基因表達(dá)調(diào)控的基本內(nèi)容

1、,,基因表達(dá)調(diào)控的基本內(nèi)容,一、基因表達(dá)的概念,1、基因（gene）：從遺傳學(xué)講，基因就是遺傳的基本單位或單元，具有編碼RNA或多數(shù)情況下編碼多肽功能的信息單位。從分子生物學(xué)看，基因是負(fù)載特定遺傳信息的DNA分子片段。,基因表達(dá)（gene expression）：在基因組攜帶的固有遺傳信息指導(dǎo)下生成各種具有生物學(xué)功能的RNA和蛋白質(zhì)的過程。,2、基因表達(dá)(gene expression)：,基因表達(dá)是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，但不是所有的基因表

2、達(dá)都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNA和tRNA的產(chǎn)生也屬于基因表達(dá)。 基因組內(nèi)基因的數(shù)量非常龐大，但是只有少數(shù)表達(dá)，大多數(shù)不表達(dá)或表達(dá)水平極低。,2.1基因表達(dá)是轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程,二、基因表達(dá)的方式,2.1 組成性表達(dá)(constitutive gene expression),2.2 適應(yīng)型表達(dá)(adaptive expression),2.3 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（coordinate regulation）,2.1 組成性表達(dá),管家基因(

3、housekeeping gene) ：在生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，其表達(dá)產(chǎn)物對生命全過程都是必需的或必不可少的基因。,,組成性基因表達(dá)（基本的基因表達(dá)）：管家基因的表達(dá)，它只受啟動(dòng)子與RNA聚合酶相互作用的影響,,2.2 適應(yīng)型表達(dá),誘導(dǎo)：在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，該現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)。相應(yīng)基因稱為可誘導(dǎo)的基因。,阻遏：基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時(shí)被抑制，這種基因稱為可阻遏的基因。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物降低的過程

4、稱為阻遏。,可誘導(dǎo)或可阻遏基因除受啟動(dòng)序列或啟動(dòng)子與RNA聚合酶相互作用的影響外，尚受其它機(jī)制調(diào)節(jié)（如：增強(qiáng)子）。,2.3 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié),在一定機(jī)制控制下，機(jī)能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)。這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。,（一）時(shí)間特異性（階段特異性） Temporal Specificity (Stage Specificity)（二）空間特異性（ 組織/細(xì)胞特異性）

5、 Spatial Specificity (Tissue/Cell Specificity),三、基因表達(dá)的特點(diǎn),按功能需要某一特定基因表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生。 甲胎蛋白堿性磷酸酶 受精卵發(fā)育,（一）時(shí)間特異性,指在個(gè)體生長、發(fā)育過程中，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體不同組織器官表達(dá)存在差異。又稱細(xì)胞或組織特異性。 胰島素,（二）空間間特異性,四、基因表達(dá)調(diào)控的基本原理,1、基因表達(dá)的多級調(diào)控：基因結(jié)構(gòu)活化、

6、 轉(zhuǎn)錄起始、 轉(zhuǎn)錄后加工及載運(yùn)、 翻譯及翻譯后加工等。,2、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素（調(diào)控體系）,2.1 特異DNA序列：操縱子（原核） 順式作用元件（真核）,操叢子(operator)：原核生物中由2個(gè)以上的編碼序列與啟動(dòng)序列、操縱序列以及其它調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串

7、聯(lián)組成的基因調(diào)控單位。,順式作用元件（cis-acting element）：可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列。包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子及沉默子等。,2.2 調(diào)節(jié)蛋白,原核基因調(diào)節(jié)蛋白都是一些DNA結(jié)合蛋白,阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制在原核生物普遍存在,原核：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白 真核：轉(zhuǎn)錄因子（主要為反式作用因子）,2、基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)的基本要素（調(diào)控體系）,反式作用因子(trans-acting factor)：某一基因的編

8、碼產(chǎn)物，與其它基因的調(diào)節(jié)序列結(jié)合，調(diào)節(jié)其它基因的表達(dá)活性。大多數(shù)反式作用因子是DNA結(jié)合蛋白,正性調(diào)節(jié)機(jī)制在真核生物普遍存在,轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理： DNA-蛋白質(zhì)、 （基本形式） 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、 RNA聚合酶活性調(diào)節(jié),3、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理,3.2 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用：二聚體是調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合DNA時(shí)最常見的形式，雜二聚體比同二聚體具更強(qiáng)的DNA結(jié)合能力,3.3 RNA

9、聚合酶：轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)最終由RNA聚合酶活性體現(xiàn),多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合DNA前需通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用形成二聚體或多聚體,這種結(jié)合通常是非共價(jià)結(jié)合,3.1 DNA-蛋白質(zhì)相互作用：反式調(diào)節(jié)因子與順式作用元件之間的特異識別及結(jié)合,3、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用機(jī)理,五、原核與真核基因表達(dá)調(diào)控的區(qū)別,1、真核基因與原核基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),真核細(xì)胞基因組非常復(fù)雜：結(jié)構(gòu)龐大、重復(fù)序列、不連續(xù)性、單順反子（一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄、翻譯生成一條多肽鏈）,σ因子決定RNA聚

10、合酶識別特異性,操縱子（元）模型的普遍性：多順反子轉(zhuǎn)錄，通過調(diào)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來完成協(xié)調(diào)表達(dá),阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性：負(fù)性調(diào)節(jié)占主導(dǎo),2、原核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn),3、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn),活性染色體結(jié)構(gòu)變化：對核酸酶高度敏感、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、DNA堿基修飾、組蛋白減少,正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo),轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行,轉(zhuǎn)錄后修飾、加工,RNA聚合酶有三種,六、基因表達(dá)調(diào)控的多層次和復(fù)雜性,基因組,轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄后,翻譯,翻譯后,,,,基因表達(dá)調(diào)控的多

11、層次和復(fù)雜性 Multi-levels and Compliexity of Gene Expression Regulation,基因激活,轉(zhuǎn)錄起始,轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運(yùn),mRNA降解,翻譯及翻譯后加工,蛋白質(zhì)降解,,,DNA甲基化組蛋白乙酰化,DNA element, TFmRNA可變剪接、編輯siRNA,,化學(xué)修飾泛素化降解,七、基因表達(dá)調(diào)控是生物生長發(fā)育的基礎(chǔ),適應(yīng)環(huán)境、維持增長和增殖 維持細(xì)胞分化與體發(fā)育,（二）維