基因表达调控 (3).ppt

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1、关于基因表达调控 (3)课件现在学习的是第1页，共74页第一节第一节基因表达调控的基本概念基因表达调控的基本概念Basic Conceptions of Gene Expression Regulation现在学习的是第2页，共74页一、基因表达是指基因转录及翻译的过程一、基因表达是指基因转录及翻译的过程 基因组基因组(genome)来自一个生物体的一整套遗传物质。来自一个生物体的一整套遗传物质。是基因转录及翻译的过程，即：生成具有是基因转录及翻译的过程，即：生成具有生物学功能产物的过程。生物学功能产物的过程。 基因表达基因表达(gene expression) 基因表达是受调控的。基因表达是

2、受调控的。现在学习的是第3页，共74页二、基因表达具有时间特异性和空间特异性二、基因表达具有时间特异性和空间特异性（一）时间特异性（一）时间特异性 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段阶段特异性特异性(stage specificity)。现在学习的是第4页，共74页（二）空间特异性（二）空间特异性 基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差基因表达伴

3、随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称以空间特异性又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。 在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，同组织空间顺序出现，称之为基因表达的称之为基因表达的空间空间特异性特异性(spatial specificity)。现在学习的是第5页，共74页三、基因表达的方式及调节存在很大差异三、基因表达的方式及调节存在很大差异按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反

4、应性，基因表达的方式分为： 基本（或组成性）表达基本（或组成性）表达 诱导或阻遏表达诱导或阻遏表达现在学习的是第6页，共74页（一）基本（或组成性）表达（一）基本（或组成性）表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持 续 表 达 ， 通 常 被 称 为持 续 表 达 ， 通 常 被 称 为管 家 基 因管 家 基 因(housekeeping gene)。 无论表达水平高低，管家基因较少受环境无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化多数或几乎全部组织中持续表

5、达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为视为组成性基因表达组成性基因表达(constitutive gene expression)。现在学习的是第7页，共74页（二）有些基因的表达受到环境变化的诱导（二）有些基因的表达受到环境变化的诱导和阻遏和阻遏 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因( (inducible gene) )。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为为诱导诱导(in

6、duction)。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可可阻遏基因阻遏基因(repressible gene)。可阻遏基因表达产物。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为水平降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。现在学习的是第8页，共74页 在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为，即为协调表达协调表达(coordinate expression)，这种，这种调节称为调节称为协调调节协调调节(coordi

7、nate regulation)。现在学习的是第9页，共74页四、基因表达调控为生物体生长、发育四、基因表达调控为生物体生长、发育所必需所必需（一）以适应环境、维持生长和增殖（一）以适应环境、维持生长和增殖生物体所处的内、外环境是在不断变化生物体所处的内、外环境是在不断变化的。通过一定的程序调控基因的表达，可使的。通过一定的程序调控基因的表达，可使生物体表达出合适的蛋白质分子，以便更好生物体表达出合适的蛋白质分子，以便更好地适应环境，维持其生长和增殖。地适应环境，维持其生长和增殖。 现在学习的是第10页，共74页（二）以维持细胞分化与个体发育（二）以维持细胞分化与个体发育在多细胞个体生长、发育

8、的不同阶段，在多细胞个体生长、发育的不同阶段，或同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白或同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布、种类和含量存在很大差异，这质分子分布、种类和含量存在很大差异，这些差异是调节细胞表型的关键。些差异是调节细胞表型的关键。 现在学习的是第11页，共74页第二节第二节基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理Basic Principles of Gene Expression Regulation现在学习的是第12页，共74页一、基因表达调控呈现多层次和复杂性一、基因表达调控呈现多层次和复杂性基因表达的多级调控基因表达的多级调控基因激活基因激活拷贝数拷贝数重排

9、重排甲基化程度甲基化程度转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰蛋白质降解等蛋白质降解等转录起始转录起始现在学习的是第13页，共74页二、基因转录激活受到转录调节蛋白与启二、基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子相互作用的调节动子相互作用的调节基因表达的调节与基因表达的调节与基因基因的结构、性质，生的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外物个体或细胞所处的内、外环境环境，以及细胞内所，以及细胞内所存在的存在的转录调节蛋白转录调节蛋白有关。有关。（一）特异（一）特异DNA序列决定基因的转录活性序列决定基因的转录活性（二）转录调节蛋白可以

10、增强或抑制转录活性（二）转录调节蛋白可以增强或抑制转录活性现在学习的是第14页，共74页原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon) 机制机制特异特异DNA序列序列编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator)现在学习的是第15页，共74页是是RNA聚合酶结合并启动转录聚合酶结合并启动转录的特异的特异DNA序列。序列。1 1、启动序列启动序列RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTG

11、TN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列图图13-1 13-1 五种五种E.coli启动序列的共有序列启动序列的共有序列现在学习的是第16页，共74页 共有序列共有序列(consensus sequence) 决定启动序列决定启动序列的转录活性大小。的转录活性大小。 某些特异因子（蛋白质）某些特异因子（蛋白质）决定决定RNA聚合酶聚合酶对对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。力。现在学习的是第17页，共74页2 2、操纵序列操纵序列 阻

12、遏蛋白阻遏蛋白( (repressor) )的结合位点的结合位点当操纵序列结合有当操纵序列结合有阻遏蛋白阻遏蛋白时，会阻碍时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚合酶不能聚合酶不能沿沿DNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白现在学习的是第18页，共74页3 3、其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白例如：例如： 激活蛋白激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的可结合启动序列邻近的DNA序列，促进序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结聚合酶与启动序列的结合，增强合，

13、增强RNA聚合酶活性。聚合酶活性。 有些基因在没有激活蛋白存在时，有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚合聚合酶很少或完全不能结合启动序列。酶很少或完全不能结合启动序列。现在学习的是第19页，共74页真核生物真核生物1、顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNA序列序列RNA聚合酶聚合酶BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点mRNARNA聚合酶聚合酶BADNA转录起始点转录起始点mRNA图图13-2 顺式作用元件顺式作用元件现在学习的是第20页，共74页 不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些不同真核生物的顺

14、式作用元件中也会发现一些共有序列，如共有序列，如TATA盒、盒、CAAT盒等，这些盒等，这些共有序列是共有序列是RNA聚合酶或特异转录因子的聚合酶或特异转录因子的结合位点。结合位点。现在学习的是第21页，共74页2 2、真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白 还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列的调节序列，调节自身基因的表达，称调节自身基因的表达，称顺式顺式作用作用。 由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。这种调节作用

15、称为其表达。这种调节作用称为反式作用反式作用。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 现在学习的是第22页，共74页cDNAaDNA反式调节反式调节C顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质CbA mRNA蛋白质蛋白质AA图图13-3 反式与顺式作用蛋白反式与顺式作用蛋白现在学习的是第23页，共74页 指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的识别及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。 绝大多数调节蛋白质结

16、合绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋前，需通过蛋白质白质-蛋白质相互作用，形成蛋白质相互作用，形成二聚体二聚体(dimer)或或多聚体多聚体(polymer)。（三）转录调节蛋白通过与（三）转录调节蛋白通过与DNA或与蛋白质相互或与蛋白质相互作用对转录起始进行调节作用对转录起始进行调节现在学习的是第24页，共74页（四）（四）RNA聚合酶与基因的启动序列聚合酶与基因的启动序列/启动子相启动子相结合结合1、原核启动序列、原核启动序列/真核启动子与真核启动子与RNA聚合酶活性聚合酶活性 RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。聚合酶与其的亲和力，影响转录。2、调节蛋白与、调节蛋白与RNA聚合酶活

17、性聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质蛋白质、蛋白质-蛋白质相互蛋白质相互作用影响作用影响RNA聚合酶活性。聚合酶活性。现在学习的是第25页，共74页第三节第三节 原核基因表达调节原核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Prokaryote 现在学习的是第26页，共74页调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始。转录起始。一、原核基因转录调节特点一、原核基因转录调节特点（一一）因子决定因子决定RNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 在转录起始阶段，在转录起始

18、阶段，因子识别特异启动序列因子识别特异启动序列；不同的；不同的因子决定特异基因的转录激活，决定因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA、rRNA和和tRNA基因的转录。基因的转录。 现在学习的是第27页，共74页（二）操纵子模型的普遍性（二）操纵子模型的普遍性 原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位操纵子（操纵子（operon）。一个操纵子只含一个启动序列（）。一个操纵子只含一个启动序列（promoter）及数个可转录的编码基因。通常，这些编）及数个可转录的编码基因。通常，

19、这些编码基因可转录出多顺反子码基因可转录出多顺反子mRNA。原核基因的协调。原核基因的协调表达就是通过调控单个启动基因的活性来完成的表达就是通过调控单个启动基因的活性来完成的。 现在学习的是第28页，共74页（三）原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节（三）原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的开、关调节机制。开、关调节机制。 当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时，就当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时，就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。会发生特异基因的阻遏或去阻遏。现在学习的是第29页，共74页二、操纵子调控模式在原核基因转录起始的二、操

20、纵子调控模式在原核基因转录起始的调节中具有普遍性调节中具有普遍性（一一）乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA现在学习的是第30页，共74页mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二二）乳糖操纵子受阻遏蛋白和乳糖操纵子受阻遏蛋白和CAP的双重调节的双重调节阻遏基因阻遏基因1 1、阻遏蛋白的负性调节、阻遏蛋白的负性调节现在学习的是第31页，共74页mRNA阻遏蛋白阻遏蛋

21、白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶图图13-4 13-4 laclac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节操纵子与阻遏蛋白的负性调节现在学习的是第32页，共74页+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时2、CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP现在学习的是第33页，共74页3 3、协调调节、协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作对该系统不能发挥作用。用。

22、如无如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。合，操纵子仍无转录活性。 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对糖。葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称操纵子的阻遏作用称分解代谢阻分解代谢阻遏遏(catabolic repression)。 现在学习的是第34页，共74页mRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓

23、度低RNA-polOOOO现在学习的是第35页，共74页图13-5CAP、阻遏蛋白、cAMP和诱导剂对lac操纵子的调节（新图） 现在学习的是第36页，共74页三、原核生物具有不同的转录终止调节三、原核生物具有不同的转录终止调节机制机制（一一）不依赖）不依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止（二）依赖（二）依赖RhoRho因子的转录终止因子的转录终止常见于噬菌体中，结构特点不清楚。常见于噬菌体中，结构特点不清楚。 两段富含两段富含GC的反向重复序列，中间间隔若干核的反向重复序列，中间间隔若干核苷酸；苷酸； 下游含一系列下游含一系列T序列。序列。 终止子结构特点：终止子结构特点：现在学习的

24、是第37页，共74页四、原核生物在翻译水平受到多四、原核生物在翻译水平受到多个环节的调节个环节的调节 （一）蛋白质分子结合于启动序列或启动序列周（一）蛋白质分子结合于启动序列或启动序列周围进行自我调节围进行自我调节 调节蛋白结合调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核蛋白体识靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译。别翻译起始区，从而阻断翻译。 调节蛋白一般作用于自身调节蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的，抑制自身的合成，称合成，称自我控制自我控制(autogenous control)。 现在学习的是第38页，共74页（二）反义（二）反义RNA结合结合mRNA翻译起始部位的互补翻译起始

25、部位的互补序列对翻译进行调节序列对翻译进行调节 可调节基因表达的可调节基因表达的RNA称为调节称为调节RNA。 细菌中含有与特定细菌中含有与特定mRNA翻译起始部位互补的翻译起始部位互补的RNA，通过与，通过与mRNA杂交阻断杂交阻断30S小亚基对起小亚基对起始密码子的识别及与始密码子的识别及与SD序列的结合，抑制翻译序列的结合，抑制翻译起始。这种调节称为起始。这种调节称为反义控制反义控制(antisense control)。现在学习的是第39页，共74页第四节第四节 真核基因表达调节真核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Eukaryote现在学习

26、的是第40页，共74页一、真核基因组具有独特的结构特点一、真核基因组具有独特的结构特点（一）真核基因组结构庞大一）真核基因组结构庞大 哺乳类动物基因组哺乳类动物基因组DNA 约约 3109碱基对。碱基对。 人编码基因人编码基因约约4万个万个，编码序列仅占总长的编码序列仅占总长的1%。 rDNA等重复基因等重复基因约占约占5%10%。现在学习的是第41页，共74页（二）真核基因转录产物为单顺反子二）真核基因转录产物为单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个即一个编码基因转录生成一个mRNA分子，分子，经翻译生成一条多肽链。经翻译生成一条多肽链。（三）真核基因

27、组含有大量的重复序列三）真核基因组含有大量的重复序列单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（106 次）次）中度重复序列（中度重复序列（103 104次）次）多拷贝序列多拷贝序列现在学习的是第42页，共74页 真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因表达的调控区。在编码基因内序列，往往是基因表达的调控区。在编码基因内部尚有内含子（部尚有内含子（intron）、外显子（）、外显子（exon）之分）之分，因此真核基因是不连续的。，因此真核基因是不连续的。 （四）真核基因中存在非编码序列和间隔区，故四）真核基因中

28、存在非编码序列和间隔区，故：具有不连续性：具有不连续性现在学习的是第43页，共74页二、真核基因表达调控更为复杂二、真核基因表达调控更为复杂（一）真核细胞内含有多种一）真核细胞内含有多种RNA聚合酶聚合酶真核真核RNA聚合酶有三种，即聚合酶有三种，即RNA pol I、II及及 III，分别负责三种，分别负责三种RNA转录。转录。 现在学习的是第44页，共74页（二）处于转录激活状态的染色质结构发生明显二）处于转录激活状态的染色质结构发生明显变化变化对核酸酶敏感对核酸酶敏感DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象存在；基因活化后基因活化后:

29、RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结活化基因常有超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。合位点附近。现在学习的是第45页，共74页DNA碱基的甲基化修饰变化碱基的甲基化修饰变化 真核真核DNA约有约有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。组蛋白变化组蛋白变化 富含富含Lys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 H2AH2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋白组蛋白H3、H4发生乙酰化、甲基化或磷酸发生乙酰化、甲基化或磷酸化修饰化修饰现在学习的是第46页，共74页图图13

30、-6 13-6 组蛋白结构及其化学修饰组蛋白结构及其化学修饰A. 组蛋白与组蛋白与DNADNA组成的核小体；组成的核小体；B. 组蛋白的氨基端伸出核小体，形成组蛋白尾巴组蛋白的氨基端伸出核小体，形成组蛋白尾巴；C. 四种组蛋白组成的八聚体四种组蛋白组成的八聚体现在学习的是第47页，共74页 组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直接影响染相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构，以及化学修饰征集了其他色质或核小体的结构，以及化学修饰征集了其他调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋调控基因转录的

31、蛋白质，为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。这些理论构成了白结合搭建了一个平台。这些理论构成了“组蛋组蛋白密码白密码”的假说。的假说。现在学习的是第48页，共74页组蛋白组蛋白氨基酸残基位点氨基酸残基位点修饰类型修饰类型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色质浓缩染色质浓缩H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙酰化乙酰化激活激活H3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙酰化乙酰化防止防止Lys-9的甲基化的甲基化H3Lys-79甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默H4Arg-3甲基化甲基化H4Lys-5乙酰化乙酰化

32、装配装配H4Lys-12乙酰化乙酰化装配装配H4Lys-16乙酰化乙酰化核小体装配核小体装配H4Lys-16乙酰化乙酰化Fly X激活激活组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响 现在学习的是第49页，共74页（三三）在真核基因表达调控中以正性调节占主导）在真核基因表达调控中以正性调节占主导 采用正性调节机制更精确采用正性调节机制更精确：一个负性调节元件的结：一个负性调节元件的结合足可阻断合足可阻断RNA聚合酶的结合，因此同时采用几个聚合酶的结合，因此同时采用几个负性调节元件一般不会改变特异性；相反，如果采负性调节元件一般不会改变特异性；相反，如果采用多种正性调节元

33、件、正性调节蛋白可提高基因表用多种正性调节元件、正性调节蛋白可提高基因表达调节的特异性和精确性。达调节的特异性和精确性。 采用负性调节不经济采用负性调节不经济：在正性调节中，大多数基因：在正性调节中，大多数基因不结合调节蛋白，所以是没有活性的；只要细胞表不结合调节蛋白，所以是没有活性的；只要细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。现在学习的是第50页，共74页（四四）在真核细胞中转录与翻译分隔进行）在真核细胞中转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工更为复杂五）转录后修饰、加工更为复杂 真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录真核细胞有细胞核及胞浆等

34、区间分布，转录与翻译在不同细胞部位进行，转录在细胞核，翻与翻译在不同细胞部位进行，转录在细胞核，翻译在细胞浆。因此，转录与翻译产物的分布、定译在细胞浆。因此，转录与翻译产物的分布、定位等环节均可以被调控。位等环节均可以被调控。现在学习的是第51页，共74页三、三、RNA Pol I和和Pol III转录体系的调节转录体系的调节相对简单相对简单（一）（一）RNA Pol I转录体系转录体系 RNA Pol I的转录产物只有的转录产物只有rRNA前体，经剪接修前体，经剪接修饰生成除饰生成除5S rRNA外的各种外的各种rRNA。 启动子元件包括：启动子元件包括：核心元件核心元件(core elem

35、ent)或或核心核心启动子启动子(core promoter)和和上游控制元件上游控制元件(upstream control element, UCE)。 现在学习的是第52页，共74页（二）（二）RNA Pol III转录体系转录体系 RNA Pol III的转录产物：多种小分子的转录产物：多种小分子RNA，包括，包括tRNA、5S rRNA和一部分小核和一部分小核RNA。 启动子位于转录起始点下游，称启动子位于转录起始点下游，称内部控制区内部控制区(internal control regions, ICR)。 现在学习的是第53页，共74页（一）真核基因顺式作用元件影响基因转录活性一）真

36、核基因顺式作用元件影响基因转录活性启动子启动子真核基因启动子是真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录转录起始点起始点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒四、四、RNA Pol II转录起始的调节转录起始的调节非常复杂非常复杂现在学习的是第54页，共74页CCAAT盒盒GC盒盒TATA盒盒转录起始点转录起始点高等真核生物高等真核生物上游激活序上游激活序列（列（UAS）TATA盒盒转录起始点转录起始点酵母酵母图图13-7 真核基因启动子的典型结构真核基因启动子的典型结构

37、现在学习的是第55页，共74页增强子增强子(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的间特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。序列。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。 沉默子沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。现在学习的是第56页，共74页（二）反式作用因子是真核细胞中重要的转录调二）反式作用因子是真核细胞中重要的转录调控蛋白控蛋白转录调节因子分

38、类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。现在学习的是第57页，共74页特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为个别基因转录所必需，决定该基因的为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。 转录激活因子转录激活因子 转录抑制因子转录抑制因子现在学习的是第58页，

39、共74页转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域现在学习的是第59页，共74页最常见的最常见的DNA结合域：结合域：锌指锌指(zinc finger)C CysH His常结合常结合GC盒盒现在学习的是第60页，共74页ZnCysHis图图13-8 锌指结构锌指结构现在学习的是第61页，共74页 a a-螺旋螺旋常结合常结合CAAT盒盒碱性螺旋碱性螺旋- -环环- -螺旋螺旋碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链 现在学习的是第

40、62页，共74页（三（三）mRNA转录激活需要转录起始复合物的形转录激活需要转录起始复合物的形成成真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成转在转录因子帮助下，形成转录起始复合物。录起始复合物。PolTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP DNATATAEBPTBP图图13-9 转录起始复合物的形成转录起始复合物的形成 现在学习的是第63页，共74页五、五、RNA Pol II转录终止的调节机制尚转录终止的调节机制尚不清楚不清楚（一）（一）HIV基因组转录终止调节基因组转录终止调节（二）热休克蛋白基因的转录终止调节（二）热休克蛋白基因的转录终止调节病毒蛋白病毒蛋白Tat与转录产

41、物与转录产物5端特异端特异RNA序列结合，序列结合，并与宿主蛋白质、并与宿主蛋白质、RNA Pol II相互作用，阻止相互作用，阻止HIV基因基因组转录的提早终止。组转录的提早终止。 在应激条件下暂时性停止大多数基因的转录和翻在应激条件下暂时性停止大多数基因的转录和翻译，启动一套能够提高细胞生存能力的蛋白质即热休克译，启动一套能够提高细胞生存能力的蛋白质即热休克蛋白蛋白(heat shock protein)的表达。的表达。 现在学习的是第64页，共74页六、转录后水平的调节也是基六、转录后水平的调节也是基因表达调控的重要环节因表达调控的重要环节（一）（一）hnRNA加工成熟的调节加工成熟的调

42、节（二）（二）mRNA运输、胞浆内稳定性的调节运输、胞浆内稳定性的调节加工过程包括加帽、加尾、剪接、碱基加工过程包括加帽、加尾、剪接、碱基修饰和编辑等。修饰和编辑等。 通过与蛋白质结合形成通过与蛋白质结合形成核蛋白体复合物核蛋白体复合物(ribonucleoprotein, RNP)进行。进行。 现在学习的是第65页，共74页七、基因表达在翻译水平以及翻译后阶七、基因表达在翻译水平以及翻译后阶段仍然可以受到调节段仍然可以受到调节 （一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化（一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行修饰进行蛋白质合成速率的快速变化在很大程度上取决蛋白质合成速率的快速变

43、化在很大程度上取决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起始因子（于起始水平，通过磷酸化调节翻译起始因子（eukaryotic initiation factor, eIF）的活性对起始）的活性对起始阶段有重要的控制作用。阶段有重要的控制作用。现在学习的是第66页，共74页（二）（二）RNA结合蛋白参与了对翻译起始的调节结合蛋白参与了对翻译起始的调节RNA结合蛋白（结合蛋白（RNA binding protein, RBP），是指），是指那些能够与那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。特异序列结合的蛋白质。基因表达的许多调节环节都有基因表达的许多调节环节都有RBP的参与，如前述的参与，如前述转录终止、

44、转录终止、RNA剪接、剪接、RNA转运、转运、RNA胞浆内稳胞浆内稳定性控制以及翻译起始等。定性控制以及翻译起始等。 现在学习的是第67页，共74页（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速调（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达控基因表达 新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学功能的重要影响因素功能的重要影响因素。因此，通过对新生肽链的。因此，通过对新生肽链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位或亚细胞器保持在合适的水平。位或亚细胞器保持在合适的水平。 许多蛋白质需要在合成后经过特定的

45、修饰才具有许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具有功能活性功能活性。通过对蛋白质的可逆的磷酸化、甲基化、。通过对蛋白质的可逆的磷酸化、甲基化、酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作用，是基酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作用，是基因表达的快速调节方式。因表达的快速调节方式。 现在学习的是第68页，共74页是一大家族小分子非编码单链是一大家族小分子非编码单链RNA，长度约，长度约2025个碱基，由一段具有发夹环结构，长度为个碱基，由一段具有发夹环结构，长度为7090个碱基的单链个碱基的单链RNA 前体前体(pre-miRNA)经经Dicer酶剪切后形成。酶剪切后形成。 （四）小分子（四）小

46、分子RNA对基因表达的调节十分复杂对基因表达的调节十分复杂1微小微小RNA (microRNA, miRNA)现在学习的是第69页，共74页 其长度一般为其长度一般为2025个碱基；个碱基； 在不同生物体中普遍存在；在不同生物体中普遍存在； 其序列在不同生物中具有一定的保守性；其序列在不同生物中具有一定的保守性； 具有明显的表达阶段特异性和组织特异性；具有明显的表达阶段特异性和组织特异性； miRNA 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，大多位于基因间隔区。存在于基因组中，大多位于基因间隔区。 nmiRNA的特点：的特点：现在学习的是第7

47、0页，共74页 是细胞内一类双链是细胞内一类双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度(2123个碱基个碱基)和特定序列的小片段和特定序列的小片段RNA。 双链双链siRNA参与参与RISC组成，与特异的靶组成，与特异的靶mRNA完全互补完全互补结合，导致靶结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程。降解，阻断翻译过程。 由由siRNA介导的基因表达抑制作用被称为介导的基因表达抑制作用被称为RNA干涉干涉(RNA interference，RNAi)。2小干扰小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)现在学习的是第71页，共74页图13-10 RNA干扰作用机制（新图） 现在学习的是第72页，共74页 30bp 双链双链RNA（dsRNA）水解生成水解生成21-23nt siRNA 5335 RISC形成形成 识别特异序列识别特异序列并使其降解并使其降解RNA干扰作干扰作用机制用机制现在学习的是第73页，共74页感谢大家观看现在学习的是第74页，共74页