會(huì)計(jì)學(xué)1南華大學(xué)南華大學(xué) 生物化學(xué)基因表達(dá)調(diào)控生物化學(xué)基因表達(dá)調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念（一）基因是負(fù)載特定遺傳信息的（一）基因是負(fù)載特定遺傳信息的DNADNA片段片段第1頁(yè)/共61頁(yè)（二）基因組是一個(gè)生物體的整套遺傳物質(zhì)（二）基因組是一個(gè)生物體的整套遺傳物質(zhì)第2頁(yè)/共61頁(yè) 不同生物體基因組含有的基因數(shù)量不同：細(xì)菌約含不同生物體基因組含有的基因數(shù)量不同：細(xì)菌約含40004000個(gè)個(gè)；多細(xì)胞生物含上萬個(gè)；人類基因組含；多細(xì)胞生物含上萬個(gè)；人類基因組含3 3萬萬-4-4萬個(gè)。萬個(gè)。 在某一特定時(shí)期或特一生長(zhǎng)階段，基因組中只有少部分基因在某一特定時(shí)期或特一生長(zhǎng)階段，基因組中只有少部分基因處于表達(dá)狀態(tài)。處于表達(dá)狀態(tài)。（三）基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯過程（三）基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯過程第3頁(yè)/共61頁(yè)（一）時(shí)間特異性（一）時(shí)間特異性第4頁(yè)/共61頁(yè)（二）空間特異性（二）空間特異性第5頁(yè)/共61頁(yè)第6頁(yè)/共61頁(yè)（一）基本表達(dá)（組成性表達(dá)）（一）基本表達(dá)（組成性表達(dá)）第7頁(yè)/共61頁(yè)（二）誘導(dǎo)（二）誘導(dǎo)(induction)和阻遏和阻遏(repression)表達(dá)表達(dá)第8頁(yè)/共61頁(yè)（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)第9頁(yè)/共61頁(yè)第10頁(yè)/共61頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性第11頁(yè)/共61頁(yè)（一）特異（一）特異DNADNA序列序列 ( (決定基因的轉(zhuǎn)錄活性決定基因的轉(zhuǎn)錄活性) ) 二、基因轉(zhuǎn)錄激活（二、基因轉(zhuǎn)錄激活（即轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控即轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控）受到）受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)第12頁(yè)/共61頁(yè) 原核生物基因表達(dá)調(diào)控是通過原核生物基因表達(dá)調(diào)控是通過操縱子操縱子(operon)(operon) 機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。 操縱子的結(jié)構(gòu)組成操縱子的結(jié)構(gòu)組成:2:2個(gè)以上的編碼序列、啟動(dòng)個(gè)以上的編碼序列、啟動(dòng)序列、操縱序列、其他調(diào)節(jié)序列。序列、操縱序列、其他調(diào)節(jié)序列。操縱子結(jié)構(gòu)示意圖操縱子結(jié)構(gòu)示意圖第13頁(yè)/共61頁(yè)是是RNARNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNADNA序列。序列。第14頁(yè)/共61頁(yè)第15頁(yè)/共61頁(yè)第16頁(yè)/共61頁(yè)第17頁(yè)/共61頁(yè)P(yáng)ol第18頁(yè)/共61頁(yè)第19頁(yè)/共61頁(yè) 真核真核類基因的順式作用元件圖類基因的順式作用元件圖 增增強(qiáng)強(qiáng)子子沉沉默默子子G C盒盒CAAT盒盒TATA盒盒外顯外顯子子1內(nèi)含內(nèi)含子子1外顯外顯子子2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)內(nèi)含內(nèi)含子子2.增增強(qiáng)強(qiáng)子子第20頁(yè)/共61頁(yè)（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（可增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性）（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（可增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性）l原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白有三類：特異因子、阻原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白有三類：特異因子、阻遏蛋白、激活蛋白。遏蛋白、激活蛋白。第21頁(yè)/共61頁(yè) l 真核生物的基因調(diào)節(jié)蛋白又稱真核生物的基因調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄因子錄因子。通過與順式作用元件的識(shí)別、結(jié)合反式激。通過與順式作用元件的識(shí)別、結(jié)合反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄。又稱為活另一基因的轉(zhuǎn)錄。又稱為反式作用因子反式作用因子。第22頁(yè)/共61頁(yè)第23頁(yè)/共61頁(yè)（三）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（三）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過通過DNA-DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)- -蛋蛋白質(zhì)的相互作用白質(zhì)的相互作用實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)第24頁(yè)/共61頁(yè)（四）（四） RNARNA聚合酶與基因的啟動(dòng)序列聚合酶與基因的啟動(dòng)序列/ /啟動(dòng)子結(jié)合啟動(dòng)子結(jié)合第25頁(yè)/共61頁(yè)一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)第26頁(yè)/共61頁(yè)（一）乳糖操縱子（一）乳糖操縱子( (lac operon) )的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二、原核生物轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)二、原核生物轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)Z ZA AY YOP乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)第27頁(yè)/共61頁(yè)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因編碼的蛋白乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)基因編碼的蛋白第28頁(yè)/共61頁(yè)mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白I IDNADNAZ ZY YA AO OP Ppol沒有乳糖存在時(shí)，操?zèng)]有乳糖存在時(shí)，操縱子被阻遏?？v子被阻遏。1.1.阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因阻遏基因（二）乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制（二）乳糖操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制(阻遏蛋白與阻遏蛋白與CAP雙重調(diào)節(jié)雙重調(diào)節(jié))第29頁(yè)/共61頁(yè)mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)，操縱子被誘導(dǎo)。有乳糖存在時(shí)，操縱子被誘導(dǎo)。IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖 - -半乳糖苷酶半乳糖苷酶第30頁(yè)/共61頁(yè)2. CAP2. CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)+ + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)ZYAOPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAPCAP結(jié)結(jié)合位點(diǎn)合位點(diǎn)第31頁(yè)/共61頁(yè)3.3.協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)第32頁(yè)/共61頁(yè)mRNAl有葡萄糖，有乳糖有葡萄糖，有乳糖l有葡萄糖，無乳糖有葡萄糖，無乳糖ZYAOPZYAOPRNA-poll無葡萄糖，有乳糖無葡萄糖，有乳糖ZYAOPRNA-pol第33頁(yè)/共61頁(yè)（三）原核生物具有不同的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制（三）原核生物具有不同的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制第34頁(yè)/共61頁(yè)（四）原核生物在翻譯水平同樣受到多個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)控（四）原核生物在翻譯水平同樣受到多個(gè)環(huán)節(jié)調(diào)控第35頁(yè)/共61頁(yè)一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大第四節(jié)第四節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)第36頁(yè)/共61頁(yè)（二）真核基因產(chǎn)物為單順反子（二）真核基因產(chǎn)物為單順反子（三）含有大量的重復(fù)序列（三）含有大量的重復(fù)序列（四）真核基因不連續(xù)性（斷裂基因）（四）真核基因不連續(xù)性（斷裂基因） 真核生物結(jié)構(gòu)基因?yàn)檎婧松锝Y(jié)構(gòu)基因?yàn)閿嗔鸦驍嗔鸦?，外顯子為內(nèi)含，外顯子為內(nèi)含子所間隔。子所間隔。第37頁(yè)/共61頁(yè)（一）含有多種（一）含有多種RNA聚合酶聚合酶（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)第38頁(yè)/共61頁(yè)（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜（六）多層次調(diào)控（六）多層次調(diào)控第39頁(yè)/共61頁(yè)l原核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)：原核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)：第40頁(yè)/共61頁(yè)三、三、RNA Pol 和和轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單（一）（一）RNA Pol 轉(zhuǎn)錄體系的控制轉(zhuǎn)錄體系的控制RNA Pol I轉(zhuǎn)錄起始需兩種轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄起始需兩種轉(zhuǎn)錄因子第41頁(yè)/共61頁(yè)（二）（二）RNA Pol 轉(zhuǎn)錄體系的控制轉(zhuǎn)錄體系的控制第42頁(yè)/共61頁(yè)四、四、 RNA Pol 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜第43頁(yè)/共61頁(yè)是是RNARNA聚合酶能夠識(shí)別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。聚合酶能夠識(shí)別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。最典型至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。最典型的功能組件是的功能組件是TATATATA盒，盒，還有還有CAATCAAT盒、盒、GCGC盒等。盒等。組成組成: : 由由核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子和和上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件兩個(gè)部分組成。兩個(gè)部分組成。第44頁(yè)/共61頁(yè)真核生物基因真核生物基因第45頁(yè)/共61頁(yè)第46頁(yè)/共61頁(yè)1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性分按功能特性分）Pol ：UBF1UBF1、SL1SL1Pol ：TF TF B、 TF A、 TF CPol: TFA、TFB、TFD、TFE、 TFF、 TFH第47頁(yè)/共61頁(yè)第48頁(yè)/共61頁(yè)2. 2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNADNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域）第49頁(yè)/共61頁(yè)鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)最早發(fā)現(xiàn)于結(jié)合最早發(fā)現(xiàn)于結(jié)合GCGC盒的轉(zhuǎn)錄因子盒的轉(zhuǎn)錄因子SP1SP1。第50頁(yè)/共61頁(yè) 谷氨酰胺富含谷氨酰胺富含域域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含脯氨酸富含域域第51頁(yè)/共61頁(yè)polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNARNA聚合酶聚合酶不能單獨(dú)識(shí)別、結(jié)合啟動(dòng)子，不能單獨(dú)識(shí)別、結(jié)合啟動(dòng)子，只有在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，才能形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物只有在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，才能形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。TATA DNA第52頁(yè)/共61頁(yè)第53頁(yè)/共61頁(yè)六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控第54頁(yè)/共61頁(yè)mRNA穩(wěn)定性的改變也可調(diào)節(jié)基因的表達(dá)穩(wěn)定性的改變也可調(diào)節(jié)基因的表達(dá)第55頁(yè)/共61頁(yè)七、翻譯及翻譯后水平的調(diào)控七、翻譯及翻譯后水平的調(diào)控第56頁(yè)/共61頁(yè)1.微小微小RNA（miRNA ）miRNAs 內(nèi)源的負(fù)性調(diào)控因子內(nèi)源的負(fù)性調(diào)控因子 ，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為20 to 25-nt ，為單鏈，為單鏈的非編碼的的非編碼的RNA。且在進(jìn)化上非常保守。且在進(jìn)化上非常保守。 miRNA 已在人類、動(dòng)物、植物、和病毒中發(fā)現(xiàn)有廣泛存在。已在人類、動(dòng)物、植物、和病毒中發(fā)現(xiàn)有廣泛存在。it is predicted that in human between 10% to 30% of protein-encoding genes are regulated by miRNAs (Lewis, BP, et al. Cell, 120, 15-20). 成熟的成熟的miRNAs合并進(jìn)入到成默復(fù)合體（合并進(jìn)入到成默復(fù)合體（RISC）中）中, 單鏈的單鏈的miRNAs通過與靶基因通過與靶基因mRNAs的的3 -UTR堿基互補(bǔ)配堿基互補(bǔ)配對(duì)，介導(dǎo)靶基因的表達(dá)抑制。對(duì)，介導(dǎo)靶基因的表達(dá)抑制。第57頁(yè)/共61頁(yè)2.小干擾小干擾RNA（small interfering RNA,siRNA）第58頁(yè)/共61頁(yè)miRNA和和siRNA使靶使靶mRNA沉默的機(jī)制沉默的機(jī)制第59頁(yè)/共61頁(yè)miRNA和和siRNA共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：miRNA和和siRNA不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：第60頁(yè)/共61頁(yè)