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'分子生物学第四章 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。基因表达(Geneexpression)原核细胞真核细胞 诱导表达(induciblegeneexpression)特定环境信号引起某一特定基因产物增加的过程。阻遏表达(repressiblegeneexpression)特定环境信号导致某一特定基因产物减少的过程。组成性基因表达(constitutivegeneexpression)在一个个体几乎所有的细胞中持续表达的基因为管家基因(housekeepinggene)，管家基因的表达为组成性基因表达。诱导和阻遏表达 果蝇 原核生物基因表达的调控 操纵子(operon)结构操纵子是转录的功能单位，由启动子(promoter)、操纵基因(operatorgene)和结构基因(structuralgenes)所构成。操纵基因(operatorgene)是与阻遏蛋白(repressor)结合的DNA序列。激活蛋白结合位点(Activatorbindingsite)是与激活蛋白(activator)结合的DNA序列。 lacIlacAlacYlacZPlacOCRPsite操纵基因阻遏基因启动子结构基因cAMP受体蛋白结合位点乳糖操纵子(lactoseoperon)lacI基因编码阻遏蛋白(repressor)lacZ基因编码-半乳糖苷酶(-galactosidase)lacY基因编码透过酶(permease)lacA基因编码乙酰基转移酶(transacetylase)大肠杆菌 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。 lacAlacYlacZPCRPsite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lacA1.阻遏蛋白的负调节lacI 转录lacmRNAlacAlacYlacZPlacOCRPsite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诱导物变构的阻遏蛋白诱导物：乳糖、异乳糖、-半乳糖苷-半乳糖苷酶透过酶转乙酰基酶lacI (异丙基-D-硫代半乳糖苷) 2.CRP的正调节cAMP-受体蛋白(cAMP-receptorprotein,CRP)或分解代谢激活蛋白(cataboliteactivatorprotein,CAP)lacAlacYlacZPlacOCRPsitelacAlacYlacZPlacOCRPCRPcAMP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lacIlacI 色氨酸操纵子(tryptophanoperon)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色氨酸合酶邻氨基苯甲酸合酶当低浓度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trpmRNA。 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。 真核生物基因表达调控 DNAmRNAmRNARNA转录失活的mRNA蛋白质失活的蛋白质细胞核细胞质转录调控RNA加工调控RNA转运调控mRNA降解调控翻译调控蛋白质活性调控 1.转录活性基因对DNaseI极度敏感2.核小体结构的变化DNA的正性超螺旋构象阻碍核小体结构形成，并促进H2A-H2B二聚体的解离，使RNA聚合酶向前移动以进行转录。当该核小体完成转录后，核小体恢复原有结构。染色体结构的变化对基因表达的影响 核小体核心结构与RNA聚合酶Ⅱ的转录 3.DNA碱基的修饰CpG岛(CpGisland)常出现在管家基因及其它常表达基因的启动子序列中。C的甲基化范围与基因表达程度呈反比关系。Cytosine5-methyl-cytosine 4.组蛋白的修饰组蛋白发生乙酰化、磷酸化、甲基化及泛素化等修饰，使核小体结构变得不稳定或松弛。Li,etal.(2007).TheRoleofChromatinduringTranscription.Cell128,707-719. 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。 转录水平的调控(一)顺式作用元件(cis-actingelements)1.启动子(promoter)2.增强子(enhancer)：增强基因表达的调控元件。3.沉默子或沉默基因(silencer)：结合阻遏物的调控序列；阻遏物与沉默子的结合导致其附近的启动子失活，靶基因不被转录。(二)反式作用因子(trans-actingfactors)直接或间接与靶基因的顺式作用元件结合，调控RNA转录的酶和蛋白质(转录因子)。 增强子可在靶基因的5’端上游或3’端下游序列中，其作用的发挥需要特异性(专一性)转录因子。 转录因子的结构域：(1)DNA结合结构域(DNAbindingdomain)：识别并结合顺式作用元件螺旋-转角-螺旋(Helix-turn-Helix)模体锌指(Zincfingers)模体亮氨酸拉链(Leucinezipper)模体(2)转录活化结构域(Transactivationdomain)带负电荷的-螺旋结构域富含谷氨酰胺的结构域富含脯氨酸的结构域酸性结构域：富含天冬氨酸和谷氨酸 锌指(Zincfinger)模体以Zn原子与半胱氨酸和组氨酸络合而成的结构连接若干其它氨基酸，形状如手指。1个-螺旋结构：镶嵌于DNA的大沟中2个反向平行的-折叠 类固醇激素-受体复合物与特异的DNA序列结合，调节特异基因的转录。类固醇激素类固醇激素受体类固醇激素-受体复合物 锌指结构镶嵌于DNA双螺旋的大沟类固醇激素受体的结构 与类固醇激素受体结合的DNA序列受体结合序列雄激素(androgen)GG(A/T)ACAN2TGTTCT糖皮质激素(glucocorticoid)GGTACAN3TGTTCT维甲酸(retinoicacid)AGGTCAN5AGGTCA维生素D(vitaminD)AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素(thyroidhormone)AGGTCAN3AGGTCA类维生素A(retinoidX＋)AGGTCANAGGTCANAGGTCANAGGTCA 亮氨酸拉链(leucinezipper)模体肽链C端的-螺旋区域(约含30个氨基酸)中，每间隔几个氨基酸就出现一个亮氨酸残基，形成亮氨酸重复序列。两个具有亮氨酸重复序列的蛋白质分子以亮氨酸间的疏水作用(即亮氨酸拉链)形成二聚体。 通过亮氨酸拉链形成二聚体富含碱性氨基酸的N-端与DNA结合亮氨酸拉链DNA 转录后调控(一)hnRNA的加工5’端“帽子”结构3’端多聚腺苷酸(poly(A))尾外显子的剪接及选择性剪接(二)RNA编辑(RNAediting)mRNA分子发生核苷酸的插入、删除或碱基替换，改变DNA模板的遗传信息，从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。 降钙素基因相关肽降钙素 RISC(RNA-inducedsilencingcomplex)Dicer(specificenzymeinDrosophila)RNA干扰 microRNA的形成与靶mRNA发生碱基互补配对，抑制蛋白质翻译。 翻译水平的调控1.翻译起始因子(eIF)功能的调控Met-tRNA-eIF2-GTP复合物与40S小亚基结合，eIF2亚基的磷酸化阻碍eIF2的功能，从而抑制蛋白质合成的起始。 铁反应元件形成茎-环结构铁结合调节蛋白未与铁结合时，可与铁反应元件结合，抑制翻译。铁结合调节蛋白与铁结合时，从铁反应元件上解离，mRNA的翻译可提高100多倍。mRNA铁反应元件2.阻遏蛋白的调控作用翻译抑制蛋白(如铁结合调节蛋白)结合到mRNA的5’端，抑制翻译。 铁结合调节蛋白 从核糖体上释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必须经过不同的翻译后加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质。1.多肽链一级结构的修饰磷酸化、乙酰化、甲基化等；无活性的蛋白质前体经蛋白酶水解，生成有活性的蛋白质、多肽。2.多肽链折叠为天然的三维结构3.空间结构的修饰亚基聚合；辅基连接；疏水脂链的共价连接。4.蛋白质的靶向转运翻译后水平的调控 蛋白质N端氨基酸的组成与其稳定性的关系 1.窃读记 自学提示 1.（1）偷；偷偷地；谦指自己 偷偷地 （2）由于贫穷，买不起自己喜欢的书，只能到书店里偷偷地看书。 2.（安心、担忧）（暗喜）（快乐、惧怕） （依依不舍）（轻松） 巩固运用1.踮起脚屋檐支撑皱纹饭碗 惧怕铁锅充足酸痛肚子饿 2.（1）时间长 精力集中 （2）外面下雨，人们可以在书店停留 “我”爱读书达到了如饥似渴的地步 （3）“吃饭长大”指的是身体的物质需求，“读书长大”则是指精神的成长，心灵的成长。 粮食哺育的是身体，而书籍哺育的是灵魂，一个知识与智慧不断增长的人，才是健康成长的人。 3.当书店的日光灯忽地亮了起来，我才发觉已经站在这里读了两个多钟头了。 她小心地把菜放入嘴中，细细地品尝着。 拓展阅读1.看到父母都各自忙碌着，我装着上厕所，溜回了里屋，从书柜里取出《少年文艺》，把书藏在参考书的下面，开始我的窃读。 2.要看书就光明正大地看，只要你能掌握好时间，妈妈也不会反对的，好好地把握自己。 3.看一些内容健康向上的好书，同时要掌握好时间。 语文活动《童年》高尔基《寄小读者》冰心《淘气包马小跳》杨红樱《舒克和贝塔》郑渊洁《稻草人》叶圣陶'