章13-调控

第13章基因表达调控第一节概述•基因：产生具有功能的转录体(RNAs)和蛋白质所必需的DNA片段•基因表达：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•基因表达的时空秩序发育阶段特异性，组织表达特异性•基因表达的类型组成型表达(constitutiveexpression)，管家基因(housekeepinggene)；可诱导/阻遏表达(inducible/repressibleexpression)，奢侈基因(luxurygene)•基因表达的多级调控转录，转录后修饰，mRNA降解，翻译，翻译后修饰，蛋白质靶向与转运，蛋白质降解•转录，•转录后修饰，•mRNA降解，•翻译，•翻译后修饰，•蛋白质靶向与转运，•蛋白质降解•我们将主要学习基因转录过程的调控情况•决定基因转录的要素1,染色质构象2,顺式作用元件指的是起调控基因作用的核酸序列，常不编码蛋白质合成；cis-actingelement3,反式作用因子则指的是对基因表达起到调控作用的蛋白质;trans-actingfactor第二节顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)存在于基因旁调节(激活或阻遏）基因转录的DNA序列。调节模式：正调控元件(positivecontrolelement)，负调控元件(negativecontrolelement)类别：启动子(promoter)，增强子(enhancer)，沉默子(silencer)，终止子(terminator)•1，启动子promotor与RNA聚合酶识别、结合并启动转录的DNA序列。核心启动子:TATA盒与转录起始位点,维持基础转录水平所必需,具有独立和协调的转录功能.启动子近端元件:TTGACA盒(原核),CAAT盒和GC盒(真核),(UPE,upstreampromoterelement;UAS,upstreamactivatingsequence)•原核启动子-10regions:TATAAT–—Prinbnowbox-35regions:TTGACA•真核启动子核心启动子：-25~-30TATAbox(Goldberg-Hognessbox)上游启动子元件地中海贫血：ATAAAATGAA，珠蛋白产量下降。•2，增强子enhancer能加强上游或下游基因转录的DNA序列。•3，沉默子silencer能抑制上游或下游基因转录的DNA序列。4,转录终止子terminator正调控元件(positivecontrolelement)负调控元件(negativecontrolelement)•增强子的一些特点存在于真核细胞或某些病毒基因组内与特异反式因子结合，使同一DNA链上启动子活性增强序列较长(数百个bp)远端增强子元件距离、方向非依赖性组织细胞特异性，无基因特异性第三节反式作用因子反式作用因子(trans-actingfactor)与顺式作用元件直接或间接相互作用，影响基因表达的蛋白质。1.RNA聚合酶(RNApolymerase)2.转录因子(transcriptionfactor；TF)基本转录因子(generaltranscriptionfactor)转录激活因子(transcriptionactivator),正调控反式因子转录阻遏因子(transcriptionrepressor),负调控反式因子•1.1,原核RNA聚合酶全酶=核心酶(2´)+亚基亚基:起始亚基亚基:催化亚基全酶分子可完成转录全过程•1.2,真核RNA聚合酶RNA聚合酶II包括6~12个亚基，其中有4个在结构上和原核RNA聚合酶的4个亚基相似。其中，最大亚基的羧基末端有独特的高度重复的氨基酸序列Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser•RNA聚合酶II需要多种转录因子(TF)的协同作用才能完成转录过程。•2,转录因子与核心启动子元件特异结合，构成基础转录装置所必需的转录因子•3,反式作用因子的结构特征DNA结合域(DNAbindingdomain)蛋白质-蛋白质相互作用结构域(Protein-proteininteractiondomain)这些结构域通常包括一个或多个基序(motif)•3.1,几种DNA结合基序螺旋-转角-螺旋基序(helix-turn-helix;HTH),锌指基序(zincfinger)•3.2,几种蛋白质-蛋白质相互作用基序亮氨酸拉链(leucinezipper),碱性螺旋-卷曲-螺旋(basichelix-loop-helix)第四节原核基因表达调控•操纵子为主要的转录调节模式操纵子(Operon)：原核生物基因及其表达调控序列共同组成的基因表达调控单元。•一个最著名的例子—乳糖操纵子(LacOperon)大肠杆菌E.coli葡萄糖glucose乳糖lactose葡萄糖+乳糖:大肠杆菌优先利用葡萄糖•乳糖操纵子的结构cAMP-CAP结合位点:介导正调控I:阻遏蛋白编码基因Promoter:启动子Operator:操纵基因,阻遏蛋白结合位点,介导负调控Z,Y,A:乳糖代谢相关基因•lac操纵子的两种调控机制1,阻遏因子(I编码)结合到操纵基因上,组织Z,Y,A的转录;2,阻遏因子被诱导后(异半乳糖,IPTG),离开操纵基因,Z,Y,A开始转录;3,cAMP-CAP复合物可结合启动子,增高转录速度;•乳糖操纵子的调控机制(1)阻遏蛋白抑制下游基因的转录;(2)乳糖及其类似物(异乳糖,IPTG)可以诱导阻遏蛋白从结合位点上脱落下来,从而启动下游基因的转录;(3)cAMP-CAP复合物增强下游基因的转录;(4)葡萄糖丰富,cAMP含量低;葡萄糖缺乏,cAMP含量高,从而增强下游基因表达1有葡萄糖无乳糖抑制因子结合到操纵基因上;cAMP浓度低Z,Y,A不转录利用葡萄糖2无葡萄糖有乳糖抑制因子被异半乳糖诱导离开操纵基因;cAMP浓度高,形成cAMP-CAP复合物Z,Y,A转录;转录速率增高50倍利用乳糖3有葡萄糖有乳糖抑制因子被异半乳糖诱导离开操纵基因;cAMP浓度低Z,Y,A转录;转录速率不增高优先利用葡萄糖第五节真核基因表达调控•真核基因表达调控与原核有什么不同呢？•染色质构象;RNA-pol;转录因子•真核基因组织结构特征单顺反子;断裂基因;重复序列•真核基因表达是严格限制的，原核基因表达是非严格限制的；原核:非限制性转录基态真核:限制性转录基态•真核基因表达调控更复杂；•真核基因表达调控以正调控为主；•真核基因表达调控是多级的，包括从DNA到RNA到Protein的各个阶段，原核基因表达调控主要在转录阶段；•真核基因转录调节1,转录起始RNA-pol,TF—转录起始前复合物PIC转录起始复合物TIC—基础转录装置更多的转录因子与上游激活元件等—调节转录装置2,延长与终止,加帽加尾和剪接3,RNA编辑:扩展了mRNA的编码能力