基因表达调控

此为生物化学与分子生物学中基因表达调控章节重点的思维导图，希望能够给大家帮助！

基因表达调控

• 基因
  • 是负载特定遗传信息的DNA片段
  • 结构包括DNA编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域
  • 基因表达是基因转录和翻译的过程
    • 基因表达通常经历“激活→转录→翻译→产生蛋白质”的过程。但并非所有基因表达过程都可以产生蛋白质。 如rRNA、tRNA编码基因转录产生的RNA的过程也属于基因表达，但不产生蛋白质
  • 基因表达具有时间特异性、空间特异性又称细胞特异性和组织特异性
  • 基因表达的方式
    • 基本基因（管家基因、组成性基因）
      • 在一个生物个体内几乎所有细胞中持续表达
      • 表达水平不易受到环境变化的影响
      • 持续表达或变化很小
      • 基因表达只受启动子和RAN聚合酶等因素影响，而不受其他机制调节
    • 可诱导基因或可阻遏基因
      • 受特定环境信号刺激后表达
      • 基因表达易受环境变化的影响
      • 基因表达水平增高（诱导）或降低（阻遏）
      • 受多种机制调节的基因表达
  • 顺式作用元件
    • 调控序列与被调控序列位于同一条DNA链上
  • 反式作用因子
    • 调节蛋白不仅能对处于同一条DNA链上的结构基因的表达进行调控，而且还能对不在一条DNA链上的结构基因表达起到同样的作用
  • 转录起始是基因表达的基本控制点
• 原核基因表达调控
  • 特点
    • 基因组中很少有重复序列
    • 编码蛋白质的结构基因为连续编码，且多为单拷贝基因，但编码rRNA的基因仍然是多拷贝基因
    • 结构基因在基因组中占的比例（约50%）远远大于真核基因组
    • 许多结构基因组中以操纵子为单位排列
  • 操纵子
    • 绝大多数原核基因按功能相关性成簇地串联在DNA上，共同组成一个转录单位
    • 操纵子是原核基因转录调控的基本单位
    • 结构基因
      • 数个功能上有关联的基因，串联排列，共同组成编码区
      • 转录合成时仅产生一条mRNA长链，，mRNA分子携带了几条多肽链的编码信息，称为多顺反子mRNA
    • 调控序列
      • 启动子
        • 是RNA聚合酶的结合部位，决定基因表达效率的关键元件
        • -10区是TATAAT，又称Pribnow盒
        • -35区为TTGACA
      • 操纵元件
        • 与阻遏蛋白结合阻碍RNA聚合酶与启动子上的结合阻遏转录，起负性调控
    • 调节基因
      • 特异因子
        • 决定RNA聚合酶对启动序列的特异性识别和结合能力
      • 阻遏蛋白
        • 负性调控
        • 与操纵序列结合
      • 激活蛋白（CAP）
        • 正性调节
        • CAP结合位点是与分解代谢基因激活蛋白（CAP）结合的部位
  • 乳糖操纵子
    • 在环境中没有乳糖时，基因处于关闭状态，只有当环境中有乳糖时，基因才能被诱导开放，合成代谢乳糖时所需的酶
    • 三个结构基因
      • Z
        • 编码β-半乳糖苷酶
      • Y
        • 编码通透酶
      • A
        • 编码乙酰基转移酶
    • 一个操纵序列O
      • 阻遏蛋白与O序列结合使操纵子受到阻遏而处于关闭状态
    • 一个启动子P
    • 一个调节基因I
      • 具有独立的启动子（PI），编码一种阻遏蛋白
    • 分解（代谢）物基因激活蛋白（CAP）结合位点
      • CAP结合位点是与分解代谢基因激活蛋白（CAP）结合的部位
    • 调节机制
      • 阻遏蛋白负性调节
      • CAP正性调节
        • 当培养基中无葡萄糖时→cAMP浓度增高，cAMP与CAP结合，刺激PNA聚合酶转录活性提高
        • 当培养基中有葡萄糖时→cAMP浓度降低，cAMP与CAP结合受阻，操纵子表达下降
      • 两者协同调节
• 真核基因表达调控
  • 表达特点
    • 真核基因组结构庞大
    • 只有10%的序列编码蛋白质
    • 基因转录产物为单顺反子
      • 即一个编码转录生成一个mRNA，经翻译生成一条多肽链
    • 基因组含有大量重复序列
    • 基因不连续
  • 转录起始调节
    • 顺式作用元件
      • 启动子
        • RNA聚合酶结合位点
        • 包括至少1个转录起始点以及1个以上的功能组件
          • TATA盒
            • TATAAAA
              • TFIID结合位点
              • 控制转录起始的准确性及频率
          • GC盒
            • GGGCGG
              • SP1的结合位点
          • CAAT盒
            • GCCAAT盒
              • C/EBP的结合位点
      • 增强子
        • 真核基因转录调控区中能提高基因转录效率的一段DNA序列
        • 增强子作用与序列的方向性无关
        • 增强子需要启动子才能发挥作用
        • 同一增强子可以影响不同类型启动子转录
      • 沉默子
        • 负性调控元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用
      • 绝缘子
    • 转录因子
      • 转录因子也称反式作用因子。真核生物转录调控的基本方式是反式作用因子对顺式作用元件的识别与结合，即通过DNA蛋白质的相互作用实施调控
      • 通用转录因子
      • 特异转录因子
      • 转录因子的DNA结合结构域
        • 锌指模体结构
        • 碱性螺旋-环_螺旋模体结构
        • 碱性亮氨酸拉链模体结构
      • 转录因子的转录激活域
        • 酸性激活结构域
        • 富含谷氨酰胺结构域
        • 富含脯氨酸结构域