原核细胞基因表达调控机制.ppt
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1、Several steps in the gene expression process may be modulated, including the transcription step and translation step and the post-translational modification of a protein. Gene regulation gives the cell control over structure and function, and is the basis for cellular differentiation, morphogenesis
2、and the versatility and adaptability of any organism. Gene regulation may also serve as a substrate for evolutionary change, since control of the timing, location, and amount of gene expression can have a profound effect on the functions (actions) of the gene in the organism.,原核细胞基因表达调控,Regulation o
3、f Prokaryotic Gene Expression,一、基因表达调控概述,Basic Conceptions and Principle,(一)基因表达的概念,*基因 *基因组(genome) 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。,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。,* 基因表达(gene expression),基因表达是受调控的,(二)基因表达的时间性及空间性,1、时间特异性,2、空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异,实际上是由细胞在器官的分布决定的,所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue speci
4、ficity)。,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,称之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。,(三)基因表达的方式,按对刺激的反应性,基因表达的方式分为:,1、组成性表达,某些基因在一个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)。,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基因表达(constitutive gene expression)。,2、诱导和阻遏表达,在特定环境信号刺激下,
5、相应的基因被激活,基因表达产物增加,这种基因称为可诱导基因。,可诱导基因在特定环境中表达增强的过程,称为诱导(induction)。,如果基因对环境信号应答是被抑制,这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。,在一定机制控制下,功能上相关的一组基因,无论其为何种表达方式,均需协调一致、共同表达,即为协调表达(coordinate expression),这种调节称为协调调节(coordinate regulation)。,(四)基因表达调控的生物学意义,1、适应环境、维持生长和增殖,2、维持个体发育与分化,二、基因表达调控的基本原理 Basic P
6、rinciple of Gene Expression Regulation,a,(一)基因表达的多级调控,基因激活,转录起始 转录后加工 mRNA降解,转录起始,(二) 基因转录激活调节基本要素,特异DNA序列和调节蛋白质 调节蛋白 DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用 RNA聚合酶,原核生物, 操纵子(operon) 机制,1. 特异DNA序列和调节蛋白质,Pribnow box,共有序列(consensus sequence) 决定启动序列的转录活性大小。,某些特异因子(蛋白质)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 操纵序列 阻遏蛋白(repressor)的
7、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,或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移动 ,阻碍转录。,3) 其他调节序列、调节蛋白,例如,激活蛋白(activator)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。,有些基因在没有激活蛋白存在时,RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。,真核生物,不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列 ,如TATA盒、CAAT盒等,这些共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。,2 、真核基因的调节蛋白,还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列,调节自身基因的表达,称顺式
8、作用。,由某一基因表达产生的蛋白质因子,通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用,调节其表达。,反式作用因子(trans-acting factor),这种调节作用称为反式作用。,反式调节,顺式调节,指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合,被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。,绝大多数调节蛋白质结合DNA前,需通过蛋白质-蛋白质相互作用,形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)。,4. RNA聚合酶, 原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性,RNA聚合酶与其的亲和力,影响转录。, 调节蛋白与RNA聚合酶活性,一些特异调节蛋白在适当
9、环境信号刺激下表达,然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。,三、原核基因表达调控,Regulation of Prokaryotic Gene Expression,1、因子决定RNA聚合酶识别特异性,2、操纵子模型的普遍性,3、阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性,(二)乳糖操纵子调节机制,1、乳糖操纵子(lac operon)的结构,Lac operon,没有乳糖存在时,2、阻遏蛋白的负性调节,有乳糖存在时,Lac operon,无葡萄糖,cAMP浓度高时,有葡萄糖,cAMP浓度低时,3、CAP的正性调节,4、协调调节,当阻遏蛋白封闭转录时,CAP对该系统不能发挥作用;
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