关于原核生物表达调控课件

❖ 相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻 遏(repression)，相应的基因被称为可阻遏的基因 (repressible gene)。
表达升高的为诱导，表达降低的为阻遏。
诱导
环境信号
阻遏
表达增强
表达减弱
四、基因表达调控的生物学意义
（一）适应环境、维持生长和增殖
外环境不断变化 机体相应的适应性反应 生物体适应变化着的环境、维持正常生长
➢ 2、结构基因和调节基因: 结构基因(structural gene)是编码蛋白质或RNA的基因。 细菌的结构基因一般成簇排列，多个结构基因受单一启动子共 同控制，使整套基因或都表达或都不表达。
（二）维持个体发育与分化 生长发育的不同阶段、不同组织器官蛋白质
种类和含量不同。
❖ 改变基因表达的情况以适应环境，在原核生物、单细胞生物中尤 其显得突出和重要，因为细胞的生存环境经常会有剧烈的变化。
❖ 例如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄糖作能源和 碳源，不必更多去合成利用其它糖类的酶类，当外界没有葡萄糖 时，细菌就要适应环境中存在的其它糖类(如乳糖、半乳糖、阿 拉伯糖等)，开放能利用这些糖的酶类基因，以满足生长的需要。组织、器官中 表达的差异性。
A
B
C
❖ 不同组织细胞中不仅表达的基因数量不相同， 而且基因表达的强度和种类也各不相同，这 就是基因表达的组织特异性(tissue specificity)。
❖ 例如肝细胞中涉及编码鸟氨酸循环酶类的基因表 达水平高于其它组织细胞，合成的某些酶(如精氨酸 酶)为肝脏所特有；胰岛β细胞合成胰岛素；甲状腺 滤泡旁细胞(C细胞)专一分泌降血钙素等。
顺式作用元件是指对基因表达有调节活性的DNA序列， 其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因； 同时，这种DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因 旁侧或内含子中，如启动子和终止子，都是典型的顺式 作用元件。 反式作用因子是能调节与它们接触的基因的表达的各种 扩散分子（通常是蛋白质），如RNA聚合酶、转录因 子。
DNA 复制
基
因
RNA 转录
表
达
蛋白质 翻译
机体如何控制遗 传信息的传递过 程、有何规律。
二、基因表达的时间性和空间性
何时表达 何处表达
基因组(genome) 是指生物有机体的单倍体细胞中的所有 DNA，包括核中的染色体DNA和线粒体、叶绿体等亚细 胞器中的DNA。
但生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来 的，大肠杆菌基因组含有约4000个基因，一般情况下只 有5－10%在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水 平的表达，有的就暂时不表达。
❖ 组成性基因表达也不是一成不变的，其表达强弱也是受一 定机制调控的。
组成性表达
管家基因
无时间和空间特异性，几乎在生命的全过程和 生物体的所有细胞中持续表达。
❖ ②适应性表达(adaptive expression)指环境的变化容易使 其表达水平变动的一类基因表达。
❖ 应环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导 (induction)，这类基因被称为可诱导的基因(inducible gene)；
从上所述，不难看出：生物的基 因表达不是杂乱无章的，而是受着 严密、精确调控的，尽管我们现在 对调控机理的奥妙所知还不多，但 已经可以认识到，不仅生命的遗传 信息是生物生存所必需的，而且遗 传信息的表达调控也是生命本质所
在。
三、基因表达的方式
❖ 生物体内的基因调控各不相同，基因表达随环境 变化的情况，可以大致把基因表达分成两类：
❖ ①组成性表达(constitutive expression)指合成 速率不受环境变化而变动的一类基因表达。
❖ 某些基因表达产物是细胞或生物体整个生命过程中都持续 需要而必不可少的，这类基因可称为看家基因 (housekeeping gene)，如：DNA聚合酶、RNA聚合酶 等都是代谢过程中十分必需的酶或蛋白质。其数量不受外 界环境影响。
关于原核生物表达调控
6.1 基因表达调控的现象和概念
❖ 一、基因表达调控是生命的必需
❖ 基因表达(gene expression)细胞在生命过程中， 把蕴藏在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，转变 成为具有功能的蛋白质分子的过程。
❖ 典型的基因表达是基因经过转录、翻译，产生有 生物活性的蛋白质的过程。
❖ 即使是内环境保持稳定的高等哺乳类，也经常要变动基因的表 达来适应环境，例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下 适应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同。
❖ 所以，基因表达调控是生物适应环境生存的必需。
几个基本概念
1、顺式作用元件和反式作用因子：基因活性的调控 主要通过反式作用因子（通常是蛋白质）与顺式 作用元件（通常在DNA上）相互作用而实现。
调控区
结构基因
（一）时间特异性
在生物体不同的阶段，根据功能的需要，相应 基因严格按一定的时间顺序开启或关。
A
B
❖ 细胞分化发育的不同时期，基因表达的情况 是不相同的，这就是基因表达的阶段特异性 (stagespecificity)。
❖ 一个受精卵含有发育成一个成熟个体的全部遗传信息，在 个体发育分化的各个阶段，各种基因极为有序地表达，一般 在胚胎时期基因开放的数量最多，随着分化发展，细胞中某 些基因关闭(turn off)、某些基因转向开放(turn on)，例如： 与开花有关的基因只有在开花前才表达，而在植物营养体生 长时全部被关闭；胚胎发育不同阶段、不同部位的细胞中开 放的基因及其开放的程度不一样，合成蛋白质的种类和数量 都不相同，显示出基因表达调控在空间和时间上极高的有序 性，从而逐步生成形态与功能各不相同、极为协调、巧妙有 序的组织脏器。
❖ 围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都 通称为基因表达调控（gene regulation或gene control）。
❖ 基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制 机制，使细胞中基因表达的过程在时间、空间 上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适 当反应的复杂过程。
❖ 基因表达调控是生物体内细胞分化、形态发生 和个体发育的分子基础。要了解动、植物生长 发育的规律、形态结构特征和生物学功能，就 必须弄清楚基因表达调控的时间和空间的概念。 基因表达调控是现阶段分子生物学研究的中心 课题。