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分子生物学-4

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现代分子生物学课件-第四章

现代分子生物学课件-第四章

tRNA上所运载的氨基酸必须靠近 位于核糖体大亚基上的多肽合成位 点，而tRNA上的反密码子必须与小 亚基上的mRNA相配对，所以分子中 两个不同的功能基团是最大限度分 离的。
4. 2. 2 tRNA的功能
转录过程是信息从一种核酸分子 （DNA）转移到另一种结构上极为相 似的核酸分子（RNA）的过程，信息 转移靠的是碱基配对。
C
酸
（Thr，T （Asn，N （Ser，
（Ile，I
）
）
S）
）
异亮氨
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
A
酸
（Thr，T （Lys，K （Arg，
（Ile，I
）
）
R）
）
甲硫氨
苏氨酸
赖氨酸
精氨酸
G
酸
（Thr，T （Lys，K （Arg，
（Met，
）
）
R）
M）
缬氨酸
丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸
U
（Val， （Ala，A （Asn，N （Gly，
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺 精氨酸
A
（Leu， （Pro，P （Gln，Q （Arg，
L）
）
）
R）
亮氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺 精氨酸
G
（Leu， （Pro，P （Gln，Q （Arg，
L）
）
）
R）
异亮氨
苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
U
酸
（Thr，T （Asn，N （Ser，
（Ile，I
）
）
S）
）
A
异亮氨
苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸
V）
）
）
G）

分子生物学第四章

分子生物学第四章

第一节 RNA转录的概述
2．真核生物的RNA聚合酶
真核生物的基因组比原核生物大， RNA 聚合酶也更为复杂。其相对分子质量 大都在5×105左右，有8~14个亚基，并含有 Zn2+。利用α-鹅膏蕈碱的抑制作用可将真核 生物RNA聚合酶为分三类。
第一节 RNA转录的概述
第一节 RNA转录的概述
真核生物RNA聚合酶I对α-鹅膏蕈碱不敏 感，负责转录45S rRNA前体，经转录后加工 产生5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA，它 们与多种蛋白质组成的核糖体（核蛋白体）是 蛋白质合成的场所。真核生物的rRNA基因是 一类中度重复的基因，拷贝数都在数十至数百 个，人类rRNA基因约为300个拷贝。
第一节 RNA转录的概述
RNA聚合酶II转录所有mRNA前体和大多数 的核内小RNA（snRNA）。转录是遗传信息表达 的重要环节，真核生物DNA在核内转录生成 hnRNA（编码蛋白质的结构基因是在核浆中被转 录的。由于它的大小很不一致，故称核内不均一 RNA），然后加工成mRNA，并输送给细胞质的 蛋白质合成体系。hnRNA是各种RNA中寿命最短、 最不稳定的，需经常重新合成。在这个意义上说， RNA聚合酶II可认为是真核生物中最活跃的RNA 聚合酶。
第一节 RNA转录的概述
5．转录终止
当 RNA 链 延 伸 到 转 录 终 止 位 点 时 ， RNA 聚 合 酶 不 再 形 成 新 的 磷 酸 二 酯 键 ， RNA–DNA 杂 合 物 分 离 ， 转 录 泡 瓦 解 ， DNA 恢 复 成 双 链 状 态 ， 而 RNA 聚 合 酶 和 RNA 链都被从模板上释放出来，这就是转 录的终止。
第一节 RNA转录的概述 RNA聚合酶III转录tRNA、5S rRNA、 U6snRNA和不同的胞质小分子量RNA （scRNA）等小分子转录物。RNA聚合酶 III转录的产物都是相对小分子质量的RNA。 tRNA的大小都在100个核苷酸以下，5S rRNA的大小约为120个核苷酸。snRNA有 多种，由90-300个核苷酸组成，参与RNA 的剪接过程。

分子生物学第四章生物信息的传递下

分子生物学第四章生物信息的传递下
5’…UUC UUC UUC UUC UUC…3’ 或 5’…UCU UCU UCU UCU UCU…3’ 或 5'…CUU CUU CUU CUU CUU…3‘ 产生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）.
实验5: 多聚三核苷酸为模板时也可能只合 成2种多肽：
5’…GUA GUA GUA GUA GUA…3’ 或5’…UAG UAG UAG UAG UAG…3’ 或5’…AGU AGU AGU AGU AGU…3’
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
如果把氨基酸与ATP和肝脏细胞质共 培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且 可溶性RNA分子上。现将氨基酸活化后的 产物称为氨基酰-tRNA，并把催化该过程 的酶称为氨基酰合成酶。
3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技 术
以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的反应 液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的 AA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖 体或与核糖体结合的AA-tRNA则留在滤膜上，这 样可把已结合与未结合的AA-tRNA分开。
受体臂（acceptor arm）由配对的杆状结构和 3’端末配对的3-4个碱基所组成（CCA），最 后一个碱基—OH可以被氨酰化。
TφC臂是根据3个核苷酸命名的，其φ表示拟 尿嘧啶，是tRNA分子不常见的核苷酸。
反密码子臂是根据位于套索中央的三联Fra bibliotek密 码子命名的。
D臂是根据它含有二氢尿嘧啶（dihydrouracil） 命名的。
由于第二种读码方式产生的密码子UAG是 终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生 GUA（Val）或AGU（Ser）。
实验6: 以随机多聚物指导多肽合成。

分子生物学第四章练习题

分子生物学第四章练习题

假定你从一新发现的病毒中提取了核苷酸,请用最简单的方法确定:(1)它是DNA还是RNA?(2)它是单链还是双链?--类型:分析题答:确定碱基比率。

如果有胸腺嘧啶,为DNA,如果有尿嘧啶,则为RNA。

如果为双链分子,那么A与T(或U)的量以及G与C的量应相等。

RNA 是由核糖核酸通过()键连接而成的一种()。

几乎所有的RNA都是由()DNA ()而来,因此,序列和其中一条链()。

--类型:填空题--答案:磷酸二酯;多聚体;模板;转录;互补多数类型的RNA是由加工()产生的,真核生物前体tRNA的()包括()的切除和()的拼接。

随着()和()端的序列切除,3’端加上了序列()。

在四膜虫中,前体TRNA的切除和()的拼接是通过()机制进行的。

--类型:填空题--答案:前体分子;加工;内含子;外显子;5’;3’;CCA;内含子;外显子;自动催化Rnase P 是一种(),含有()作为它的活性部位,这种酶在()序列的()切割()。

--类型:填空题--答案:内切核酸酶;RNA;tRNA;5’端;前体RNA C0t1/2实验测定的是()。

--类型:填空题--答案:41 RNA的复性程度假定摆动假说是正确的,那么最少需要()种TRNA来翻译61种氨基酸密码子。

--类型:填空题--答案:32写出两种合成后不被切割或拼接的RNA:()和()。

--类型:填空题--答案:.真核生物中的5SrRNA;原核生物中的mRNA原核细胞信使RNA含有几个其功能所必需的特征区段,它们是:( ) --类型:选择题--选择: (a)启动子,SD序列,起始密码子,终止密码子,茎环结构(b)启动子,转录起始位点,前导序列,由顺反子间区序列隔开的SD序列和ORF 尾部序列,茎环结构(c)转录起始位点,尾部序列,由顺反子间区序列隔开的SD序列和0RF,茎环结构(d)转录起始位点,前导序列,由顺反子间区序列隔开的SD序列和0RF,局部序列--答案: dtRNA参与的反应有:( ) --类型:选择题--选择:(a)转录(b)反转录(c)翻译(d)前体mRNA 的剪接(e)复制--答案: a氨酰tRNA的作用由( )决定.--类型:选择题--选择:(a)其氨基酸(b)其反密码子(c)其固定的碱基区(d)氨基酸与反密码子的距离,越近越好(e)氨酰tRNA合成酶的活性--答案:c,dI型内含子能利用多种形式的鸟嘌吟,如:( ) --类型:选择题--选择:(a)GMP (b)GDP (c)GTP (d)dGDP (e)ddGMP(2’,3’–双脱氧GMP)--答案:c,dI型内含子折叠成的复杂二级结构:( ) --类型:选择题--选择:(a)有长9bp的核苦酸配对(b)对突变有很大的耐受性(c)形成可结合外来G和金属离子的―口袋‖ (d)使内含子的所有末端都在一起(e)在剪接过程中发生构象重组(f)利用P1和P9螺旋产生催化中心--答案:a,c,eRNase P:( ) --类型:选择题--选择:(a) 其外切核酸酶活性催化产生tRNA成熟的5’末端(b)含有RNA和蛋白组分(c)体内切割需要两个组分(d)体外切割需要两个组分(e)采用复杂的二级与三级结构形成催化位点--答案:a,b,c,e 列出真核生物mRNA与原核生物mRNA的区别。

2024年度-朱玉贤现代分子生物学第四版

2024年度-朱玉贤现代分子生物学第四版
包括去除信号肽、二硫键的形成、化学修饰和剪切等。去除信号肽是某些分泌蛋白和膜蛋白合成时的 重要步骤；二硫键的形成对于稳定蛋白质的三级结构具有重要作用；化学修饰如磷酸化、糖基化等可 以影响蛋白质的活性、稳定性和定位；剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段。
蛋白质翻译后加工的意义
对于蛋白质的成熟、定位和功能发挥具有重要作用。例如，信号肽的去除可以使蛋白质从细胞内分泌 到细胞外或定位到细胞膜上；化学修饰可以调控蛋白质的活性和稳定性，从而影响细胞的生理功能； 剪切可以产生具有不同功能的蛋白质片段，增加蛋白质的多样性。
17
转录与转录后加工的调控
转录的调控主要通过转录 因子与DNA的结合来实 现，可以影响RNA聚合酶 的活性和选择性。
转录和转录后加工的调控 具有协同作用，可以共同 调节基因的表达水平和蛋 白质的功能。
ABCD
转录后加工的调控涉及多 种蛋白质和RNA的相互作 用，可以影响RNA的加工 效率和产物种类。
29
基因工程与基因组学的应用前景
农牧业领域
通过基因工程改良作物和畜禽品种， 提高产量和品质，增强抗逆性；应用 基因组学解析重要农艺性状形成的分 子机制，指导新品种选育。
工业领域
利用基因工程生产工业酶、生物燃料 和生物材料等；应用基因组学优化工 业生产过程和开发新产品。
医学领域
基因工程可用于生产重组蛋白药物、 基因诊断和基因治疗等；基因组学可 用于解析人类疾病的遗传基础，发现 新的治疗靶点和药物。
异常的转录和转录后加工 调控可能导致疾病的发生 ，如癌症、遗传性疾病等 。
18
05
蛋白质翻译与翻译后加工
19
蛋白质翻译的过程与特点
蛋白质翻译的过程
起始、延长和终止三个阶段。起始阶段，核糖体与mRNA结合，形成起始复合物；延长阶段，tRNA携带氨基酸 进入核糖体，进行肽链的延伸；终止阶段，释放完成翻译的蛋白质。

分子生物学-第四章蛋白质的翻译

分子生物学-第四章蛋白质的翻译

教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求：掌握遗传密码的构成及特点。

遗传密码的破译；密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；遗传密码的突变；重叠密码。

掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。

核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。

重点：密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；重叠密码。

核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌难点：核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。

思考题：1、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制。

2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。

3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。

4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。

第四章蛋白质翻译（Protein Translation）概述：蛋白质翻译是基因表达的第二步，tRNA在翻译过程中起“译员”的作用，参与翻译的RNA 除tRNA外，还有rRNA 和mRNA；tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体，tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现，tRNA通过其自身的anticodon而识别codon，密码子有自身的特性，三联体前两个重要通用性摇摆性，有一定的使用效率；多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性。

基础分子生物学课件Chapter4 成簇与重复


自从变为假基因后, 自从变为假基因后, 珠蛋白基 因发生了很多变化. 因发生了很多变化.
4.7 Unequal crossing-over rearranges gene crossingclusters. 不等交换使基因簇发生重排. 不等交换使基因簇发生重排. • 基因组中存在序列相似的一簇基因时, 其中非 基因组中存在序列相似的一簇基因时, 等位基因的错配可以造成不等交换, 等位基因的错配可以造成不等交换, 它在一条 重组染色体上形成缺失, 重组染色体上形成缺失, 而在另一条染色体上 形成相应的重复序列. 形成相应的重复序列. • 不同的地中海贫血是由于α-或β-珠蛋白基因 不同的地中海贫血是由于α 的不同缺失造成的. 的不同缺失造成的. 疾病的严重程度与单条基 因的缺失程度相关. 因的缺失程度相关.
Minisatellites are useful for genetic mapping. 小卫星序列可用于遗传作图. 小卫星序列可用于遗传作图.
• 个体基因组微卫星或小卫星序列间存在着
差异, 差异, 这可用来清楚地研究个体间的遗传关 系, 即每个个体各有50%的条带来自亲本中 即每个个体各有50%的条带来自亲本中 的一方. 的一方.
Chapter 4
Clusters and Repeats 成簇与重复
4.1 Introduction. 引言 • 基因成簇(Gene cluster)是指一组相邻基因是 基因成簇( cluster) 相同的或是相似的. 相同的或是相似的. • 基因家族(Gene family)包括一组外显子相关 基因家族( family) 的基因; 的基因; 其成员起源于一些祖先基因的复制 和变异. 和变异. • 卫星(Satellite) DNA包括许多短的基本重复 卫星(Satellite) DNA包括许多短的基本重复 单位的串联重复(可以是相同或相似). 单位的串联重复(可以是相同或相似).

(整理)分子生物学第四章习题.

第4章DNA复制一、填空题1．在DNA合成中负责复制和修复的酶是。

2．染色体中参与复制的活性区呈Y开结构，称为。

3．在DNA复制和修复过程中，修补DNA螺旋上缺口的酶称为4．在DNA复制过程中，连续合成的子链称为，另一条非连续合成的子链称为。

5．如果DNA聚合酶把一个不正确的核苷酸加到3′端，一个含3′→5′活性的独立催化区会将这个错配碱基切去。

这个催化区称为酶。

6．DNA后随链合成的起始要一段短的，它是由以核糖核苷酸为底物合成的。

7．复制叉上DNA双螺旋的解旋作用由催化的，它利用来源于ATP水解产生的能量沿DNA链单向移动。

8．帮助DNA解旋的与单链DNA结合，使碱基仍可参与模板反应。

9．DNA引发酶分子与DNA解旋酶直接结合形成一个单位，它可在复制叉上沿后随链下移，随着后随链的延伸合成RNA引物。

10．如果DNA聚合酶出现错误，会产生一对错配碱基，这种错误可以被一个通过甲基化作用来区别新链和旧链的判别的系统进行校正。

11．对酵母、细菌以及几种生活在真核生物细胞中的病毒来说，都可以在DNA独特序列的处观察到复制泡的形成。

12．可被看成一种可形成暂时单链缺口（I型）或暂时双链缺口（II型）的可逆核酸酶。

13．拓扑异构酶通过在DNA上形成缺口超螺旋结构。

14．真核生物中有五种DNA聚合酶，它们是A. ；B. ；C. ；D. ；E. ；15有真核DNA聚合酶和显示3'→5'外切核酸酶活性。

二、选择题（单选或多选）1．DNA的复制（）。

A．包括一个双螺旋中两条子链的合成B．遵循新的子链与其亲本链相配对的原则C．依赖于物种特异的遗传密码D．是碱基错配最主要的来源E．是一个描述基因表达的过程2．一个复制子是（）。

A．细胞分裂期间复制产物被分离之后的DNA片段B．复制的DNA片段和在此过程中所需的酶和蛋白质C．任何自发复制的DNA序列（它与复制起点相连）D．任何给定的复制机制的产物（如单环）E．复制起点和复制叉之间的DNA片段3．真核生物复制子有下列特征，它们（）。

分子生物学第四章--基因工程常用工具酶

A．以酶切特点来分 同位酶：识别相同序列，切点不同。
同裂酶：识别位点相同，酶的来源不同。
同尾酶：识别位点不同，切出片段有相同末端序列。
B．以切出片段末端性质不同可分，粘性末端和平末端。
粘性末端：（Cohesive Ends）两个突出末端可退火互补— — DNA是分子重组的基础
15
同裂酶
又称异源同工酶。指来源不同，但具有相同的识别 序列。 在切割DNA时，其切割点可以是相同的，产生平 头末端，称为同识同切； 切割点也可以是不同的，产生3ˊ或5ˊ粘性末端， 称为同识异切。
第四章 基因工程常用工具酶
1
Manipulating Genes
- Transferring Genes
Restriction Ligation Extract DNA
Transformation
Selection
Culturing
2
重组DNA实验中常见的主要工具酶
3
我们的基本目的是：把外源基因与载体 连接在一起形成重组DNA分子，最少需要以 下两类工具酶：
23
如果用一种限制酶，切割两种不同的DNA时，
产生相同的末端，混合后“退火”，这两种不同的
DNA分子彼此可以连接，形成重组DNA分子。
24
限制性内切酶的剪切方式
25
Yu Zheng, et al. Using shotgun sequence data to find active restriction enzyme genes. Nucleic Acids Res., 2009, 37: e1. Whole genome shotgun sequence analysis has become the standard method for beginning to determine a genome sequence. The preparation of the shotgun sequence clones is, in fact, a biological experiment. It determines which segments of the genome can be cloned into Escherichia coli and which cannot. By analyzing the complete set of sequences from such an experiment, it is possible to identify genes lethal to E. coli.

分子生物学 第四章 RNA的生物合成


第二节 转录的基本条件
一.反应体系
含DNA模板,NTP,酶，Mg2+,Mn2+ 。 其中原料为四种核苷三磷酸 NTP,DNA中的T在RNA合成中变为U ； 合成过程: 连续，方向：5'→3' 合成部位：细胞核内。
二.转录反应的模板 转录反应不但需要DNA作为模板， 而且不同的RNA聚合酶对DNA两股链 以及不同的DNA段落都有一定的选择 性。
RNA聚合酶对利福平(rifampicin)和利福霉 素(rifamycin)表现敏感的原因
（二） RNA聚合酶对模板的选择
RNA聚合酶对模板的选择包含两层意思。 其一是不同的RNA聚合酶转录不同的基因， 合成不同的RNA。 其二是RNA聚合酶对DNA的两股链有选择性。
转录(transcription)的不对称性就是指 转录只以双链DNA中的一条链作为模板进行转 录，将遗传信息由DNA传递给RNA的现象。
他们的研究结果不仅破除了“酶一定是 蛋白质”的传统观点，而且也破除了“RNA 的功能只是控制蛋白质的合成”这一传统 观点。 因此他们于1989年共同获诺贝尔化学 奖。 此后RNA的重要功能不断有新的发现， 从而认识到——DNA是携带遗传信息分子， 蛋白质是执行生命功能的分子，RNA则既是 信息分子，又是功能分子。
二. RNA的结构与主要生理功能
RNA几乎总是线性单链的，极少有环状RNA分子。 但几乎每个RNA分子都有许多短的双螺旋部分，称为 发夹。 除了标准的GC和AU对之外，还有较弱的GU对可帮 助单链RNA形成二级结构。
一条正在延伸的RNA链的二级结构会影响这个RNA 分子的剩下部分的合成。
一个细胞中含有许多不同的RNA 分子，其长度为50个核苷酸到数万个核 苷酸不等。
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G
A



珠蛋白基因簇位于第 11 号染色体； , G, A, 和 为功能基因， 为假 基因。
胚胎发育早期的 Hb：22, 22 和 22 妊娠 8 周后胎儿的 HbF：22 成人型 HbA： 22 和 22 (3%)
(二) 空间特异性
在个体生长过程中，某种基因产物在个体中按不同组 织空间顺序出现，称为基因表达的空间特异性 (spatial specificity) 或组织特异性 (tissue specificity)。
真核生物基因表达调控
/10005107/
The ENCODE Project 旨在解析人类基因组中的所有功能性 元件。
染色体结构的变化对基因表达的影响
• DNA 甲基化： 胞嘧啶甲基化； • 染色质修饰：组蛋白的多种共价修饰；
• DNase I 超敏感位点：转录活性基因对 DNase I 极度敏感。
适体区序列保守，能与适体直接结合，使表达平台的构 象变化，形成有选择性的茎环结构，导致 mRNA 转录提前 终止或者抑制翻译的起始。
aptamer region (pink) expression platform (orange)
抑制型核糖开关：适体存在时能抑制基因表达； 激活型核糖开关：适体存在时能启动基因表达。
lacY 基因编码透过酶 (permease)
lacA 基因编码乙酰基转移酶 (transacetylase)
E.coli 在含葡萄糖的培养基中生长 时，lacZ 基因不表达。 当葡萄糖耗尽而乳糖存在时， lacZ 基因表达，-半乳糖苷酶将乳糖水 解成葡萄糖和半乳糖。
Allolactose (异乳糖)
• EF-G (转位酶) 定位在 L12CTD 和 L11-NTD 之间。
Zhang D, et al. Common chaperone activity in the G-domain of trGTPase protects L11–L12 interaction on the ribosome. Nucleic Acids Research 2012, 40(21):10851-10865. doi: 10.1093/nar/gks833
LDH 同工酶 LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5 亚基 组成 H4 H3M H2M3 HM3 M4 红细胞 43 44 12 1 0 白细胞 12 49 33 6 0 血清 27.1 34.7 20.9 11.7 5.7 骨骼肌 0 0 5 16 79 心肌 73 24 3 0 0 肺 14 34 35 5 12 肾 43 44 12 1 0 肝 2 4 11 27 56 脾 10 25 10 20 5
1. 阻遏蛋白的调控作用 色氨酸 (Trp) 为阻遏蛋白 (TrpR) 的辅助因子，TrpR-Trp 与操纵基因结合。 2. 衰减作用 (Attenuation)
1. 阻遏蛋白的调控作用
当低浓度 Trp 时， TrpR 不结合 Trp ，因此，TrpR 不 与操纵基因结合，trpE-A 基因转录成 trp mRNA。
受试群体的年龄分布
皮肤表现出最明显的年龄相关 基因表达变化，其中大部分基 因与脂肪酸代谢、线粒体活性、 癌症和剪接有关。
原核生物基因表达的调控
• 转录水平的调控
操纵子，核糖开关
• 翻译水平的调控 trGTPase，核糖开关
操纵子 (operon)
• 操纵子是转录的功能单位， 由启动子 (promoter)、操纵基 因 (operator gene) 和结构基因 (structural genes) 所构成。 • 操纵基因 (operator gene) 是与阻遏蛋白 (repressor) 结合的 DNA 序 列。 • 激活蛋白结合位点 (activator binding site) 是与激活蛋白 (activator) 结合的 DNA 序列。
lac mRNA
变构的阻遏蛋白
-半乳糖苷酶 透过酶
诱导物：乳糖、异乳糖、 -半乳糖苷
转乙酰基酶
(异丙基 -D-硫代半乳糖苷)
2. CRP 的正调节
lacI
CRP site
P
lacO
lacZ
lacY
lacA
无葡萄糖时，cAMP 浓度高，cAMP 与 CRP 结合后与 CRP 位点结合，促 进结构基因的转录
• 核糖开关是能与小分子代谢物 (适体，aptamer) 结合以 调控基因的转录和翻译的 mRNA 元件，常位于 mRNA 分 子的 5’ UTR。 例如：维生素B12 核糖开关、 硫胺素焦磷酸核糖开关、 S-甲腺甲硫氨酸核糖开关、腺嘌呤核糖开关等
• 核糖开关由适体区 (aptamer region) 和表达平台 (expression platform) 组成。
第五部分
基因表达与调控
基因表达的概念 基因经过转录、翻译产生具有特异 生物学功能的蛋白质分子的过程为基因 表达 (Gene expression)。
原核细胞
真核细胞
基因表达调控的分类
(一) 正调控和负调控
1. 正调节 (positive regulation) 由于特异的调控元件的存在，遗传信息的表达呈定量 地增加，这种调节称为正调节。 2. 负调节 (negative regulation)
组蛋白的乙酰化破坏了核小体的结构，便 于转录调节因子与 DNA 结合而进行转录。
/reference/pathway/histone_modification.html
Acetylation 乙酰化 Methylation 甲基化 Phosphorylation 磷酸化 Ubiquitylation 泛素化 Sumoylation SUMO 化 Biotinylation 生物素化
1. 阻遏蛋白的负调节
lacI
CRP site
P
lacZ
lacY
lacA
阻遏蛋白
阻遏蛋白与操纵基因结合, 阻 止 RNA 聚合酶转录结构基因 lacZ，lacY 和 lacA
lacI
CRP site
P
lacO
பைடு நூலகம்
lacZ
lacY
lacA
转录
诱导物
变构的阻遏蛋白不 能与操纵基因结合， RNA 聚合酶转录结 构基因
• DNase I 超敏感位点是易被低浓度 DNaseI 切割的 DNA 序 列，甲基化程度较低。 • 转录活性基因常有 DNaseI 超敏感位点，位于转录调节蛋白 结合位点附近。
转录水平的调控
(一) 顺式作用元件 (cis-acting elements)
1. 启动子 (promoter)：与通用转录因子和 RNA 聚合酶结合。 2. 增强子 (enhancer)：增强基因表达的调控元件。 3. 沉默子 (silencer)：是参与基因表达负调控的一种元件。 阻遏蛋白与沉默子结合阻遏靶基因的转录。
邻氨基苯 甲酸合酶
色氨酸合酶
2. 衰减作用
衰减子 (Attenuator) 先导 DNA 序列中可形成转录终止子结构的一段核苷酸， 以终止 mRNA 的转录。
转录终止子
高浓度 Trp 时，核糖体阻止 1-2 发夹结构的形成，导致 3-4 形成转录终止子结构生成。
低浓度 Trp 时，核糖体停止合成先导肽，2-3 发夹结构不影响 mRNA 的转录。
由于特异性调控元件的存在，遗传信息的表达减少， 则称为负调节。
(二) 诱导和阻遏表达
特定环境信号引起某一特定基因产物的增加，为诱 导表达 (inducible gene expression)。 特定环境信号导致某一特定基因产物减少的过程， 为阻遏表达 (repressible gene expression)。 组成性基因表达 在一个个体的几乎所有细胞中持续表达的基因为 管家基因 (house keeping gene)，管家基因的表达为 组成性基因表达 (constitutive gene expression)。
乙酰化
甲基化
磷酸化
泛素化
SUMO 化
SUMO (Small ubiquitin-like modifier, 小泛素相关修饰物) 是类似 ubiquitin (泛素) 的一种蛋白质。
生物素化
组蛋白是动态蛋白质。组蛋白的多种翻译后修饰，能调 节染色质凝集和 DNA 可达性。
(三) DNase I 超敏感位点
基因表达调控的一般特征
(一) 时间特异性
某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生， 称为基因表达的时间特异性 (temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性 (stage specificity)。


2
1

珠蛋白基因簇位于第 16 号染色体； , 2, 1 和 基因为功能基因， 和 为假基因。
• 皮肤中 48.6% 的基因和脂肪组织中 50.8%的基因随着年 龄的增加而表达水平降低。
Glass D, et al. Gene expression changes with age in skin, adipose tissue, blood and brain. Genome Biology 2013, 14:R75 doi:10.1186/gb-2013-14-7-r75
(二) 组蛋白的共价修饰
组蛋白发生乙酰化 (acetylation)、甲基化 (methylation)、 磷酸化 (phosphorylation)、泛素化 (ubiquitylation) 等共价 修饰，导致核小体结构不稳定或松弛。
组蛋白的 N 端发 生乙酰化、甲基 化和磷酸化；C 端发生泛素化。
H (心肌型)；M (骨骼肌型)
果蝇
在多细胞生物的发育过程中，基因表达具有时间特异性和 组织特异性。