基因表达与调控1

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1、基因表达与调控东北农业大学1遗传学第八章基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。对某些基因而言,基因的表达只有转录的过程。*基因表达（geneexpresion）基因表达是受调控的一、基因表达的概念﹡基因表达调控（geneexpressionregulationandcontrol）指通过生物体内的调控系统来调节和控制体内蛋白质的含量与活性，使之在特定的时间、特定的空间、并以一定的强度出现，以适应机体生长、发育和繁殖的需要。基因表达的多级调控基因激活重排甲基化程度转录起始转录后加工mRNA降解蛋白质翻译翻译后加工修饰蛋白质降解等转录起始DNA水平转录水平翻译水

2、平一、原核生物的基因调控：㈠、转录水平的调控:负调控：细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。阻遏物与DNA分子结合阻碍RNA聚合酶转录使基因处于关闭状态；正调控：细胞中激活子激活基因转录过程的调控机制。诱导物通常与蛋白质结合形成一种激活子复合物与基因启动子DNA序列结合激活基因起始转录使基因处于表达的状态。正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而是生物体适应环境的需要，有的系统既有正调控又有负调控；原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主；降解代谢途径中既有正调控又有负调控；合成代谢途径中一般以负调控来控制产物自身的合成。顺式与反式调控：假设某一基因的表达受一种调控

3、蛋白质(regulatorprotein)控制，只有在调控蛋白质与该基因的启动子位点结合时，这个基因才能表达。如果这个基因的启动子位点发生突变，调控蛋白不能识别这个位点，也就不能转录形成RNA，基因就不能表达(图8－3)。1.顺式调控：如基因的启动子发生突变，使得调控蛋白不能识别启动子结构，该基因就不能表达；只影响基因本身的表达，而不影响其它等位基因的调控突变。2.反式调控：调控蛋白发生突变，不能与某基因的启动子结合，还会影响到与该调控蛋白结合有关的所有等位基因位点表达。㈡、乳糖操纵元（操纵子）：1.乳糖操纵元模型：1961年，雅各布（JacobF.）和莫诺（MonodJ.）的操纵

4、元模型：操纵元：细菌的主要基因调控单位，也就是转录单位。如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加：①.-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖；②.渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖；③.转乙酰酶：-半乳糖转变成乙酰半乳糖。大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地增加；乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止。操纵元（子）：由操纵基因以及紧接着的若干结构基因所组成的功能单位，其中的结构基因的转录为操纵基因所控制。A、乳糖操纵元组成部分I：编码阻遏蛋白的基因P：启动子O：操纵子L：前导序列Z、Y、A代表三种酶的结构基因ｚ是β—

5、半乳糖苷酶基因ｙ是渗透酶基因a是转乙酰酶基因o是开关位点，为操纵基因，起控制结构基因的转录和翻译的作用。乳糖操纵元的负调控：①.乳糖操纵元组成部分；②.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),无乳糖时，基因不表达；③.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),有乳糖时，基因表达；④.抑制基因突变(I－O+Z+Y+A+),无乳糖时，基因组成型表达；⑤.操纵基因突变型(I＋OcZ+Y+A+),无乳糖时，基因组成型表达。阻遏蛋白乳糖RNA聚合酶cAmP又与代谢激活蛋白(cataboliteactivatingprotein，CAP)结合形成cAmP-CAP复合物，作为lac操纵子正

6、调控因子。当cAmP-CAP复合物二聚体插入到lac特异启动子序列时使DNA构型发生变化，而RNA聚酶与该新构型的DNA结合紧密，转录效率高。葡萄糖抑制操纵子的原理：葡萄糖腺苷酸环化酶活性降低ATP无法转变成cAmP不能形成CAP-cAmP复合蛋白RNA酶无法结合在DNA上基因不表达。㈢、色氨酸操纵元：1．色氨酸操纵元模型：由雅各布（JacobF.）和莫诺（MonodJ.）提出，具有合成代谢途径典型的操纵元模型。操纵元：包括色氨酸合成有关的5种酶的结构基因；大量色氨酸时：大肠杆菌5种酶的转录同时受到抑制；色氨酸不足时：这５种酶的基因开始转转录；色氨酸：作为辅阻遏物而不是

7、诱导物参与调控结构基因的转录。∴trp操纵元是一个典型的可阻遏操纵元模型(repressibleoperon)。TrpTrp高时Trp低时mRNAOPtrpR调节区结构基因RNA聚合酶RNA聚合酶色氨酸操纵子转录调节机制色氨酸操纵子浙江大学15遗传学第十一章2.色氨酸操纵元的负调控：⑴.阻遏调控：trpR基因编码无辅基阻遏物与色氨酸结合形成有活性的色氨酸阻遏物与操纵子结合阻止转录；色氨酸不足：阻遏物三维空间结构发生变化，不能与操纵子结合，操纵元开始转录；色氨酸