視為 基本（組成性）基因表達(dá) (constitutive gene expression) 編碼物質(zhì)代謝有關(guān)酶類(lèi)： ? 編碼分解代謝的酶 —— 可誘導(dǎo)型 ? 乳糖操縱子 ? 編碼合成代謝的酶 —— 可阻遏型 ? 色氨酸操縱子 原核生物的基因結(jié)構(gòu) ?特點(diǎn)（與真核生物的主要區(qū)別）： ?無(wú)內(nèi)含子 ?操縱子 —— 轉(zhuǎn)錄單元 ?多順?lè)醋?mRNA ?轉(zhuǎn)錄沒(méi)有結(jié)束，翻譯已經(jīng)開(kāi)始 誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) 在特定環(huán)境信號(hào)刺激下 ， 相應(yīng)的基因被激活 ， 基因表達(dá)產(chǎn)物增加 ， 這種基因稱(chēng)為 可誘導(dǎo)基因 。 可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程 ，稱(chēng)為 誘導(dǎo) (induction)。 如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制 ， 這種基因是 可阻遏基因 。 可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程稱(chēng)為阻遏 (repression)。 Lehninger39。 原核生物 蛋白質(zhì)因子 —— 操縱子 (operon) 機(jī)制 特異 DNA序列 編碼序列 啟動(dòng)序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列 (promoter) (operator) 操縱子 ? 通常由 2個(gè)以上 結(jié)構(gòu)基因 和多種 表達(dá)調(diào)控元件在基因組中成簇串聯(lián)組成 ? 表達(dá)調(diào)控元件：promoter， operator ? 原核生物中最常見(jiàn)的表達(dá)調(diào)控單位 雅各布 (1920～ ) 法國(guó)生物學(xué)家、分子生物學(xué)家 莫諾 (1910～ 1976) 法國(guó)生物學(xué)家 1961年雅格布與莫諾合作提出了“信使核糖核酸”和“操縱子”概念，闡明了 RNA在遺傳過(guò)程中的信息傳遞作用和乳糖操縱子在蛋白質(zhì)生物合成中的調(diào)節(jié)控制機(jī)制，于1965年獲諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 是 RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異 DNA序列。 1) 啟動(dòng)序列 RNA轉(zhuǎn)錄起始 35區(qū) 10區(qū) TTGACA TTAACT TTTACA TATGAT TTTACA TATGTT TTGATA TATAAT CTGACG TACTGT N17 N16 N17 N16 N16 N7 N7 N6 N7 N6 A A A A A trp tRNATyr lac recA Ara BAD TTGACA TATAAT 共有序列 共有序列 (consensus sequence) 決定啟動(dòng)序列的轉(zhuǎn)錄活性大小 。 某些特異因子 （ 蛋白質(zhì) ） 決定 RNA聚合酶 對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力 。 2? 操縱序列 —— 阻遏蛋白 (repressor)的結(jié)合位點(diǎn) 當(dāng)操縱序列結(jié)合有 阻遏蛋白 時(shí) ， 會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合 ， 或是 RNA聚合酶不能沿 DNA向前移動(dòng) ， 阻礙轉(zhuǎn)錄 。 啟動(dòng)序列 編碼序列 操縱序列 pol 阻遏蛋白 3) 其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白 例如 激活蛋白 (activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的 DNA序列 ， 促進(jìn) RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合 ， 增強(qiáng) RNA聚合酶活性 。 有些基因在沒(méi)有激活蛋白存在時(shí) ， RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列 。 操縱子的結(jié)構(gòu)與功能 ? 典型的操縱子結(jié)構(gòu)： 控制區(qū) 信息區(qū) 結(jié)構(gòu)基因 I 調(diào)節(jié)基因 （阻遏或增強(qiáng)） P 啟動(dòng)基因 O 操縱基因 DNA 乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制 （ 一 ） 乳糖操縱子 (lac operon)的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)基因 Z： β半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙?；D(zhuǎn)移酶 編碼與乳糖分解代謝有關(guān)的基因 Z Y A O P DNA 調(diào)控區(qū) CAP結(jié)合位點(diǎn) 啟動(dòng)序列 操縱序列 阻遏基因 乳糖操縱子 (lac operon)的結(jié)構(gòu) Lehninger39。 乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制 ? 沒(méi)有乳糖的時(shí)候，該基因是不需要表達(dá)的，即該基因的表達(dá)是被抑制的。 mRNA 阻遏蛋白 I DNA Z Y A O P pol 沒(méi)有乳糖存在時(shí) 阻遏基因 ? 有乳糖存在的時(shí)候，需要表達(dá)，降解乳糖 mRNA 阻遏蛋白 有乳糖存在時(shí) I DNA Z Y A O P pol 啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 mRNA 乳糖 半乳糖 β半乳糖苷酶 ? CAP的正性調(diào)節(jié) + + + + 轉(zhuǎn)錄 無(wú)葡萄糖， cAMP濃度高時(shí) 有葡萄糖， cAMP濃度低時(shí) Z Y A O P DNA CAP CAP CAP CAP CAP CAP 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) ※ 當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí) ， CAP對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用； ※ 如無(wú) CAP存在 ， 即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合 ， 操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性 。 單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí) ， 細(xì)菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖 /乳糖共同存在時(shí) ， 細(xì)菌 優(yōu)先利用葡萄糖 。 葡萄糖對(duì) lac 操縱子的阻遏作用稱(chēng) 分解代謝阻遏 (catabolic repression)。 mRNA 低半乳糖時(shí) 高半乳糖時(shí) 葡萄糖低 cAMP濃度高 葡萄糖高cAMP濃度低 RNApol O O O 若有葡萄糖或葡萄糖 /乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌 優(yōu)先利用葡萄糖 。 Lehninger39。 轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié) ? 復(fù)習(xí) 《 RNA的合成 —— 轉(zhuǎn)錄 》 的內(nèi)容 ? 衰減子的作用 —— 色氨酸操縱子 Trp Trp 高時(shí) Trp 低時(shí) mRNA O P trpR 調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因 RNA聚合酶 RNA聚合酶 色氨酸操縱子 —— 可阻遏型轉(zhuǎn)錄調(diào)控 UUUU…… UUUU…… 調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因 trpR O P 前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域 UUUU…… 前導(dǎo) mRNA 1 2 3 4 衰減子結(jié)構(gòu) 第 11密碼子為 trp密碼子 終止密碼子 14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū) : 包含序列 1 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱： 序列 1/2序列 2/3序列 3/4 trp 密碼子 UUUU…… UUUU…… 3 4 UUUU 3’ 3 4 核糖體 前導(dǎo)肽 前導(dǎo) mRNA 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制 1 2 5’ trp 密碼子 衰減子結(jié)構(gòu) 就是終止子 可使轉(zhuǎn)錄 前導(dǎo) DNA UUUU 3’ RNA聚合酶 終止 UUUU…… 3 4 2 4 2 3 UUUU…… 核糖體 前導(dǎo)肽 前導(dǎo) mRNA 1 5’ trp 密碼子 結(jié)構(gòu)基因 前導(dǎo) DNA RNA聚合酶 Trp合成酶系相關(guān) 結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列 4不能 形成衰減子結(jié)構(gòu) Types of sequences in the human genome Lehninger39。 LINE： long interspersed element SINE： short interspersed element ? 比原核生物復(fù)雜 ? 30億堿基對(duì)， ，2－ 15％表達(dá) 真核生活基因表達(dá) 的多級(jí)調(diào)控 基因激活 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工 mRNA降解 蛋白質(zhì)翻譯 翻譯后加工修飾 蛋白質(zhì)降解等 DNA RNA 蛋白質(zhì) DNA暴露堿基后 RNA聚合酶才能有效結(jié)合?；罨癄顟B(tài)的基因表現(xiàn)為： 的組蛋白 。 最有效的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，通過(guò) DNA元件與調(diào)控蛋白相互作用來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。 RNA編輯、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn) 翻譯水平可通過(guò)特異的蛋白因子阻斷 mRNA翻譯翻譯后對(duì)蛋白的加工、修飾也是基本調(diào)控環(huán)節(jié) siRNA, microRNA 真核細(xì)胞基因開(kāi)關(guān)的 分子機(jī)制 比原核復(fù)雜 ?基本共同點(diǎn)： 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是關(guān)鍵點(diǎn) ?根本不同點(diǎn)： 原核生物： 啟動(dòng)子在缺少轉(zhuǎn)錄因子情況下就具有天然活性 真核生物： 強(qiáng)力啟動(dòng)子在缺少轉(zhuǎn)錄因子（調(diào)節(jié)蛋白）的情況下往往沒(méi)有活性 真核 VS 原核 * 多種 RNA聚合酶 ， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 并伴隨必須的轉(zhuǎn)錄因子； * 正性調(diào)節(jié)是主要形式 。 因此 ， 在轉(zhuǎn)錄的基本狀態(tài)受到制約的情況下 ， 使得每個(gè)真核細(xì)胞基因需要活化才能被轉(zhuǎn)錄； * 真核細(xì)胞有更大 、 更為復(fù)雜 、 種類(lèi)更多的調(diào)節(jié)蛋白 。單一啟動(dòng)子可以被分散在 DNA分子上 、 數(shù)量近乎無(wú)限的調(diào)節(jié)序列所控制 。 真核細(xì)胞對(duì)基因表達(dá)起始的調(diào)控至少在下面幾個(gè)方面與原核細(xì)胞存在不同： * 真核細(xì)胞基因及其調(diào)控區(qū)域受到染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的限制 ，轉(zhuǎn)錄的活化與轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域 、 轉(zhuǎn)錄區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的諸多變化相關(guān)； ? 真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 ? 染色質(zhì)水平 ? 核小體中組蛋白解離、乙?；? ? DNA去甲基化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化 ? 轉(zhuǎn)錄活化因子