第13章基因表达调控课件.ppt

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1、第13章基因表达调控第1页，此课件共79页哦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第2页，此课件共79页哦基因经过基因经过转录转录、翻译翻译，产生具有，产生具有生物学功生物学功能能的的产物产物的过程。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受调控的!基因基因（genegene）：）：负载负载特定特定遗传信息遗传信息的的DNA片段片段。一个生。一个生物体的一整套遗传物质称为物体的一整套遗传物质称为基因组基因组。一、基因表达一、基因表达:指

2、基因转录及翻译过程指基因转录及翻译过程第3页，此课件共79页哦中心法则中心法则(central dogma)第4页，此课件共79页哦ReplicationReplicationReverseTranscriptionTranscriptionTranslationDNARNAProtein 基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)第5页，此课件共79页哦二、基因表达具有时间和空间特异性二、基因表达具有时间和空间特异性（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功能需要，某一特定基因的表达严格按按特定的时间顺序发生特定的时间顺序

3、发生，称之为基因表达，称之为基因表达的的时间特异性时间特异性(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阶段特异性段特异性(stage specificity)。第6页，此课件共79页哦（二）空间特异性（二）空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell or tissue specificity)。个个体体生生长长发发育育过过程程

4、中中，同同种种基基因因产产物物在在不不同同组组织织表表达达水水平平不不一一样样，称称之之为为基基因因表表达达的的空空间特异性间特异性。第7页，此课件共79页哦三、基因表达方式三、基因表达方式按对刺激的反应性，基因按对刺激的反应性，基因表达的方式表达的方式分为：分为：基本基本(组成性组成性)表达表达诱导或阻遏表达诱导或阻遏表达第8页，此课件共79页哦（一）基本（组成性）表达（一）基本（组成性）表达某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续 表表 达达，通通 常常 被被 称称 为为管管 家家 基基 因因(housekeeping gene)。管管家家基基因因较较少

5、少受受环环境境因因素素影影响响，在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，这这类类基基因因表表达达被被视视为为基基本本基基因因表表达达(constitutive gene expression)。第9页，此课件共79页哦（二）有些基因的表达受到环境变化的（二）有些基因的表达受到环境变化的诱导和阻遏诱导和阻遏在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的基基因因被被激激活活，基基因因表表达达产产物物增增加加，这这种种基基因因称称为为可诱导基因可诱导基因(inducible gene)。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中

6、表表达达增增强强的的过过程程，称为称为诱导诱导(induction)。如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物水平降低的过程称为物水平降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。第10页，此课件共79页哦在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，均均需需协协调调 一一 致致、共共 同同 表表 达达，即即 为为 协协 调调 表表 达达(coordinate expression)，这这种种调调节节称称为为协协调调节调调节

7、(coordinate regulation)。第11页，此课件共79页哦四、基因表达调控为生物体生长、四、基因表达调控为生物体生长、发育所必需发育所必需（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的。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，可使生物体表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，以便达出合适的蛋白质分子，以便更好地适应环境，更好地适应环境，维持其生长和增殖。维持其生长和增殖。第12页，此课件共79页哦（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

8、、发育的不同阶在多细胞个体生长、发育的不同阶段，或同一生长发育阶段，不同组织器段，或同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布、种类和含量存在官内蛋白质分子分布、种类和含量存在很大差异，这些差异是很大差异，这些差异是调节细胞表型调节细胞表型的的关键。关键。第13页，此课件共79页哦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第14页，此课件共79页哦一、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转录水平转录水平的调控的调控的调控的

9、调控transcriptional level:转录激活、转录激活、转录起始转录起始;转录后水平转录后水平转录后水平转录后水平的调控的调控post-transcriptional levelpost-transcriptional level：转录后加工、运输、转录后加工、运输、转录后加工、运输、转录后加工、运输、mRNAmRNA编辑编辑编辑编辑;翻译水平翻译水平的调控的调控translation leveltranslation level：翻译的起始翻译的起始;翻译后水平翻译后水平的调控的调控的调控的调控post-translation levelpost-translation leve

10、l 翻译后的加工、转运、蛋白质降解翻译后的加工、转运、蛋白质降解.第15页，此课件共79页哦二、基因转录激活受到转录调节蛋白二、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与启动子相互作用的调节 基基因因表表达达的的调调节节与与基基因因的的结结构构、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处的的内内、外外环环境境，以以及及细细胞内所存在的转录调节蛋白有关。胞内所存在的转录调节蛋白有关。（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第16页，此课件共79页哦原核生物原核生物 蛋白质因

11、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)第17页，此课件共79页哦是是RNA聚合酶结合并启动聚合酶结合并启动转录的特异转录的特异DNA序列。序列。1、启动序列、启动序列（启动子）（启动子）RNARNA转录起始转录起始转录起始转录起始-35-35区区区区-10-10区区区区TTGACATTGACATTAACTTTAACTTTTACATTTACATATGATTATGATTTTACATTTACATATGTTTATGTTTTGATATTGATATATAA

12、TTATAATCTGACGCTGACGTACTGTTACTGTN N1717N N1616N N1717N N1616N N1616N N7 7N N7 7N N6 6N N7 7N N6 6A AA AA AA AA Atrptrp tRNA tRNATyrTyrlaclacrecrecA AAra Ara BADBAD TTGACA TTGACA TATAAT TATAAT共有序列共有序列共有序列共有序列图图图图13-1 13-1 五种五种五种五种E.coliE.coli启动序列的共有序列启动序列的共有序列启动序列的共有序列启动序列的共有序列第18页，此课件共79页哦共共有有序序列列(co

13、nsensus sequence)决决定定启启动动序列的转录活性大小。序列的转录活性大小。某某些些特特异异因因子子（蛋蛋白白质质）决决定定RNA聚聚合合酶酶对对一一个个或或一一套套启启动动序序列列的的特特异异性性识识别和结合能力。别和结合能力。第19页，此课件共79页哦2、操纵序列操纵序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNA聚聚合酶不能沿合酶不能沿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po

14、l阻遏蛋白阻遏蛋白第20页，此课件共79页哦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：激激活活蛋蛋白白(activator)可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNA，促促进进RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结合，结合，增强增强RNA聚合酶活性聚合酶活性。有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时时，RNA聚聚合酶很少或完全不能结合启动序列。合酶很少或完全不能结合启动序列。第21页，此课件共79页哦真核生物真核生物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

15、RNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶B BA ADNADNA编码序列编码序列编码序列编码序列转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点mRNAmRNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶B BA ADNADNA转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点mRNAmRNA第22页，此课件共79页哦不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列，如如TATA盒盒、CAAT盒盒等等，这这些些共共有有序序列列是是RNA聚聚合酶或特异转录因子的结合位点。合酶或特异转录因子的结合位点。第23页，此课件共79页哦2 2、真核基因的调节蛋白、真核基因的调节蛋白还还有有蛋蛋

16、白白质质因因子子可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺顺式作用式作用。由由某某一一基基因因表表达达产产生生的的蛋蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互互作作用用，调调节其表达。这种调节作用称为节其表达。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)第24页，此课件共79页哦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图图图图13-3 13-3 反式与顺式

17、作用蛋白反式与顺式作用蛋白反式与顺式作用蛋白反式与顺式作用蛋白第25页，此课件共79页哦指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合（蛋蛋白白质质-DNA）。通通通通常常常常是是是是非非非非共共共共价价价价结结结结合合合合，被被被被识识识识别别别别的的的的DNA结结合合位位点点通通常常呈呈对对称、或不完全对称结构。称、或不完全对称结构。部部分分调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNADNA前前前前，需需需需通通通通过过过过蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，形形成成二二聚聚体体(dimer)(dimer)或或或或多多多多聚聚聚聚体体

18、体体(polymer)。（三）转录调节蛋白通过与（三）转录调节蛋白通过与DNA或与蛋白质或与蛋白质相互作用对转录起始进行调节相互作用对转录起始进行调节第26页，此课件共79页哦（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/启动子相结合启动子相结合1、原核、原核/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聚合酶活性聚合酶活性一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号刺刺激激下下表表达达，然然后后通通过过DNA-蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质-蛋白质蛋白质相互

19、作用影响相互作用影响RNA聚合酶活性。聚合酶活性。第27页，此课件共79页哦第三节第三节 原核基因表达调节原核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Prokaryote 第28页，此课件共79页哦原核生物原核生物第29页，此课件共79页哦大肠杆菌大肠杆菌DNA DNA 大肠杆菌大肠杆菌4000K4000K3000K3000K2000K2000K1000K1000K0 0OriCOriCTerCTerCC-Value:4.6106bp第30页，此课件共79页哦主要环节在转录起始，以负控制为主主要环节在转录起始，以负控制为主。一、原核基因转录调节特点一、原核

20、基因转录调节特点核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)RNA聚合酶聚合酶第31页，此课件共79页哦（一）（一）决定决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 在在转转录录起起始始阶阶段段，因因子子识识别别特特异异启启动动序序列列；不不同同的的因因子子决决定定特特异异基基因因的的转转录录激激活活，决决定定mRNA、rRNA和和tRNA基因的转录。基因的转录。第32页，此课件共79页哦（二）操纵子模型的普遍性（二）操纵子模型的普遍性 原原核核生生物物绝绝大大多多数数基基因因按按功功能能相相关关性性成成簇簇地地串串联联，共共同同组组成成一一个个转转录录单单位位操

21、操纵纵子子（operon）。一一个个操操纵纵子子只只含含一一个个启启动动序序列列（promoter）及及数数个个可可转转录录的的编编码码基因。基因。第33页，此课件共79页哦 tayz opStructural genepromoter启动子（序列）启动子（序列）promoter terminator终止子终止子 terminatoroperator操纵元件操纵元件 operator操纵子结构示意图操纵子结构示意图第34页，此课件共79页哦（三）原核操纵子受到阻遏蛋白的负性（三）原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节调节原核基因调控普遍涉及原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与特异阻遏蛋白参与的开、关

22、调节机制的开、关调节机制。当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时，就会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。发生特异基因的阻遏或去阻遏。第35页，此课件共79页哦要点回顾基因、基因组、基因表达基因表达的特异性及表达方式类型管家基因及基本表达基因表达调控的主要阶段及核心阶段原核生物操纵子以负调控为主乳糖操纵子结构模式图第36页，此课件共79页哦IDNAZYAOP阻遏基因阻遏基因OCAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列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 调控区调控区 结构基因结构基因（一）（一）乳糖操纵子乳糖操纵子(lac o

23、peron)(lac operon)的结构的结构二、操纵子调控模式在原核基因转录起始的调节二、操纵子调控模式在原核基因转录起始的调节中具有普遍性中具有普遍性第37页，此课件共79页哦半乳糖的生成半乳糖的生成诱诱导导物物的的结结构构异丙基硫代半乳糖苷异丙基硫代半乳糖苷第38页，此课件共79页哦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）乳糖操纵子受阻遏蛋白和（二）乳糖操纵子受阻遏蛋白和CAP双重调节双重调节阻遏基因阻遏基因1、阻遏蛋白的负性调节、阻遏蛋白的负性调节第39页，此课件共79页哦mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpo

24、l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第40页，此课件共79页哦+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第41页，此课件共79页哦3、协调调节、协调调节当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，CAP对对该该系系统统不不能能发挥作用。发挥作用。如如无无CAP存存在在，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵序序列结合，操纵子仍几无转录活性。列结合，操纵子仍几无转录活性。单单纯纯乳乳糖糖存存在在时时，细细菌菌利利用用乳乳糖糖

25、作作碳碳源源；若若有有葡葡萄萄糖糖或或葡葡萄萄糖糖/乳乳糖糖共共同同存存在在时时，细细菌菌首首先先利利用用葡葡萄萄糖糖。葡葡萄萄糖糖对对 lac 操操纵纵子子的的阻阻遏遏作作用用称称分分解解代谢阻遏代谢阻遏。第42页，此课件共79页哦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浓度低浓度低RNA-polOOOO第43页，此课件共79页哦三、原核生物具有不同的转录终止三、原核生物具有不同的转录终止调节机制调节机制（一）不依赖（一）不依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止（二）依赖（二）依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止两段

26、两段富含富含GC的的反向重复序列反向重复序列，中间间，中间间隔若干核苷酸；隔若干核苷酸；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：终止调节方式：终止调节方式：衰减衰减、抗终止抗终止第44页，此课件共79页哦四、原核生物在翻译水平受到多个四、原核生物在翻译水平受到多个环节的调节环节的调节 （一）蛋白质分子结合于（一）蛋白质分子结合于启动序列启动序列或启动序列周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，靶位点，阻止核蛋白体识别阻止核蛋白体识别翻译起始区翻译起始区，从而阻断翻译。，从而阻断翻译。调节蛋白一般调节蛋白一般作用于自身作用于

27、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)。第45页，此课件共79页哦（二）（二）反义反义RNA结合结合mRNA翻译起始部位翻译起始部位的互补序列对翻译进行调节的互补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称为称为调节调节RNA。细细菌菌中中含含有有与与特特定定mRNA翻翻译译起起始始部部位位互互补补的的RNA，通通过过与与mRNA杂杂交交阻阻断断30S小小亚亚基基对对起起始始密密码码子子的的识识别别及及与与SD序序列列的的结结合合，抑抑制制翻翻译译起起始始。这这种种调调节节称称为为反反义义控控制制(antise

28、nse control)。第46页，此课件共79页哦第四节第四节 真核基因表达调节真核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Eukaryote 第47页，此课件共79页哦一、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）（一）真核基因组结构庞大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。人的基因约人的基因约4万个，编码序列仅占万个，编码序列仅占1%。rDNA等等重复基因重复基因约占约占5%10%。第48页，此课件共79页哦（二）（二）真核基因转录产物为单顺反子真核基因转录产物为单顺反子单顺

29、反子单顺反子(monocistron)即即一一个个编编码码基基因因转转录录生生成成一一个个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。分子，经翻译生成一条多肽链。（三）（三）真核基因组含有大量的重复序列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第49页，此课件共79页哦编码编码rRNA和和tRNA基因中串连重复序列拷贝数基因中串连重复序列拷贝数第50页，此课件共79页哦 真核结构基因两侧存在有不被转录的非编真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是

30、基因表达的调控区。在编码基码序列，往往是基因表达的调控区。在编码基因内部尚有因内部尚有内含子内含子（intron）、）、外显子外显子（exon）之分，因此真核基因是不连续的。之分，因此真核基因是不连续的。（四）（四）真核基因中存在非编码序列和间隔区真核基因中存在非编码序列和间隔区第51页，此课件共79页哦二、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。第52页，此课件共79页哦（二）处于转录激活

31、状态的染色质结构发生（二）处于转录激活状态的染色质结构发生明显变化明显变化1.对核酸酶敏感对核酸酶敏感2.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均以负性超螺旋构象存在；基因活化后存在；基因活化后: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转录方向转录方向活化基因常有活化基因常有超敏位点超敏位点，位于调节，位于调节蛋白结合位点附近。蛋白结合位点附近。第53页，此课件共79页哦3.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%的的胞嘧啶被甲基化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。4

32、.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发生发生乙酰化乙酰化、甲基化甲基化或或磷酸化磷酸化修饰修饰第54页，此课件共79页哦组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白氨基酸残基位点氨基酸残基位点氨基酸残基位点氨基酸残基位点修饰类型修饰类型修饰类型修饰类型功功功功 能能能能H3H3Lys-4Lys-4甲基化甲基化甲基化甲基化激活激活激活激活H3H3Lys-9Lys-9甲基化甲基化甲基化甲基化染色质浓缩染色质浓缩染色质浓缩染色质浓缩H3H3Lys-9Lys-9甲基化甲基化甲基化甲基化DNADNA甲基化所必需甲基化所必需甲基

33、化所必需甲基化所必需H3H3Lys-9Lys-9乙酰化乙酰化乙酰化乙酰化激活激活激活激活H3H3Ser-10Ser-10磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化激活激活激活激活H3H3Lys-14Lys-14乙酰化乙酰化乙酰化乙酰化防止防止防止防止Lys-9Lys-9的甲基化的甲基化的甲基化的甲基化H3H3Lys-79Lys-79甲基化甲基化甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默端粒沉默端粒沉默H4H4Arg-3Arg-3甲基化甲基化甲基化甲基化H4H4Lys-5Lys-5乙酰化乙酰化乙酰化乙酰化装配装配装配装配H4H4Lys-12Lys-12乙酰化乙酰化乙酰化乙酰化装配装配装配装配H4H4Lys-16Lys-16乙酰

34、化乙酰化乙酰化乙酰化核小体装配核小体装配核小体装配核小体装配H4H4Lys-16Lys-16乙酰化乙酰化乙酰化乙酰化Fly XFly X激活激活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 第55页，此课件共79页哦（三）在真核基因表达调控中以（三）在真核基因表达调控中以正性调节占主导正性调节占主导采用采用正性调节机制更精确正性调节机制更精确：采用多种正性：采用多种正性调节元件、正性调节蛋白可提高基因表达调节元件、正性调节蛋白可提高基因表达调节的调节的特异性特异性和和精确性精确性。第56页，此课件共79页哦采用负性调节不经济采用负性调节不经济：在正性调节中，：在

35、正性调节中，大多数基因不结合调节蛋白，所以大多数基因不结合调节蛋白，所以是没有活性的；只要细胞表达一组是没有活性的；只要细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。活。第57页，此课件共79页哦（四）在真核细胞中转录与翻译分隔进行（四）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，真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转转录与翻译在不同细胞部位进行录与翻译在不同细胞部位进行，转录在细胞核，转录在细胞核，翻译在细胞浆。因此，转录与翻译产物的分布、翻译在细胞浆。因此，转录与翻译产物的分布、定

36、位等环节均可以被调控。定位等环节均可以被调控。第58页，此课件共79页哦三、三、RNA Pol IRNA Pol I和和Pol IIIPol III转录体转录体系的调节相对简单系的调节相对简单（一）（一）RNA Pol I 转录体系转录体系RNA Pol I的转录产物的转录产物45S rRNA，经剪接修饰生，经剪接修饰生成除成除5S rRNA外的各种外的各种rRNA。启动子元件包括：核心元件启动子元件包括：核心元件(core element)或或核核心启动子心启动子(core promoter)和和上游控制元件上游控制元件(upstream control element,UCE)。第59页，

37、此课件共79页哦（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和一部分和一部分小小核核RNA。启动子位于启动子位于转录起始点下游转录起始点下游，称，称内部控制内部控制区区(internal control regions,ICR)。第60页，此课件共79页哦（一）（一）真核基因真核基因顺式作用元件顺式作用元件影响基因转录活性影响基因转录活性1.启动子启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件，至至少少包包括括一

38、一个个转转录录起起始点始点以及以及一个以上的功能组件一个以上的功能组件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒四、四、RNA Pol II转录起始的调节非转录起始的调节非常复杂常复杂第61页，此课件共79页哦TATA盒盒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真核基因启动子的典型结构真核基因启动子的典型结构转录起始点转录起始点CAAT盒盒GC盒盒第62页，此课件共79页哦 TATATATATATATATA盒盒盒盒 CAATCAATCAATCAAT盒盒盒盒 GCGCGCGC盒盒盒盒 增强子增强子增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因

39、结构基因结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA-GCGC-CAAT-TATA-GCGC-CAAT-TATA-GCGC-CAAT-TATA转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列第63页，此课件共79页哦2.增强子增强子(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序序列列。其发挥作用的方式通常其发挥作用的方式通常与方向、距离无关与方向、距离无关。3.沉默子沉默子(silencer)某些基因的某些

40、基因的负性调节元件负性调节元件，当其结合特，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用阻遏作用。第64页，此课件共79页哦（二）（二）反式作用因子是真核细胞中重要的转反式作用因子是真核细胞中重要的转录调控蛋白录调控蛋白1.转录调节因子分类（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聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，决决定定三三种种RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。第65页，此课件共79页哦特异转录因子特

41、异转录因子(special transcription factorsspecial transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时间时间、空间特异性表达空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子第66页，此课件共79页哦2.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第67页，此课件共79页哦最常见的最常见的DNA结合域结构：结合域结构

42、：1.锌指结构锌指结构(zinc finger)(zinc finger)C CysH His常结合常结合GCGC盒盒SP1SP1转录因子转录因子第68页，此课件共79页哦第69页，此课件共79页哦2.碱性碱性-螺旋螺旋常结合常结合CAATCAAT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 第70页，此课件共79页哦一种一种一种一种特殊的特殊的特殊的特殊的螺旋螺旋螺旋螺旋，疏水氨，疏水氨，疏水氨，疏水氨基酸集中排列在螺旋的一侧，基酸集中排列在螺旋的一侧，基酸集中排列在螺旋的一侧，基酸集中排列在螺旋的一侧，疏水表面是两个蛋白质分子疏水表面是两个蛋白质分子疏水表面是两个蛋白质

43、分子疏水表面是两个蛋白质分子构成构成构成构成二聚体二聚体二聚体二聚体的接触点的接触点的接触点的接触点螺旋的特点是螺旋的特点是螺旋的特点是螺旋的特点是LeuLeuLeuLeu频繁出现频繁出现频繁出现频繁出现，每每每每7 7 7 7个个个个aaaaaaaa残基中出现一个，残基中出现一个，残基中出现一个，残基中出现一个，延延延延螺旋的疏水侧排列成直线螺旋的疏水侧排列成直线螺旋的疏水侧排列成直线螺旋的疏水侧排列成直线与与与与LeuLeuLeuLeu重复区相邻的是碱性重复区相邻的是碱性重复区相邻的是碱性重复区相邻的是碱性氨基酸含量较高的氨基酸含量较高的氨基酸含量较高的氨基酸含量较高的DNADNADNAD

44、NA结合结合结合结合区。形成二聚体时该碱性区对区。形成二聚体时该碱性区对区。形成二聚体时该碱性区对区。形成二聚体时该碱性区对DNADNADNADNA的亲和力较高的亲和力较高的亲和力较高的亲和力较高亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper ）第71页，此课件共79页哦（三）（三）mRNA转录激活需要转录起始复合转录激活需要转录起始复合物的形成物的形成真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下在转录因子帮助下，形成，形成转录起始复合物。转录起始复合物。PolPolTFTFHHTAFTAFTFFTFFTAFTAFTAFTAFTFATFATFBTFBTBPTBP DNA DNATATATAT

45、AEBPEBP转录起始复合物的形成转录起始复合物的形成 第72页，此课件共79页哦五、五、RNA Pol II转录终止的调节机制尚不清楚转录终止的调节机制尚不清楚（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病毒毒蛋蛋白白TatTat与与与与转转转转录录录录产产产产物物物物5端端特特异异RNA序序列列结结合合，并并与与宿宿主主蛋蛋白白质质、RNA RNA Pol Pol IIII相相互互作作用用，阻阻止止HIV基基基基因因因因组转录的提早终止。组转录的提早终止。组转录的提早终止。组转录的提早终止。在在应应激激条条件件

46、下下暂暂时时性性停停止止大大多多数数基基因因的的转转录录和和翻翻译译，启启动动一一套套能能够够提提高高细细胞胞生生存存能能力力的的蛋蛋白白质质即即热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein)(heat shock protein)的表达。的表达。第73页，此课件共79页哦六、转录后水平的调节也是基因六、转录后水平的调节也是基因表达调控的重要环节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、碱加工过程包括加帽、加尾、剪接、碱基修饰和编辑等。基修饰和编辑等。通过与

47、蛋白质结合形成核糖核蛋白通过与蛋白质结合形成核糖核蛋白(ribonucleoprotein,RNP)进行。进行。第74页，此课件共79页哦七、基因表达在翻译水平以及翻译七、基因表达在翻译水平以及翻译后阶段仍然可以受到调节后阶段仍然可以受到调节（一）对（一）对翻译起始因子翻译起始因子活性的调节主要通过活性的调节主要通过磷酸化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蛋白质合成速率的快速变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取决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起始因子（子（eukaryotic initiation factor,eIF）的活性对）的活性对起始阶段有

48、重要的控制作用。起始阶段有重要的控制作用。第75页，此课件共79页哦（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），是指那些能够与指那些能够与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，如转录的参与，如转录终止、终止、RNA剪接、剪接、RNA转运、转运、RNA胞浆内稳定性胞浆内稳定性控制以及翻译起始等。控制以及翻译起始等。第76页，此课件共79页哦（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快（三）对翻译产物水平及活性的调

49、节可以快速调控基因表达速调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。因此，通过对功能的重要影响因素。因此，通过对新生肽链的新生肽链的水解和运输水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位，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。或亚细胞器保持在合适的水平。或亚细胞器保持在合适的水平。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修饰才具有功许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具有功许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具

50、有功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。通过对蛋白质的可逆的能活性。通过对蛋白质的可逆的能活性。通过对蛋白质的可逆的能活性。通过对蛋白质的可逆的磷酸化、甲基化、磷酸化、甲基化、酰基化修饰酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作用，可以达到调节蛋白质功能的作用，是是基因表达的快速调节方式基因表达的快速调节方式基因表达的快速调节方式基因表达的快速调节方式。第77页，此课件共79页哦 是一大家族小分子是一大家族小分子非编码单链非编码单链RNA，长度，长度约约2025个碱基，由一段具有个碱基，由一段具有发夹环结构发夹环结构，长度，长度为为7090个碱基的单链个碱基的单链RNA 前体前体(