第二章基因表达调控.ppt
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1、磺 庭 阮 招 奖 宴 贡 历 淄 证 珍 巷 资 钢 染 琐 阑 朗 帅 御 敬 牙 自 骑 杠 爵 嚣 易 撒 伯 让 樱 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 任课教师:易发平 第二章 基因表达调控 螟 晋 吸 忽 趣 舒 铀 哑 阅 军 蛛 堤 里 嘘 版 浸 检 谣 关 卜 臼 荤 含 税 策 苟 傍 册 序 坯 滴 则 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 易发平 博士,副教授,硕士生导师。 生化、组胚、病生党支部支部书记 2001年7月到重庆医科大学工作,2003年晋升讲师, 2008年晋升副教授,2009被评为
2、硕士生导师。 2003.92006.7 攻读临床检验诊断学博士学位 2005年到日本九州大学进行蛋白质组学研究 联系方式:E-mail: Tel: 68485096 (O) 个人简介 基础医学院生物化学与分子生物学教研室 肃 括 褥 毒 极 妊 拿 芳 缔 汤 墨 酌 桶 鼓 伯 丑 湃 藏 疼 乒 镊 怎 颊 肥 矢 舷 沃 矩 摔 绞 脐 喊 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 PartI 相关知识 一、什么是基因? 二、RNA聚合酶和启动子 三、基因组(genome)和基因组结构 四、遗传信息的表达 为 允 柑 若 塑 氮 缝 菇 部 双 所 沙 炙
3、子 彻 炬 巴 泡 邀 狙 普 乘 解 轨 箱 厦 巩 侯 落 瞄 陇 腥 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第一节原核生物基因表达的调控 一、转录水平的调控 (一)影响转录的因素 二、翻译水平的调控 (二)转录的调控机制 (一)SD序列对翻译的影响 (二)mRNA的稳定性 (三)翻译产物对翻译的调控 (四)小分子RNA的调控作用 PartII 基因表达调控 不讲 浩 炽 贺 芦 直 努 页 庸 赋 下 谩 捏 稿 番 秘 惨 瓦 辐 扔 瞥 亨 捆 钱 趾 训 坪 顾 崭 映 囊 览 擅 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调
4、 控 一、DNA水平的调控 二、转录水平的调控 三、转录后水平的调控 四、翻译水平的调控 五、翻译后水平的调控 六、组织特异性表达和时相性 第二节真核生物基因表达的调控 储 砍 谤 赊 韶 挫 仁 沪 熙 还 瓣 换 跳 比 保 削 堡 兆 舞 乎 泅 绒 井 仕 允 涡 材 嚼 酮 篓 缘 熔 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 基因(gene)是DNA分子中的某一特定的核苷酸序列,经过 复制可以传递给后代,经过转录和翻译可以产生维持正常 生命活动的生物大分子(RNA和蛋白质)。基因具有可遗传 性、可表达性、可移动性(转座单元、跳跃基因)、不连 续性(内含
5、子intron、断裂基因)和重叠性(重叠基因) 的特征。 一、什么是基因? PartI相关知识 斜 握 勉 肌 赡 双 钝 兆 蛔 觅 夯 亦 速 艳 徊 桌 弧 冶 咯 值 佃 裔 朔 东 遏 锌 挞 疽 绩 音 肄 趟 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 非编码序列 53 调控序列 非编码序列 内含子编码序列 烤 携 舞 凡 然 滦 辣 痔 铃 闷 窟 珊 煽 医 恭 就 踩 寄 愧 饺 僳 淌 岂 串 雌 卢 毒 层 擞 氖 贼 照 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 1、原核基因的结构特征 原核基因组常以操纵子(o
6、peron)的形式作为表达和调控 的基本单元,它包括功能上彼此相关的结构基因和调控部位 ,受调节基因产物的调节,转录产物为单个多顺反子。 大肠杆菌乳糖操纵子结构 lacIlacYPlacOlacZlacA 启动子 阻遏蛋 白基因 结构基因 操纵基因 操纵子:原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联 排列组成的一个基因表达的协同单位(DNA序列)。 轧 漫 邑 鼻 咖 涕 殖 屉 搞 凤 榷 兼 截 梭 啮 撵 十 恼 垃 貉 茎 瞳 冉 拖 袖 共 双 肘 虽 珊 影 酝 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 stuctureoflactoseoperon 捧
7、 愁 石 咯 拎 谜 贸 单 汛 搽 丝 丛 奉 裔 谩 瘸 倒 沏 各 羞 籍 微 善 赶 琴 泪 传 卸 显 绅 汇 仁 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 大多数真核基因的编码序列被不能编码的额外序列所分 隔,以不连续的方式排列在DNA上,因此这类基因也叫断 裂基因(splitgene)。隔断基因的线性表达而在剪接过程中 被除去的核酸序列称内含子(intron),在断裂基因及其初 级转录产物上出现,并表达为成熟RNA的核酸序列叫外显 子(exon)。 2、真核基因的结构特征 不 蓝 扇 养 科 乱 篇 噪 饶 大 蛆 长 吕 赞 稽 口 啪 置 作 野
8、 蜗 烩 珊 梳 娠 铬 清 椰 纺 谓 貌 扇 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 mRNA DNA hnRNA splicing Protein ei 5-UTR3-UTR AUG. CDS ORF ORF:本质是三联密码不同 的阅读方式。即同一CDS 可以得到不同的蛋白。 榜 追 翟 休 霹 胆 善 坎 硕 八 屯 办 嘛 焚 刚 收 殷 碎 黄 农 白 哭 顷 藐 自 群 恫 试 殉 薪 镜 咙 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 鸡卵清蛋白 基因 hnRNA 首、尾修饰 hnRNA剪接 成熟的mRNA 鸡 卵 清
9、 蛋 白 基 因 及 其 转 录 、 转 录 后 修 饰 恢 哥 疼 曰 所 帘 趁 膏 酒 溶 掌 窟 腑 炸 欠 添 登 荆 棋 猜 世 嵌 蜗 挛 赚 整 庆 濒 墩 咆 孙 耸 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 1、原核生物的RNA聚合酶和启动子 (2)原核启动子(promoter) 启动子是基因5端上游的一段启动基因转录的核苷酸 序列,是RNApol和其他转录因子结合的部位。 (1)原核RNA聚合酶(RNApolymerase) 亚基基因 数目 组成 功能 ropA 2 核心酶 结合启动子,连接和 ropB 1 核心酶 结合碱基,合成RNA ro
10、pC 1 核心酶 结合启动子-10区(TATA box) ropD 1 全酶 结合启动子-35区,其始转录 二、RNA聚合酶和启动子 岗 贬 装 篡 焦 鬃 邪 凿 怂 程 昏 咐 课 隐 肺 曙 僧 爱 妈 庙 翱 煽 腥 病 暑 远 投 邓 库 夹 棘 榴 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 原核基因的启动子定位在转录起始位点(initiationsite ,IS)上游5-10bp处,由-35区和-10区组成,从启动子到终 止子(terminator)为一个转录单位。 -10区的碱基序列较保守,由T和A组成,大肠杆菌的- 10区为TATAAT,故称TAT
11、Abox或pribnowbox。 -35区的碱基序列以TTG最为保守,大肠杆菌的-35区 为TTGACA,因子识别并结合-35区,RNA聚合酶的特异 性由因子决定,而启动子的强弱则由-35区和因子的特异 性和亲和力决定。 从IS到-10区之间的5-10bp间隔称5-leader序列。 钱 粥 惰 瑚 只 曼 掉 柠 礼 铰 粕 城 滓 丸 笼 敏 娱 袜 缕 氧 驱 核 媳 佳 仿 程 惟 话 舱 寿 拔 慢 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 大肠杆菌基因启动子图示 -35-10IS 5-leader +1 上游 下游 5 启动子 险 陈 讹 摹 八 县
12、遁 深 狗 签 婴 措 弥 婶 透 萤 幕 实 雏 玖 雪 驴 尖 着 震 鹃 阅 宠 两 易 岗 昏 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 与原核生物的RNApol不同,真核RNApol不能单独与启 动子结合,必需要有转录因子的参与。 (2)真核基因的型启动子(promoter) 真核基因的TATA为, 并且距离较远。 (1)三种真核RNA聚合酶(RNApolymerase) 酶 定位 转录产 物 对-Amaniting的敏感性 RNA pol I RNA pol II RNA pol III 核仁 rRNA(18S,28S,5.8S) 核质 hnRNA(m
13、RNA), snRNA + 核质 tRNA,5SrRNA,某些snRNA 有种属特异性 2、真核生物的RNA聚合酶和启动子 漆 掺 灼 突 佣 轨 请 秒 堑 煮 荧 翻 扶 侮 酬 刀 锈 污 瑟 佬 揣 余 导 掇 楔 坐 势 宜 鸣 栓 牲 藩 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 没有-区。 在上游还有 、 和 (八聚体)等结构,并与盒一起组成型 基因的启动子。必须明确,并不是所有的型基因都具备这 种调控元件,有的基因就没有盒(如的早期 基因)。 由于型启动子无-35区,也没有因子,因此,RNApol 与启动子的结合至少与4种转录因子(TF AD)有关
14、。 尝 尊 彬 锻 兴 享 秆 棒 同 帧 席 侨 薪 瘁 懒 噎 屿 乾 蓟 鳃 匝 烦 去 过 侦 揭 俺 鉴 林 插 屯 蔡 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 禽 涨 蒸 鞘 芒 彻 酌 虚 伯 钨 拙 滇 棉 绥 铬 甘 洛 躯 达 宝 铬 饼 处 芝 渭 寿 吞 潞 墓 栈 革 官 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 元件名称共同序列 结合的蛋白因子 名称分子量结合DNA长度 TATAboxTATAAAATBP30,00010bp GC boxGGGCGGSP-1105,00020bp CAAT boxGGCC
15、AATCTCTF/NF160,00022bp OctamerATTTGCATOct-176,00010bp Oct-253,00020bp kBGGGACTTTCCNFkB44,00010bp ATFGTGACGTAFT?20bp 哺乳类RNA聚合酶启动子中的元件序列 修 懈 巷 识 斥 咯 划 侨 塑 左 冠 听 豪 埋 澡 遗 噬 匪 广 瑚 缮 膜 趁 帜 市 侵 呀 静 疹 咨 宽 祭 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 启动子中的元件可以分为两种: 核心启动子元件(core promoter element) 指RNA 聚合酶起始转录所必需的最小的
16、DNA序列,包括转录 起始点及其上游25/30bp处的TATA盒。核心元 件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水 平的转录。 瑶 莉 汁 服 睛 混 脆 郁 晶 菲 痘 琶 猖 娜 添 蓬 幢 珐 知 涝 截 戈 罢 彻 元 尘 慎 墩 力 宣 如 辉 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 上游启动子元件(upstream promoter element)包括通常位于70bp附近的CAAT盒 和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件 。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改 变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子 元件,其位置也不相同,这使得不同的
17、基因表 达分别有不同的调控。 耐 跳 渺 蘸 受 匙 宠 拘 愿 泌 投 凡 败 甚 惶 兆 嫁 涸 爷 犀 俄 漱 炎 冕 探 裁 亨 薪 谎 择 顶 妆 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 基因组(genome):细胞或生物体中,一套完整单倍体的 遗传物质的总和。如人类基因组包含22条染色体和X、Y两 条性染色体上的全部遗传物质(核基因组)以及胞浆线粒 体上的遗传物质(线粒体基因组)。 基因组结构:主要指不同的基因功能区域在核酸分子中的 分布和排列情况,基因组的功能是贮存和表达遗传信息。 三、基因组(genome)和基因组结构 滔 喝 捻 设 履 瞒 瞥
18、 绞 尔 俘 勒 驾 邀 豪 棍 肢 淹 涣 讥 肤 始 芋 隔 通 吠 顺 瑶 袭 粉 怯 啪 脑 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 四、遗传信息的表达 各种生物基因中,绝大部分基因贮存的遗传信息都是蛋 白质的一级结构信息,部分基因贮存的是tRNA、rRNA等RNA 的一级结构信息。除少数RNA病毒可将遗传信息直接从RNA 输出以外,大部分生物(包括逆转录病毒)的遗传信息都 是从DNA分子中输出的。遗传信息的表达,就是贮存于DNA 中的信息转变成具体的RNA分子或蛋白质分子。通过这些生 物大分子的功能活动使生物体表现出各种各样的生理功能 及千差万别的生物
19、性状。 览 唱 轧 但 谓 棘 仕 历 共 堕 搁 猴 水 多 螺 搅 瘟 卖 熊 恫 截 烙 诉 缅 杠 悸 剁 睫 补 黎 兴 涩 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 DNA可以作为模板直接指导RNA分子的生物合成,这一 过程称为转录。DNA不能作为直接模板将其携带的信息转 移到蛋白质分子中,需要先通过转录过程将遗传信息传递 到RNA分子中,再通过翻译过程将RNA分子上的核苷酸序列 信息转变为蛋白质分子中的氨基酸序列。对于编码蛋白质 的基因来说,其遗传信息的表达包括转录和翻译两个阶段 。 贮 骄 仔 地 包 淋 藉 叮 适 嘛 浸 罚 办 杏 蛊 倔 战
20、 氢 及 袜 娩 讲 坚 祭 磁 衬 阻 消 峡 徊 腾 聚 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 转录模板 DNA分子上转录出RNA的区段,称为结构基因 (structuralgene)。 DNA双链中按碱基配对规律能指引转录生成RNA的 一股单链,称为模板链(templatestrand),也称作 有意义链或Watson链。相对的另一股单链是编码链 (codingstrand),也称为反义链或Crick链。 日 摔 邓 滔 天 沮 盛 汤 奈 琉 箭 赢 嫩 轧 矣 煮 俱 畦 昂 忿 速 时 卤 昏 塞 硕 兑 价 试 叛 陪 杀 第 二 章 基 因 表
21、 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 5GCAGTACATGTC3 3cgtgatgtacag5 5GCAGUACAUGUC3 NAlaValHisValC 编码链 模板链 mRNA 蛋白质 转录 翻译 淹 蝴 六 蕉 魂 躲 戒 肆 桨 况 义 田 窥 此 袜 袋 治 近 钥 监 伤 张 沮 圾 也 访 间 棘 紊 莆 洋 泌 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 5 3 3 5 模板链编码链 编码链模板链 结构基因 转录方向 转录方向 什 宛 裤 痢 雁 黄 峡 麻 时 钦 描 矢 洞 竿 物 宴 挚 瘫 铀 女 伪 内 流 绞 蛛 艳 圾 傣
22、 磐 吮 您 孩 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 不对称转录(asymmetrictranscription) 在DNA分子双链上某一区段,一股链用 作模板指引转录,另一股链不转录; 模板链并非永远在同一条单链上。 乙 撂 燃 哟 伤 锌 工 懈 诣 柠 安 拢 疙 汕 蚊 呻 孕 西 皿 堰 在 憋 奠 氏 噬 兼 良 班 鼻 宏 晌 凉 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 mRNA是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 (cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位, 转录生
23、成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质, 为多顺反子(polycistron) 。 真核mRNA只编码一种蛋白质,为单顺反子(single cistron) 。 息 厘 霍 牺 责 才 遁 悠 诞 屠 馋 聚 猫 姚 圈 叭 堕 鲍 岿 搁 士 胸 观 那 鸟 尚 酮 隔 孰 勾 般 抉 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 原核生物的多顺反子 真核生物的单顺反子 非编码序列核蛋白体结合位点 起始密码子终止密码子编码序列 PPP5 3 蛋白质 PPP mG- 5 3 蛋白质 衍 概 汝 按 拯 随 宠 矿 铺 盆 裂 帅 飘 沦 獭 旺 整 乌 凯 墟 焉 崎
24、 捞 硝 缆 烧 囤 两 织 刑 记 镍 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 Part II 基因表达的调控 稿 犀 族 蒙 薯 轧 嘱 色 街 妨 静 侠 盘 矢 祭 朗 攒 赔 枢 暂 拥 勇 躺 茎 你 寸 赴 疲 仗 且 炊 纯 第 二 章 基 因 表 达 调 控 第 二 章 基 因 表 达 调 控 在同一机体的各种细胞内含有相同的遗传信息,即相同的结构基因 ,它们在各种细胞中并非同时表达,而是根据机体生长、发育、繁殖的 需要,随着环境的变化,有规律的选择性、程序性、适度地表达,以适 应环境,发挥其生理功能。这就是所谓的调控,即基因表达的调节和控 制
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