第08章基因的表达与调控 - 副本
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遗传学：朱军第三版：第08章 基因的表达与调控
二、转座子的结构特性： P270
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⑸．跳跃基因(jumping gene)：
二、转座子的结构特性： P270 图10-17
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⑸．跳跃基因(jumping gene)：
二、转座子的结构特性： P270
44/360
⑸．跳跃基因(jumping gene)：
二、转座子的结构特性： P271
通常所说的基因表达：指基因指导蛋白质合成 的过程。
原核生物或真核生物为了适应外界环境条件及 自身的需要，都必须不断调控各种不同基因的 表达方式。
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第八章
基因的表达与调控
P178
P185
P178
第一节 基因的概念
第二节 基因调控 小结
3/360
第一节 基因的概念
P178
一、基因的概念及其发展 二、基因的微细结构
卵清蛋白基因中间存在不表达的碱基序列，表明基
因的DNA序列可能是不连续的。
外显子：参加蛋白质编码的DNA片段； 内含子：不参加蛋白质编码的DNA片段。
真核生物基因可能是不同外显子的组合：隔裂基因。
22/360
⑷．隔裂基因(split gene)： 指一个基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即 内含子所隔裂。
内含子：在DNA序列中，不出现在成熟mRNA中的片段；
外显子：在DNA序列中，出现在成熟mRNA中的片段。
23/360
⑷．隔裂基因(split gene)：
24/360
断裂基因或隔裂基因
25/360
断裂基因或隔裂基因
26/360
断裂基因或隔裂基因
cDNA：与RNA链互补的单链DNA，以其RNA为模板， 在适当引物的存在下，由依赖RNA的DNA聚合酶 （反转录酶）的作用而合成，并且在合成单链cDNA 后，在用碱处理除去与其对应的RNA以后，以单链 cDNA为模板，由依赖DNA的DNA聚合酶或依赖 RNA的DNA聚合酶的作用合成双链cDNA。在这种情 况下，mRNA的cDNA，与原来基因的DNA（基因组 DNA，genomic DNA）不同而无内含子。
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⑸．跳跃基因(jumping gene)：
二、转座子的结构特性： P270 图10-17
43/360
⑸．跳跃基因(jumping gene)：
二、转座子的结构特性： P270
44/360
⑸．跳跃基因(jumping gene)：
二、转座子的结构特性： P271
通常所说的基因表达：指基因指导蛋白质合成 的过程。
原核生物或真核生物为了适应外界环境条件及 自身的需要，都必须不断调控各种不同基因的 表达方式。
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第八章
基因的表达与调控
P178
P185
P178
第一节 基因的概念
第二节 基因调控 小结
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第一节 基因的概念
P178
一、基因的概念及其发展 二、基因的微细结构
卵清蛋白基因中间存在不表达的碱基序列，表明基
因的DNA序列可能是不连续的。
外显子：参加蛋白质编码的DNA片段； 内含子：不参加蛋白质编码的DNA片段。
真核生物基因可能是不同外显子的组合：隔裂基因。
22/360
⑷．隔裂基因(split gene)： 指一个基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即 内含子所隔裂。
内含子：在DNA序列中，不出现在成熟mRNA中的片段；
外显子：在DNA序列中，出现在成熟mRNA中的片段。
23/360
⑷．隔裂基因(split gene)：
24/360
断裂基因或隔裂基因
25/360
断裂基因或隔裂基因
26/360
断裂基因或隔裂基因
cDNA：与RNA链互补的单链DNA，以其RNA为模板， 在适当引物的存在下，由依赖RNA的DNA聚合酶 （反转录酶）的作用而合成，并且在合成单链cDNA 后，在用碱处理除去与其对应的RNA以后，以单链 cDNA为模板，由依赖DNA的DNA聚合酶或依赖 RNA的DNA聚合酶的作用合成双链cDNA。在这种情 况下，mRNA的cDNA，与原来基因的DNA（基因组 DNA，genomic DNA）不同而无内含子。
基因工程PPT课件 第八章 基因的表达与调控-真核基因表达调控模式精品文档
2019/10/12
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第一节 真核生物的基因结构与转录活性
4.3. DNA甲基化与染色体失活
雌性哺乳动物体细胞的两条X染色体中会有一条发生随机失 活这是一种基因剂量补偿的机制。
以后的研究表明在给定的体细胞有丝分裂谱系中，有一条X 染色体是完全失活并呈异染色质状态，而另一个细胞谱系 中同一条X染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。
第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞 对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水 平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节；
第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的 精髓部分，决定了真核细胞生长、分化、发育的进程。
根据基因调控发生的先后次序，又可分为：
转录水平调控
4.2. DNA甲基化抑制基因转录机制
DNA的甲基化还会提高突变频率。真核生物中5-mC主要 出现在5’-CpG-3’序列中，5-mC脱氨后生成的胸腺嘧啶 （T），不易被识别和矫正。因此，特定部位的5-mC脱氨 基反应，将在DNA分子中引入可遗传的转化（C→T）。 若位点突变发生在DNA功能区域，就可能造成基因表达的 紊乱。在多种癌细胞中，p53基因第273位密码子含CpG 序列， 常由CGT突变为CAT或TGT（Arg→His或Cys） 。
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第一节 真核生物的基因结构与转录活性
1.2. 复杂多基因家族
复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之 间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。
海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为 6 000bp的片段中，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组 成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1 000次。
第八章基因表达与调控
F1
y
♀
+
0
y
♂
apr + +w
1.5
apr +
X染色体
spl +
3.0
spl
由于apr 和 w都位于X的1.5位点，是等位基因。让该F1自交， F2不应该有红眼个体出现。但结果却是出现了0.1%的红眼：
— 如果是回复突变：红眼果蝇应该是黄身、 分叉刚毛，或者灰身、直刚毛。
— 如果是在图示位置发生交换：红眼都是灰
rI，rII，rIII (注意：第七章噬菌体作图时的r是T2的基因)
Benzer（1950）对rII深入研究： 首先：获得了2000多个独立的突变株，估计有400~500个
突变位点。 其后：双重感染 E.coli B（同时），形成双突变杂合二倍
体，进行互补测验。发现突变体可以分为rIIA 和
rIIB二组：其中只有分别属于rIIA 和 rIIB的突变
c. 蛋白质化学修饰：
乙酰基、甲基、磷酸基、糖基 N端、C端 或者侧链。
磷酸化：
糖基化：Ser、Thr O－糖基化
Asn
N－联糖基化
乳糖操纵元乳糖操纵元laclacoperonoperon11乳糖操纵元的结构乳糖操纵元的结构laciilaczlacylacalacylacapplacilacipplaclacoolaclacrnarnadnadnalaczlacylacalacylacalacii乳糖阻遏物单体四聚体乳糖阻遏物单体四聚体半乳糖苷酶半乳糖苷酶渗透酶渗透酶乙酰转移酶乙酰转移酶proteinprotein乳糖乳糖葡萄糖半乳糖葡萄糖半乳糖增加乳糖的吸收增加乳糖的吸收功能未知功能未知22乳糖操纵元转录调节乳糖操纵元转录调节placlaczlacylaca转录被阻滞rna聚合酶olac被激活的乳糖阻抑物四聚体乳糖诱导物异乳糖失活的乳糖阻抑物诱导物复合体olacplaclaczlacylacarna聚合酶转录被诱导laczlacylacarnacampcampcrpcrpcomplexcomplexplacplac弱启动子弱启动子当体内葡萄糖缺乏时当体内葡萄糖缺乏时campcamp并与并与campcamp受体蛋白受体蛋白crpcrp结合成复合物结合成复合物再结合到图中的位置再结合到图中的位置可可使使dnadna发生发生909000弯曲弯曲转录效率提高转录效率提高5050倍倍正调控正调控
第八章 基因表达与调控
第八章基因表达与调控基因的概念分子遗传学关于基因的概念基因是具有特定核苷酸顺序的片段（主要是DNA）是转录一条完整的RNA分子或编码一条多肽链的遗传信息单位基因不是最小的遗传结构单位，包含许多突变子和重组子⏹突变子：产生突变的最小单位，一个突变子可以小到只是一个核苷酸⏹重组子：可交换的最小单位，即不能由重组分开的单位，理论上也可只包含一对核苷酸基因仍是一个遗传功能单位，相当于一个顺反子⏹顺反子：决定一条多肽链合成的功能单位，一个顺反子所包含的一段DNA与一个多肽链的合成相对应基因的作用与性状的表现一基因一酶学说Beadle 和Tatum（1941年）根据对红色面包霉营养缺陷型的研究提出在面包霉体内，精氨酸通过：前体→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨琥珀酸→精氨酸这一途径合成每一步都有一特定的酶催化，4 种突变体各有一基因突变导致其中某种酶失活，因而出现精氨酸营养缺陷表型。
由此确认一个基因的功能是通过一个酶控制某个生化反应，从而控制生物性状以后修正为“一基因一蛋白质”，进一步“一基因一多肽链”基因调控原核生物的基因调控转录水平的调控若调节基因的产物是阻遏物，结合在调控序列上阻止相关基因的转录，这种调控机制称负调控若调节基因的产物为无辅基诱导蛋白，结合在调控序列上相关基因才能转录，这种调控机制称正调控乳糖操纵子（仔细看负调控调控过程掌握）包含几个功能相关的结构基因及紧邻结构基因上游的调控序列的整个核苷酸序列称为操纵子操纵子是原核生物的转录单位操纵子的调控序列由启动子（P）和操纵基因（O）所组成当诱导物活化了无辅基诱导蛋白或是钝化了阻遏蛋白，操纵子便处于可诱导状态在一个多级反应的降解代谢途径中，编码降解酶的基因组成的操纵子一般为可诱导的操纵子，被降解的分子即为诱导物。
遗传学-第八章基因的表达与调控
• 将8种突变型两两组合混和感染E. Coli B菌株 (双重感染, double infection)
• 从混和培养物中提取噬菌体颗粒感染E. coli K(λ)
试验结果：
在菌苔上获得了许多小而粗糙的野生型噬菌斑
Benzer的重组实验:
• 重组值计算：rxry的数量与r+r+ 相同，计算 时r+r+ 噬菌体数×2。
rII区段突变的性质：
rII突变具有共同性状，按经典遗传学理论， rII区段为一个基因(功能单位)。
Benzer通过顺反测验表明：
3000多个rII突变型可以分为A、B两组， 组间突变型间能够互补，而组内的突变型间 不能互补。
与rII区段连锁图对照发现：两组突变分 别位于rII区段的两端：
基因本质 的确定为 分子遗传 学发展拉 开了序幕。
3、顺反子阶段 ：
1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌 体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的 精细结构，提出了顺反子（cistron）概念。
顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定1 条多肽链。
1个顺反子可以包含一系列突变单位——突变子。 突变子是DNA中1个或若干个核苷酸构成。
内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片 段；
外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片 段。
卵清蛋 白基因
跳跃基因(jumping gene)：
即转座因子，指染色体组上可以转移的基 因。
实质：能够转移位置的DNA片断。 功能：在同一染色体内或不同染色体之间 移动，引起插入突变、DNA结构变异（如重复、 缺失、畸变）， 通过表现型变异得到 鉴别。
(2) 基因的功能类型
• 从混和培养物中提取噬菌体颗粒感染E. coli K(λ)
试验结果：
在菌苔上获得了许多小而粗糙的野生型噬菌斑
Benzer的重组实验:
• 重组值计算：rxry的数量与r+r+ 相同，计算 时r+r+ 噬菌体数×2。
rII区段突变的性质：
rII突变具有共同性状，按经典遗传学理论， rII区段为一个基因(功能单位)。
Benzer通过顺反测验表明：
3000多个rII突变型可以分为A、B两组， 组间突变型间能够互补，而组内的突变型间 不能互补。
与rII区段连锁图对照发现：两组突变分 别位于rII区段的两端：
基因本质 的确定为 分子遗传 学发展拉 开了序幕。
3、顺反子阶段 ：
1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌 体为材料，在DNA分子水平上研究基因内部的 精细结构，提出了顺反子（cistron）概念。
顺反子是1个遗传功能单位，1个顺反子决定1 条多肽链。
1个顺反子可以包含一系列突变单位——突变子。 突变子是DNA中1个或若干个核苷酸构成。
内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片 段；
外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片 段。
卵清蛋 白基因
跳跃基因(jumping gene)：
即转座因子，指染色体组上可以转移的基 因。
实质：能够转移位置的DNA片断。 功能：在同一染色体内或不同染色体之间 移动，引起插入突变、DNA结构变异（如重复、 缺失、畸变）， 通过表现型变异得到 鉴别。
(2) 基因的功能类型
分子生物学第八章 基因表达调控
* IPTG，异丙基-β-D硫代半乳糖苷 * TMG ，巯甲基半乳糖苷 * ONPG，O-硝基半乳糖苷
4、阻遏蛋白与操作子的相互作用
阻遏蛋白与操作子是否发生相互作用？ 硝酸纤维素膜可以和蛋白质结合而不与ＤＮＡ结合 阻遏蛋白四聚体结合与膜上，可以与野生型DNA片段形 成复合物。并可被IPTG抑制。 而用lacOc 突变体的DNA片段，则不能与阻遏蛋白结合
Luxury gene
顺、反因子间互作方式的基因表达调控
♫ 顺式作用元件（cis-acting element）:能够影响 同一条或相连DNA序列活性的特定DNA片段。例如，启 动子 ♫ 反式作用因子（trans-acting factor）:一种基 因的蛋白质产物，能够影响位于基因组另一条染色体上的 （或基因组别处的）另一个基因的表达活性。例如，RNA polymerase
经典锌指的三维结构：一个β发卡和一个α－螺旋
锌指上的α－螺旋 负责与DNA作用
b、Cys-Cys(C2/C2)锌指
Zn＋＋与4个Cys残基 形成配位键
酵母的转录激活 因子GAL4、哺 乳类的固醇类激 素受体为典型代 表。
糖皮质激素受体
• ZYJ272 •
The DNA-binding domain of Cys2-Cys2 zinc finger proteins (Figure 1. Glucocorticoid receptor) is composed of two irregular antiparallel beta-sheets and an alpha-helix, followed by an extended loop.
♫ 操纵元中各结构基因按一定比例协调翻译 ♫ 聚有极性突变效应：
操纵元中一个近基因的无义突变能够影响远基因表， 且根据距离远近呈极性梯度效应
4、阻遏蛋白与操作子的相互作用
阻遏蛋白与操作子是否发生相互作用？ 硝酸纤维素膜可以和蛋白质结合而不与ＤＮＡ结合 阻遏蛋白四聚体结合与膜上，可以与野生型DNA片段形 成复合物。并可被IPTG抑制。 而用lacOc 突变体的DNA片段，则不能与阻遏蛋白结合
Luxury gene
顺、反因子间互作方式的基因表达调控
♫ 顺式作用元件（cis-acting element）:能够影响 同一条或相连DNA序列活性的特定DNA片段。例如，启 动子 ♫ 反式作用因子（trans-acting factor）:一种基 因的蛋白质产物，能够影响位于基因组另一条染色体上的 （或基因组别处的）另一个基因的表达活性。例如，RNA polymerase
经典锌指的三维结构：一个β发卡和一个α－螺旋
锌指上的α－螺旋 负责与DNA作用
b、Cys-Cys(C2/C2)锌指
Zn＋＋与4个Cys残基 形成配位键
酵母的转录激活 因子GAL4、哺 乳类的固醇类激 素受体为典型代 表。
糖皮质激素受体
• ZYJ272 •
The DNA-binding domain of Cys2-Cys2 zinc finger proteins (Figure 1. Glucocorticoid receptor) is composed of two irregular antiparallel beta-sheets and an alpha-helix, followed by an extended loop.
♫ 操纵元中各结构基因按一定比例协调翻译 ♫ 聚有极性突变效应：
操纵元中一个近基因的无义突变能够影响远基因表， 且根据距离远近呈极性梯度效应