大学课件生物化学之调控13.PPT
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1、王晓华王晓华基因表达基因表达结构基因结构基因mRNA蛋白质蛋白质转录翻译多肽链在DNA的编码区(生命蓝图)(生命蓝图)生物体的结构生物体的结构与功能与功能(生命现象)(生命现象)调节基因调节基因mRNA调节蛋白调节蛋白转录翻译tRNArRNA主主 要要 内内 容容掌握基因表达调控的基本概念、原理掌握基因表达调控的基本概念、原理掌握原核基因转录调节掌握原核基因转录调节熟悉真核基因转录调节熟悉真核基因转录调节第一节第一节基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念Basic Conceptions of Gene Expression Regulation一、基因表达概念一、基因表达概念基基 因因
2、 组组 : 一一 个个 细细 胞胞 或或 病病 毒毒 所所 携携 带带 的的 全全 部部 遗遗 传传信信息息或或整整套套基基因因(细细菌菌约约含含4000,人人含含34万个结构基因)。万个结构基因)。基基因因表表达达:指指基基因因转转录录及及翻翻译译过过程程。rRNA、tRNA编编码码基基因因转转录录产产生生RNA的的过过程程也也属属此此范围。范围。真核生物在一定时间内只有真核生物在一定时间内只有2%15%的基因的基因进行表达,进行表达,基因表达受严格的调控基因表达受严格的调控。 如果一个细胞在同一时间内全部基因进行表如果一个细胞在同一时间内全部基因进行表达,将出现蛋白质合成的巨大浪费,细胞也
3、达,将出现蛋白质合成的巨大浪费,细胞也无法适应环境而生存。无法适应环境而生存。 如果生物体每个细胞都有相同基因的表达,如果生物体每个细胞都有相同基因的表达,这种生物体将不可能有器官和组织功能的分这种生物体将不可能有器官和组织功能的分工,从而不能进行正常的生命活动。工,从而不能进行正常的生命活动。二、基因表达的时间性及空间性二、基因表达的时间性及空间性指不同发育阶段、不同指不同发育阶段、不同 生理状态下有不同基生理状态下有不同基因的表达。因的表达。如如AFP(胎儿低分化的肝细胞表(胎儿低分化的肝细胞表达,成人高分化的肝细胞基本不表达,肝细达,成人高分化的肝细胞基本不表达,肝细胞癌变又表达)、胎儿
4、胞癌变又表达)、胎儿Hb等。等。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性异性(stage specificity)。(一)时间特异性(一)时间特异性指不同细胞有不同基因表达,由细胞在器官指不同细胞有不同基因表达,由细胞在器官的分布决定,的分布决定,又称又称细胞细胞或组织或组织特异性。特异性。 如红细胞合成如红细胞合成 Hb,肝细胞合成白蛋白、,肝细胞合成白蛋白、HMG-CoA裂解酶,胰岛裂解酶,胰岛 细胞合成胰岛素,细胞合成胰岛素,前列腺细胞合成酸性磷酸酶,肝细胞合成碱前列腺细胞合成酸性磷酸酶,肝细胞合成碱性磷酸酶等。性磷酸酶等。(二)空间特异性(二
5、)空间特异性三、基因表达方式三、基因表达方式(一)(一) 组成性表达组成性表达 管管家家基基因因:一一个个生生物物个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达的基因。的基因。 无论表达水平高低,管家基因较少受环境因素无论表达水平高低,管家基因较少受环境因素影响,而是在个体各个生长阶段的大多数或影响,而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达,或变化很小。区几乎全部组织中持续表达,或变化很小。区别于其他基因,这类基因表达被视为组成性别于其他基因,这类基因表达被视为组成性基因表达基因表达(constitutive gene expression)。特点:受启动子及特点:受启
6、动子及RAN聚合酶作用影响聚合酶作用影响(二)诱导和阻遏表达(二)诱导和阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下,相相应应的的基基因因被被激激活活,基基因因表表达达产产物物增增加加,这这种种基基因因称称为为可可诱诱导导基因基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过程,称为过程,称为诱导诱导(induction)。 如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制,这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物物水水平平降降低低的过程称为的过程称为阻遏阻遏(repression)。特点:除受启动子及特点:除受启动子及
7、RAN聚合酶作用影响外,聚合酶作用影响外,还受其他机制调节(含特异刺激反应元件)还受其他机制调节(含特异刺激反应元件)四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义v 适应环境,维持生长和增殖适应环境,维持生长和增殖 血血G糖糖异异生生有有关关酶酶编编码码基基因因表表达达糖糖原原分分解解酶酶编编码码基基因因表表达达 血血G恢恢复复;当当G耗耗尽尽有有乳乳糖糖,乳糖代谢有关的酶编码基因表达。乳糖代谢有关的酶编码基因表达。v维持个体发育与分化维持个体发育与分化 多多细细胞胞个个体体中中发发育育阶阶段段不不同同,组组织织器器官官不不同同,蛋白质分布也不同,这是调节细胞表型的关键。蛋白质分布
8、也不同,这是调节细胞表型的关键。v基因表达的基因表达的多级多级调控调控v基因转录激活调节基本基因转录激活调节基本要素要素特异特异DNA序列序列调节蛋白调节蛋白DNA-蛋白质,蛋白质蛋白质,蛋白质-蛋白质相互作用蛋白质相互作用RNA聚合酶聚合酶第二节第二节 基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理 转录前调控转录前调控(基因激活)(基因激活)转录水平转录水平调控调控转录后加工调控转录后加工调控翻译水平调控翻译水平调控翻译后加工调控翻译后加工调控mRNA降解调控降解调控基因表达的多级调控基因表达的多级调控蛋白质降解蛋白质降解 操纵子:操纵子: 由由2个以上功能相关的编码序列与个以上功能相关的编
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