分子生物学(下)

分子生物学（下）

1、原核基因调控机制的类型与特点

1.负转录调控：调节基因的产物是阻遏蛋白，起阻止结构基因转录的作用。

(1)负控诱导:阻遏蛋白不与诱导物结合时,结构基因不转录;

(2)负控阻遏:阻遏蛋白与诱导物结合时,结构基因不转录.

2.正转录调控:调节基因的产物是激活蛋白.

(1)正控诱导系统:诱导物的存在是激活蛋白处于活性状态;

(2)正控阻遏系统:诱导物使激活蛋白处于非活性状态.

2、乳糖操纵子和色氨酸操纵子

大肠杆菌乳糖操纵子：乳糖——开动大肠杆菌乳糖操纵子——表达利用乳糖的三个酶——细菌利用乳糖。

乳糖操纵子的控制模型内容

（1）Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码；

（2）该mRNA的启动区（P）位于阻遏基因（I）与操纵区（O）之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达；

（3）操纵区是DNA上的一小段序列（26bp），是阻遏物的结合位点；

（4）当阻遏物与操纵区结合时，Lac mRNA的转录起始受到抑制；

（5）诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵区相结合，激发Lac mRNA 的转录。

大肠杆菌色氨酸操纵子：加入色氨酸——阻遏色氨酸操纵子—相关合成酶基因关闭。

色氨酸操纵子与负控阻遏系统

Trp体系参与生物合成而不是降解;

Trp合成分5步,有7个基因参与.

组成包括:阻遏基因（R）、启动区(P)、操纵区（O）、前导区（L）、弱化区（a）和结构基因区；

Trp操纵子的转录调控包括阻遏系统和弱化系统.

3、原核与真核基因表达调控的异同

4、DNA水平的表达调控

染色质的丢失：不可逆

核的全能性（totipotency）：细胞核内保存了个体发育所必需的全部基因

基因扩增(gene amplification)：增加基因的拷贝数

非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增2000倍，达1012个核糖体

药物：诱导抗药性基因的扩增；肿瘤细胞：原癌基因拷贝数异常增加

基因重排(gene rearrangement)：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录。如免疫球蛋白基因重排

DNA甲基化(DNA methylation)：

mCpG，即“CpG岛”：在DNA上成串出现，通常被甲基化，极易自发脱氨形成胸3腺嘧啶。

甲基化(methylated)程度高，基因表达降低；

去甲基化(undermethylated)：基因表达增加

DNA甲基化能引起染色体结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式改变——控制基因表达

染色质(chromatin)或染色体(chromosome)结构对基因表达的调控

（1）“开放”型活性染色质结构对转录的影响：转录发生前，染色质在特定区域被解旋松弛，使转录因子与启动区DNA结合——诱导转录。

（2）“灯刷型”染色体上的环形结构与基因的转录活性：两栖类动物卵细胞减数分裂

时才能观察到——是最活跃的转录区结构。

DNA甲基化与X染色体失活

雌性胎生哺乳动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随机失活

X染色体失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):Xist基因(Xi-specific transcript)

5、转录水平的表达调控

最重要、最经济的调控方式

顺式作用元件(cis-acting element)

反式作用因子(trans-acting factor)

转录起始的调控

顺式作用元件(cis-acting element)

影响自身基因表达活性的DNA序列

非编码序列

分启动子、增强子、沉默子

启动子

真核基因启动子：由核心启动子和上游启动子两部分组成，是基因转录起始位点（+1）及5’上游大约100-200bp以内的一组具有独特功能的DNA序列，是决定RNA聚合酶II转录起始点和转录频率的关键元件。

核心启动子：保证RNA聚合酶II转录正常起始所必需的最少的DNA序列。包括转录起始点和上游-25-30bp处的TATA盒。

上游启动子元件(upstream promotor elements,UPE)：-75bp处 CAAT 盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等，能通过TFIID复合物调节转录起始的频率。

增强子及其对转录的影响

增强子：能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。如SV40上游的两个72bp 正相重复序列。

作为基因表达元件，增强子具有的特点：

见教材P257。

呈环状结构，其功能受DNA双螺旋空间构象的影响。

增强子的作用原理

1影响模板附近的DNA双螺旋结构，导致DNA双螺旋结构弯折，活化基因转录；

2将模板固定在细胞核内特定位置，有利于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋结构的张力，促进RNA聚合酶II在DNA链上的结合和滑动。

3增强子区可作为反式作用因子或RNA聚合酶进入染色体的入口。

感染真核细胞的病毒DNA，大多具有可被寄主细胞蛋白质激活的增强子。

小鼠乳腺瘤病毒（MMTV）的DNA，具有糖皮质激素基因的增强子。在能被类固醇激活的细胞（如乳腺上皮细胞）中，MMTV病毒能旺盛生长。

病毒有寄主范围，因它有组织特异和物种特异的增强子。

沉默子(silencer)

沉默子(silencer)：负性调节元件，起阻遏作用。

反式作用因子(trans-acting factor)

——能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开放（正调控）或关闭（负调控）

据转录因子在转录中的作用分为：

（1）通用或基本转录因子(general transcription factors)—RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子。

TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE等

（2）特异转录因子( special transcription factors)—个别基因转录所必需的转录因子. OCT-2：在淋巴细胞中特异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。