八年制基因表达与调控3.ppt

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,主要内容：,基因表达调控的定义,原核生物基因调控（操纵子模型）,真核生物基因调控,（,DNA,、转录和翻译三个水平）,1,2,3,基因调控系统：,一种生物的整套遗传密码可以比作一本密码字典，该种生物的每个细胞中都有这本字典。,为什么基因只有在它应该发挥作用的细胞内和应该发挥作用的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。,6,7,人beta珠蛋白基因家族,8,珠蛋白基因时空特异性表达,9,基因表达过程,10,原核生物基因表达的调控,Francois Jacob,Jacques Monod,11,乳糖操纵子模型,操纵子(operon)：细菌的主要基因调控单位，也就是转录单位。,如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加：,.-半乳糖苷酶（,Lac Z,基因）：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖；,.-半乳糖苷透性酶（,Lac Y,基因）：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖；,.-半乳糖苷酶乙酰基转移酶（,Lac A,基因）：-半乳糖转变成乙酰半乳糖。,大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟,即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地加；,乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止。,12,乳糖操纵子模型的组成,结构基因,(structural gene),：指可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。,调控基因(,regulator gene,)：指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。,启动子（promoter)：一段短的核苷酸序列，是RNA聚合酶的结合位点，是转录的起始位点。,操纵基因（operator)：不编码任何蛋白，是DNA上的一小段序列，是调节基因所编码的阻遏蛋白的结合位点。,13,Mechanism of,lactose operon,14,Mechanism of,lactose operon,15,Mechanism of,lactose operon,16,色氨酸操纵子模型,色氨酸操纵子模型：具有合成代谢途径典型的操纵子模型。,操纵子：包括色氨酸合成有关的5种酶的结构基因；,大量色氨酸时：大肠杆菌5种酶的转录同时受到抑制；,色氨酸不足时：这种酶的基因开始转转录；,色氨酸：作为辅阻遏物而不是诱导物参与调控结构基因转录。,trp,操纵子是一个典型的可阻遏操纵子模型,(repressible operon),。,17,18,真核生物基因表达的调控,在真核生物中基因表达的调节其特点是,（1）多层次,（2）无操纵子,（3）个体发育复杂,（4）受环境影响较小,19,真核生物基因表达的调控,DNA的改变,转录水平,转录后水平,翻译水平,20,DNA的改变,基因丢失,基因扩增,DNA,重排,DNA,甲基化,21,发育过程中，一些组织的细胞丢了些基因，决定细胞分化。,马蛔虫（2n=2）,22,两栖类卵细胞rRNA基因扩增,卵细胞前体同体细胞一样具有600个rRNA基因，基因扩增后rRNA基因拷贝数达210,6,组装大量的核糖体。,Lampbrush chromosome,23,果蝇唾腺的多线染色体,（polytene chromosomes）,DNA可特异,扩增上千倍，,而在异染区附,近只可复制几,次。,24,动物抗体基因重排,哺乳动物一般可产生10,8,个抗体分子，比整个基因组基因数目还多（人类为10,5,个基因），人类的抗体基因约有300个，为什么？,25,免疫球蛋白的结构,抗体分子结构：,重链,H,：440个氨基酸；,轻链,L,：220个氨基酸N,端：110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。,26,轻链基因的重排,27,DNA,甲基化,在真核生物中，少数胞嘧啶在C5的位置上的H被甲基所取代，发生甲基化后的胞嘧啶仍可渗入复制的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。,28,亲本印记(imprinting),印记:来源于父母本的一对等位基因表达不同。如源于父本的,IGF-,(胰岛素样生长因子)基因可表达，而源于母本的则不能表达。此是由于卵母细胞中的,IGF-,已被甲基化，而精子中的,IGF-,未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。,29,转录水平,异染色质化,DNA的包装,顺式作用元件和反式作用因子相互作用,30,Barr body in a womans cell,异染色质,31,Male,Or,?,female,异染色质,A calico cat:a mosaic patches,32,核小体：,33,螺旋管,34,DNA包装：,35,36,果蝇唾腺的多线染色体,37,顺式作用元件,核心启动子成分，如 TATA 框；,上游启动子分，如 CAAT框,GC框;,远上游顺序：如增强子，抑制子等。,特异基因的专一性启动子成分,38,反式作用因子,通用反式作用因子，主要识别启动子,核心启动成分，如TBP；,特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的Oct2。,39,转录因子参与转录过程,40,41,RNA转录后加工,42,RNA剪接（splicing),真核生物基因经过转录产生的初始转录物,中，基因的内含子部分被切除，产生的外,显子彼此相连接，形成具有连续编码区的,成熟mRNA过程。,43,rRNA转录后加工,44,tRNA加工过程,45,mRNA加工过程,1.5 caps,2.poly(A)tails,3.RNA splicing,46,47,5 caps,48,poly(A)tails,49,mRNA splicing,50,51,52,选择性,mRNA,切割：,同一初级转录产物在不同的细胞中用不同方式进行切割加工，形成不同的成熟mRNA分子，使蛋白质含量或组成上都可能不同。,53,翻译水平,mRNA运输控制,（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节;,mRNA翻译的控制,mRNA的结构和翻译的效率,翻译的起始调节,选择性翻译,反义RNA调控,翻译的自我调节,54,RNAi,55,真核生物与原核生物的调控差异,原核生物,真核生物,操纵元,调控多样化调控，更为复杂,基因组小，大肠杆菌：总长4.6106bp,编码4288 个基因,每个基因约1100bp,基因组大，人类基因组全长310,9,bp，编码10万个基因，其余为重复序列,基因分布在同一染色体上，操纵元控制,DNA 与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题,适应外界环境，操纵元调控表达,基因差别表达是细胞分化和功能的核心,转录和翻译同时进行,大部分为转录水平调控转录和翻译在时间和空间上均不同，从DNA 到蛋白质的各层次上都有调控,56,小结：,原核生物基因表达调控：,操纵子模型：乳糖操纵子，色氨酸操纵子,真核生物的基因表达调控：,DNA,改变：基因丢失、基因扩增、,DNA,重排、,DNA,甲基化,转录水平：异染色质化、DNA的包装、顺式作用元件和反式作用因子相互作用,转录后水平：,翻译水平：,57,基因表达模式,在细胞世代之间具有可遗传性,决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性的基因表达模式对于整个机体的结构和功能协调是至关重要的。,基因表达模式,58,（1809.2.12-1882.4.19）,59,(Jean Baptiste Lemarck，17441829),法国博物学家,60,