基因表达调控

根据张涛、裴秀英主编. 生物化学[M]. 2010 整理，禁转。

基因表达就是指在一定调节因素的作用下，DNA分子上特定的基因被激活并转录生成特定的RNA，或进一步翻译成特定蛋白质的过程。

基因表达特点

• 时间特异性
  temporal specificity，指特定基因的表达严格按照特定时间顺序发生，以适应特定分化、发育阶段需要。阶段特异性
• 空间特异性
  spatial specificity， 指多细胞生物体，在某一特定生长发育阶段，同一基因的表达在不同的细胞或组织器官不同。细胞特异性／组织特异性

基因表达方式

• 组成性表达
  constitutive expression， 个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。
  管家基因（housekeeping expression）：基因表达产物通常为生命过程必需的，较少受环境因素的影响。
• 诱导表达和阻遏表达
  诱导表达（induction expression）：在特定环境因素刺激下，基因被激活，使得基因表达产物增加。
  阻遏表达（repression expression）：在特定环境因素刺激下，基因被抑制，使得基因表达产物减少。

基因表达调控

• 正调控
  positive regulation：由于一种特异的调控元件的存在，遗传信息的表达呈定量地增加。
  对诱导信号的应答方式：
  1型应答：信号存在，基因表达速率增加；信号移除，基因表达速率回复基础水平；信号重现，基因表达速率又可重复上升
  2型应答：即使信号持续存在，基因表达速率的增高也呈瞬时性。整个反应过程为“应答-脱敏-恢复”，只有恢复后，才能对新的刺激作出新的反应
  3型应答：即使信号终止后，基因表达的速率依然居高不下，呈持续的应答反应

• 负调控
  negative regulation：由于一种特异的调控元件的存在，遗传信息的表达减少
  双负调控：一个效应基团通过抑制负调节器的功能，产生正调控的后果

• 正、负调控克通过多水平、多层次的调节实现

• 协调表达（coordinate expression）：在一定的机制调控下，功能上相关的一组基因，协调一致共同表达

基因表达调控的基因原理

基因表达的多级调控

基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件，其中转录起始是基因表达的最基本的控制点。

顺式作用和反式作用

• 调节蛋白与DNA序列结合可调节RNA聚合酶活性
• 顺式作用元件（cis-acting element）：在基因旁侧序列中可影响基因表达的特定DNA序列，包括启动子、增强子、负调控序列和可诱导元件等
• 反式作用因子（trans-acting factor）：一般具有DNA结合域和蛋白-蛋白互作结构域，从而可与靶基因的顺式作用元件作用，调节基因的转录
• 顺式调节作用：一个特异基因的顺式作用元件对该基因转录活性的调节
• 反式调节作用：一个特异基因的反式作用元件对该基因转录活性的调节
• 反式作用因子必须通过顺式作用元件才能调节基因的表达

激活基因转录的基本要素

• 特异的DNA序列
  操纵子：通常由两个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成
  操纵序列街道负调节／整条街
• 调节蛋白
  三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白
• DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质互作
• RNA聚合酶
  启动子：由转录起始点、RNA聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成