基因表达调控与分化发育

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1、第十四章基因表达调控与分化发育教师：张光祥Email:zhgx-163@163.com第一节：原核生物的转录调控基因的活性主要通过反式作用因子和顺式作用元件来调控基因是编码可扩散产物的DNA序列，所谓产物包括蛋白质(大多数基因都编码蛋白质)和RNA(tRNA和rRNA)等。反式作用：游离的基因产物从合成的场所扩散至其目标场所，对其它基因的表达发挥调控作用。为顺式作用(cis-acting)：任一只在原位发挥作用的DNA序列，它不转变为任何其它物质形式，仅影响与其在物理上相连的DNA启动子和终止子是典型的顺式作用元件，作用于这两种顺式元件的反式作用因

2、子就是RNA聚合酶有时顺式调控元件最终发挥作用的不是DNA，而是RNA原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行。细菌的启动子附近通常具有一个或多个与之并列或散布在其周围，而且与之紧密相连的顺式作用元件正调控的两种情况一、正调控与负条调控正调控是指由反式作用因子识别并结合到顺式元件上，从而激活(Activate)基因的表达。1、正调控无配体→反式作用因子结合→激活表达；有配体→受体(反式作用因子)脱离→关闭基因的表达。有配体→反式作用因子结合→激活表达；无配体→受体(反式作用因子)脱离→关闭基因的表达。2、负调控负调控的两种情况负调控是指由反式作用因

3、子本来是一直结合在顺式元件上的关闭或阻遏(Repress)着基因的表达，只有在反式作用因子脱离下来后，基因才激活(Activate)或表达。在细菌中，正、负调控使用的频率也许大致相等反式作用因子无配体的结合→关闭基因的表达；有配体的结合→受体(反式作用因子)脱离→激活表达。反式作用因子有配体的结合→关闭基因的表达；无配体的结合→受体(反式作用因子)脱离→激活表达。二、乳糖操纵子1940年Monod发现：细菌在含葡萄糖和乳糖的培养基上生长时先利用葡萄糖，葡萄糖用完后生长出现短暂停滞，然后利用乳糖；在糖源转变期出现“二次生长曲线”。结合阻遏物RNA酶结合

4、产生阻遏蛋白操纵基因启动子阻遏物基因结构基因AYZOPI1951年，Monod和Jacob合作发现两对基因：lacZ基因：编码β-半乳糖苷酶，催化β-半乳糖苷水解，将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖lacI基因：编码乳糖操纵子阻遏蛋白(Repressor)，阻止结构基因的表达，从而决定细胞对诱导物的反应。Jacob：结构基因旁有开关基因（即操纵基因），阻遏物通过与开关基因的结合，控制结构基因的表达lacY编码β-半乳糖苷透性酶(Permease)，是膜结合蛋白，是转运系统的成员，将乳糖转入细胞LacA编码β-半乳糖苷转乙酰基酶(Transacetylase)

5、，将乙酰基从乙酰辅酶A转移到β-半乳糖苷上有乳糖(presenceoflactose)：使阻遏蛋白脱离，lac操纵子即可被诱导(derepression,induction)。诱导物(inducer)是半乳糖苷类物质:乳糖别乳糖半乳糖IPTG(是一种非底物诱导物）乳糖操纵子上阻遏蛋白的负性调节无乳糖:lac操纵子处于阻遏状态(repression)乳糖操纵子(lacoperon)的调控方式三、优先利用葡萄糖的机制葡萄糖是微生物最主要的碳源，具有优先利用葡萄糖的机制，对葡萄糖的存在非常敏感。分解物抑制(cataboliterepression)：只要有

6、葡萄糖存在，利用、转运和分解其它碳源的酶系统的基因表达便受到葡萄糖分解产物的反馈抑制。在没有葡萄糖(碳源饥饿)条件下，才启动相应基因的转录来利用环境中存在的其它碳源，如乳糖、阿拉伯糖、麦芽糖等等。所有非葡萄糖的碳源利用操纵子统称葡萄糖敏感型操纵子。cAMP在高等生物的许多激素作用过程中扮演重要角色，在低等生物如细菌中，其含量随生理状态特别是碳源供应状况而变化：葡萄糖，cAMP；碳源饥饿，cAMP葡萄糖和乳糖同时存在时，葡萄糖抑制AMP环化酶的活性，加入cAMP也可激活乳糖操纵子的转录；cAMP通过与cAMP受体蛋白CRP(也叫代谢物分解基因激活

7、蛋白catabolitegeneactivitionprotein,CAP）结合后形成cAMP-CAP复合物，然后作用于启动子。了解CAP的正性调节协调调节(coordinateregulation)负性调节与正性调节协调合作：阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用；如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从P上解聚仍无转录活性lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖又需缺乏葡萄糖四、阿拉伯糖操纵子及其双向控制E.Coli对阿拉伯糖的利用阿拉伯糖操纵子重点五、色氨酸操纵子了解衰减子的结构特点Trp操纵子的衰减作用机制第二节、细胞分化与发育的遗传控制细胞的分化和发育

8、其实质是基因表达调控差异的体现。多细胞生物的发育不仅涉及到细胞类型的分化，而且涉及特定细胞精确的空间定位。发