第十四章基因表达调控
第十四章 基因表达调控 一、教学的基本要求 解释基因表达的概念，简述基因表达方式和特点。 叙述原核生物、真核生物基因表达调控的意义 记住基因表达调控的要素，解释重要的概念，如顺式作用元件、反式作用因子、启动子和启动序列、增强子、转录因子等 描述乳糖操纵子结构及调解原理，解释乳糖操纵子概念 写出原核真核基因调控的主要区别。 二、教学内容精要 （一）基因表达的概念，规律（特点）及方式 1.基因组(genome) 一个细胞或病毒携带的全部遗传信息或整套基因，称为基因组。不同生物基因组所含的基因多少不同。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。在个体不同生长时期、不同生活环境下，某种功能的基因产物在细胞中的数量会随时间、环境而变化。 2.基因表达 基因表达（gene expression）就是基因转录和翻译的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型。但并非所有基因表达过程都产生蛋白质。rRNA和tRNA编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。 3.基因表达的规律 基因表达表现为严格的规律性，即时间特异性（temporal specificity)、空间特异性（special specificity）。基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（promoter）和／或增强子（enhancer）与调节蛋白（regulatory protein）相互作用决定。 (1)时间特异性：噬菌体、病毒或细菌侵人宿主后，呈现一定的感染阶段。随感染阶段发展生长环境变化，有些基因开启（turn on)，有些基因关闭(turn off)。按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。在多细胞生物从受精卵到组织、器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。因此多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性（stage specificity）。 (2)空间特异性：在多细胞生物个体某一发育、生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达多少是不一样的；在同一生长阶段，不同的基因表达产物在不同的组织、器官分布也不完全相同。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，因此基因表达的空间特异性又称细胞特异性或组织特异性（tissue specificity）。 4.基因表达的方式 不同种类的生物遗传背景不同，同种生物不同个体生活环境的差异，可导致不同的基因功能和性质也不相同。因此不同基因的表达方式或调节类型存在很大差异。 (1)组成性表达(constitutive gene expression）：某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的，这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因（housekeeping gene)。例如，三羧酸循环是一中枢性代谢途径，催化该途径各阶段反应的酶编码基因就属这类基因。管家基因较少受环境因素影响，它在个体各个生长阶段以及几乎全部组织中持续表达，变化很小。与其他基因的区别是这类基因表达被视为基本的、或组成性基因表达。这类基因表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响。事实上，组成性基因表达水平“不变”是相对的。 (2)诱导和阻遏：与管家基因不同，另有一些基因表达极易受环境变化影响。因外界信号的变化，这类基因表达水平可呈现升高或降低的现象。在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因是可诱导（induction）的。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程称为诱导。例如有DNA损伤时，修复酶基因就会在细菌内被诱导激活，使修复酶反应性地增加。相反，如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因是可阻遏（repression）的。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏。例如，当培养基中色氨酸供应充分时，在细菌内与色氨酸合成有关的酶编码基因表达就会被抑制。可诱导或可阻遏基因除受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响外，尚受其他机制调节；这类基因的调控序列含有特异刺激的反应元件。 （二）原核生物、真核生物基因表达调控的意义 1.适应环境、维持生长和增殖：生物体赖于生存的外环境是在不断变化的。从低等生物到高等生物，都必须对外环境的变化作出适当反应，调节代谢，使生物体能更好地适应变化的外环境。这种适应调节的能力与某些蛋白质分子的功能有关。细胞内某种功能的蛋白质分子有或无、多或少等数量变化是由这些蛋白质分子的编码基因表达与否、表达水平高低等状况决定的。原核生物、单细胞生物调节基因的表达就是为适应环境、维持生长和细胞分裂。高等生物也普遍存在适应性表达方式。经常饮酒者体内醇氧化酶活性高即与相应基因表达水平升高有关。 2.维持个体发育与分化：在多细胞个体生长、发育的不同阶段，细胞中的蛋白质分子种类和含量差异很大；即使在同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布也存在很大差异，这些差异是调节细胞表型的关键。高等哺乳类动物各种组织、器官的发育、分化都是由一些特定基因控制的。当某种基因缺陷或表达异常时，则会出现相应组织或器官的发育异常。 （三）基因表达调控的要素和概念 1.基因表达的多级调控 对于一个基因的编码产物—蛋白质来说，至少有以下几个环节可调节蛋白质在细胞内的浓度，即基因激活、转录起始、转录后加工、mRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解等。上述任一环节机制发生异常均会影响某个基因的表达水平。所以，基因结构活化、转录起始、转录后加工及载运、翻译及翻译后加工等均为基因表达调控的控制点，其中转录起始是基因表达的基本控制点。 2.基因转录激活调节基本要素 (1)特异DNA序列：不同基因特异的表达方式与基因结构有关，这里主要指具有调节功能的DNA序列。原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子（元）机制实现的。操纵子（operator）通常由2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中串联组成。各种原核基因启动序列在转录起始点上游-10及-35区域，这些序列常常表现类似称为共有序列。一些细菌启动序列的共有序列（consensus sequence）在-10区域是TATAAT，又称Pribnow盒（Pribnow box），在-35区域为TTGACA。这些共有序列中的任一碱基突变或变异都会影响RNA聚合酶与启动序列的结合及转录起始。操纵序列与启动序列毗邻或接近，其DNA序列常与启动序列交错、重叠，它是原核阻遏蛋白的结合位点。当操纵序列结合有阻遏蛋白时会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或使RNA聚合酶不能沿DNA向前移动，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子（元）调节序列中还有一种特异DNA序列可结合激活蛋白CAP，此时RNA聚合酶活性增强，使转录激活，介导正性调节（positive regulation)。 真核生物基因转录激活调节的序列比原核复杂。绝大多数真核基因调控（gene control）机制几乎普遍涉及编码基因两侧的DNA序列—顺式作用元件（cis-acting element）。所谓顺式作用元件就是指可影响自身基因表达活性的DNA序列。与原核基因类似，在不同真核基因的顺式作用元件中也会时常发现一些共有序列，如TATA盒、CCAAT盒等。这些共有序列就是顺式作用元件的核心序列，它们是真核RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。顺式作用元件并非都位于转录起始点上游（5′端）。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将真核基因的这些功能元件分为启动子、增强子及沉默子(silencer）等。 (2)调节蛋白：原核生物基因调节蛋白(regulation protein）都是一些DNA结合蛋白，分为三类：特异因子（specific factor）、阻遏蛋白(repressor）和激活蛋白（activator）。 1）特异因子：决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。 2)阻遏蛋白：可结合特异DNA序列－——操纵序列，阻遏基因转录。阻遏蛋白介导的负性调节机制在原核生物普遍存在 3)激活蛋白：可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。分解（代谢）物基因激活蛋白（CAP）就是一种激活蛋白。某些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合酶很少或全然不能结合启动序列。 真核基因调节蛋白又称转录调节因子或转录因子（transcription factor,TF）。绝大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用(DNA-蛋白质相作用)反式激活另一基因的转录，故称反式作用蛋白或反式作用因子(trans-acting factor)。 (3)DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用：DNA-蛋白质相互作用指反式调节因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。这种结合通常是非共价结合，形成DNA-蛋白质复合物。绝大多数调节蛋白结合DNA前需通过蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction)形成二聚体(dimer)或多聚体。两分子单体通过一定结构域结合成二聚体，是调节蛋白结合DNA时最常见的形式。二聚体有同种分子间形成的同二聚体(homodimer)和异种分子间形成的杂二聚体(heterodimer)。杂二聚体比同二聚体具有更强的DNA结合能力；有时，有些调节蛋白经二聚活化后会丧失结合DNA的能力。另有一些调节蛋白不能直接结合DNA，而是通过蛋白质-蛋白质相互作用间接结合DNA，调节基因转录，这在真核生物很常见。不同的真核细胞中所含的转录调节因子种类及浓度不同，所以同一基因在不同细胞中的表达状态不同。 (4)RNA聚合酶：DNA元件、调节蛋白对转录激活的调节最终是由RNA聚合酶活性体现的。启动序列/启动子的结构、调节蛋白的性质对RNA聚合酶活性影响很大。 1)启动序列/启动子与RNA聚合酶活性：原核启动序列或真核启动子是由转录起点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节元件组成。启动序列或启动子核苷酸序列会影响与RNA聚合酶的亲和力，而亲和力大小则直接影响转录启动的频率。如果一个启动序列的共有序列被置换为非共有序列，或非公有序列被置换为共有序列，则会得到使转录活性降低或增加两种截然不同的结果。真核RNA聚合酶单独存在时与启动子的亲和力低或无亲和力，必须与基因转录子形成复合物才能与启动子结合。真核RNA聚合酶的活性不仅与启动子序列有关，也与转录调节因子相关。 2)调节蛋白与RNA聚合酶活性：许多基因与管家基因不同，它们的基因产物浓度随环境信号而变化。因为这些基因激活所需要的一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下在细胞内表达，随后这些调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性，使基础转录频率发生变化，出现表达水平变化。诱导剂、阻遏剂等小分子信号所引起的基因表达都是通过使调节蛋白质分子构象改变，直接(DNA-蛋白质相互作用)或间接(蛋
第十四章细胞分化与基因表达调控
(二)组织特异性基因与管家基因 细胞分化是通过严格而精密调控的基因表达实现的。分化细胞基因组中所
表达的基因大致可分为两种基本类型： （1）管家基因(house-keeping genes)：管家基因是指所有细胞中均要表达的一类 基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系 基因与核糖体蛋白基因等。 （2）组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(1uxury genes)：组 织特异性基因是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细 胞特异的形态(xíngtài)结构特征与特异的生理功能。如卵清蛋白基因、上皮细胞的角 质蛋白基因和胰岛素基因等。
◇上述基因异位表达的结果导致在转基因果蝇眼睛 以外的组织中（如触角、腿上）诱导长出了完整的 果蝇复眼。
◇上述结果证明了无脊椎和脊椎动物的眼形成 (xíngchéng)基因在分子水平上是同源的。
精品资料
发育(fāyù)调控基因在功能上的 保守性
－－eyeless and Pax-6
Ectopic expression of eyeless or Pax6
有人还进一步分出一类调节基因(regulatory gene)。 （3）调节基因：其产物用于调节组织特异性基因的表达，或者起激活作用，或者起 阻抑作用。
细胞分化的实质是组织特异性基因在时间与空间上的差异表达。这种差异表达 不仅涉及：1）基因转录水平 ；2）转录后加工水平； 3）染色体和DNA水平； 4） 翻译水平； 5）翻译后加工与修饰水平。在不同水平上的复杂而严格的调控过程。
应用生物芯片技术可在不同程度上分析分化细胞中的组织特异性基因及其相关 蛋白。这也是功能基因组学研究的主要手段与内容之一。
遗传学 第十四章 基因表达的调控幻灯片资料
（四）乳糖操纵子的正调控 大肠杆菌的葡萄糖效应
二、色氨酸操纵子中基因表达时的衰减作用 （一）色氨酸操纵子的结构
编码色氨酸合成相关的五个基因trpE,trpD, TrpC,TrpB,trpA；在这五个结构基因上游有启动 区和操纵基因（trpO）；在第一个结构基因trpE 和trpO之间，有一长达160bp的核苷酸序列，称为 前导序列（L），其中含一段衰减子（A）区段。
lacIs：该突变的效应与lacI-相反，产生的阻遏物分子不 能与乳糖相互作用，而是连在操纵基因序列上，使结构基 因转录关闭。
2、部分二倍体分析
将带调节基因的Fˊ导入E.coli F- 细胞，构建不
同组合的部分二倍体，比较在乳糖存在或没有乳
糖时，野生型和突变型基因的活性。
3、调节基因I的功能及其产物分析 （1）调节基因I的功能 P328 表14-1 （2） lac阻遏物的晶体结构分析
第十四章 基因表达的调控
一、原核生物基因表达的调控
（一）大肠杆菌乳糖操纵子的调控机制 1、大肠杆菌对乳糖的利用和酶诱导 诱导作用（induction) 可诱导系统（inducible system) 与乳糖分解利用相关的酶： β-半乳糖苷酶(Z)；半乳糖透性酶(Y)； 硫代半乳糖苷转乙酰基酶(A).
小鼠前速激肽mRNA（preprotachykinin mRNA， PPTmRNA）的不同剪接
2、反式剪接
3、RNA编辑
（三）翻译水平的调控 卵母细胞中隐蔽mRNA的调控。P366
（四）翻译后调节 蛋白质剪接
（五）基因表达中的RNA调节 RNAi , miRNA
（二）大肠杆菌乳糖操纵子的负调控 1961，法国F.Jacob和J.Monod提出
乳糖操纵子学说（operon hypothesis).
遗传学第十四章基因表达的调控
（四）乳糖操纵子的正调控 大肠杆菌的葡萄糖效应
二、色氨酸操纵子中基因表达时的衰减作用 （一）色氨酸操纵子的结构
编码色氨酸合成相关的五个基因trpE,trpD, TrpC,TrpB,trpA；在这五个结构基因上游有启动 区和操纵基因（trpO）；在第一个结构基因trpE 和trpO之间，有一长达160bp的核苷酸序列，称为 前导序列（L），其中含一段衰减子（A）区段。
野生型乳糖操纵子（I+O+Z+Y+A+）的负调控 作用
◆ 细胞中没有乳糖时，阻遏物连到操纵基因上， 阻断转录，没有酶产生。
◆ 细胞中有乳糖时，乳糖与阻遏物连接，诱导转 录，产生相应的酶。
（三）建立乳糖操纵子模型的相关实验分析
1、相关突变体 （1）结构基因本身改变的突变体 Z+ : 能合成β-半乳糖苷酶 Z- : 不能合成β-半乳糖苷酶 （2）组成型突变体
小鼠前速激肽mRNA（preprotachykinin mRNA， PPTmRNA）的不同剪接
2、反式剪接
3、RNA编辑
（三）翻译水平的调控 卵母细胞中隐蔽mRNA的调控。P366
（四）翻译后调节 蛋白质剪接
（五）基因表达中的RNA调节 RNAi , miRNA
谢谢大家！
◇阻遏物单体。 ◇阻遏物二聚体，连到两个21bp的操纵基因DNA片
段。
阻遏物单体
阻遏物二聚体，连到两个21bp的操纵基因DNA片段
4、操纵基因（O）的确定 操纵基因序列的突变将导致阻遏物不能识别
和结合到该部位上。从而造成乳糖利用物质继续 合成。
如何识别突变体Oc和I- 。部分二倍体实验。
5、启动子 RNA聚合酶识别和结合部位： -10区： 序列特征 5’-TATGTT-3’ -35区： 序列特征 5’-TTTACA -3’
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
第十四章 细胞分化与基因表达的调控
三、真核细胞基因表达的调控
• 1、真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，主要 、真核细胞基因表达的调控是多级调控系统， 是多级调控系统 发生在四个彼此相对独立的水平上： 发生在四个彼此相对独立的水平上：①转录水平的调 加工水平的调控； 翻译水平的调控； 控；②加工水平的调控；③翻译水平的调控；④翻译 后水平的调控（ 后水平的调控（P488，LR1，W5） 。 ， ， ） • 2、启动子（promoter）位于基因上游的一个调控区， 、启动子（ ）位于基因上游的一个调控区， 它与RNA聚合酶结合并调节转录的开始，TATA框是 聚合酶结合并调节转录的开始， 它与 聚合酶结合并调节转录的开始 框是 许多通用转录因子装配位点，这是RNA聚合酶Ⅱ转录 聚合酶Ⅱ 许多通用转录因子装配位点，这是 聚合酶 真核基因至关重要的前提。 TATA框序列之外 框序列之外， 真核基因至关重要的前提。除TATA框序列之外，另外 两个启动子序列称作CAAT框和GC CAAT框和GC框 两个启动子序列称作CAAT框和GC框（P489，LR7， ， ， W7） 。 ） • 3、增强子（enhancer）与其他DNA调控元件相比有其 增强子（ DNA调控元件相比有其 ）与其他DNA 独特的性质：它们在一个DNA DNA分子内可以试验性地迁 独特的性质：它们在一个DNA分子内可以试验性地迁 移，从一个地方转移到另一个地方，甚至颠倒，但不 从一个地方转移到另一个地方，甚至颠倒， 影响结合转录因子促进转录的能力。 影响结合转录因子促进转录的能力。一个增强子的缺 失可使转录水平降低100倍或更多（ 100倍或更多 失可使转录水平降低100倍或更多（P491，L14， ， ， W1） 。 ）
二、再生、干细胞与癌细胞 再生、
• 1、再生是指生物体缺失一部分后发生的重建的过程，如幼体蟾 、再生是指生物体缺失一部分后发生的重建的过程 是指生物体缺失一部分后发生的重建的过程， 蜍肢体切除后，伤口处部分细胞凋亡， 蜍肢体切除后，伤口处部分细胞凋亡，多数细胞经去分化形成间 充质或纤维细胞样的细胞团——再生芽基，芽基细胞再分化形成 再生芽基， 充质或纤维细胞样的细胞团 再生芽基 以有序方式排列的完整肢体的过程）（ ）（P472，LR5，W1） 。 以有序方式排列的完整肢体的过程）（ ， ， ） • 2、细胞全能性（totipotency）是指细胞经分裂后仍具有产生完 、细胞全能性（ ） 整有机体的潜能或特性（ 整有机体的潜能或特性（P473,L17,W1）。 ）。 • 3、对动物细胞特别是高等动物细胞随着胚胎的发育，细胞逐渐 、对动物细胞特别是高等动物细胞随着胚胎的发育， 丧失了发育成个体的能力， 丧失了发育成个体的能力，仅具有分化成有限类型及构建组织的 潜能，这种潜能称为多潜能性，具有多潜能性的细胞称为干细胞 潜能，这种潜能称为多潜能性，具有多潜能性的细胞称为干细胞 （stem cell） 。根据来源与分化潜能的差别，干细胞又分为胚 ） 根据来源与分化潜能的差别，干细胞又分为胚 胎干细胞（ 细胞） 胎干细胞（embryonic stem cell, ES细胞）和成体干细胞 细胞 ）（P473，L21，W1） 。 （adult stem cell）（ ）（ ， ， ） • 4、癌细胞（cancer cell）脱离了细胞社会赖以构建和维持的规 、癌细胞（ ） 则的制约， 则的制约，表现出细胞增殖失控和侵袭并转移到机体的其他部位 生长这两个基本特征。 生长这两个基本特征。其结果是破坏际组织和器官的正常生理功 能（P480，L2，WR3） 。 ， ， ）
第14章 细胞分化与基因表达调控
大肠癌（结肠直肠癌）的形成过程
◆ 致癌因素
●多种理化因子致癌 ● 肿瘤病毒
DNA病毒：SV40、HPV、EB、乙肝病毒 这些病毒作用于抑癌基因，使其蛋白功能 失活。 肿瘤病毒 RNA病毒（逆转录病毒） RNA肿瘤病毒是通过激活细胞的原癌基因 来起作用的。
逆转录病毒与细胞癌基因活化
随机插入
RNA病毒
功能相同的结构的现象。 — 生理性再生：即细胞更新，如人的红细胞。
— 修复性再生：壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的
肢。 — 无性繁殖。
２影响细胞分化的因素
●细胞的类型(totipotency） ①细胞全能性：是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有 机体的潜能或特性。如受精卵、 植物细胞。 ②干细胞：是一类具有无限的或者永生的自我更新能力的细 胞，能够产生至少一种类型高度分化的子代细胞 。 －多能干细胞：具有产生多种类型细胞的能力，但却失
● （5）环境对性别决定的影响
温度 ：蜥蜴
位臵关系：蜗牛
● （6）染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
染色质变化：马蛔虫
基因重排：免疫球蛋白基因。
●3.细胞分化与胚胎发育 同源异型基因 （homeotic selector gene，Hox gene）
（一）果蝇体节发育中起关键作用的基因群。
第十四章
细胞分化 与基因表达调控
同源异型基因（homeotic gene） 一类含有同源框的基因。在胚胎发育中的表达水平对于组 织和器官的形成具有重要的调控作用。该类基因的突变， 就会在胚胎发育过程中导致某一器官异位生长，即本来应 该形成的正常结构被其他器官取代了。例如，果蝇的同源 异型基因Antp（触角基因）的突变，导致果蝇的一对触角 被两只腿所取代。 已发现的 Hox基因的产物基本上都是转录因子，同源框的 蛋白产物呈螺旋-转角-螺旋的立体构型，可以和DNA双螺 旋的主沟吻合，附着于邻近于TAAT的碱基，由于它能识 别所控制的基因启动子的特异序列，从而在转录水平调控 基因表达。 编辑词条
第十四章细胞代谢基因表达调控
3.顺式作用元件和反式作用因子
顺式作用元件：指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与 其自身同 处一个DNA分子上的基因，通常不编码蛋白质， 多位于基因傍侧或内含子中。 反式作用因子：是指能直接或间接地识别或结合在各顺式作用元件8~12bp 核心序列上，参与调控靶基因转录效率的一组DNA结合蛋白。 （基本转录因子、上游因子、可诱导因子） 反式作用因子结合DNA的结构域有 螺旋－转角－螺旋基序 锌指基序 亮氨酸拉链基序 螺旋－突环－螺旋基序 反式作用因子还有一个或多个结构域与转录活化或与其他调节蛋白相 互作用。 4.顺式作用与反式作用
5.基因表达的时序控制
λ噬菌体的溶原和裂解：取决于CI蛋白和Cro蛋白在最初20分钟 两种阻遏蛋白的合成速度。 CI蛋白占优势进入溶原状态， Cro蛋白占优势CI蛋白不能合成，噬菌体进入营养繁殖周期。
操纵序列是阻遏蛋白的结合位点。当阻遏蛋白 结合到操纵序列上时，会阻碍RNA聚合酶与启动子 的结合，或是 RNA 聚合酶不能沿 DNA 向前移动， 阻碍转录。这种调节称为负调节。
. 真核基因转录激活调节的因素 （一）顺式作用元件 （二）反式作用因子
（一）顺式作用元件
cis-acting element
指的是可影响自身基因表达活性的DNA序列。通常为 非编码序列。包括启动子、增强子、沉默子等。
其作用与方向、距离无关。
（二）反式作用因子
trans-acting factor 指的是可与顺式作用元件相互作用的蛋白 质因子。 如果某一基因表达的蛋白质因子，与另一 基因的顺式作用元件相互作用，调节其表达， 这种作用称为反式作用。 如果某一基因表达的蛋白质因子，与自身 基因的顺式作用元件相互作用，调节自身基 因的表达，这种作用称为顺式作用。
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A
乳糖操纵元模型
B
乳糖操纵元的负调控
C
I a 1
b
I
P
O
L
3
2
P
O
L
Z
Y
A
Z
Y
A
I
P
O
L
Z
Y
A
m RNA
Z
Y
A
I
P
O
L
Z
Y
A
D
两种组成型突变： I→I—，O→Oc, 在有无 诱导物时均可大量组成 E
11
顺式调控：突变只影响到与其邻近 的编码序列，即基因本身不能表 达，并不影响其它等位基因。这 种突变称为顺式调控
反式调控：如果是调控蛋白质发生 突变，形成的蛋白质不能与这个 基因的启动子结合，这将会影响 到与这个蛋白质结合的所有等位 基因位点，导致这些基因不能表 达，这种突变称为反式调控 12
R
基因 两个不同的突变(S或C)，即 A → S或A → C导致镰形 红血球
酶→间接地影响生物性状的表达
16
作
用
子
DNA
GTA CAT
CAT GTA
CTT GAA
ACT TGA
CCT GGA
A
mRNA 密码子
GUA CAU CUU ACU CCU
GAA CTT
GAA
氨基酸 缬 组 亮 苏 脯
谷
DNA
S mRNA
密码子
GTA CAT
GUA
氨基酸
缬
C DNA
AAA TTT
mMRNA 密码子
AAA
氨基酸
赖
GAA CTT