14 第十四章__真核生物的转录调控_
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第一节 原核生物的基因调控
一、转录水平的调控
→原核生物基因表达的调控主要发生在 转录水平。
→当需要某一特定基因产物时，合成这 种mRNA。当不需要这种产物时， mRNA转录受到抑制。
1、乳糖操纵元模型
大肠杆菌的乳糖降解代谢途径： Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳 糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增 加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢酶 基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。 为此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖 操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表 达的调控机制
转录效率更高
→在有葡萄糖存在时，不能形成cAmp， 也就没有操纵元的正调控因子cAmp-CAP 复合物，因此基因不表达。
乳糖操纵元的正调控
2、色氨酸操纵元
大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中 基因调控的典型例子。
◆trp操纵元由5个结构基因trpE、trpD、trpC、
trpB和trpA组成一个多顺反子的基因簇。 5′端是启动子、操纵子、前导顺序（trpL）和 衰减子（attenuator）。
❖ 负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的 调控。
❖ 正调控：调节蛋白和DNA以及RNA聚合酶相 互作用来帮助起始。诱导物通常与另一蛋白质结 合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序 列结合，激活基因起始转录。
原核生物中基因表达以负调控为主, 真核生物中 则主要是正调控机制。
图 14-1 正调控和负调控
2、反义RNA调控
反义RNA可与目的基因的5’UTR（ untranslated region ）互补配对，配对的区域 通常也包括启动子的SD序列，使mRNA不能与 核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成。
反义RNA基因已被导入真核细胞，控制真核生 物基因表达。例如，将乙烯形成酶基因的反义 RNA导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
简述真核生物基因的转录过程和调控方式
简述真核生物基因的转录过程和调控方式生物基因是组成生物体的基本结构，可以被视为生物的基本构成单位。
它们的转录和调控是生物体的发育、进化和功能的主要驱动力。
真核生物基因的转录过程是指，含有信息的DNA分子由转录因子催化其转录成另一种碱基序列的核酸分子，如mRNA，而调控方式是指DNA 转录产生的mRNA是否以及如何有效地被表达，从而影响有效基因表达。
因此，真核生物基因的转录过程和调控方式对研究生物体的发育、进化和功能具有重要意义。
首先，真核生物基因的转录是由转录因子酶催化完成的。
发现DNA序列中的转录因子酶结合位点后，可以触发转录过程。
一般情况下，转录因子可以分为强相关转录因子和弱相关转录因子。
强相关转录因子可以直接结合基因起始子，而弱相关转录因子是可以互相协同作用的，只有多个弱相关转录因子聚集起来，才能结合基因起始子，激活转录过程。
其后，RNA聚合酶结合到基因起始子，并开始从DNA 模板复制RNA产物，并在新复制体上完成除去框架。
一旦翻译完成，mRNA可以被分泌到细胞外或运输到另一个细胞，在那里充当蛋白质模板结构。
其次，真核生物基因的调控方式是指DNA转录产生的mRNA是否以及如何有效地被表达。
重要的是要将mRNA表达调节到正确的水平，以确保细胞以有效的方式表达指定的基因。
真核生物基因的调控方式包括转录和转录后调控，分别由转录因子和调控因子来实现。
转录有两种形式，一种是基因质量调控，它控制基因的转录速率；另一种是基因转录路径调控，它控制基因表达特定蛋白质的转录路径，并可能与遗传学相关。
此外，转录后调控可以分为翻译调控和信使RNA修饰调控，它们可以识别和处理mRNA的表达，改变mRNA的稳定性以及调节蛋白质表达水平。
最后，真核生物基因的转录过程和调控方式是研究生物体发育、进化和功能中重要的因素之一。
转录过程和调控方式可以控制基因的表达水平，从而影响有效基因的表达，对细胞的发育和功能有重要的作用。
例如，基因的转录和调控可以影响基因组的结构变化，这可以帮助研究生物体的发育和进化过程。
第14章 原核生物基因表达调控
第14章原核生物基因的表达调控重点：操纵子的结构特点和功能；乳糖操纵子的正负调控；色氨酸操纵子的衰减作用。
难点：色氨酸操纵子的衰减作用。
第一节基因调控的基本定律一、基因调控水平二、基因和调控元件三、DNA结合蛋白一、基因调控水平基因表达的调控可以发生在DNA到蛋白质的任意节点上，如基因结构、转录、mRNA 加工、RNA的稳定性、翻译和翻译后修饰。
二、基因和调控元件基因：是指能转录成RNA的DNA序列。
结构基因：编码代谢、生物合成和细胞结构的蛋白质。
调节基因：产物是RNA或蛋白质，控制结构基因的表达。
其产物通常是DNA结合蛋白。
调控元件：不能转录但是能够调控基因表达的DNA序列。
三、DNA结合蛋白调控蛋白通常含有与DNA结合的结构域，一般由60-90个氨基酸组成。
在一个结构域中，只有少数氨基酸与DNA接触。
这些氨基酸（包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸）常与碱基形成氢键，或者与磷酸核糖骨架结合。
根据DNA结合结构域内的模体，可以将DNA结合分成几种类型（图16.2）。
第二节大肠杆菌的乳糖操纵子一、操纵子结构二、正负调控三、乳糖操纵子四、lac突变五、正控制一、操纵子结构原核和真核生物基因调控的主要差异在于功能相关的基因的组成。
细菌的功能相关的基因常常排列在一起，并且由同一启动子控制。
一群一起转录的细菌的结构基因（包括其启动子和控制转录的额外序列）称为操纵子。
二、正负调控转录水平上的调控主要有两种类型：负调控：gene ON 阻遏蛋白 OFF正调控：gene OFF 激活蛋白 ON诱导：活性阻遏蛋白 失活诱导因子＋非活性激活蛋白 活性阻遏：失活阻遏蛋白 活性共阻遏蛋白＋活性激活蛋白 失活三、乳糖操纵子乳糖操纵子是诱导型操纵子，当诱导物不存在时，阻遏蛋白结合到操纵序列上并阻止转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白与诱导物结合后失去活性，转录才得以进行。
四、lac突变为了鉴定乳糖操纵子各个成分的功能，Jacob和Monod做了细菌的接合实验，其中供体菌的F’因子上也带有乳糖操纵子。
14考研生物化学DNA的复制与转录
DNA的复制过程
中心法则
中心法则的主要内容 中心法则的补充和再思考
逆转录 RNA模板 蛋白质的自身构象调控
DNA的半保留复制
实验证据
15N标记DNA的复制
正在复制的DNA观察 DNA复制过程中，双链解开成两条单链，然后分别以两条单 链为模板在DNA聚合酶催化下，合成两条与模板互补的单链， 新合成单链与模板链相互配对形成DNA双螺旋分子，子代 DNA含有一条亲代DNA链和一条新合成链，称半保留复制
DNA聚合酶
大肠杆菌一般有3种DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶I、II、 III，分别行使不同的功能，DNA的复制主要由DNA聚合酶III 催化 DNA聚合酶I：多功能酶，需Mg2+、Zn2+
5’ 3’核苷酸聚合作用，以四种脱氧核苷三磷酸为原料，需要单 链模板，必须有引物游离3’-OH存在 3’ 5’核酸外切酶作用， 校对作用。 3’ 5’焦磷酸解作用 5’ 3’核酸外切酶作用。切除引物、损伤修复 磷酸盐与焦磷酸基的交换 7种亚基构成全酶 功能与DNA聚合酶I相似，但活性更高 亚基为催化亚基，亚基具有校对功能，、 、构成核心酶 亚基为引物识别和模板定位亚基，全酶结合后释放 亚基使酶可以利用长的DNA单链 、亚基称为延长因子
rho因子：帮助RNA聚合酶与DNA分离，帮助RNA释放 NUS因子： NusA
终止因子
抗终止作用
真核生物的转录作用
RNA聚合酶：三种
RNA聚合酶I：转录45S rRNA(5.8S, 18S, 28S) RNA聚合酶II：转录hnRNA ，SnRNA RNA聚合酶III：转录tRNA、5s rRNA Hogness框（TATA框）：-25~-30，一般7bp，几乎全部由 T/A构成 CAAT框：-75位，9bp，GGTCAATCT GC框：更上游，GGGCGG，转录因子结合部位 以非组蛋白的形式与染色质结合 形成不同的功能相应元件 核质因子、核功能蛋白
第14章转录
2. 剪切(cleavage)
3. 修饰(modification)
4. 添加(addition)
一、真核生物mRNA的转录后加工
（一）首、尾的修饰
• 5端形成 帽子结构(m7GpppGp —) • 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)
帽子结构
帽 子 结 构 的 生 成
5 pppGp…
细胞的种类 生长发育的不同阶段 细胞的内外条件
复制和转录的区别
复制 模板 原料 酶 产物 配对 两股链均复制 dNTP DNA聚合酶 子代双链DNA （半保留复制） A-T，G-C A-U，T-A，G-C 转录 模板链转录（不对称转录） NTP RNA聚合酶（RNA-pol） mRNA，tRNA，rRNA
种类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
产物
rRNA
mRNA
tRNA
三、模板上酶的辨认、结合
原核生物一个转录区段可视为一个转录单 位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因 及其上游(upstream)的调控序列。
调控序列
5 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结构基因
3 5
RNA-pol
RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启 动子(promoter)。
二、tRNA的转录后加工
DNA
TGGCNNAGTGC
GGTTCGANNCC
RNA pol Ⅲ
tRNA前体
RNAaseP、 内切酶
tRNA核苷酸转移酶、 连接酶
ATP ADP
碱基修饰
（1）甲基化 如：A Am （2）还原反应 如：U DHU （3）核苷内的转位反应 如：U ψ
（3） （4）
分子生物学(烟台大学)智慧树知到答案2024年烟台大学
分子生物学（烟台大学）烟台大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.细胞内蛋白质的生产场所是A:叶绿体 B:核糖体 C:高尔基体 D:线粒体答案:B2.细胞进行有氧呼吸的主要场是A:核糖体 B:高尔基体 C:叶绿体 D:线粒体答案:D3.细胞内遗传信息的储存、复制和转录的主要场所是A:叶绿体 B:线粒体 C:核糖体 D:细胞核答案:D4.在水环境中，非极性分子倾向于聚集起来以减少暴露给水的表面积。
这种引力被称为A:氢键 B:疏水相互作用 C:亲水相互作用 D:范德华力答案:B5.多糖是单糖以( )共价连接而成的聚合体。
A:酯键 B:醚键 C:氢键 D:糖苷键答案:D6.原核生物可以分为两个亚门，即A:真菌 B:古细菌 C:原生动物 D:真细菌答案:BD7.真核生物可以分为四个门，包括A:原生生物 B:微生物 C:植物 D:真菌E E:动物答案:ACDE8.细胞中的生物大分子主要包括A:脂质 B:糖类 C:核酸 D:蛋白质答案:ABCD第二章测试1.天然氨基酸中的环状亚氨基酸是A:苯丙氨酸 B:丝氨酸 C:酪氨酸 D:脯氨酸答案:D2.下列氨基酸中含巯基的是A:苏氨酸 B:半胱氨酸 C:丝氨酸 D:丙氨酸答案:B3.维持蛋白质一级结构稳定的主要化学键是A:肽键 B:二硫键 C:疏水键 D:氢键答案:A4.维持蛋白质二级结构稳定的主要化学键是A:肽键 B:疏水键 C:二硫键 D:氢键答案:D5.亚基是哪种蛋白质结构的基本单位A:四级结构 B:三级结构 C:二级结构 D:一级结构答案:A6.极性带正电荷(碱性氨基酸)包括A:E组氨酸 B:赖氨酸 C:半胱氨酸 D:天冬氨酸 E:精氨酸答案:ABE7.属于芳香族氨基酸的是A:E赖氨酸 B:脯氨酸 C:苯丙氨酸 D:色氨酸 E:酪氨酸答案:CDE8.蛋白质二级结构中存在的构象有A:α-折叠B:β-折叠C:β-螺旋D:α-螺旋答案:BD第三章测试1.核酸的基本组成单位是A:戊糖、碱基和磷酸 B:核苷酸 C:戊糖和磷酸 D:戊糖和碱基答案:B2.下列哪种DNA的Tm值最低A:G+C=65% B:G+C=56% C:A+T=65% D:A+T=56%答案:C3.维持核酸一级结构稳定的主要化学键是A:磷酸二酯键 B:疏水键 C:氢键 D:二硫键答案:A4.DNA的二级结构是A:核小体结构 B:双螺旋结构 C:无规则卷曲结构 D:超螺旋结构答案:B5.DNA是生物遗传物质，而RNA不是。
真核生物基因转录水平的反式调控ppt
从功能上讲，植物Myb蛋白作为转录因子参与诸如
类黄酮类化合物的生物合成、毛状体发育、分生组织增 殖、GA应答以及干旱胁迫响应等信号转导过程。而编码 植物Myb蛋白的myb相关基因 是一个很大的基因家族， 因此也能调节发育进程以及参与对外界胁迫应答相关基 因的表达。
15
• 有些转录因子同时包含特异与非特异的DNA结合域， 而且后者对于目标基因的转录激活是必需的；
29
阴阳因子-1（Yin Yang-1，YY1）是一类新的转录因 子，它通过与其它蛋白发生互作从而具有转录激活和阻 遏功能，同时YY1也是核基质结合蛋白，其结合基序的 多样性可能是其功能多样性的基础。
由于YY1的结合基序核心是 CCAT、ACAT、TCAT，
其旁侧序列也具有很大的异质性，其结合基序的可变性 很大程度上允许YY1结合和影响一大批基因的转录，而 结合位点的可变性也使 YY1因子结合基序与大量其它因 子的结合基序互相靠近或重叠，从而使转录调控更加严
同，大多数bZIP类因子的亮氨酸拉链通常包含有4个或5
个7单位重复，而在拟南芥的ATB2中则有9个。 另外寡聚化结构域以外区域的差异也会影响到其功
能。
25
细胞核定位信号 真核生物转录因子是选择性的进入细胞核的，因此 转录因子也包含以富含精氨酸和赖氨酸核心肽为特征的
NLS，而碱性核心区的功能也受旁侧残基的影响。转录
• VP1是一种植物基因（包括小麦的Em基因）的转录因
子，含有一个弱的非特异性的DNA结合域-BR2（B2） 和一个序列特异的结合域BR3（B3），能够识别Sph元
件（CATGCATG），而该元件存在于Em以及其它一些
植物基因中。 • 有意思的是，VP1是通过BR2而非BR3来激活Em表达
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、从酵母到哺乳类转录调 控保守的调控机制
报告基因（reporter gene） 基因沉默（gene silencing） 1. 激活因子分别具有DNA连接与激活功能。
连接到DNA上其结合位置的Gal4
结构. 真核生物调控因子使用广泛的DNA连接结 构域，但其DNA识别机制跟细菌一样。
同源结构域的DNA识别 锌指结构域
连接到DNA上的亮氨酸拉链 螺旋-环-螺旋结构域
3. 激活区域目前还没有得到很好的界定。
二、真核生物调控启动子的蛋白复合体
1. 激活因子可使转录复合体补充到基因上。
通过转录复合体的恢复激活 真核生物的转录启动 通过将介导因子直接捆绑到 DNA上激活转录
2. 激活子还恢复帮助转录复合体连接到启动 子或启动转录的核小体修饰因子。
组合控制
4. 酵母交配类型基因的组合控制。
酵母细胞型特异性基因的控制
四、转录抑制因子
真 核 生 物 抑 制 因 子 作 用 方 式
酵母中GAL1基因的阻遏作用
五、信号转导与转录调控子的控制
1. 信号常常通过信号转导通路与转录调控因 子进行通讯联系。
哺乳动物的两个信号转导通路
2. 信号通过不同方式控制真核生物的转录调 控因子。
1. 激活因子协同 作用融合成信号。
激 活 因 子 的 协 同 连 接
2. 信号融合。
----HO基因受两个调控子控制，一个恢复核小体 修饰因子，一个恢复介导因子。
HO基因的控制
----人β干扰素基因激活因子的协同连接。
人 干 扰 素 增 强 子 体 β
3. 组合控制建立在真核生物复合体和多样性 的中心位置。
激活因子引起的染色质结构的改变
3. 激活因子补充一个在一些启动子有效启动 或延伸所必须的因子。 4. 远距离作用—环与绝缘子。
绝 缘 子 通 过 增 强 子 阻 断 激 活 作 用
5. 一些基因群合适的调控需要座位控制区域 （locus control region, LCR）。
LCR调控
三、信号整合 和联合控制
第十四章 真核生物的转录调控
本章内容 1. 从酵母到哺乳类转录调控保守的调控机制 2. 真核生物调控启动子的蛋白复合体
3. 信号整合和联合控制
4. 转录抑制子 5. 信号转导与转录调控子的控制 6. 组蛋白和DNA修饰引起的基因沉默 7. 表观基因调控
细菌、酵母、人的调控元件
原核生物与真核生物基因表达最大的不同是真核生物多了一步 剪接的步骤。真核生物还有两个重要的复合体：核小体及其修饰因 子，更多的调控子和更广泛的调控序列是原核生物与真核生物基因 表达另外一个不同的地方。
由Gal80蛋白调控的酵母激活因子Gal4
3. 激活因子与阻遏因子有时以碎片的形式参 与调控。
六、组蛋白和DNA修饰引起的基因沉默
----转录沉默 ----异染色质和常染色质 ----DNA甲基化酶
1.酵母的沉默是由去乙酰化和组蛋白的甲基 化介导的。
酵母端粒的沉默
2. 在果蝇中HP1识别甲基化的组蛋白并浓缩 染色质。
通过DNA甲基化与组蛋白修饰关闭基因表达
3. 在哺乳动物细胞中DNA甲基化与沉默基 因关联。
印记
七、表观基因调控
印记调控（epigenetic regulation）
一些基因表达状态即使在起始信号不再存 在的情况下仍通过细胞分裂遗传下来。
DNA甲基化的形式可以通过细胞分裂保存下来