第三章 基因表达的调控 易 发平 基础医学院生物化学与分子生物学教研室
第三章 基因表达的调控 易 发 平 基础医学院生物化学与分子生物学教研室
在同一机体的各种细胞内含有相同的遗传信息，即相同的结构基因， 它们在各种细胞中并非同时表达，而是根据机体生长、发育、繁殖的 需要，随着环境的变化，有规律的选择性、程序性、适度地表达，以 适应环境，发挥其生理功能。这就是所谓的调控，即基因表达的调节 和控制(regulation and control)。基因表达调控在机体适应环境、 维持自身的生长和增殖及维持个体发育与分化等方面均具有重要的生 物学意义。 整个基因表达的过程分为几个阶段，即基因活化、转录、转录 后加工、翻译、翻译后加工等。在上述各个环节中均存在着基因表达 调控的控制点。基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件
在同一机体的各种细胞内含有相同的遗传信息，即相同的结构基因， 它们在各种细胞中并非同时表达，而是根据机体生长、发育、繁殖的 需要，随着环境的变化，有规律的选择性、程序性、适度地表达，以 适应环境，发挥其生理功能。这就是所谓的调控，即基因表达的调节 和控制（regulation and control）。基因表达调控在机体适应环境、 维持自身的生长和增殖及维持个体发育与分化等方面均具有重要的生 物学意义。 整个基因表达的过程分为几个阶段，即基因活化、转录、转录 后加工、翻译、翻译后加工等。在上述各个环节中均存在着基因表达 调控的控制点。基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件
原核生物和真核生物在基因表达调控的细节上尽管差 异很大，但两者的调控模式却具有惊人的相似性和可比性， 除此之外，原核生物和真核生物的基因表达调控元件也具 有统一性。然而，不管是原核生物还是真核生物，转录环 节是最主要的调控位点。基因调控元件按其属性可分为核 酸和蛋白质两大类，所有基因表达调控模式的实质无非是 两者之间的相互作用，包括核酸分子内或分子间的相互作 用、核酸分子与蛋白分子之间的相互作用以及蛋白分子内 或分子间的相互作用。其中第二种作用尤为重要
原核生物和真核生物在基因表达调控的细节上尽管差 异很大，但两者的调控模式却具有惊人的相似性和可比性， 除此之外，原核生物和真核生物的基因表达调控元件也具 有统一性。然而，不管是原核生物还是真核生物，转录环 节是最主要的调控位点。基因调控元件按其属性可分为核 酸和蛋白质两大类，所有基因表达调控模式的实质无非是 两者之间的相互作用，包括核酸分子内或分子间的相互作 用、核酸分子与蛋白分子之间的相互作用以及蛋白分子内 或分子间的相互作用。其中第二种作用尤为重要
第一节原核生物基因表达的调控 一、转录水平的调控 (一)影响转录的因素 (二)转录的调控机制 二、翻译水平的调控 (一)SD序列对翻译的影响 (二) mRNA的稳定性 (三)翻译产物对翻译的调控 (四)小分子RNA的调控作用
第一节 原核生物基因表达的调控 一、转录水平的调控 （一）影响转录的因素 二、翻译水平的调控 （二）转录的调控机制 （一）SD序列对翻译的影响 （二）mRNA的稳定性 （三）翻译产物对翻译的调控 （四）小分子RNA的调控作用
原核生物mRNA结构的特点： (1)原核生物mRNA往往是多顺反子的，即每分子mRNA 带有几种蛋白质的遗传信息（来自几个结构基因）。 在编码区的序列之间有间隔序列，间隔序列中含有核 糖体识别、结合部位。在5端和3'端也有非编码区。 (2) mRNA5'端无帽子结构，3'端一般无多聚A尾巴。 (3) mRNA一般没有修饰碱基，即这类mRNA的分子链 完全不被修饰
原核生物mRNA结构的特点： （1）原核生物mRNA往往是多顺反子的，即每分子mRNA 带有几种蛋白质的遗传信息（来自几个结构基因）。 在编码区的序列之间有间隔序列，间隔序列中含有核 糖体识别、结合部位。在5‘端和3＇端也有非编码区。 （2） mRNA 5＇端无帽子结构， 3＇端一般无多聚A尾巴。 （3） mRNA一般没有修饰碱基，即这类mRNA的分子链 完全不被修饰
一、转录水平的调控 原核生物基因多以操纵子(operon)的形式存在。操 纵子由调控区与信息区组成，上游是调控区，包括启动子 与操纵基因两部分。启动子是同RNA聚合酶结合并启动转 录的特异性DNA序列，操纵基因是特异的阻遏物结合区。 原核生物基因表达调控的环节，主要在转录水平，其次是 翻译水平
原核生物基因多以操纵子（operon）的形式存在。操 纵子由调控区与信息区组成，上游是调控区，包括启动子 与操纵基因两部分。启动子是同RNA聚合酶结合并启动转 录的特异性DNA序列，操纵基因是特异的阻遏物结合区。 原核生物基因表达调控的环节，主要在转录水平，其次是 翻译水平。 一、转录水平的调控
(一)影响转录的因素 1、启动子 2、σ因子 3、阻遏蛋白 4、正调控蛋白 5、倒位蛋白(inversion protein) 6、RNA聚合酶抑制物 7、衰减子
1、启动子 2、σ因子 3、阻遏蛋白 4、正调控蛋白 5、倒位蛋白（inversion protein） （一）影响转录的因素 6、RNA聚合酶抑制物 7、衰减子
1、启动子 (1)启动子决定转录方向及模板链 基因转录时，σ因子识别并结合-35区，而RNA聚合酶结合于-10区，全酶 结合DNA后覆盖的区域是-40~+20。开始合成RNA后，RNA聚合酶是沿 着信息链的5′3'方向移动，只能以信息链的互补链为模板合成RA
（1）启动子决定转录方向及模板链 1、启动子 基因转录时，σ因子识别并结合-35区，而RNA聚合酶结合于-10区，全酶 结合DNA后覆盖的区域是-40～+20。开始合成RNA后，RNA聚合酶是沿 着信息链的5′ 3′方向移动，只能以信息链的互补链为模板合成RNA
c因子 RNA聚合酶 -35 -10 +1 5'-TAGTGATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG-3 3'-ATCACTAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC-5' 转录 RNA 5 3， AGGUCCACG
5＇—TAGTGATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG—3 ＇ -35 -10 +1 3＇ — ATCACTAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC—5 ＇ AGGUCCACG. . RNA 3 ＇ 转 录 5 ＇ σ因子 RNA聚合酶
(2) 启动子决定转录效率 在E.co1i启动子中，在-35和-10的两个序列称为一致性序 列(consensus sequences)。两个序列中各碱基的出现频率为： -35:T2G78A65C54Ag5;-10:T30Ag5I45A60136。一般说来，强启动子 的序列与上述序列最接近，弱启动子（基因表达较少量的mRNA) 则与上述序列相差较大，这种调控作用与0因子的作用有关。 识别E.co11启动子中一致性序列的o因子主要是070亚单位。 启动子序列与上述序列越接近，σ70与之结合的能力越强
（2）启动子决定转录效率 在E.coli启动子中，在-35和-10的两个序列称为一致性序 列（consensus sequences）。两个序列中各碱基的出现频率为： -35：T82G78A65C54A95；-10：T80A95T45A60T96。一般说来，强启动子 的序列与上述序列最接近，弱启动子（基因表达较少量的mRNA） 则与上述序列相差较大，这种调控作用与σ因子的作用有关。 识别E.coli启动子中一致性序列的σ因子主要是σ70亚单位。 启动子序列与上述序列越接近，σ70与之结合的能力越强