第13章：基因表达调控

基因表达产物通常是蛋白质，但是非蛋白质编码基因如转移RNA（tRNA）或小核RNA（snRNA）基因的表达产物是功能性RNA。 所有已知的生命，无论是真核生物（包括多细胞生物）、原核生物（细菌和古细菌）或病毒，都利用基因表达来合成生命的大分子。 基因表达可以通过对其中的几个步骤，包括转录，RNA剪接，翻译和翻译后修饰，进行调控来实现对基因表达的调控。基因调控赋予细胞对结构和功能的控制，基因调控是细胞分化、形态发生以及任何生物的多功能性和适应性的基础。

第13章 基因表达调控

• 基因表达
  • （一）时空特异性
    • 时间特异性
    • 空间特异性
  • （二）基因表达基本方式
    • 组成性表达（管家基因）
    • 适应性表达
      • 诱导和阻遏
• 基因调控特点
  • 多层次和复杂性
  • 转录起始——最基本调控点
  • 调控对象
    • 可调节基因
• 原核生物基因表达调控
  • 转录水平调节
    • 关键因素
      • 转录调控序列：能影响RNA聚合酶转录序列活性的DNA序列
        • 启动序列
          • RNA聚合酶结合并启动转录的特异DNA序列
          • 共有序列决定启动序列的转录活性大小
        • 操纵序列
          • 阻遏蛋白结合DNA序列
          • 常与promoter或转录起始区重叠
      • RNA聚合酶
        • 原核生物RNA聚合酶
          • RNA由多个亚基组成
    • 转录调控的基本特点
      • σ亚基决定基因转录
      • 操纵子是转录调控的基本单位
      • 阻遏调控是原核基因表达调控的基本原理
    • 操纵子模式
      • 操纵子
        • 组成
          • 结构基因
          • 调控序列
            • 调节基因/阻遏蛋白基因I
            • 启动子：RNA聚合酶的结合部位
            • 操纵序列：转录开关
        • 调控基础：蛋白质与DNA相互作用
        • 起调控作用的蛋白质
          • 阻遏蛋白
          • CAP
          • RNA聚合酶
        • 乳糖操纵子
          • 基本结构
            • 结构基因
              • lac Z：β-半乳糖苷酶
              • lac Y：通透酶
              • lac A：乙酰基转移酶
            • 调控序列
              • 阻遏基因（lac I）
              • 分解代谢物基因活化蛋白（CAP）
              • 启动子P
              • 操纵序列O
          • 转录调控
            • 负性调控
              • 参与物质
                • 阻遏蛋白
                • 0位点
                • 别乳糖（半乳糖）
                  • 半乳糖类似物：IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）
              • 机制
                • 乳糖操纵子（操纵序列0）被阻遏蛋白封闭
                  • ① 环境中无乳糖→乳糖操纵子（操纵序列0）被阻遏蛋白封闭
                  • ② 环境中有乳糖→少数乳糖转入细胞（lac Y）→β-半乳糖苷酶（lac Z）催化→别乳糖/半乳糖→结合阻遏蛋白→操纵子去阻遏→启动转录
            • 正性调节
              • 机制
                • ① 环境葡萄糖含量↑→抑制腺苷环化酶活性→胞内cAMP↓→不可激活RNA转录
                • ② 环境葡萄糖↓，乳糖含量↑→腺苷环化酶活性↑→胞内cAMP↑→cAMP-CAP复合物→结合CAP序列→RNA聚合酶转录活性↑
  • 转录终止调节
  • 翻译水平调节
• 真核生物基因表达调控
  • 基因结构特点
    • 重复序列
    • 断裂基因
    • 单顺反子
  • 表达特点
    • 需要染色质结构变化
    • 正向调节为主导
    • RNA聚合酶有分工
    • 有较复杂的转录后加工修饰
    • 转录与翻译分隔进行
  • 转录调节
    • 转录起始复合物
      • 顺式作用元件
        • 可影响自身基因表达活性的特定DNA序列
        • 原核生物
          • 启动序列、操纵序列
        • 真核生物
          • 启动子
            • TATA盒
            • GC盒
            • CAAT盒
          • 增强子
            • 位置灵活
            • 决定基因表达时空性
            • 是否发挥作用取决于是否存在特异转录因子
          • 沉默子
            • 主要取决于特异转录因子
      • 反式作用元件（转录因子）
        • 与顺式作用元件相互作用的蛋白质
        • 大多为DNA结合蛋白
        • 基本转录因子
          • 结合RNA聚合酶和转录核心元件
        • 转录调控因子
          • 结合转录非核心元件和基础转录因子