第八章基因表达的调控

第八章基因表达与调控。基因表达（geneexpression):基因通过转录和翻译，产生蛋白质产物和直接转录RNA参与生物功能的过程。基因调控：涉及基因的启动关闭，活性的增加或减弱。发生在转录阶段，转录后加工阶段和翻译阶段。负调控（Negativecontrol）：阻遏蛋白（repressorprotein）结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达的形式。正调控（Positivecontrol）：基因表达的活化物（activators）结合在受控基因上时，激活基因表达，不结合时就不表达的形式。Cis－acting，顺式作用与靶基因位于同一条染色体上的DNA序列发挥调控作用Trans-acting，反式作用基因编码产物，RNA或protein调控另一簇基因的表达BasicconceptoftranscriptionAnexampleofgeneticcontrolofmetabolismTheproductsofgeneexpressioncanbeRNAorproteinBasicconceptoftranscriptionAtranscriptionunit：基因和表达与调控调节元件转录调控翻译调控TheLactoseOperoninE.coliPROKARYOTESANDTHEIRVIRUS调节基因操纵子Lac阻遏物β－半乳糖苷酶β－半乳糖苷透性酶β－半乳糖苷乙酰基转移酶E.Coli诱导型Lac操纵子结构模型基因长度PI:i基因启动子genei：调节基因P：结构基因启动子geneZ,Y,A：结构基因O：操纵单元诱导系统负调控－乳糖操纵子在乳糖存在下，乳糖作为诱导物，与调节基因产生的阻遏物结合，改变了阻遏物结构，不能再结合到操作基因上，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了分解乳糖的三个结构基因。当乳糖分解完以后，调节基因产生的阻遏物结合到操作基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录分解乳糖的结构基因。诱导系统负调控调节基因产物结合到操作基因基因上，启动结构基因不能转录。在底物存在下，底物作为诱导物，与调节基因产生的阻遏物结合，改变了阻遏物结构，不能再结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了分解底物的结构基因。当底物分解完以后，调节基因产生的阻遏物结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录分解底物的结构基因。诱导系统正调控调节基因产物结合到操作基因基因上，启动结构基因转录。在底物存在下，底物作为诱导物，与调节基因产生的活化物结合，改变了活化物结构，使得复合物能够结合到操纵基因上，RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了分解底物的结构基因。调节基因的产物在没有底物存在下，不能与结合到操纵基因上，RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录分解底物的结构基因。阻遏系统负调控调节基因产物结合到操作基因基因上，启动结构基因不能转录。在底物存在下，调节基因产生的阻遏物不能与操纵基因结合，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了合成底物的结构基因。当底物合成以后，调节基因产生的阻遏物与底物的复合物结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录合成底物的结构基因。阻遏系统正调控调节基因产物结合到操作基因基因上，启动结构基因能转录。调节基因产生的活化物与操纵基因结合，使得RNA多聚酶能够与启动子结合，启动。转录了合成底物的结构基因。当底物合成以后，调节基因产生的活化物与底物的复合物不能结合到操纵基因上，使得RNA多聚酶不能够与启动子结合，启动。停止转录合成底物的结构基因。诱导和阻遏系统主要区别调控类型有底物无底物诱导系统＋－阻遏系统＋－正负调控区别调控类型有阻遏物无阻遏物负调控－＋正调控＋_Lac操纵子基因的组成型表达：外源诱导物不存在时，功能基因仍表达复制与转录DNA复制：DNA多聚酶ＲＮＡ转录：依赖于ＤＮＡ的RNA多聚酶反转录：依赖于RNA的DNA多聚酶THECENTRALDOGMA基因表达过程DNA－SnRNA;_tRNA_rRNA_mRNATHEPROCESSOFGENEEXPRESSION原核与真核生物基因转录原核—mRNA真核—pre-mRNA---mRNAThedifferenceofgeneexpressionbetweenprokaryotesandeukaryotes调节水平ＤＮＡ转录mＲＮＡ加工翻译翻译后加工Basicconceptoftranscription转录模版转录时，一般以ＤＮＡ一条链为模版链，但是也有一些基因以另一条链为模版。BasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscription反义RNA：一种由两条ＤＮＡ互补链转录成的两条完全互补的RNA链，结果形成复合体，不能翻译出蛋白多肽。BasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionRNASYNTHESISBasicconceptoftranscriptionRNA多聚酶与启动子解旋与启始－10区：TATAbox（Pribnowbox），核心酶结合区。－35区：sigma因子结合区。BasicconceptoftranscriptionRNAinitiationinE.coliA:TrichregionInitiateunwindingRNApolymerasebindingsiteTranscriptionbeginsBasicconceptoftranscriptionPROMOTEROFBACTERIABasicconceptoftranscription解旋酶和恢复螺旋的酶解旋酶打开部分DNA双螺旋，使得RNA转录。恢复螺旋的酶在转录结束后，恢复原来DNA的双螺旋状。BasicconceptoftranscriptionRNAelongationinE.coliTerminationofRNAARho-dependenttranscriptionterminator:resultinterminationonlyinthepresenceofproteinrho(ρ)ARho-independenttranscriptionterminator:resultinterminationwithouttheinvolvementofproteinrho(ρ)Basicconceptoftranscription转录终止终止：RNA转录停止在终止信号上，RNA释放。Rho因子：在转录中起到终止转录的作用的辅助蛋白。依赖Rho因子的终止子是弱终止子，不依赖Rho因子的终止子是强终止子。终止子结构特征：基因3‘端的具有反向重复特殊序列，具有终止转录的作用。BasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionARho-independenttranscriptionterminatorBasicconceptoftranscriptionTranscriptioninEukaryotes:BasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionStructureofapromoterrecognizedbyRNApolymeraseIIBasicconceptoftranscription参与RNA多聚酶作用的因子TFIID:结合到TATA上TFIIA：结合到D上TFIIB：结合复合物TFIIF：与RNAII多聚酶结合，参与解旋TFIIE：结合复合物BasicconceptoftranscriptionInitiationoftranscriptionbyRNApolymeraseIIBasicconceptoftranscriptionBasicconceptoftranscriptionRNA加工5‘加甲基MG3’加多聚ＡBasicconceptoftranscriptionRNAelongationandtheadditionof5’-capBasicconceptoftranscriptionRNAterminationandtheadditionof3’-poly(A)tailsRNAprocessingRNASPLICINGRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingalternativesplicingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAEDITING:GeneticinformationisalteredinthemRNARNAeditingprocessesaltertheinformationcontentofgenetranscriptsintwoways:1.changingthestructuresofindividualbases2.insertingordeletinguridinemonophosphateresiduesRNAprocessingRNAprocessingEditingoftheapolipoprotein-BmRNAintheintestinesofmammalsRNAprocessingEditingofthemitochondrialcytochromebpre-mRNARNAprocessingThetwo-stepmechanismbywhichuridinemonophosphateresiduesareinsertedintopre-mRNAmoleculesduringeditinginmitochondriaoftrypanosomestRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessingRNAprocessing1.Transcription2.RNAprocessing4.Translation5.Post-translation3.RNAstability5levelsofregulation:TRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONTRANSLATIONBacteriophageLambda:LysogenyorLysisPROKARYOTESANDTHEIRVIRUSPROKARYOTESANDTHEIRVIRUSBacteriophagelambdaTwointracellularstates：LyticgrowthlysogenyThedeterminationofwhetherlambdaentersthelyticorthelysogenicpathway:1.thelyticregulatorycascadeor2.th