《分子生物學(xué)原理基因表達(dá)調(diào)控課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《分子生物學(xué)原理基因表達(dá)調(diào)控課件（62頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,*,分子生物學(xué)原理,*,第 十 三 章,基因表達(dá)調(diào)控,Regulation of Gene Expression,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,第十三章 基因表達(dá)調(diào)控,通常情況下，真核生物細(xì)胞只有2-15%的基因處于有轉(zhuǎn)錄活性的狀態(tài)。,,表達(dá)調(diào)控是研究不同的環(huán)境和條件以及各種因素如何令基因,表達(dá)或不表達(dá),，而且按一定的時(shí)間、空間有次序高效地運(yùn)作。,,調(diào)控水平： 轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯、翻譯后,

2、2024/12/12,分子生物學(xué)原理,第十三章 基因表達(dá)調(diào)控,調(diào)控： 細(xì)胞代謝的調(diào)控（細(xì)胞生存、適應(yīng)內(nèi)環(huán)境）基因表達(dá)的調(diào)控（生命延續(xù)、適應(yīng)大環(huán)境）,,多水平的調(diào)控、多途徑的調(diào)控,,調(diào)控特點(diǎn)：復(fù)雜、多變、靈敏、準(zhǔn)確,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,第一節(jié)、原核生物的操縱子調(diào)控模式,操縱子,： 幾個(gè)相關(guān)基因排列在一起，轉(zhuǎn)錄出一個(gè),mRNA，,翻譯出

3、多種具相關(guān)功能的蛋白質(zhì)，完成一個(gè)功能 。,,有一個(gè)調(diào)控成分。,,是原核生物的轉(zhuǎn)錄單位。,,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,,第一節(jié)、原核生物的操縱子調(diào)控模式,一、酶的誘導(dǎo)（,enzyme induction）,,二、操縱子（,operon,）,的結(jié)構(gòu)與功能,,三、乳糖操縱子（,Lac,operon,）,與色氨 酸操縱子（,Trp,,operon,）,,四、,,cAMP,對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,,五、原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,,inducer,,added,inducer,,removed,酶蛋白合成量,細(xì)胞孵育時(shí)間,一、誘導(dǎo)現(xiàn)象,由底物導(dǎo)致利用該底物

4、的酶的合,,成增加。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,,,一、誘導(dǎo)現(xiàn)象,葡萄糖,乳糖,,無(wú),半乳糖苷酶,乳糖,葡萄糖+半乳糖,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,一、誘導(dǎo)現(xiàn)象,酶的誘導(dǎo)是生物進(jìn)化中的一種合理、經(jīng)濟(jì)地利用有限資源的本能。,,酶的誘導(dǎo)是低等生物的普遍現(xiàn)象。,,1961年，,Jacob and Monod,提出了操縱子學(xué)說(shuō)。,,酶誘導(dǎo)的本質(zhì)：代謝物對(duì)催化本身代謝的酶的合成量調(diào)節(jié)。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能,,,操縱子,,,阻遏物基因 上游啟動(dòng)子 操縱基因 一組結(jié)構(gòu)基因,,,R ( i )

5、 P O S,,,inhibitor,promotor,,operator,structural gene,,gene,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能,啟動(dòng)子,是結(jié)合,RNA,聚合酶的DNA序列,,強(qiáng)：-35TTGACA、-10TATAAT,,弱：-35區(qū)共有序列,,-10Pribnow,不一致,一般：基因工程選用強(qiáng)啟動(dòng)子，或雜交融合生成新啟動(dòng)子,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能,Lac,operon,的啟動(dòng)子,Plac

6、,的-10,Trp,,operon,的啟動(dòng)子,Ptrp,的-35,Ptac,Ptac-17,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能,操縱基因,是結(jié)合阻遏物的部位，位于啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因之間，可與啟動(dòng)子部分重疊。是RNA聚合酶是否能通過(guò)的開(kāi)關(guān)。,,無(wú)阻遏物時(shí)，O區(qū)開(kāi)放讓酶通過(guò)并轉(zhuǎn)錄下游的結(jié)構(gòu)基因,,有阻遏物時(shí)酶就不能通過(guò),,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能,阻遏物基因,：,產(chǎn)生阻遏物，位于離操縱子較遠(yuǎn)的上游區(qū)。,,負(fù)調(diào)控：起調(diào)控作用的蛋白質(zhì)分子抑制轉(zhuǎn)錄,關(guān)閉的基因由代謝底物開(kāi)放（誘導(dǎo)）-----阻遏物失活,開(kāi)放的基因由代謝底物關(guān)閉（阻遏）-----

7、阻遏物激活,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、操縱子的結(jié)構(gòu)與功能,操縱子,：結(jié)構(gòu)基因、上游啟動(dòng)子(,P),和操縱基因(,O),組成。,P,和,O,合稱(chēng),調(diào)控區(qū),2024/12/12,分子生物學(xué)原理,可誘導(dǎo)和可阻遏的操縱子,Lac,Trp,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,三、乳糖操縱子和色氨酸操縱子,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,乳糖操縱子,操縱子的三個(gè)結(jié)構(gòu)基因?yàn)??-半乳糖苷酶、?-半乳糖苷通透酶和?-半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶,。,,在無(wú)乳糖時(shí)，,阻遏,蛋白與,O,區(qū)結(jié)合，阻止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄,,在有乳糖時(shí)，乳糖與,阻遏蛋白,結(jié)合后，改變了阻遏蛋白的結(jié)構(gòu)，使其不能與O區(qū)結(jié)合。

8、,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,,(,1,kb),(155000),?,,DDRP,,DDRP,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,色氨酸操縱子,色氨酸操縱子有5個(gè)結(jié)構(gòu)基因,D、E,基因：共產(chǎn)生,鄰氨基苯甲酸合成酶,C基因：產(chǎn)物是,吲哚甘油磷酸合成酶,B、A基因：共同產(chǎn)物是,色氨酸合成酶,,這些基因一起轉(zhuǎn)錄翻譯后可進(jìn)行色氨酸的合成。,,色氨酸合成僅限細(xì)菌。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,色氨酸操縱子調(diào)控方式,（-）,（+）,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,乳糖和色氨酸操縱子的共同點(diǎn),以負(fù)調(diào)控方式為主：蛋白質(zhì)分子（阻遏物）對(duì)受調(diào)控的區(qū)域起抑制作用。,,由低分子物質(zhì)（底物或

9、產(chǎn)物）影響蛋白質(zhì)對(duì),DNA,的結(jié)合。,,結(jié)果： 既滿足細(xì)胞生長(zhǎng)需求，又不無(wú)謂浪費(fèi)。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,乳糖和色氨酸操縱子的不同點(diǎn),乳糖操縱子 色氨酸操縱子,,阻遏物,阻遏物,R,基因,R,基因,阻遏物,阻遏物,代謝物,,基因開(kāi)放 基因關(guān)閉,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,四、,cAMP,對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,在乳糖和葡萄糖都存在時(shí)，哪種糖被優(yōu)先利用？,,,,2024/12/12,分子生物學(xué)原

10、理,四、,cAMP,對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,乳糖操縱子的啟動(dòng)子屬于弱啟動(dòng)子,,正調(diào)控方式,,CAP,：catabolite,gene activator protein,分解代謝基因活化蛋白，受,cAMP,激活,,cAMP,-CAP,復(fù)合物,：結(jié)合于,DNA,上游的,CAP,位點(diǎn)，促進(jìn)分解代謝基因表達(dá),,CAP,位點(diǎn),：位于,PO,上游，屬正調(diào)控位點(diǎn),2024/12/12,分子生物學(xué)原理,四、,cAMP,對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,培養(yǎng)基中有葡萄糖時(shí)：葡萄糖代謝引起細(xì)胞內(nèi),cAMP,水平下降，乳糖操縱子基因關(guān)閉。,,培養(yǎng)基中葡萄糖不足時(shí)：,cAMP,水平升高，,cAMP,-CAP,復(fù)合物生成，,cAMP,使,CAP,

11、變構(gòu)，而與,CAP,位點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)乳糖操縱子基因的轉(zhuǎn)錄，以便細(xì)胞利用乳糖。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,四、,cAMP,對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,1,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,阿拉伯糖操縱子,B、A、D,：,編碼三種酶，共催化阿拉伯糖的代謝。,,C,：R,1,（,阻遏蛋白），變構(gòu)后成,R,2。,,起始區(qū),：initiator（I）,,R,1,和,R,2,在變構(gòu)前后，分別執(zhí)行負(fù)和正調(diào)控功能。,,誘導(dǎo)物可以使抑制蛋白在,R,1,和,R,2,兩種構(gòu)象之間轉(zhuǎn)變。,,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,阿拉伯糖操縱子,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,五、原核生物轉(zhuǎn)錄的整體調(diào)控模式,調(diào)節(jié)

12、子,：,regulon,,操縱子是基因表達(dá)的基本單元，成群操縱子所組成的高一級(jí)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為調(diào)節(jié)子,,調(diào)節(jié)原理,： 內(nèi)、外環(huán)境的變化通過(guò)傳感器使膜內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)，這種信號(hào)可同時(shí)作用于多個(gè)操縱子，或激活或抑制，從而達(dá)到群體協(xié)調(diào)的目的。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,調(diào)節(jié)子模式,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,SOS,修復(fù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)子,,DNA,損傷和復(fù)制受阻是刺激因子和信號(hào)。,,LexA,蛋白是一系列操縱子的阻遏物。,,,recA基因,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,R,ecA,蛋白,可水解,LexA,蛋白。,,LexA,阻遏,recA基因，,RecA,蛋白可水解,LexA,蛋白，二者之間的平衡移動(dòng)，使細(xì)胞

13、在應(yīng)急時(shí)可迅速啟動(dòng)大量基因的轉(zhuǎn)錄。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,SOS,修復(fù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)子,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,第二節(jié)、真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控,,真核生物的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控更為復(fù)雜：,,總量大：30億,bp，10,萬(wàn)基因,,分散在各染色體上，23對(duì)染色體：定位,,大量的內(nèi)含子：比結(jié)構(gòu)基因多十?dāng)?shù)倍,,大量的重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)可達(dá)幾千~百萬(wàn)次,,更多的蛋白質(zhì)參與,,基因的多態(tài)性：不同的地域、人種、個(gè)體,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,一、人類(lèi)基因的研究,基因組：,DNA,雙螺旋 天書(shū),,人類(lèi)基因組即將全部破譯，一本書(shū)已通讀一遍，但閱讀

14、理解的任務(wù)還剛開(kāi)始。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,一、人類(lèi)基因的研究,人類(lèi)基因組計(jì)劃,：,（,HGP）,,,human genomic project,,對(duì)人類(lèi)基因組大約30億核苷酸對(duì)的全序列測(cè)定。,,在完成結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中，對(duì)基因的,功能,，包括其表達(dá),調(diào)控,，作進(jìn)一步研究，以便徹底了解生命的奧秘。,,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,HGP,的內(nèi)容,建立人類(lèi)基因組高分辨率的遺傳圖譜,,完成全部人類(lèi)染色體的各種物理圖譜及選擇某些模型生物的,DNA,物理圖譜。,,人類(lèi),DNA,和模型生物的,DNA,全部序列的測(cè)定。,,建立收集、儲(chǔ)存、分類(lèi)和分析所有有關(guān)資料和數(shù)據(jù)的工作系統(tǒng)。,,創(chuàng)

15、建完成以上目標(biāo)所需的新技術(shù)、新方法。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件,分子辨認(rèn)：,molecular recognition,探討,DNA-,蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的辨認(rèn)與結(jié)合的機(jī)制，以及與調(diào)控的關(guān)系。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件,TATA box：-30,區(qū),,CAAT box,啟動(dòng)子,,GC box,,上游活化序列：（,USA） upstream activator sequence,,應(yīng)答元件與可誘導(dǎo)因子：-200,bp,,八聚體,TATA box：,免疫球蛋白,2024/12/12,分子生物學(xué)原

16、理,增強(qiáng)子的特點(diǎn),增強(qiáng)子,：,enhancer,它是在遠(yuǎn)距離影響啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，必須被蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的功能。,,增強(qiáng)子影響啟動(dòng)子，但沒(méi)有嚴(yán)格的專(zhuān)一性。,,增強(qiáng)子作用無(wú)方向性。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件,順式作用元件,：真核生物結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控區(qū)，有特定的相似或一致性的序列。,,反式作用因子,：和順式作用元件相結(jié)合或間接影響其作用的蛋白質(zhì)因子。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,真核生物,RNA,pol,II,轉(zhuǎn)錄的基因,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,RNA,聚合酶II的轉(zhuǎn)錄因子,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,轉(zhuǎn)錄前起

17、始復(fù)合物,TFIID,是唯一與 DNA特異位點(diǎn)即TATA盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。,,TATA和TFIID、TFIIA、TFIIB、,RNApolII、TFIIF,和,TFIIE形成,轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物,(,PIC)。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,反式作用因子性質(zhì),同一,DNA,序列可被不同蛋白質(zhì)識(shí)別，同一蛋白質(zhì)因子也可與多種不同DNA序列結(jié)合 。,,DNA,與蛋白質(zhì),的結(jié)合,少數(shù)是直接結(jié)合，多數(shù)是蛋白質(zhì),-,蛋白質(zhì)相互作用后再影響,DNA。,,蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)或,DNA-,蛋白質(zhì)結(jié)合后，可導(dǎo)致構(gòu)象上的變化。,,反式作用因子在自身生物合成過(guò)程中，有相當(dāng)大的可變性和可塑性。,2024/12/12,

18、分子生物學(xué)原理,三、順式作用元件與反式作用因子的結(jié)合,反式作用因子蛋白質(zhì)至少包括三個(gè)功能域：,DNA,識(shí)別結(jié)合域,、,轉(zhuǎn)錄活性域,和,結(jié)合其它蛋白的結(jié)合域,。,,模體：（motif）,在結(jié)合域中存在的一些局部對(duì)稱(chēng)二聚體。,,在,DNA,的,某些,序列中，也存在一定的對(duì)稱(chēng)性。,,順式作用元件與反式作用因子的結(jié)合與這些對(duì)稱(chēng)區(qū)域有關(guān)。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,三、順式作用元件與反式作用因子的結(jié)合,DNA,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：開(kāi)放或關(guān)閉 序列不變,蛋白質(zhì)因子：復(fù)雜、多變,二者結(jié)合,基因表達(dá)調(diào)控的多變性,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、螺旋-環(huán)-螺旋,兩個(gè)亞基通過(guò)

19、,?-折疊形成二聚體，相當(dāng)于,DNA,的一個(gè)螺距。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,鋅指,鋅是很多酶的輔助因子,,鋅指,：（,Zinc finger）,鋅螯合在多肽鏈中，以配價(jià)鍵和半胱氨酸殘基或組氨酸殘基結(jié)合。,,Cys2/His2,型：,Cys,-X,2~4,-,Cys,-X,3,-Phe-Leu- X,2,-,His,- X,3,-,His,,Cys2/ Cys2,型：,Cys,-X,2,-,Cys,-X,13 -,Cys,-X,2,-,Cys,,一個(gè)單位以指部伸入,DNA,雙螺旋的深溝，接觸5 個(gè)核苷酸。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,鋅指,2024/12/12,分子生物學(xué)

20、原理,亮氨酸拉鏈(,Leu,zipper),：,,兩組平行的帶亮氨酸的,??螺旋形成的對(duì)稱(chēng)二聚體。,,,DNA,結(jié)合蛋白的,C,端，每隔7個(gè)氨基酸出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸。,,蛋白質(zhì)的,?螺旋每圈為,3.6 個(gè)氨基酸殘基。每二圈出現(xiàn)的,亮氨酸與軸平行列在同一直線上，構(gòu)成拉鏈的一半。,亮氨酸拉鏈,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,亮氨酸拉鏈,常出現(xiàn)于真核生物,DNA,結(jié)合蛋白的C 端，與癌,,基因表達(dá)調(diào)控功能,,有關(guān)。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,第三節(jié)、癌基因,癌基因,：,oncogene，onc,,能使細(xì)胞癌變的,DNA,序列。 首先在致癌病毒中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已證實(shí)它是正常存在于生物基因組內(nèi)

21、。,,,致癌性,：正?；虻牟徽１磉_(dá)的后果,,癌癥,：基因以特殊形式表達(dá)后的性狀,,原癌基因,：（,pro-,onc,）,正常存在于生物基因組內(nèi)的癌基因。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,第三節(jié)、癌基因,一、病毒癌基因和細(xì)胞癌基因,,二、癌基因分類(lèi),,三、癌基因激活,,四、抑癌基因,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,,,,病毒癌基因：,V-,onco,,細(xì)胞癌基因：,c-onco,,把致癌病毒與正常細(xì)胞一起培養(yǎng)，可使正常細(xì)胞變?yōu)榘┘?xì)胞，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為,轉(zhuǎn)化。,,致癌病毒存在的某些核苷酸序列稱(chēng)為,癌基因,，即病毒癌基因。,一、病毒癌基因和細(xì)胞癌基因,2024/12/12,分子生物學(xué)原理

22、,癌基因表達(dá)產(chǎn)物功能,,生長(zhǎng)因子及其類(lèi)似物或生長(zhǎng)因子的受體。,,酪氨酸蛋白激酶。,,結(jié)合,GTP,而影響細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)系統(tǒng)。,,結(jié)合DNA發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用，甚至影響復(fù)制過(guò)程。,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,二、癌基因的分類(lèi),src,家族：,src、abl、fes、fgr、ros,,酪氨酸蛋白激酶,,ras,家族：,Ha-,ras、Ki-ras、N-ras,,信息傳遞蛋白,,myc,家族：,C-、N-、L-,myc、fos、myb,DNA,結(jié)合蛋白或反式作用因子,,sis,家族：各類(lèi)生長(zhǎng)因子,,erb,家族：,erbA、B、mas、trk,,細(xì)胞骨架類(lèi)蛋白,2024/12/12,分子生物

23、學(xué)原理,三、癌基因的激活,點(diǎn)突變,,基因重排和放大,,化學(xué)致癌劑,,病毒感染,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,,,GF-,受體-信號(hào)-,DNA,表達(dá)無(wú)限循環(huán),癌基因的激活機(jī)制,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,癌基因的激活機(jī)制,正常時(shí)：,onc,,? GF ?,信號(hào) ? 復(fù)制、細(xì)胞生長(zhǎng),,異常時(shí)：,,,GF,,,onc,突變,GF,復(fù)制、細(xì)胞生長(zhǎng),失控,,,,GF,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,四、抑癌基因,抑癌基因：,tumor suppressor gene,,Rb：retinoblastoma,，,視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤 第一個(gè)分離到的抑癌基因,,Rb,基因：位于13號(hào)染色體，200,kb，27,個(gè)外顯子，編碼928個(gè)氨基酸,,Rb,基因缺失：視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤及其他多種癌癥,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,四、抑癌基因,抑癌基因的作用機(jī)制涉及基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞分裂、分化過(guò)程，也可能與生長(zhǎng)因子、激酶、信息在胞內(nèi)的傳遞密切相關(guān),2024/12/12,分子生物學(xué)原理,本章小結(jié),誘導(dǎo)物、阻遏物,,操縱子、調(diào)節(jié)子,,啟動(dòng)子、增強(qiáng)子,,負(fù)調(diào)控、正調(diào)控,,操縱基因、結(jié)構(gòu)基因,,順式作用元件、反式作用元件,,癌基因、原癌基因、抑癌基因,,模體：,HTH，HLH、,鋅指、亮氨酸拉鏈,2024/12/12,分子生物學(xué)原理,