第十四章基因表达调控
第十四章 基因表达的调控
• 原核生物和真核生物都能够根据周围环境 (如温度、营养成分等)的变化，改变自己的 代谢方式。而代谢方式的变化通常可以通 过对基因表达过程的调控得以实现。
• 机体可以在基因表达过程的任何阶段进行 调控，一般以转录水平上的调控为主。
第十四章基因表达调控
DNA水平 RNA水平 蛋白质水平
负调控 negative regulation
•在没有调节蛋白质存在时基因是表达的，加入 某种调节蛋白质后基因活性就被关闭，这样的控 制系统就叫做负控系统 。 •其调节蛋白质叫做阻遏蛋白 •两种类型：负控诱导和负控阻遏
第十四章基因表达调控
正调控 positive regulation
•在没有调节蛋白质存在时基因是关闭的，加入 某种调节蛋白质后基因活性就被开启，这样的控 制系统就叫做正控系统。 •其调节蛋白质叫做无辅基诱导蛋白（激活蛋白) •两种类型:正控诱导和正控阻遏系统
第十四章基因表达调控
5. 转录因子
• 转录因子（transcription factor ）是转录起始 过程中RNA聚合酶所需要的辅助因子。转 录因子是参与正调控的反式作用因子，在 无转录因子时，RNA聚合酶不能起始转录。
• 转录因子通常识别位于基因上游启动子附 近的顺式作用元件。
第十四章基因表达调控
• 调节基因（regulator gene）仅指参与其他基 因表达调控的RNA和蛋白质的编码基因。 调节基因编码的调节物通过与DNA上的特 定位点结合而控制受调节基因的转录是基 因表达调控的关键。
第十四章基因表达调控
3. 启动子和终止子
• 位于转录单位开始和结束位置上的DNA序 列，称为启动子（promoter）和终止子 （terminator）。两者都是典型的顺式作用 元件，能受同一类反式作用因子RNA聚合 酶的识别。
• 原核生物许多功能相关的结构基因，特别 是编码同一代谢途径的酶的基因，一般成 簇排列，能受单一启动子的共同控制，结 果是整簇基因或者都表达或者都不表达。
第十四章基因表达调控
• 1961年，Jacob和Monod提出了细菌基因表达 调控的模型——操纵子学说，解释了原核生 物的基因表达在转录水平上是如何调控的。
第十四章基因表达调控
第十四章基因表达调控
• lacI基因（调节基因）正好与结构基因相邻， 但它不与结构基因属于同一转录单位，它 有自己独立的转录单位，含有自己的启动 子和终止子。
• lacI编码可扩散的产物，理论上它不必位于 结构基因附近。将lacI基因转移到其他任何 地方都能很好地发挥作用，因此lacI的表达 产物属于反式作用因子。
• 操纵子（operon）就是由操纵基因（operator） 以及相邻的若干结构基因所组成的功能单位。 操纵子还包括一个结合RNA聚合酶的启动子。
第十四章基因表达调控
• 操纵基因是位于操纵子前端部分的顺式控 制元件，它能和阻抑蛋白结合，控制结构 基因的转录。阻遏蛋白是调节基因的表达 产物，是参与操纵子调节的反式作用因子。
第十四章基因表达调控
第十四章基因表达调控
（一）、乳糖操纵子的结构
• 乳糖操纵子（lactose operon，lac ）的三个 结构基因成簇排列，编码参与β-半乳糖苷 （如乳糖）分解代谢所需的三种蛋白质： lacZ编码β-半乳糖苷酶，lacY编码β-半乳糖 苷透性酶，lacA编码β-半乳糖苷转乙酰基酶。
• 原核生物操纵子中的全部结构基因从同一 个启动子开始转录成单个mRNA分子。
第十四章基因表达调控
第十四章基因表达调控
1.反式作用因子与顺式作用元件
• 基因表达的产物(蛋白质或RNA)从合成的场 所扩散到目标场所而发挥作用的过程称为 反式作用（trans-acting），此基因表达产物 被称为反式作用因子（trans-acting factor） 。
• 反式作用因子通常为的蛋白质或RNA，其 特征为可以从合成地扩散到目标场所发挥 作用。
第十四章基因表达调控
• 顺式作用（cis-acting）的概念用于任一不转 变为任何其他形式的DNA序列，它只在原 位发挥DNA序列的作用，仅影响与其物理 上相连的DNA序列的活性。
第十四章基因表达调控
• 顺式作用元件（cis-acting factor）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。顺式作用元件通 常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或 内含子中。
第十四章基因表达调控
• lacI基因的表达产物称为乳糖操纵子阻遏蛋 白（lac repressor）。它的功能是阻止结构 基因的表达。因此，乳糖操纵子的调控属 于负调控。
• 阻遏蛋白与lacZYA基因簇开始处的操纵基因 （O lac）结合，阻止RNA聚合酶在启动子的 转录起始而发挥作用。
第十四章基因表达调控
基因活性的调控主要通过反式作用因子 （通常是蛋白质）和顺式作用元件（通常 在DNA上）相互作用而实现。
第十四章基因表达调控
第十四章基因表达调控
2. 结构基因和调节基因
• 结构基因（structural gene）是编码蛋白质或 RNA的任何基因。结构基因编码大量的功 能各异的蛋白质，如组成细胞和组织的结 构蛋白和酶等。
基因丢失； 基因重排；
基因扩增 甲基化修饰；
染色质的结构状态
转录水平调控； RNA的转录后加工； mRNA从核内向胞浆转运； mRNA稳定性
翻译过程； 翻译后加工； 第十四章蛋基白因表质达调的控稳定性
第一节 原核生物的基因表达调控
一、 转录水平的调控－操纵子
• 原核生物的基因调控可以发生在转录和翻 译等不同阶段，但也是以转录水平为主。
第十四章基因表达调控
第十四章基因表达调控
第十四章基因表达调控
4.操纵基因和阻抑蛋白
• 操纵基因（operator）是与启动子相邻的 顺式作用位点，是阻遏蛋白的靶点。阻遏 蛋白（repressor）是调节基因的产物，与 操纵基因的结合可以阻止受调节基因的表 达。
• 当阻遏蛋白与操纵基因结合时，就会阻止 RNA聚合酶启动转录，基因的表达就被关 闭。在无阻抑蛋白时，RNA聚合酶可以识 别受调节基因的启动子，使这种基因得到 表达。
