导图社区 十三、基因表达调控
染色质和DNA水平的基因表达调控(仅真核);原核生物的基因表达调控(转录起始水平);真核生物的基因表达调控(转录起始水平)。
编辑于2022-06-29 16:27:24这是一个关于核酸的结构与功能的思维导图,包括:summary、structure and function of RNA、physicochemical property of nucleic acids、nuclease等内容。
这是一个关于十六 细胞信号传导的分子机制的思维导图,包括:信息分子(配体)、受体、效应酶、激活的相关酶、传导通路、细胞信号转导、异常与疾病。
氨的主要代谢去路--在肝中合成尿素:概念:在肝脏中合成尿素的过程,通过此循环最终2分子的NH3与1分子的CO2 缩合生成了尿素,由于在此过程中鸟氨酸能再次生成,并被循环利用, 故称为鸟氨酸循环。
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这是一个关于核酸的结构与功能的思维导图,包括:summary、structure and function of RNA、physicochemical property of nucleic acids、nuclease等内容。
这是一个关于十六 细胞信号传导的分子机制的思维导图,包括:信息分子(配体)、受体、效应酶、激活的相关酶、传导通路、细胞信号转导、异常与疾病。
氨的主要代谢去路--在肝中合成尿素:概念:在肝脏中合成尿素的过程,通过此循环最终2分子的NH3与1分子的CO2 缩合生成了尿素,由于在此过程中鸟氨酸能再次生成,并被循环利用, 故称为鸟氨酸循环。
基因表达调控
概念及特点
基因表达是基因转录和翻译的过程
并非所有基因表达过程都产生蛋白质
rDNA、tRNA的产生也属于基因表达,但不产生蛋白质
基因表达具有2个特异性
基因表达的时间、空间特异性由特异的基因启动子(序列)和(或)增强子与调节蛋白相互作用决定
时间/阶段特异性:基因表达按一定的时间顺序发生
编码甲胎蛋白的基因在胎儿的肝细胞表达高,成人低,若肝细胞变为HCC.编码AFP的基因又重新激活
组织/空间/细胞特异性:多细胞生物个体在特定生长发育阶段,同一基因在不同的组织器官表达不同,又称细胞特异性或组织特异性
基因表达的方式
基因表达调控:细胞或生物体在接受内外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制
管家基因(基本表达/组成性表达)
某些基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达,不易受环境条件的影响
例如三羧酸循环各个阶段的酶都是都是管家基因表达的
管家基因只受启动序列或启动子与RNA聚合酶的影响,而不受其他机制的影响
可诱导基因或可阻遏基因
受特定环境影响,相应的基因被激活或抑制,基因表达水平出现升高或降低
举例:DNA损伤时,修复酶基因被诱导而表达增加;外界色氨酸充足时,细菌体内的色氨酸表达下降
不同基因的表达受协同调节
原理
基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节
基因表达调控呈现多层次和复杂性
基因表达可发生在遗传信息传递过程的任何环节
转录起始是基因表达的基本控制点
基因表达调控是生物体生长和发育的基础
染色质和DNA水平的基因表达调控(仅真核)
DNA
甲基化
DNA甲基转移酶抑制剂就是抑制甲基
扩增
重排
活性染色质
出现起始位点(对核酸酶高度敏感)
组蛋白H1下降
H2A-H2B不稳定
H3,H4发生乙酰化,磷酸化,泛素化等组蛋白修饰
核小体松弛→组蛋白与DNA亲和力下降→易传录
CpG岛甲基化下降
甲基化让染色质变紧→不利于转录;乙酰化让染色质变松→利于转录
组蛋白去乙酰化酶(HDAC)是转录辅抑制因子 组蛋白乙酰 转移酶,(HAT)是转录辅激活因子
原核生物的基因表达调控(转录起始水平)
操纵子是其转录调控的基本单位
原核生物大多数是通过操纵子机制实现调控的
操纵子
编码区/结构基因/转录区
连续的编码序列
多个结构基因共用一个调控序列,一个转录终止信号序列
调控序列/区
启动子/序列/元件/基因
是RNA聚合酶和各种调控蛋白作用的部位,是决定基因表达效率的关键元件
-10区的TATAAT序列(Pribnow)盒(结合位点)
-35区是RNApol辨认区域TTGACA
操纵序列/元件/基因
是一段能被特异的阻遏蛋白识别和结合的DNA序列
阻遏蛋白与操纵序列结合会阻碍RNA聚合酶与启动子的结合,或使RNA聚合酶不能沿着DNA移动,阻碍转录→负性调控
调节基因
编码能与操纵序列结合的调节蛋白
①特异因子:决定RNA聚合酶对启动序列的特特异性识别和结合能力
②阻遏蛋白:识别并结合操纵序列,抑制基因转录→负性调节
③激活蛋白
结合启动子邻近的DNA序列,提高RNApol与启动序列的结合能力,增强其活性→正性调节
举例:分解(代谢)物因基因激活蛋白(CAP)
记忆;cAMP可以激活CAP,两个人是近亲
①乳糖操纵子(Lac)是典型的诱导型调控
结构
记忆:Y长得像T(通透) 乙酰CoA I(inhibitor) P(promotor) O(operator) 鸭子(YAZ)熟透了(通透酶)了,一转移(乙酰基转移酶)到我这儿没了一半(β-半乳糖苷酶)。
3个结构基因:Z(β-半乳酸苷酶)、γ(通透酶)、A(乙酰基转移酶)
3个调控序列:操纵序列O、启动子P、CAP结合位点
调节基因I:有独立的启动子(PI),编码阻遏蛋白,阻遏蛋白与O序列结合
调节
记忆:有葡萄糖时吃葡萄糖不转录,没葡萄糖转录,生成葡萄糖
阻遏蛋白的负性调控
没有乳糖存在时,Lac操纵子即可被诱导:I基因表达阻遏蛋白与O序列结合,阻碍RNApol与P序列结合,抑制转录启动
有乳糖存在时,Lac操纵子即可被诱导
真正的诱导剂并非乳糖本身,而是半乳糖
半乳糖的类似物异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)是极强的诱导剂
CAP的正性调控
记忆:反比关系
CAP内有DNA结合区及cAMP结合位点
①无葡萄糖时→cAMP增加→cAMP与CAP结合→RNA转录活性 增加
②有葡萄糖时→cAMP降低→cAMP与CAP结合受阻→RNA转录活性 降低
协同调节:Lac阻遏蛋白负性调节与CAP正性调节相协同
②色氨酸操纵子
阻遏型调控(粗调)
让转录无法起始
细胞内无色氨酸时,阻遏蛋白与O序列结合受阻→开放→结构基因表达
细胞内色氨酸较多,色氨酸+阻遏蛋白与O序列结合→关闭→停止表达
衰减作用(精调)
①色氨酸浓度低时→Trp-tRNA^Trp少→合成不了完整的前导肽,此时还在序列1所以序列2,3形成发卡结构,转录继续②色氨酸浓度高时→Trp-tRNA^Trp多→合成完整的前导肽,此时已到序列2,所以序列3,4形成发卡结构+UUUU(不依赖ρ因子的转录终止)→转录终止
让已经起始的转录停止
阻遏关键:高Trp-tRNA^Trp(原核转录延长和翻译同时进行)
前导序列(衰减子)→前导mRNA→前导肽→操纵子关闭
转录终止阶段的调控机制
两种转录终止机制:依赖ρ因子,,不依赖ρ因子(识别RNA的茎环结构和3‘-端连续的U)
两种终止调节方式:衰减、抗终止
翻译水平的精细调控:尤其是起始阶段
真核生物的基因表达调控(转录起始水平)
真核与原核基因的特点
①真核基因组比原核基因组大得多
②原核基因组的大部分序列为编码基因;哺乳类基因组中只有10%为编码序列,且含有大量重复序列
③原核基因序列连续,无内含子;真核生物编码基因不连续,转录后需去除内含子,连接外显子
④原核生物为多顺反子mRNA,真核生物为单顺反子mRNA
记忆:甄子丹
⑤真核生物DNA构成染色体,结构复杂
⑥真核生物的遗传信息存在于核DNA和线粒体DNA
转录起始是真核生物基因表达的关键
①顺式作用元件
顺式作用元件是转录起始的关键调节部位
可影响自身基因表达活性的DNA序列;非编码序列;并非都位于转录起始点上游
包括
启动子(Ⅱ类启动子)
要注意和原核生物区分,真核生物分两类
RNA结合位点周围的一组转录控制组件,包括至少1个转录起点以及1个以上的功能组件
①核心序列→TATA盒:TATAAAA,控制转录起始的准确性及频率,TFⅡD的结合位点,能与RNA聚合酶结合
②上游元件→GC盒(GGGCGG,结合转录因子SP1)和CAAT盒(GCCAAT)
记忆:GC高潮 CAAT猫
增强子
特点:①在基因的上游、下游或远距离起调节作用;②需要有启动子才能发挥作用
③特异性组织因子结合部位;④顺式作用元件;⑤作用与序列方向无关(+)
沉默子
是一类基因表达的负性调控元件;能够抑制基因的转录(-)
绝缘子:与序列的方向无关(+/-)
②调节蛋白
少数RNA也能参与调控
转录因子
转录调节蛋白/转录调节因子(TF)/反式作用因子
通用性转录因子:TFⅡD结合TATA盒
记忆:TFⅡ两个A两个T
中介子有时也归类于辅激活因子
特异性转录因子
增强子结合蛋白
沉默子结合蛋白
上游因子
SP1结合GC盒
记忆:做完SPA去吃饭
C/EBP结合CAAT盒
记忆:两个都是C开头而且都有四个字母
是转录调控的关键分子
结构特点
大多数TF是DNA结合蛋白
至少包括两个结构域
DNA结合域: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
螺旋环螺旋就是钙离子结合蛋白(第一章)
转录激活域
酸性激活域
谷氨酰胺富含域
脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域(二聚化结构域)
顺式作用蛋白
③转录起始复合物的组装是转录调控的主要方式
转录后水平的基因表达调控(主要影响真核)
影响前体mRNA的加工修饰
影响mRNA从细胞核转运到细胞质
转录后基因沉默(非编码RNA/ncRNA)
翻译和翻译后水平的基因表达调控
自我控制:调节蛋白作用于自身mRNA抑制自身的合成
调节分子RNA或蛋白质与编码区(DNA)起始点结合:调控翻译起始
反义控制:反义RNA与mRNA杂交→阻断原核小亚基对SD序列的识别
mRNA密码子的编码频率影响翻译速度
原核生物
eIF4E(帽结合蛋白)磷酸化→促进翻译(例如胰岛素,生长因子)
eIF-2α的磷酸化→抑制翻译
对翻译产物浓度和活性进行调节来调控基因表达
RBP参与基因表达的多个环节
LncRNA调控基因表达的多个环节(从染色质重塑转录调控转录后加工修饰等多层面),具有强烈的时空特异性
circRNA结合miRNA对靶基因的抑制作用→升高靶基因表达水平(属于内源性竞争性RNA
真核生物