真核生物基因表达的调控精选课件.ppt

关于真核生物基因表达的调控第一页，本课件共有69页w真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所决定基因表达调控真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所决定基因表达调控上的巨大差别。上的巨大差别。w原核生物原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。w真核生物真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组成，每个真核细胞所携带的基因数量及总基因组中蕴藏的遗传胞组成，每个真核细胞所携带的基因数量及总基因组中蕴藏的遗传信息量都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组就包含有信息量都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组就包含有3109bp总总DNA，约为大肠杆菌总，约为大肠杆菌总DNA的的1000倍，是噬菌体总倍，是噬菌体总DNA的的10万倍左右！万倍左右！第二页，本课件共有69页w真核基因表达调控的最显著特征是能在真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定特定时间和特定的细胞中的细胞中激活特定的基因，从而实现激活特定的基因，从而实现预定预定的、有序的、的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。官在一定的环境条件范围内保持正常功能。第三页，本课件共有69页真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类：第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。第四页，本课件共有69页在真核生物中基因表达的调节其特点是:n n（1）多层次;n n（2）无操纵子和衰减子;n n（3）个体发育复杂;n n（4）受环境影响较小;第五页，本课件共有69页w研究基因调控主要应回答研究基因调控主要应回答3个问题：个问题：w什么是诱发基因转录的信号？什么是诱发基因转录的信号？w基因调控主要是在哪一步（模板基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、的转录、mRNA的成熟或蛋白质合成）实现的？的成熟或蛋白质合成）实现的？w不同水平基因调控的分子机制是什么？不同水平基因调控的分子机制是什么？第六页，本课件共有69页真核基因组的一般构造特点真核基因组的一般构造特点在真核细胞中，一条成熟的在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。在原核生物中常见的多基因操纵子形式。真核细胞真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。是裸露的。高等真核细胞高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。基因中间还存在不被翻译的内含子。真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。第七页，本课件共有69页在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因节区一般通过改变整个所控制基因5上游区上游区DNA构型构型来影响它与来影响它与RNA聚合酶的结合能力。聚合酶的结合能力。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。第八页，本课件共有69页w真核生物的真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。间间隔。w许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（和剪接过程（maturation and splicing），），才能顺利地翻译成蛋白质。才能顺利地翻译成蛋白质。第九页，本课件共有69页w基因的典型结构及特点基因的典型结构及特点(1)染色体结构复杂由DNA、组蛋白、非组蛋白等大分子组成。w其基本结构物质是DNA和组蛋白。w核小体是染色质的基本单位。w真核染色体上三要素：DNA复制起始点、着丝点(centromere)和端粒(telomere)。第十页，本课件共有69页(2)DNA顺序重复顺序重复w轻度、中度、高度重复序列三种：w轻度重复序列：单拷贝基因；一个基因组中有一个或几个拷贝的序列；例如结构基因基本上属于不重复序列，如蛋清蛋白、蚕的丝心蛋白等。w中度重复序列：l0个至几百个拷贝的序列;各种rRNA、tRNA及某些结构蛋白基因（如组蛋白基因）。w高度重复序列：从几百到几百万个，通常说的卫星DNA就属于高度重复序列。w重复序列的存在是真核生物重复序列的存在是真核生物DNA区别于原核生物区别于原核生物DNA的一的一个重要特征。个重要特征。第十一页，本课件共有69页(3)基因不连续性基因不连续性(interruptedgene)w基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为不编码的序列所隔开。w不连续基因是通过mRNA和DNA杂交试验发现的。w外显子(exon)：编码序列w内含子(intron)：非编码序列w外显子和内含子的概念与是否编码氨基酸的概念并不相对应。w从不连续基因到成熟mRNA之间存在着一个基因转录的中间体,叫做初级转录物，叫做不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA),这个基因的初级转录物既含有外显子又含有内合子序列，w从不均一核RNA到成熟mRNA要经过一转录后的加工拼接过程。w真核生物基因的不连续性和转录后加工是真核基因有别于原核基因的真核生物基因的不连续性和转录后加工是真核基因有别于原核基因的又一重要特征。又一重要特征。第十二页，本课件共有69页n n在真核生物中也有些基因是不含内含子的，如组蛋白基因及在真核生物中也有些基因是不含内含子的，如组蛋白基因及 型、型、型干扰素基因型干扰素基因、大多数酵母蛋白基因等。、大多数酵母蛋白基因等。n在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子并不连续排列在一起，而常常被长度不等的内含子所隔离，形成镶嵌排列的断裂方式。所以，真核基因有时被称为断裂基因(interrupted gene)。n目前尚不清楚内含子的生理功能。研究发现，只有真核生物具有切除基因中内含子，产生功能型mRNA和蛋白质的能力，原核生物一般不具有这种本领。n如果要在原核细胞里表达真核基因，必须首先构建切除内含子的重组基因，才有可能得到所研究的蛋白质。第十三页，本课件共有69页第十四页，本课件共有69页(4)存在许多基因家族(genefamily)w来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的基因簇或称基因家族。w同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个基因簇；更多的时候，它们却分散在同一染色体的不同部位，甚至位于不同的染色体上，具有各自不同的表达调控模式。第十五页，本课件共有69页简单多基因家族简单多基因家族 简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。在大肠杆菌中，16S，23S和5SrRNA基因联合成一个转录单位，各种rRNA分子都是从这个转录单位上剪切下来的。在真核生物中，前rRNA转录产物的分子量为45S，包括18S，28S和5.8S三个主要rRNA分子。前rRNA分子中至少有100处被甲基化（主要是核糖的2-OH甲基化），原始转录产物也被特异性RNA酶切割降解，产生成熟rRNA分子。5SrRNA作为一个独立的转录单位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成转录。第十六页，本课件共有69页复杂多基因家族复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。海胆的组蛋白基因家族串联单位中的每一个基因分别被转录成单顺反子RNA，这些RNA都没有内含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方向转录，每个基因的转录与翻译速度都受到调节。研究还表明，在一个特定的细胞中，并不是所有串联的单位都得到转录。胚胎发育的不同阶段或不同组织中，有不同的串联单位被转录，暗示可能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机制。第十七页，本课件共有69页(5)存在串联重复基因w其特点是各成员之间有高度的序列一致性甚至完全相同，拷贝数高、非转录的间隔区短而一致。组蛋白基因、rRNA基因、tRNA基因都是串联重复基因，这些基因的产物在细胞中都是大量需要的。第十八页，本课件共有69页真核生物真核生物DNA水平上的基因表达调控水平上的基因表达调控 分子生物学的最新研究表明，在个体发育过程中，用来合成RNA的DNA模板也会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物体的发育。高度重复基因的形成通常与个体分化阶段DNA的某些变化有关。例如，一个成熟的红细胞能产生大量的可翻译出成熟珠蛋白的mRNA，而其前体细胞却不产生珠蛋白。许多情况下，这种变化是由于基因本身或它的拷贝数发生了永久性变化。这种DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，它包括了基因丢失、扩增、重排和移位等方式，通过这些方式可以消除或变换某些基因并改变它们的活性。这些调控方式与转录及翻译水平的调控是不同的，因为它使基因组发生了改变。第十九页，本课件共有69页“开放开放”型活性染色质（型活性染色质（active chromatin）结构对转录的影响）结构对转录的影响 真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之前，染色质常常会在特定的区域被解旋松弛，形成自由DNA。这种变化可能包括核小体结构的消除或改变，DNA本身局部结构的变化等，这些变化可导致结构基因暴露，促进转录因子与启动区DNA的结合，诱发基因转录。用DNA酶I处理各种组织的染色质时，发现处于活跃状态的基因比非活跃状态的DNA更容易被DNA酶I所降解。鸡成红细胞（erythroblast）染色质中，-血红蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。鸡输卵管细胞的染色质中被DNA酶I优先降解的是卵清蛋白基因，而不是-血红蛋白基因。第二十页，本课件共有69页1.1.基因的扩增基因的扩增（amplification）两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增非洲爪蟾的染色体上有约450拷贝编码18Sr RNA和28S rRNA的DNA，在卵母细胞中它们的拷贝数扩大了1000倍.一旦卵母细胞成熟，多余的rDNA就没有用了，将被逐渐降解。受精之后，染色体DNA开始复制，并通过有丝分裂的方式，不断扩大细胞群体。在此期间，多余的rDNA继续被降解，直到分裂产生几百个细胞时，rDNA的过剩现象就不复存在了。基因扩增基因扩增 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。第二十一页，本课件共有69页基因重排基因重排将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。第二十二页，本课件共有69页V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染色体内DNA重组把4个相隔较远的基因片段连接在一起，从而产生了具有表达活性的免疫球蛋白基因。第二十三页，本课件共有69页DNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，这一修饰途径可能存在于所有高等生物中并与基因表达调控密切相关。大量研究表明，DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中。实验证明，这个过程不但与DNA复制起始及错误修正时的定位有关，还通过改变基因的表达参与细胞的生长、发育过程及染色体印迹、X染色体失活等的调控。第二十四页，本课件共有69页DNA的甲基化的甲基化DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7-mG）。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。因为高等生物CpG二核苷酸序列中的C通常是甲基化的，极易自发脱氨，生成胸腺嘧啶。由于这些CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，这段序列往往被称为CpG岛。第二十五页，本课件共有69页DNA甲基化抑制基因转录的机理甲基化抑制基因转录的机理DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。研究表明，当组蛋白H1与含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分别形成复合体时，DNA的构型存在着很大的差别，甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA的过渡。由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的元件缩入大沟而不利于基因转录的起始。有实验用序列相同但甲基化水平不同的DNA为材料，比较其作为RNA聚合酶转录模板的活性，发现甲基的引入不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了其体外转录活性。第二十六页，本课件共有69页5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是随机分布的，基因的5端和3端往往富含甲基化位点，而启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。因为甲基化对转录的抑制强度与MeCPl（methyl CpG-binding protein l）结合DNA的能力成正相关，甲基化CpG的密度和启动子强度之间的平衡决定了该启动子是否具有转录活性。第二十七页，本课件共有69页DNA甲基化与甲基化与X染色体失活染色体失活X染色体失活是发育过程中独特的调节机制。雌性胎生哺乳类动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随机失活，以确保与只有一条X染色体的雄性个体内X染色体基因的剂量相同。一旦发生X染色体失活，这个信息便能够稳定地传递给子代细胞，使该细胞有丝分裂所产生的后代都保持同一条X染色体失活。第二十八页，本课件共有69页真核基因的转录真核基因的转录 顺式元件：顺式元件：(1)(1)核心启核心启动动子成分，如子成分，如TATATATA框；框；(2(2）上游启）上游启动动子成分，如子成分，如CAATCAAT框框,GC,GC框框;（3 3）远远上游上游顺顺序序 ：如增：如增强强子，酵母的子，酵母的UASUAS（upstreamactivatorsequences）等。等。（4 4）特殊）特殊细细胞中的启胞中的启动动子成分：如淋巴子成分：如淋巴细细胞中的胞中的 Oct(Oct(octamer）和和BB。真核基因调控主要也是在转录水平上进行的，受大量特定的顺式作用元件（cis-acting element，又称顺式作用元件）和反式作用因子（transacting factor，又称跨域作用因子）的调控，真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。第二十九页，本课件共有69页 一个完整的基因，不但包括编码区（coding region），还包括5和3端长度不等的特异性序列，它们虽然不编码氨基酸，却在基因表达的过程中起着重要作用。所以，“基因基因”的分子生物的分子生物学定义是：产生一条多肽链或功能学定义是：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序所必需的全部核苷酸序列列。第三十页，本课件共有69页增强子及其对转录的影响增强子及其对转录的影响增强子是指能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。作为基因表达的重要调节元件，增强子通常具有下列性质：1、增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍。2、增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（53或35），甚至和基因相距3kb，或在基因下游，均表现出增强效应；3、大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是产生增强效应时所必需的；4、增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明只有特定的蛋白质（转录因子）参与才能发挥其功能；5、没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；6、许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。EnhancerGene53direction of transcriptionEnhancerEnhancer第三十一页，本课件共有69页增强子可能有如下增强子可能有如下3 3种作用机制：种作用机制：影响模板附近的影响模板附近的DNADNA双螺旋结构，导致双螺旋结构，导致DNADNA双螺旋弯折或在反式因子的参与下，双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间子与启动子之间“成环成环”连接，活化基因连接，活化基因转录；转录；将模板固定在细胞核内特定位置，如连将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于接在核基质上，有利于DNADNA拓扑异构酶改拓扑异构酶改变变DNADNA双螺旋结构的张力，促进双螺旋结构的张力，促进RNARNA聚合聚合酶酶II II在在DNADNA链上的结合和滑动；链上的结合和滑动；增强子区可以作为反式作用因子或增强子区可以作为反式作用因子或RNARNA聚合酶聚合酶II II进进入染色质结构的入染色质结构的“入口入口”。增强子的作用原理是什么呢？第三十二页，本课件共有69页增强子的功能是可以累加的。SV40增强子序列可以被分为两半，每一半序列本身作为增强子功能很弱，但合在一起，即使其中间插入一些别的序列，仍然是一个有效的增强子。因此，要使一个增强子失活必须在多个位点上造成突变。对SV40增强子而言，没有任何单个的突变可以使其活力降低10倍。第三十三页，本课件共有69页 真核生物启动子和增强子是由若干DNA序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺式作用元件。这些序列组成基因转录的调控区，影响基因的表达。在转录调控过程中，除了需要调控区外，还需要反式作用因子。一般认为，如果某个蛋白是体外转录系统中起始RNA合成所必需的，它就是转录复合物的一部分。根据各个蛋白成分在转录中的作用，能将整个复合物分为3部分：反式作用因子反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。w参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性。w与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性。w与特异调控序列结合的转录因子。它们中有些被认为是转录复合物的一部分，因为所有或大部分基因的启动区都含有这一特异序列。更多的则是基因或启动子特异性结合调控蛋白，它们是起始某个（类）基因转录所必需的。反式作用因子反式作用因子第三十四页，本课件共有69页反式作用因子可以分为3类；(1)通用反式作用因子通用反式作用因子，主要识别启动子的核心启动成分，如TBP；（2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的Oct-2；（3）和反应性元件反应性元件（response elenents）相结合的反式作用因子。如HSEHSE（热休克反应元件，heat shock response element），GREGRE（糖皮质激素反应元件glucocorticoid response element）；MREMRE（金属反应元件，metal response element）；TRETRE（肿瘤诱导剂反应元件，tumorgenic agent response element);第三十五页，本课件共有69页(一一)蛋白质直接和蛋白质直接和DNA结合螺旋转角螺旋锌指结构亮氨基拉链螺旋环螺旋同源异形结构同源异形结构域域第三十六页，本课件共有69页 1.1.螺旋转角螺旋螺旋转角螺旋螺旋转角螺旋螺旋转角螺旋（Helix-turn-helix,HTHHelix-turn-helix,HTH）：最初在噬菌体的阻遏蛋白中发现的一种DNA结合结构域。在阻遏蛋白氨基端有5段螺旋，每段螺旋之间折转成一定角度相连接，其中两段负责同DNA结合。螺旋3由9个氨基酸组成，与前面的由7个氨基酸组成的。螺旋2形成一个角度。螺旋3通过氨基酸侧链同DNA碱基之间的氢键同DNA序列相结合，所以,螺旋被称为识别螺旋(recognition helix)。螺旋2则是通过氢键同DNA的磷酸骨架相接触。这种相互作用对于同DNA结合是必需的，但并不控制对靶序列识别的专一性。第三十七页，本课件共有69页2.锌指结构（锌指结构（zincfimger）是一个蛋白质结构域，由重复的半胱氨酸和组氨酸或重复的半胱氨酸在一个金属锌离子四周形成一个四面体的排列。长约30个aa，其中4个氨基酸（Cys或2个Cys，两个His）与一个Zinc原子相结合。与Zinc结合后锌指结构较稳定。第三十八页，本课件共有69页n n最初是在爪蟾最初是在爪蟾(Xenopus laevis)(Xenopus laevis)的的RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII转录因子转录因子(TFIIIA)(TFIIIA)中发现的。中发现的。9 9个串联重复的锌指区组成，每个单个串联重复的锌指区组成，每个单位大约由位大约由3030个氨基酸残基组成。个氨基酸残基组成。基序因在锌结合位点上突出的氨基酸环的形状如同手指，所以称为“指状”结构。这种蛋白质结构域是同DNA或RNA结合的部位。单个的锌指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His n n这这里里x2x2、x5x5代代表表2 2个个和和5 5个个任任何何一一种种氨氨基基酸酸残残基基。根根据据锌锌指指结结构构中中与与锌锌配配位位的的半半胱胱氨氨酸酸(C)(C)和和组组氨氨酸酸(H)(H)的的数数目目和和位位置置，可将指状结构分为可将指状结构分为2 2类。类。型型型型:2Cys/2His:TFIIIA,SP1:2Cys/2His:TFIIIA,SP1 型型型型:2cys/2cys:GAL4:2cys/2cys:GAL4 第三十九页，本课件共有69页亲脂性（amphipathic）的螺旋，包含有许多集中在螺旋一边的疏水氨基酸，两条多肽链以此形成二聚体。每隔6个残基出现一个亮氨酸。由赖氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）组成DNA结合区。（Leucineziipper）同二聚体同二聚体（honwdimers）异二聚体异二聚体（hefercdimers）C-Jun,C-Fos,Myc,3.亮氨酸拉链第四十页，本课件共有69页亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在双螺旋的一侧，所有带电荷的氨基酸残基排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时，亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。由于这类蛋白质都以二聚体形式与DNA结合，两个蛋白质螺旋上的亮氨酸一侧是形成拉链型二聚体的基础。然而，亮氨酸拉链区并不能直接结合DNA，只有肽链氨基端2030个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合。在“拉链”式的蛋白质分子中，亮氨酸以外带电荷的氨基酸形式同DNA结合。不形成二聚体，该碱性区对DNA的亲和力明显降低。所以，这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。第四十一页，本课件共有69页该调控区长约该调控区长约50个个aa残基，同时具残基，同时具有有DNA结合和形成蛋白质二聚体的功能，结合和形成蛋白质二聚体的功能，其主要特点是可形成两个亲脂性其主要特点是可形成两个亲脂性-螺旋，螺旋，两个螺旋之间由环状结构相连，其两个螺旋之间由环状结构相连，其DNA结合功能是由一个较短的富碱性氨基结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。酸区所决定的。在在HLH中带有碱性区的肽链称为中带有碱性区的肽链称为碱碱性性HLH（bHLH，protein）。）。bHLH又又分为两类。分为两类。A类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动物的物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增强子（可和免疫球蛋基因增强子中的元件结合）和果蝇中的元件结合）和果蝇da（daughterless,性别控制的总开关基因）性别控制的总开关基因）的产物；的产物；B类是组织特异性表达的蛋白，包括类是组织特异性表达的蛋白，包括哺乳动物的哺乳动物的MyoD(肌浆蛋白（肌浆蛋白（myogen）基因的转录因子）基因的转录因子果蝇的果蝇的AC-S（achaete-scute无刚毛基因无刚毛基因的产物）的产物）4.螺旋一环一螺旋（HLH）第四十二页，本课件共有69页DNA结合蛋白的共同特性：（1）具有一些与DNA结合的螺旋区，（2）能形成二聚体，（3）有一个共同的基序。基序由4050个氨基酸组成，含有2个两亲的(amphipathic，既有极性基也有非极性基)螺旋，由2个长度不等的连接区(环)相连。通过两条螺旋对应位置上的疏水性氨基酸残基之间的相互作用，可以生成同源二聚体或异源二聚体。每个螺旋区长15一16个氨基酸，其中有几个氨基酸残基是保守的。两个螺旋区之间的环使两个螺旋区可以彼此独立地相互作用。第四十三页，本课件共有69页English Review:Control Of Expression In EukaryoteswEukaryoticgenesarecontrolledindividuallyandeachgenehasspecificcontrolsequencesprecedingthetranscriptionstartsite第四十四页，本课件共有69页Eukaryotes Have Large Complex GeneomeswThehumangenomeisabout3x109basepairsor1mofDNAwBecausehumansarediploid,eachnucleuscontains6x109basepairsor2mofDNAwThatisalottopackintoalittlenucleus!第四十五页，本课件共有69页Eukaryotic DNA Must be PackagedwEukaryoticDNAexhibitsmanylevelsofpackagingwThefundamentalunitisthenucleosome,DNAwoundaroundhistoneproteinswNucleosomesarrangethemselvestogethertoformhigherandhigherlevelsofpackaging.第四十六页，本课件共有69页Highly Packaged DNA Cannot be ExpressedwThemosthighlypackagedformofDNAis“heterochromatin”wHeterochromatincannotbetranscribed,thereforeexpressionofgenesispreventedwChromosomepuffsonsomeinsectchomosomesillustratewhereactivegeneexpressionisgoingon第四十七页，本课件共有69页Only a Subset of Genes is Expressed at any Given TimewIttakeslotsofenergytoexpressgeneswThusitwouldbewastefultoexpressallgenesallthetimewBydifferentialexpressionofgenes,cellscanrespondtochangesintheenvironmentwDifferentialexpression,allowscellstospecializeinmulticelledorganisms.wDifferentialexpressionalsoallowsorganismstodevelopovertime.第四十八页，本课件共有69页DNACytoplasmNucleusGAAAAAAExportDegradationetc.GAAAAAAControl of Gene ExpressionGAAAAAARNAProcessingmRNARNATranscriptionNuclearporesRibosomeTranslationPackagingModificationTransportationDegradation第四十九页，本课件共有69页Logical Expression Control PointswDNApackagingwTranscriptionwRNAprocessingwmRNAExportwmRNAmasking/unmaskingand/ormodificationwmRNAdegradationwTranslationwProteinmodificationwProteintransportwProteindegradationIncreasingcostIncreasingcostThe logical The logical place to place to control control expression is expression is before the before the gene is gene is transcribedtranscribed第五十页，本课件共有69页A“Simple”Eukaryotic GeneTerminatorSequencePromoter/ControlRegionTranscriptionStartSite35RNATranscriptIntronsExon2Exon3Int.2Exon1Int.13UntranslatedRegion5UntranslatedRegionExons第五十一页，本课件共有69页5DNA3EnhancersEnhancerTranscribedRegion35TFTFTF35TFTFTF5RNARNAPol.RNAPol.ManybasesPromoter第五十二页，本课件共有69页Eukaryotic mRNAProteinCodingRegion3UntranslatedRegion5UntranslatedRegionExon2Exon3Exon1AAAAAG353PolyATail5CapwRNAprocessingachievesthreethings:RemovalofintronsAdditionofa5capAdditionofa3tail第五十三页，本课件共有69页Regulation of Gene ExpressionSixstepsatwhicheucaryoticgeneexpressioncanberegulated.DNARNAtranscriptmRNAmRNAinactivemRNAproteininactiveproteinNUCLEUSCYTOSOLtranscriptionalcontrolRNAprocessingcontrolRNAtransportandlocalizationcontroltranslationcontrolmRNAdegradationcontrolproteinactivitycontrol第五十四页，本课件共有69页Translational controlInprinciple,everysteprequiredfortheprocessofgeneexpressioncouldbecontrolled.Predominantform:Controlofinitiationoftranscription.第五十五页，本课件共有69页1.TranscriptionalInitiation:Thisisthemostimportantmodeforcontrolofeukaryoticgeneexpression.promoterelements:enhancersequencescanenhancetheactivityofRNApolymeraseatagivenpromoterbybindingspecifictranscriptionfactors.第五十六页，本课件共有69页 2.Transcript Processing and Modification:Eukaryotic mRNAs must be capped and polyadenylated,and the introns must be accurately removed.Several genes have been identified that undergo tissue-specific patterns of alternative splicing,which generate biologically different proteins from the same gene.第五十七页，本课件共有69页3.RNATransport:AfullyprocessedmRNAmustleavethenucleusinordertobetranslatedintoprotein.4.TranscriptStability:UnlikeprokaryoticmRNAs,whosehalf-livesareallintherangeof1-5minutes,eukaryoticmRNAscanvarygreatlyintheirstability.Certainunstabletranscriptshavesequencesthataresignalsforrapiddegradation.第五十八页，本课件共有69页5.TranslationalInitiation:SincemanymRNAshavemultiplemethioninecodons,theabilityofribosomestorecognizeandinitiatesynthesisfromthecorrectAUGcodoncanaffecttheexpressionofageneproduct.Severalexampleshaveemergeddemonstratingthatsomeeukaryoticproteinsinitiateatnon-AUGcodons.ThisphenomenonhasbeenknowntooccurinE.coliforquitesometime,butonlyrecentlyhasitbeenobservedineukaryoticmRNAs.第五十九页，本课