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第16章基因表达的调节ppt课件
蛋白质活性控制
操纵子转录调节的两种方式
阴性调控（negative control）—— 阻遏物蛋白（repressor ） 对基因开关（操纵基因,O基因）进行的调节。阻遏物蛋白结合在 操纵基因上则转录不能进行，它的活性受小分子诱导物影响。阻 遏物是由调节基因i表达的。
阳性调控（positive control）—— 激活物蛋白（activator）对 RNA聚合酶的转录进行的调节。激活物蛋白结合在启动基因(P基 因)上游的某个区域以增强RNA聚合酶的转录活性，它的活性也受 小分子的影响。
（基因调节蛋白）
RNA聚合酶和 通用转录因子
（调节区域）
真核基因调节区由启动子和基因调节序列组成 RNA 聚合酶II 和通用转录因子结合在启动子上 基因调节蛋白作用于基因调节序列，这些基因调节序列散布在基因的 上、下游，对其的调节是远距离的。
蛋白质与核酸的相互作用是调节基因表达的分子基础
大多数基因调节蛋白分子都有一套与DNA结合的特定基 序(motif)，如螺旋-转角-螺旋，亮氨酸拉练结构，锌指结构 和螺旋-环-螺旋等。
真核基因调节区=启动子+DNA调节序列
真核基因转录起始复合物是由RNApol II和通用转录因子等组成的 复合体。
调节序列 ( 称顺式作用元件，cis-acting element ) 间隔地分布在启 动子的上下游，如增强子、沉寂子等，对转录起始复合物实现远距离调 节。
基因调节蛋白 ( 称反式作用因子, trans-acting factors )在细胞中可 扩散，有通用的和特异的，有固有的和诱导的，有激活性的和抑制性的， 对基因开关有选择性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
阴性调控
阳性调控
阻遏物 激活物
《基因表达调控》PPT课件
区。
乳糖操纵子受到阻遏蛋白和CAP的双重调节
19
1、阻遏蛋白的负性调控 (a) 没有乳糖存在时
20
(b) 开始没有乳糖，再加入乳糖
21
2、CAP的正性调控
CAP与乳糖操纵子启动序列附近的CAP位点结 合，可刺激转录活性，提高转录效率。 CAP的活性依赖cAMP,cAMP水平与葡萄糖水平相关：
[葡萄糖]高时, cAMP水平低； [葡萄糖]缺乏时, cAMP水平高；
主要指具有调节功能的DNA序列. 原核生物主要是通过操纵子模型进行调控； 真核生物主要是通过顺式作用元件进行调控。
10
（2）调节蛋白----可以增强或抑制转录活性。 原核生物中的调节蛋白主要分为特异因子、激活蛋白和阻 遏蛋白。 真核生物中的调节蛋白通常称为转录调节因子或转录因子。
11
（3）DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用： 转录调节蛋白通过与DNA或与蛋白质相互作用对转录起
始进行调节。
DNA-蛋白质相互作用指反式调节因子与顺式作 用元件之间的特异识别与结合。
一些调节蛋白在与DNA结合之前，需先通过蛋 白质-蛋白质相互作用，形成二聚体或多聚体，然 后再通过识别特定的顺式作用元件，而与DNA分子 结合。
12
（4）RNA聚合酶： 对转录激活的调节最终是由RNA聚合酶活性体现
基因表达调控
(Regulation of Gene Expression)
李子博
1
第一节 概 述
2
一、基因表达是基因转录及翻译的过程
3
二、基因表达具有时间特异性和空间特异性
1、时间特异性
是指按功能需要，某一特定基因的表达严格 按照一定的时间顺序发生。
2、空间特异性
7 基因的表达调控ppt课件
第七章 基因的表达调控
• 基因表达=基因转录+翻译 • 基因表达的调控:
生物体随时调整不同基因的表达状态,以适 应环境、维持生长和发育需要
.
1
基因的表达调控包括
• 转录前基因水平的调控 • 转录水平的调控 • 转录后水平的调控 • 翻译水平的调控 • 翻译后蛋白质的加工
.
2
基因表达的调控方式 阻遏
– 非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增2000倍，达 1012个核糖体
– 药物：诱导抗药性基因的扩增；肿瘤细胞：原癌基因 拷贝数异常增加
③ 基因重排(gene rearrangement)：
– 如免疫球蛋白基因重排，多样性
.
4
.
5
.
6
（一） 转录前基因水平的调控
④ DNA甲基化(DNA methylation)：
• 染色质重塑的基本生化特点是染色质的一定区域 对核酸酶敏感性的改变。对应的物理改变是核小 体的位置和状态的改变。
• 表观遗传现象之一。
.
11
含有甲基化CpG DNA结合功能
DNA甲基化与染色质重建 域的MeCP2在远离转录装置和
RNA多聚酶的位置与裸露DNA
中已甲基化的顺序结合。
非特异 性与5-
负调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质降低) 促进
正调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质增加)
.
3
一、真核生物基因表达的调控
（一） 转录前基因水平的调控
① 染色质的丢失：不可逆
– 核的全能性（totipotency）：细胞核内保存了个体发育 所必需的全部基因
② 基因扩增(gene amplification)：增加基因的拷贝 数
• 基因表达=基因转录+翻译 • 基因表达的调控:
生物体随时调整不同基因的表达状态,以适 应环境、维持生长和发育需要
.
1
基因的表达调控包括
• 转录前基因水平的调控 • 转录水平的调控 • 转录后水平的调控 • 翻译水平的调控 • 翻译后蛋白质的加工
.
2
基因表达的调控方式 阻遏
– 非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增2000倍，达 1012个核糖体
– 药物：诱导抗药性基因的扩增；肿瘤细胞：原癌基因 拷贝数异常增加
③ 基因重排(gene rearrangement)：
– 如免疫球蛋白基因重排，多样性
.
4
.
5
.
6
（一） 转录前基因水平的调控
④ DNA甲基化(DNA methylation)：
• 染色质重塑的基本生化特点是染色质的一定区域 对核酸酶敏感性的改变。对应的物理改变是核小 体的位置和状态的改变。
• 表观遗传现象之一。
.
11
含有甲基化CpG DNA结合功能
DNA甲基化与染色质重建 域的MeCP2在远离转录装置和
RNA多聚酶的位置与裸露DNA
中已甲基化的顺序结合。
非特异 性与5-
负调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质降低) 促进
正调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质增加)
.
3
一、真核生物基因表达的调控
（一） 转录前基因水平的调控
① 染色质的丢失：不可逆
– 核的全能性（totipotency）：细胞核内保存了个体发育 所必需的全部基因
② 基因扩增(gene amplification)：增加基因的拷贝 数
基因表达调控PPT课件
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
34
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
38
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
39
40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
45
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
1. 顺式作用元件：特异DNA序列 2. 反式作用因子：特定调节蛋白质
14
原核生物
—— 操纵子(operon) 机制
启动序列 (promoter)
编码序列
其他调节序列
蛋白质因子
操纵序列 (operator)
• 可诱导调节：指一些基因在特殊的代谢物或化合物的作 用下，由原来关闭的状态转变为工作状态，即在某些物 质的诱导下使基因活化。 例：大肠杆菌的乳糖操纵子 分解代谢蛋白的基因
34
酶合成的诱导操纵子模型
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
诱导物
如果某种物质 能够促使细菌产生 酶来分解它，这种 物质就是诱导物。
合时，结构基因不转录。
38
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏 • 在正控诱导系统中，效应物分子（诱导物）的存在使激 活蛋白处于活性状态； • 在正控阻遏系统中，效应物分子（辅阻遏物）的存在使 激活蛋白处于非活性状态。
39
40
三、乳糖操纵子（lac operon）
能透过大肠杆菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。 • A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基
转到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。
43
44
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
无乳糖存在时
阻遏物结合在操纵基因上→阻 止转录过程→基因关闭
45
2. 乳糖操纵子的阻遏调控---可诱导调控
有乳糖存在时
调节基因
操纵基因
结构基因
阻遏蛋白
大学生物遗传学第十六章基因表达调控(共49张PPT)
RNA polⅡ对催化mRNA的生成起主要作用。转录前RNA polⅡ
必须与TBP、TFⅡD等各种通用转录因子形成转录前复合体 （PIC），从而激活或抑制RNA的转录。
45
46
聚合酶Ⅱ转录前起始复合体的组装
47
聚合酶核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。
CAP失活
阻遏蛋白的负性调节
CAP及RNA聚合酶不能与启动基因结合
阻抑蛋白与操纵基因结合
基因转录被阻遏
31
当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时
细胞中cAMP浓度升高
乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合
cAMP与CRP结合并使之激合 CAP的正性调节
CRP与启动基因结合并促使 RNA聚合酶与启动基因结合
不具有编码意义的碱基序列 ，又称插入序列。
95％左右
42
二、真核基因表达调控的特点
（一）DNA、染色体水平的变化特点
1．对核酸酶极度敏感
43
2．DNA拓朴结构变化 天然双链DNA几乎均以负性超螺旋构象存在。
当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超 螺旋，有利于RNA聚合酶向前移动，进行转录。 3. DNA甲基化
通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基 因调控的主要机制。
采用正性调节机制更有效、经济、特异； 采用负性调节不经济
（四）转录和翻译过程分开进行 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位（胞核与胞浆
），可分别进行调控。
48
（五）转录后加工 真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起
被转录。
真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起被转录。
TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡ-I等。
必须与TBP、TFⅡD等各种通用转录因子形成转录前复合体 （PIC），从而激活或抑制RNA的转录。
45
46
聚合酶Ⅱ转录前起始复合体的组装
47
聚合酶核基因一般都处于阻遏状态，RNA聚合酶对启动子的亲和力很低。
CAP失活
阻遏蛋白的负性调节
CAP及RNA聚合酶不能与启动基因结合
阻抑蛋白与操纵基因结合
基因转录被阻遏
31
当培养基中乳糖浓度升高而葡萄糖浓度降低时
细胞中cAMP浓度升高
乳糖作为诱导剂与阻抑蛋白结合
cAMP与CRP结合并使之激合 CAP的正性调节
CRP与启动基因结合并促使 RNA聚合酶与启动基因结合
不具有编码意义的碱基序列 ，又称插入序列。
95％左右
42
二、真核基因表达调控的特点
（一）DNA、染色体水平的变化特点
1．对核酸酶极度敏感
43
2．DNA拓朴结构变化 天然双链DNA几乎均以负性超螺旋构象存在。
当基因激活后，则转录区前方的DNA拓朴结构变为正性超 螺旋，有利于RNA聚合酶向前移动，进行转录。 3. DNA甲基化
通过利用各种转录因子正性激活RNA聚合酶是真核基 因调控的主要机制。
采用正性调节机制更有效、经济、特异； 采用负性调节不经济
（四）转录和翻译过程分开进行 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位（胞核与胞浆
），可分别进行调控。
48
（五）转录后加工 真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起
被转录。
真核基因大多为断裂基因，内含子和外显子一起被转录。
TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡ-I等。
基因表达调控 ppt课件
转录起始点
DNA B A
RNA聚合酶Ⅱ
编码序列
mRNA
DNA A mRNA
转录起始点
RNA聚合酶Ⅱ
B
ppt课件
46
真核生物基因中的一些调控序列
（1）启动子 （2）增强子 （3）沉默子
（4）终止子
（5）绝缘子 等等
ppt课件
47
O
操纵序列
Z
Y
A
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 通透酶 A：乙酰基转移酶
CAP：分解物基因激活蛋白
ppt课件 15
乳糖操纵子携带了细菌分解乳糖所需的三个 关键酶的基因： β-半乳糖苷酶 由lacZ基因编码，功能是切断乳 糖的半乳糖苷键，而产生半乳糖和葡萄糖 β-半乳糖苷通透酶 由lacY基因编码，功能是构 成转运系统，将半乳糖转运入到细胞中 β-半乳糖苷乙酰转移酶 由lacA基因编码，功能 是将乙酰CoA上的乙酰基转移到β-半乳糖苷上
ppt课件
16
调节基因
其他调 启动子 节元件 (promoter)
编码序列
调节 蛋白
ppt课件
操纵元件 (operator)
17
操纵子的结构
基本序列
操纵子 特殊序列
启动子 编码序列（结构基因） 终止子
操纵元件 其他调控元件 （如CAP位点、衰减子，等等）
ppt课件 18
乳糖操纵子调控机制
1. 阻遏蛋白的负性调节
ppt课件
42
哺乳动物一生中DNA 甲基化水平经历了2 次显著变 化: ①在受精卵最初几次卵裂中，去甲基化酶清除了 DNA 分子上几乎所有从亲代遗传来的甲基化标志； ②在胚胎植入子宫时，构建性甲基化酶使DNA重新 建立一个新的甲基化模式。细胞内新的甲基化模 式一旦建成，即可通过甲基化以“甲基化维持” 的形式将新的DNA 甲基化传递给所有子细胞 DNA 分子。
DNA B A
RNA聚合酶Ⅱ
编码序列
mRNA
DNA A mRNA
转录起始点
RNA聚合酶Ⅱ
B
ppt课件
46
真核生物基因中的一些调控序列
（1）启动子 （2）增强子 （3）沉默子
（4）终止子
（5）绝缘子 等等
ppt课件
47
O
操纵序列
Z
Y
A
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 通透酶 A：乙酰基转移酶
CAP：分解物基因激活蛋白
ppt课件 15
乳糖操纵子携带了细菌分解乳糖所需的三个 关键酶的基因： β-半乳糖苷酶 由lacZ基因编码，功能是切断乳 糖的半乳糖苷键，而产生半乳糖和葡萄糖 β-半乳糖苷通透酶 由lacY基因编码，功能是构 成转运系统，将半乳糖转运入到细胞中 β-半乳糖苷乙酰转移酶 由lacA基因编码，功能 是将乙酰CoA上的乙酰基转移到β-半乳糖苷上
ppt课件
16
调节基因
其他调 启动子 节元件 (promoter)
编码序列
调节 蛋白
ppt课件
操纵元件 (operator)
17
操纵子的结构
基本序列
操纵子 特殊序列
启动子 编码序列（结构基因） 终止子
操纵元件 其他调控元件 （如CAP位点、衰减子，等等）
ppt课件 18
乳糖操纵子调控机制
1. 阻遏蛋白的负性调节
ppt课件
42
哺乳动物一生中DNA 甲基化水平经历了2 次显著变 化: ①在受精卵最初几次卵裂中，去甲基化酶清除了 DNA 分子上几乎所有从亲代遗传来的甲基化标志； ②在胚胎植入子宫时，构建性甲基化酶使DNA重新 建立一个新的甲基化模式。细胞内新的甲基化模 式一旦建成，即可通过甲基化以“甲基化维持” 的形式将新的DNA 甲基化传递给所有子细胞 DNA 分子。
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乳糖分解代 谢调控过程 是一个自我 调控过程 6
真核细胞基因结构和原核细胞基因有哪些异同 ?
真
核 生
原核细胞 真 核 细 胞
物 不 同 点 编码区是 编码区是间隔
基
连续的
的、不连续的
பைடு நூலகம்
因
都由能够编码蛋白质的编码
表 相 同 点 区和具有调控作用的非编码
达
区组成的
的
调 真核生物基因表达的调控与原核生物基因表达
项目 功
能
结构 基因 操纵 基因 启动
子 调节 基因
3个不同结构基因能够产生3种不同的酶.
是结构基因的开关.通过对RNA聚合酶阻 抑与否来控制结构基因的转录或停止. 是RNA聚合酶与DNA结合的部位,可识别 转录起始点. 能产生阻抑物.通过阻抑物与操纵基因的 结合与否来控制操纵基因的关闭和开启
2020/10/18
温 故 知 新
１、基因表达包括哪些过程 :?转录和翻译
２、细胞分化过程是不同基因进行表达的果,
那么,分化后不同细胞的遗传物质相同吗 ?
３、原核生物和真核生物基因表达的调控相同吗?
４、比较原核细胞和真核细胞基因结构的异同：
2020/10/18
2
第三节 基因表达的调控
生物体内每个细胞都含有该物种的一整套 基因，但是，这些基因并不是同时都在表达。 比如单细胞的细菌，就能够根据环境的变化， 开启或关闭某些基因，以便迅速合成它所需要 的蛋白质，停止合成它不需要的蛋白质。多细 胞生物体内基因的表达更为复杂。生物体内的 基因之所以能够有序地表达，是因为细胞内存 在着对基因表达的调控机制，这种调控机制是 生物体所不可缺少的。
11
谢谢您的聆听与观看
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
汇报人：XXX 日期：20XX年XX月XX日
控 有哪些异同 ?
2020/10/18
7
真核生物基因表达调控的过程与原核生物
真 核
有许多共同之处。例如，在真核生物结构基因 的侧翼序列上，同样存在着许多不同的调控序 列。真核生物通过特异性蛋白与某些调控序列
生
的结合与否，来调控基因的转录。
物
基
原核生物基因的转录和翻译有何特点 ?
因
表
原核生物基因的转录和翻译通常是在同
2．真核生物的基因表达调控比原核生物复杂的原因是：[ ] D
A．必须对转录产生的信使RNA进行加工 B．转录和翻译在时间和空间上的分隔 C．某些基因只能特异地在某种细胞中表达
D．受包括上述A、B、C在内的多方面调
2020/10/18
10
三、填表题:用简明的语言将大肠杆菌DNA分子中， 构成乳糖分解代谢各部分结构的功能填入下表。
9
一、判断题
1．原核细胞中的几个结构基因往往成簇地连锁在一起，共同
受调控序列的调控。（
√）
2．在大肠杆菌中，如果调节基因突变造成阻抑物缺乏，那么，
与乳糖分解代谢有关的三种酶就不能合成。（ ×）
二、选择题
1．大肠杆菌乳糖代谢的调控主要是：[ ]B
A．对基因水平的调控 B．对转录水平的调控 C．对翻译水平的调控 D．上述三种调控以外的其他调控
调 控
６、注意了解操纵基因对
结构基因的“开关“作用。
2020/10/18
4
乳糖代谢基因表达调控图解：(没有乳糖时)
原 调节基因 启动子 操纵基因
结构基因
核 生Ｒ
Ｐ
Ｏ lacZ
lacY
lacA
物 转录
基
因 信使RNA
表
翻译
达
RNA聚合酶
阻抑物与 操纵基因 结合，结 构基因转 录受阻．
的
阻抑物
调
控
2020/10/18
2020/10/18
3
１、大肠杆菌一般以哪种糖作为碳元素的来源 ?
原 核 生
２、当大肠杆菌生活的环境中没有葡萄糖而有
乳糖时，会有何反应 ?
物 ３、当从大肠杆菌生活的环境中去除乳糖后又
基 有何反应 ?
因 ４、从上面发生和现象可得出什么结论 ?
表
达 ５、为什么乳糖能对半乳糖苷酶基因的表达
的
起到诱导作用呢 ?
达
一时间同一地点进行的，即在转录未完成之
的
前翻译便开始进行。
调
控
2020/10/18
8
真 核 生 物 基 因 表 达 的 调 控
2020/10/18
转录产生的信使RNA 必须经过加工，将内 含子转录部分剪切掉， 将外显子转录部分拼 接起来，才能成为有 功能的成熟的信使RNA
真核生物基因的转录 和翻译具有时间和空 间上的分隔。
5
乳糖代谢基因表达调控图解：(有乳糖时)
原 调节基因 启动子 操纵基因
结构基因
核 生Ｒ 物 转录
Ｐ
Ｏ
RNA聚合酶
lacZ
lacY
lacA
转录
基
因 信使RNA
表
翻译
达
的
阻抑物
乳糖 半乳糖苷酶 酶
酶
调 控
阻抑物与乳糖结合后构象发生了改变， 因而不能与操纵基因结合，使得结构 基因进行转录。
2020/10/18