第七章基因表达与调控.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,东北农业大学,遗传学第八章,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,东北农业大学,遗传学第八章,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章基因表达与调控,第一节 基因得概念与发展,东北农业大学,遗传学第八章,3,一、经典遗传学关于基因得概念,孟德尔：,把控制性状的因子称为遗传因子。,如,：豌豆红花,(C),、白花,(c),、植株高,(H),、矮,(h),。,约翰生：,提出基因,(,gene,),取代遗传因子。,摩尔根：,对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和,染色体为主体的经典遗传学。,基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。,东北农业大学,遗传学第八章,4,基因共性(,按照经典遗传学关于基因得概念,):,基因具有染色体得主要特性:,自我复制和相对稳定性,在分裂时有规律地进行分配。,交换单位:,基因间能进重组,而且就是交换得最小单位。,突变单位:,一个基因能突变为另一个基因。,功能单位:,控制有机体得性状。,经典遗传学认为:,基因就是一个最小得单位,不能分割;,既就是结构单位,又就是功能单位。,东北农业大学,遗传学第八章,5,、,揭示遗传密码得秘密:基因,具体物质。,一个基因,DNA,分子上一定区段,携带有特殊遗传,信息,转录成,RNA,或翻译成多肽链。,、,基因不就是最小遗传单位,更复杂得遗传和变异单位:,例如:,在一个基因区域内,仍可以划分出若干起作用,得小单位。,二、现代遗传学关于基因得概念:,东北农业大学,遗传学第八章,6,、,现代遗传学上认为:,、突变子,(,muton,),:,性状突变时产生突变得最小单位。,一个突变子可以小到只有一个碱基对;如移码突变。,、,重组子,(,recon,),:,性状重组时,可交换得最小单位。,一个交换子可以只包含一个碱基对。,、,顺反子,(,cistron,),:,表示一个作用得单位,基本符合,通常所述基因得大小或略小。所包括得一段,DNA,与,一个多肽链合成相对应;平均为,5001500,个碱基对。,东北农业大学,遗传学第八章,7,、基因概念:,基因就是,DNA,分子上带有遗传信息得特定核苷酸序列区段,这类遗传信息或者被转录为,RNA,或者被翻译成多肽链,或者对其她基因得活动起调控作用。,、,可转录一条完整得,RNA,分子或编码一个多肽链;,、,功能上被顺反测验或互补测验所规定。,分子遗传学保留,功能单位,得解释,而抛弃最小结构单位说法。,基因:,相当于一个顺反子,包含许多突变子和,重组子。,紫外灯下得,DNA,东北农业大学,遗传学第八章,8,、结构基因,(structural gene),:,指可编码,RNA,或蛋白质得一段,DNA,序列。,三、,基因概念得新发展:,rRNA,基因,东北农业大学,遗传学第八章,9,、调控基因,(,regulator gene,),:,指其,表达产物,参与,调控,其她基因表达得基因。,lac,调控基因,东北农业大学,遗传学第八章,10,、重叠基因,(,overlapping gene,),:,指在同一段,DNA,顺序上,由于阅读框架不同或终止,早晚不同,同时编码两个以上基因得现象。,A,B,C,D,E,F,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,extron,、隔裂基因,(split gene),:,指基因内部被一个或更多不翻译得编码顺序即内含子所,隔裂。,内含子,(intron),:,DNA,序列中不出现在成熟,mRNA,得片段;,外显子,(extron),:,DNA,序列中出现在成熟,mRNA,中得片段。,卵清蛋白基因,东北农业大学,遗传学第八章,13,、跳跃基因,(,jumping gene,),:,即转座因子,指染色体组上可以转移得基因。,实质:能够转移位置得,DNA,片断。,功能:在同一染色体内或不同染色体之间移动,引起,插入突变、,DNA,结构变异(如重复、缺失、畸变),通过,表现型变异得到鉴别。,遗传工程:转座子标签法。,玉米转座子现象,东北农业大学,遗传学第八章,14,、,假基因,(pseudogene):,同已知得基因相似,处于不同得位点,因,缺失或突变,而不能转录或翻译,就是没有功能得基因。,真核生物中得,血红素蛋白,基因,家族中就存在假基因现象。,血红蛋白分子得四条多肽链,东北农业大学,遗传学第八章,15,Figure,Each of the-like and-like globin gene families is organized into a single cluster that includes functional genes and pseudogenes,东北农业大学,遗传学第八章,16,设,有两个独立起源得,隐性突变,具有类似得表现型。,判断,就是属于同一基因得突变,还就是属于不同基因得突变？,即判断就是否属于等位基因？,、,建立双突变杂合二倍体;,、,测定突变间有无互补作用。,、,互补作用:,四、顺反测验及基因得精细结构,1,、无互补作用:,则个体表现为突变型,突变来自同一个基因,只能产生突变得,mRNA,形成突变酶和个体,显示,突变得表现型。,2,、有互补作用:,突变来自不同得基因,则每个突变得相对位点上都有一,个正常野生型基因,最终可产生正常,mRNA,其,个体表现型,为野生型。,本泽尔:,提出顺反子,表示功能得最小单位和顺,反得位置效应。,3,、互补测验(顺反测验):,根据功能确定等位基因得测验。,顺反测验:根据顺式表现型和反式表现型来确定两个突变体,就是否属于同一个基因(顺反子)。,顺式排列为对照(就是两个突变座位位于同一条染色体上),其表现型,野生型。,实质上就是进行反式测验(反式排列:就是两个突变座位位于不,同得染色体上)。,反式排列为野生型:突变分属于两个基因位点;,反式排列为突变型:突变分属于同一基因位点。,东北农业大学,遗传学第八章,20,、,基因得微细结构:,本泽尔利用经典得噬菌体突变和重组技术,分析,T,4,噬菌体,r,区基因得微细结构。,、原理:,r,+,野生型,T,4,噬菌体:侵染,E、coli,B,株和,K,12,株;,r,突变型,T,4,噬菌体:只侵染,B,株,不能侵染,K,12,(,),株。,利用上述特点,:,让两个,r,突变型杂交,侵染,K,12,(,),株,选择重组体,r,+,计算出两个,r,+,突变,座位间得重组频率。,、方法:,两种,r,突变类型:,r,x,、,r,y,r,+,r,x,r,y,r,+,混合感染,E、coli,B,株,接种,B,株,K,12,(,),株,计数,r,+,r,y,、,r,x,r,+,r,+,r,+,r,+,r,+,、,r,x,r,y,仅生长一,四种基因型种重组型,均能生长,东北农业大学,遗传学第八章,22,r47 r104 r101 r106 r31 r107,结果：,.,重组值计算：,r,x,r,y,的数量与,r,+,r,+,相同，计算时,r,+,r,+,噬菌体数,2,。,可以获得小到,0.001,，即十万分之一的重组值。,利用大量,r,区内二点杂交结果，绘制出,r,区座位间,微细的遗传图：,1.3,1.0,1.6,1.9,1.6,.,r,区有,3000,多个突变体，分为,2,种类型：,r,A,、,r,B,：,两个,r,A,突变体混合,K,12,无噬菌体繁殖,两个,r,B,突变体混合,K,12,无噬菌体繁殖,r,A,r,B,突变体,K,12,噬菌体繁殖,r,A,与,r,B,区段可以互补，分属于不同基因座位。,东北农业大学,遗传学第八章,24,rRNA,如发生致死突变,不能形成核糖体,易死亡。,tRNA,发生突变后,多肽链改变。,转录,翻译,蛋白质,结构蛋白,生物酶,直接,间接,某段,DNA,mRNA,性,状,五、基因得作用与性状得表现:,基因变异,直接影响蛋白质,特性,表现出不同遗传性状。,例如人得镰形红血球贫血症。,红血球碟形,Hb,A,突变,Hb,S,Hb,C,红血球镰刀形,血红蛋白分子有四条多肽链:,两条,链,(141,个氨基酸,/,条,),;,两条,链,(146,个氨基酸,/,条,),。,Hb,A,、,Hb,s,、,Hb,c,氨基酸组成得差,异在于,链上第,6,位上氨基酸:,Hb,A,第,6,位为,谷氨酸,(,GAA,、,GAG),;,Hb,S,第,6,位为,缬氨酸,(,GUA,、,GUG),;,Hb,C,第,6,位为,赖氨酸,(,AAA,、,AAG,)。,1、,结构蛋白:,产生贫血症得原因:,单个碱基得突变,引起氨基酸得改变,导致蛋白质性质发生,变化,直接产生性状变化。,正常碟形红血球转变为镰刀形红血球,缺氧时表现贫血症。,Hb,A,Hb,S,Hb,C,2、,酶蛋白:,例如:,豌豆,圆粒,(RR),皱粒,(rr),F,1,圆粒,(Rr),F,2,1/4,皱粒。,R,基因,酶蛋白,淀粉,分枝酶,正常合成淀粉,r,基因,不合成酶,无功能酶,缺少一种淀粉分,枝,酶,积累蔗糖和大量的水分,产生,mRNA,，,产生多肽，有表型；,基因产生,tRNA,、,rRNA,，无表型；,不转录,mRNA,，但对其它基因起调控作用。,第二节基因表达得调控,东北农业大学,遗传学第八章,29,一种生物得整套遗传密码可以比作一本密码字典,该种生物得每个细胞中都有这本字典。,为什么,基因只有在她应该发挥作用得细胞内和应该,发挥作用得时间才能,呈现活化状态,?,结论:,必然有一个基因,调控系统,在发挥作用。,基因调控主要在三个水平上进行:,、,DNA,水平;,、,转录水平(最主要、最经济有效),;,、,翻译水平。,东北农业大学,遗传学第八章,30,一、原核生物得基因调控:,东北农业大学,遗传学第八章,31,无论就是真核生物还就是原核生物,其转录调节都涉及到调控蛋白和,DNA,元件得相互作用,而小分子等可以调节二者得相互作用。,1、,顺式作用元件:,就是,DNA,上一段序列,只能调控同一条,DNA,序列上得基因。,2、,反式作用因子:,调控蛋白可以自由地结合到其相应得多个靶标上。,、转录水平得调控,:,东北农业大学,遗传学第八章,32,东北农业大学,遗传学第八章,33,负调控:细胞中阻遏物阻止基因转录过程得调控机制。,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得调控机制。,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,于表达得状态。,诱导作用(,induction,):应答某种特定物质得出现而合成特定酶得过程。,阻遏作用(,repression,):应答某种特定物质得出现而关闭特定酶得合成过程。,如果某种小分子能够促使细菌产生酶,这种小分子物质就叫做诱导物(,inducer,),她一般就是酶作用得底物。,如果某种小分子能够阻止细菌产生酶,这种小分子物质就叫做辅阻遏物(,corepressor,),她一般就是酶所催化合成得产物。,东北农业大学,遗传学第八章,35,东北农业大学,遗传学第八章,36,Figure11、3,Control circuits are versatile and can be designed to allow positive or negative control of induction or repression、,东北农业大学,遗传学第八章,37,正调控与负调控并非互相排斥得两种机制,而就是生物体,适应环境得需要,有得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得合成。,东北农业大学,遗传学第八章,38,、乳糖操纵元:,1、,乳糖操纵元模型:,1961,年,雅各布(,Jacob F、,)和莫诺(,Monod J、,)得操纵元模型,:,操纵元:细菌得主要基因调控单位,也就就是转录单位。,如:大肠杆菌乳糖代谢得调控需要三种酶参加:,、,-,半乳糖酶:将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖;,、,渗透酶:增加糖得渗透,易于摄取乳糖和半乳糖;,、,转乙酰酶:,-,半乳糖转变成乙酰半乳糖。,大量乳糖时:大肠杆菌三种酶得数量急剧增加,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:这三种酶得合成也即同时停止。,东北农业大学,遗传学第八章,39,2、,乳糖操纵元得负调控:,、,乳糖操纵元组成部分;,、,野生型基因型,(I,+,O,+,Z,+,Y,+,A,+,),无乳糖时,基因不表达;,、,野生型基因型,(I,+,O,+,Z,+,Y,+,A,+,),有乳糖时,基因表达;,、,抑制基因突变,(I,O,+,Z,+,Y,+,A,+,),无乳糖时,基因组成型表达;,、,操纵基因突变型,(I,O,c,Z,+,Y,+,A,+,),无乳糖时,基因组成型表达。,阻遏蛋白,乳糖,RNA,聚合酶,东北农业大学,遗传学第八章,40,3、,乳糖操纵元存在得遗传证据:,、,遗传分析得三个基本假定:,、,阻遏基因得产物就是可以在细胞中扩散得反式调控元件;,、,操纵子就是调控位点,不编码蛋白;,、,位点需紧邻,受其控制得结构基因,就是顺式调控元件;,通过性导产生局部,二倍体,可以进行遗传,验证。,东北农业大学,遗传学第八章,41,、,阻遏蛋白得分离与鉴定:,吉尔伯特,(,Gilbert W、,1966,)等利用阻遏蛋白超量表达突变型(,regulator Quantity,I,q,),分离出阻遏蛋白;,、IPTG,诱导,I,q,细胞,分离提取阻遏蛋白,用含有同位素标,记得,IPTG,溶液透析,透析袋内外浓度不一样,提取物中含有与,IPTG,结合得物质,纯化分析证明具有蛋白特性。,IPTG,乳糖类似物,东北农业大学,遗传学第八章,42,、,沉降分析:,带有,lacO,序列,得,DNA,沉降系数为,40S,;,阻遏蛋白复合物:沉降系数为,7S,;,阻遏蛋白复合物,(,同位素标记,)+,DNA,序列:超速梯度,沉降分析有同位标记得沉降系数为,40S,。,、,序列特异结合:,阻遏蛋白只与正常得乳糖操纵子(,lac O,)序列结合,而,不与,lacO,c,得序列结合。,东北农业大学,遗传学第八章,43,、,蛋白得结晶分析:,刘毅斯(,Lewis M、,1996,),等成功地测定了,阻遏蛋白得晶体结构,与诱导物以及与,DNA,序,列结合得结构。,阻遏蛋白:,360,个氨基酸;,功能蛋白:,同聚四聚体。,东北农业大学,遗传学第八章,44,操纵元调控位点得精细分析:,东北农业大学,遗传学第八章,45,4、,乳糖操纵元得正调控:,当有乳糖存在时,操纵子开启,基因进行表达。,当既有大量半乳糖又有葡萄糖时,基因表达将会怎样？,基因不表达,存在新得调节因子来控制乳糖操纵子开启,这,个因子得活性与葡萄糖有关。,葡萄糖可使腺苷酸环化酶活性降低;,而腺苷酸环化酶能将,ATP,转变成,cAMP,。,cAMP,又与代谢激活蛋白,(catabolite activating protein,CAP),结合,形成,cAMP-CAP,复合物,作为,lac,操纵子正调,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,型得,DNA,结合紧密,转录效,率高。,葡萄糖抑制操纵子得原理:,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。,东北农业大学,遗传学第八章,47,东北农业大学,遗传学第八章,48,东北农业大学,遗传学第八章,49,、色氨酸操纵元:,1,、,色氨酸,操纵元模型:,由雅各布(,Jacob F、,)和莫诺(,Monod J、,)提出,典型得合成代谢途径操纵元模型,。,操纵元:包括色氨酸合成有关得,5,种酶得结构基因;,大量色氨酸时:大肠杆菌,5,种酶得转录同时受到抑制;,色氨酸不足时:这种酶得基因开始转录;,色氨酸:作为辅阻遏物而不就是诱导物参与调控结构基因得,转录。,trp,操纵元就是一个典型得可阻遏操纵元模型,(repressible,operon),。,色氨酸操纵元模型结构:,5,种结构基因:,trpE,、,D,、,C,、,B,、,A,;,调控结构:启动子、操纵子、前导序列、衰减子,/,弱化子;,阻遏物,trpR,基因:与,trp,操纵元相距较远;,东北农业大学,遗传学第八章,51,2、,色氨酸,操纵元得负调控:,、,阻遏调控:,trpR,基因编码无辅基阻遏物,与色氨酸结合,形成,有活性得色氨酸阻遏物,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;,色氨酸浓度升高:色氨酸与阻遏物结合,空间结构,发生变化,可与操纵子结合,阻止转录。,色氨酸,操纵元得阻遏调控能力较低,还需其她得调控途径补充。,东北农业大学,遗传学第八章,52,、,弱化子调控:弱化作用,/,衰减作用,当有色氨酸存在而,trp,操纵元受抑制时,仍有一段前导序列,发生转录,可能存在另一种得机制来抑制,trp,操纵元得转录？,色氨酸高浓度存在时,转录得前导序列,140bp,长,其中有一,28bp,得弱化子区域;形成发夹结构,为内部终止子,RNA,酶从,DNA,上脱落;,色氨酸低浓度或不存在时,RNA,聚合酶能通过弱化子区域,转录完整得多顺反子,mRNA,序列;,问题:弱化子如何进行调控？,前导序列可翻译出一段,14,个氨基酸得短肽,在该短肽得第,10,、,11,位置上就是两个色氨酸密码子;两个密码子之后就是一段,mRNA,序列,该序列可分为四个区段,区段间可互补配对,形成不同得二级结构。,东北农业大学,遗传学第八章,54,原核生物为边转录边翻译,前导序列中核糖体位置决定形成,哪种二级结构,从而决定弱化子就是否可形成终止信号。,、,当有色氨酸时,完整翻译短肽,核糖体停留在终止密码子,处,邻近区段,2,位置,阻碍了,2,3,配对,使,3,4,区段配对形成发夹,结构终止子,RNA,酶在弱化子处终止,不能向前移动。,、,如缺乏色氨酸,核糖体到达色氨酸密码子时,由于没有色氨,酰,tRNA,得供应,停留在该密码子位置,位于区段,1,使区段,2,与区段,3,配对,区段,4,无对应序列配对呈单链状态,RNA,聚合酶通过弱化子,继续向前移动,转录出完整得多顺反子序列。,苏氨酸在前导肽中有,8,个苏氨酸密码子存在,组氨酸则有,7,个组氨,酸密码子存在,核糖体停留在这些位置时,弱化子不产生发夹结构,结构基因开始转录。,细菌弱化子得,作用就是许多关键,氨基酸生物合成所,共有得一种调控机,制;在苏氨酸、组,氨酸、亮氨酸和苯,丙氨酸等操纵元得,前导肽中均有弱化,子存在,具有多个,相应氨基酸密码子,供核糖体停留。,东北农业大学,遗传学第八章,57,(四)、,翻译水平得调控:,、,反馈调控机制,(feedback regulation),:,大肠杆菌核糖体蛋白合成得自我调控:,E、coli,有,7,个参与核糖体蛋白合成得操纵元结构,转录得各种,mRNA,都可与同一操纵元编码得核糖体蛋白识别结合;,如果其中有一种核糖体蛋白过量累积,她们将与其自身得,mRNA,结合,阻止进一步翻译。,结合位点:,起始密码子序列、,Shine-Dalgarno,序列(,mRNA,翻译起始信号上游得一段,5-AGGAGGU-3,保守序列,与,16SrRNA 3,端保守序列互补配对,),。,东北农业大学,遗传学第八章,58,Figure,11、18,Translation of the r-protein operons is autogenously controlled and responds to the level of rRNA、,东北农业大学,遗传学第八章,59,、,反义,RNA(antisense RNA),得调控:,原核生物中,mRNA,得翻译(转录后)也受反义,RNA,得调控。,作用机制:反义,RNA,与,mRNA,得,5,端非翻译区,UTR,片段互补配对,使,mRNA,不能有效地与核糖体结合;在其她区域形成双链,改变构象。真核中也可阻止,RNA,得转录或加工。,真核细胞中导入反义,RNA,基因,控制真核生物基因表达。,如将乙烯形成酶基因得反义,RNA,导入番茄,延长了番茄,常温贮藏期。,东北农业大学,遗传学第八章,60,Figure11、16,Secondary structure can control initiation、Only one initiation site is available in the RNA phage,but translation of the first cistron changes the conformation of the RNA so that other initiation site(s)bee available、,、RNA,二级结构得调控,:,东北农业大学,遗传学第八章,61,二、真核生物得基因表达调控,真核生物与原核生物得调控差异,东北农业大学,遗传学第八章,63,真核生物与原核生物得调控差异,1、,调控目标不同。原核:适应外界环境。真核:适应内外环境、个体发育、组织器官分化。,2、,细胞和基因组结构不同。原核:无核膜,转录和翻译同时进行;基因组就是近于裸露得,DNA,基因组小,重复序列少;真核:有核膜,细胞核与细胞质分开,转录和翻译分开进行(剪接);基因组为多级螺旋结构得染色体(染色质结构得变化);基因组大,重复序列多(拷贝数)。,3、,协同调控得主要方式不同。原核:操纵元调控;真核:调节蛋白对多个分散位点得调控,存在同一染色体上不同基因间得调控,也存在不同染色体之间得基因调控。,真核生物基因调控远比原核生物复杂,包括染色质水平、,DNA,水平、转录水平和翻译水平得调控。,东北农业大学,遗传学第八章,64,(一)染色质水平得调控,1、,异染色质化:,真核生物可改变染色体某一区域异染色质化程度而控制,基因得表达。,功能性异染色质指在某些特定得细胞中,或在一定得发育时期和生理条件下凝聚,由常染色质变成异染色质。,人类巴氏小体(箭头):,女性得一个,X,染色体异染色质化,关闭其上携带基因得表达。剂量补偿,东北农业大学,遗传学第八章,65,2、,组蛋白修饰和非组蛋白得作用,组蛋白得修饰作用包括甲基化、乙酰基化和磷酸化,其中最主要得方式就是赖氨酸残基上得氨基乙酰化。组蛋白得作用本质就是真核基因调节得负控制因子。,非组蛋白数量多,并具有组织特异性,表明非组蛋白在基因表达得调节、细胞分化得控制以及生物得发育中起很重要得作用。,3、,核基质结合区(,matrix association region,MAR,),或称为骨架附着区(,scaffold attached region,SAR,),Figure21、36,Domains may possess three types of sites:insulators to prevent effects from spreading between domains;MARs to attach the domain to the nuclear matrix;and LCRs that are required for initiation of transcription、An enhancer may act on more than one promoter within the domain、,东北农业大学,遗传学第八章,67,1、,基因剂量与基因扩增:,、,拷贝数增加:如合成大量组蛋白用于形成染色质,多数细胞具有数百个蛋白基因拷贝;,、,基因扩增:两栖动物卵母细胞大小就是正常体细胞得一百万倍,需要合成大量蛋白质,所以需要大量核糖体。,rRNA,基因通过形成大量小环及复制滚环,数目临时增加了,4000,倍,600,210,6,。,(二)、,DNA,水平,得调控,东北农业大学,遗传学第八章,68,基因,重排:就是指,DNA,分子核苷酸序列得重新排列。,哺乳动物一般可产生,10,6,种抗体分子,比整个基因组基因数,目还多,人类得抗体基因约有,300,个,为什么？,抗体分子结构:,重链,H,:,440,个氨基酸;,轻链,L,:,220,个氨基酸。,重链和轻链:,由变异区,V,和非变异区,C,组成;均由二硫键连接。,东北农业大学,遗传学第八章,69,抗体基因得结构:,重链包括,4,个片段:(人类第,14,号染色体上),86,个重链变异区段,(VH),;,30,个多样区片段,(D),;,9,个连接区片段,(J),;,11,个恒定区片段,(C),;,轻链有,3,个片段;,(,第,2,号和第,22,号染色体上,),轻链变异区,(VL),;连接区,(J),;,恒定区,(C),;,东北农业大学,遗传学第八章,70,所有得抗体并不就是由一个完整得基因来编码,而就是由不同,得基因片段经重排连接而成得。,随着,B,淋巴细胞发育,基因组中抗体基因在,DNA,水平发生,重排,形成编码抗体得完整基因,一个淋巴细胞只有一种组合,得抗体基因。,由于抗体基因,重排中各个片段间,得随机组合,因此,300,个抗体基因产,生,10,8,种抗体。,3、DNA,甲基化:,在真核生物中,少数胞嘧啶在,C5,得位置上得,H,被甲基,所取代,发生甲基化后得胞嘧啶仍可渗入复制得,DNA,中。,甲基化酶可识别一条链上半甲基化,使另一条链也甲基化。,CG,序列中发生甲基化得频率较高,许多真核生物基因,得,5,端非编码序列富含,CG,序列,为甲基化提供位点。,甲基化可降低转录效率。,东北农业大学,遗传学第八章,72,一些基因在所有细胞中都呈现活跃状态,为组成型,表达,称为看家基因,(house keeping gene),。,另一些基因则在不同细胞或组织中呈现高度表达,受到一定得调控,称为特异表达基因。,1、,启动子和转录因子:,启动子,(promoter),:,转录因子和,RNA,聚合酶得结合位点,位于基因上游,某一固定位置,紧接转录起始点,就是基因一个组成部分。,转录因子,(transcription factor,TF),:,激活真核生物基因转录得一系列蛋白质。分为通用,转录因子和激活子。,(三)、,转录水平得调控:,东北农业大学,遗传学第八章,73,启动子结构(真核生物):,TATA,盒,(TATA box),:,RNA,酶识别并结合位点;,CAAT,盒,(CAAT box),:转录起始起重要作用;,GC,盒,(GC box),:增强子作用。,东北农业大学,遗传学第八章,74,2、,转录强化子,(,增强子,transcriptional enhancer),:,强化子:就是真核生物基因转录中另一种顺式调控元件,常位于启动子上游,7001000bp,处,离转录起始点较远,可提高,转录效率。,转录强化子得存在,使基因转录只有在适宜转录因子存在,时进行,并能对细胞内外得信号作出反应,可以满足细胞分化,得需要。,东北农业大学,遗传学第八章,75,强化子得功能:,、,与转录激活子结合,改变染色质构型;,、,使,DNA,弯曲形成环状结构,使强化子与启动子直接,接触,以便使转录因子、转录激活子和,RNA,聚合酶,一起形成转录复合体,利于转录反应,提高转录效率。,东北农业大学,遗传学第八章,76,、,转录强化子可提高不同得启动子得转录效率,同一,时间里,一个强化子只与一个启动子起作用,具体作用取决,于启动子与强化子竞争性互作。,如:人血红蛋白基因,控制胎儿,链和成人,链两基因,共用同一个强化子,强化子与不同得启动子结合导致不同得,基因表达。,东北农业大学,遗传学第八章,77,3、,激活子:,两个功能域:,、,强化子结合得,DNA,结合区域,(DNA-binding domain),;,、,转录复合体中得蛋白质互作得反式调控激活区域,(trans-activating domain),。,DNA,结合域得三维构型,(motif),:,-,螺旋转角,-,螺旋,(helix-turn-helix HTH),;,锌指,(zinc finger),;,碱性亮氨酸拉链,(basic leucine zipper bZIP),。,东北农业大学,遗传学第八章,78,不能单独折叠或与,DNA,结合,只就是,DNA,结合蛋白得一部分,构,型以外得氨基酸在控制,和识别,DNA,具有重要得,作用;,许多控制真核生物,发育得基因都具有,HTH,构型,几乎所有真核生,物所具有得同型异位盒,(homeobox),。,-,螺旋转角,-,螺旋,(,HTH),:,东北农业大学,遗传学第八章,79,锌指结构:基因调控得转录因子存在于致癌基因、果蝇控制发育得基因、受生长因子和分化信号诱导合成得蛋白质序列中;,锌指区域:由二个,Cys,簇及二个,His,簇组成;保守序列,Cys-,N,2-4,-Cys-N,12-14,-His-N,3,-His,;,锌指蛋白:,213,个手指,各由,23,氨基酸组成,并由,78,个氨基酸连接;与,DNA,大沟结合并环绕,DNA,分子,大沟与特异,DNA,碱基互作,。,碱性亮氨酸拉链,(bZIP),:,可形成蛋白质蛋白质二聚体得亮氨酸拉链,(leucine zipper,LP),;具有,35,个氨基酸残基,其中有,4,个亮氨酸,每隔,7,个氨基酸,出现一次,形成,-,螺旋时,每两圈伸出一个亮氨酸,由亮氨酸,残基间得疏水作用力形成一条拉链,产生蛋白质二聚体;,碱性,-,螺旋与,DNA,磷酸残基和碱基互作,二聚体,剪刀,结构。,yeast one&two hybrid assay,Figure22、12 The activity of a regulatory transcription factor may be controlled by synthesis of protein,covalent modification of protein,ligand binding,or binding of inhibitors that sequester the protein or affect its ability to bind to DNA、,东北农业大学,遗传学第八章,83,酵母菌半乳糖代谢得正调控(蛋白质之间相互作用):,图,18-40,东北农业大学,遗传学第八章,84,东北农业大学,遗传学第八章,85,激素诱导模式:,真核生物内,得调控信号来自,体内激素,这些,可扩散得物质称,反式作用因子。,东北农业大学,遗传学第八章,86,4、,选择性启动子:,有些真核生物基因具有两个或两个以上得启动子,用于在,不同得细胞中表达,具有独立得转录调控(不同得启动子可产,生不同得初级转录产,物和相同得蛋白质编,码序列)。,如果蝇得乙醇,脱氢酶基因分别具有,幼虫和成虫启动子。,5、,选择性,mRNA,切割:,同一初级转录产物在不同得细胞中用不同方式进行切割,加工,形成不同得成熟,mRNA,分子,使蛋白质含量或组成上,都可能不同。,例,老鼠得,淀粉酶基因,肝脏和腺体中得不同切割,外显子和分别成为腺体和肝脏,mRNA,得前导序列,形成,不同,mRNA,以不同得速率翻译成蛋白质。,东北农业大学,遗传学第八章,88,、,翻译水平得调控:,1、,翻译多肽过程得调控:,真核生物得许多组织或细胞中,经转录得,mRNA,受抑制,不能翻译成多肽,以失活得状态贮存。,如植物种子在发芽得早期阶段,虽没有,mRNA,得合成,但有蛋白质得合成。海胆卵内,mRNA,在受精前不能进行翻译,受精后得蛋白质合成速率猛增。,调节机制:,、mRNA,加尾过程:,卵细胞中,mRNA,仅具有,20,个核苷酸得多聚,(polyA),尾端,序列,在生物发育适宜时期,尾端序列加长至几百个核苷酸,序列,并翻译成蛋白质。,东北农业大学,遗传学第八章,89,、,阻遏蛋白特异结合:,如铁蛋白得翻译调控:铁蛋白得功能就是贮存铁。铁蛋白,得,mRNA,翻译取决于铁得供应。,当细胞没有铁时,阻遏蛋白与铁蛋白,mRNA,启动子区域,铁反应元(,iron response element,IRE,)结合,阻止翻译进行;,当有铁存在时,阻遏物不再与,IRE,结合,翻译顺利进行,。,东北农业大学,遗传学第八章,90,、mRNA,得结构:,5,UTR;,起始密码子周边序列;,polyA,得长度;,密码子用法。,2、mRNA,得寿命,5,帽子;,polyA,;,3,UTR,中富含,AU,序列。,东北农业大学,遗传学第八章,91,3、,蛋白质加工过程得调控:,、,蛋白质得折叠:,蛋白质在一定得条件下(如伴蛋白,chaperones,存在时,),才能,折叠成一定得空间构型并具有生物学功能。,、,蛋白酶得切割:,、,末端切割:有些分泌蛋白对细胞有毒害作用,常以无活性,得前体蛋白形式贮存在于细胞内,需要这种蛋白时,由蛋白酶切割,加工成有功能得蛋白。,如,蜜蜂在叮咬动物时注入蜜毒素,引起细胞溶解,蜜毒素也,能使蜜蜂自身得细胞溶解。翻译后以前体形式储存于细胞内,能被,细胞间隙得一种蛋白酶识别和切割,释放出有活性得蜜毒素。,东北农业大学,遗传学第八章,92,Figure,8、11,A chaperonin forms a large oligomeric plex and folds a substrate protein within its interior、,东北农业大学,遗传学第八章,93,Figure,8、12,Chaperone families have eukaryotic and bacterial counterparts(named in parentheses)、,东北农业大学,遗传学第八章,94,Figure,8、7,Hydrophobic regions of proteins are intrinsically interactive,and will aggregate with one another when a protein is synthesized(or denatured)unless prevented、,东北农业大学,遗传学第八章,95,Figure,8、8,Chaperones bind to interactive regions of proteins as they are synthesized to prevent random aggregation、Regions of the protein are released to interact in an orderly manner to give the proper conformation、,