真核生物基因表达调控讲稿.ppt

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1、关于真核生物基因表达调控课件第一页，讲稿共一百四十页哦本章所讲述内容：本章所讲述内容：1 1、真核生物的基因结构与转录活性；、真核生物的基因结构与转录活性；2 2、真核基因的转录水平调控；、真核基因的转录水平调控；3 3、反式作用因子的调控作用；、反式作用因子的调控作用；4 4、真核基因转录调控的主要模式；、真核基因转录调控的主要模式；5 5、其他水平的基因调控；、其他水平的基因调控；本节课所讲述内容：本节课所讲述内容：真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性:1 1、简述真核生物基因表达调控总论；、简述真核生物基因表达调控总论；2 2、真核基因组的一般构造特点；、真核基因组的

2、一般构造特点；3、基因的典型结构及特点；基因的典型结构及特点；4 4、真核生物、真核生物DNADNA水平上的基因表达调控水平上的基因表达调控;5 5、DNADNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控;第二页，讲稿共一百四十页哦n n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。差别。差别。差别。n n原核生物原核生物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

3、造高速生长的条件，或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，原核生物基因表达的开关经常是通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。过控制转录的起始来调节的。过控制转录的起始来调节的。过控制转录的起始来调节的。n n真核

4、生物真核生物真核生物真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组（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信息量成，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都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组就包含有都大大高于原核生物。

5、人类细胞单倍体基因组就包含有都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组就包含有3103109 9bpbp总总总总DNADNA，约为大肠杆菌总约为大肠杆菌总约为大肠杆菌总约为大肠杆菌总DNADNA的的的的10001000倍，是噬菌体总倍，是噬菌体总倍，是噬菌体总倍，是噬菌体总DNADNA的的的的1010万倍左右！万倍左右！万倍左右！万倍左右！第三页，讲稿共一百四十页哦n n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的细胞中特定时间和特定的细胞中特定时间和特定的细胞中特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现激活特定的基因，从而实现激活特定的基因，从而实现

6、激活特定的基因，从而实现 预定预定预定预定 的、有序的、不可逆转的分化、发的、有序的、不可逆转的分化、发的、有序的、不可逆转的分化、发的、有序的、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。能。能。能。第四页，讲稿共一百四十页哦真核生物基因调控，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：第一类是第一类是瞬时调控瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条

7、件变化所或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种做出的反应，包括某种底物或激素水平升降底物或激素水平升降及及细胞周期不同阶段中酶活细胞周期不同阶段中酶活性和浓度性和浓度的调节。的调节。第二类是第二类是发育调控发育调控或称不可逆调控，是或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓真核基因调控的精髓部分，它决定了部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。真核细胞生长、分化、发育的全部进程。第五页，讲稿共一百四十页哦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;第六页，讲稿共一百

8、四十页哦n n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：n n 什么是诱发基因转录的信号？什么是诱发基因转录的信号？什么是诱发基因转录的信号？什么是诱发基因转录的信号？n n 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DNADNA的转录、的转录、mRNAmRNA的的的的成熟或蛋白质合成）实现的？成熟或蛋白质合成）实现的？成熟或蛋白质合成）实现的？成熟或蛋白质合成）实现的？n n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？第七页，讲稿共一百四十页哦真核基因组的一般构造特点真核基因组的

9、一般构造特点 在真核细胞中，一条成熟的在真核细胞中，一条成熟的在真核细胞中，一条成熟的在真核细胞中，一条成熟的mRNAmRNA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。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，只有一小部都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分分分分DN

10、A是裸露的。是裸露的。高等真核细胞高等真核细胞高等真核细胞高等真核细胞DNADNA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。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DNADNA片段重排，片段重排，片段重排，片段重排，还能在需要

11、时增加细胞内某些基因的拷贝数。还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。第八页，讲稿共一百四十页哦 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，这些调节区一般通过改变整个所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动子达几百个甚至上千个碱基对，这

12、些调节区一般通过改变整个所控制基因控制基因控制基因控制基因55上游区上游区上游区上游区DNADNA构型来影响它与构型来影响它与构型来影响它与构型来影响它与RNARNA聚合酶的结合能力。聚合酶的结合能力。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，大都位于启动子上游在原核生物中，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促进或抑制不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。第九页，讲稿共一百四十页哦n n真核生物的真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运

13、穿过在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生核膜，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间间隔。物中不存在这样严格的空间间隔。n n许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（maturation and splicing），），才能顺利地翻译成蛋才能顺利地翻译成蛋白质。白质。第十页，讲稿共一百四十页哦n n7.1.1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DNADNA、组蛋白、非组蛋白等大分子组成。n n其基本结构物质是DNA和组蛋白。n n核小体核小体是染色质

14、的基本单位。是染色质的基本单位。n n真核染色体上三要素：DNADNA复制起始点、着丝点(centromere)centromere)和端粒和端粒(telomere)telomere)。目前通用的目前通用的酵母人工染色体酵母人工染色体(YAC)YAC)以及正在研制的以及正在研制的哺乳动物细胞人工染哺乳动物细胞人工染色体色体(MACMAC)就是以此为基础就是以此为基础,再加自主复制序列再加自主复制序列(ARS)ARS)、选择标记选择标记和插入位点组建的。和插入位点组建的。第十一页，讲稿共一百四十页哦(2)DNA顺序重复顺序重复n n轻度、中度、高度重复序列三种：轻度、中度、高度重复序列三种：n

15、n轻度重复序列：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。n n中度重复序列：l0l0个至几百个拷贝的序列个至几百个拷贝的序列;各种各种rRNArRNA、tRNAtRNA及某些结及某些结构蛋白基因（如组蛋白基因）。构蛋白基因（如组蛋白基因）。n n高度重复序列：高度重复序列：从几百到几百万个，通常说的卫星从几百到几百万个，通常说的卫星DNADNA就属于高度重就属于高度重复序列。复序列。n n重复序列的存在是真核生物重复序列的存在是真核生物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

16、核生物区别于原核生物区别于原核生物DNADNA的一个重要特的一个重要特的一个重要特的一个重要特征。征。征。征。第十二页，讲稿共一百四十页哦(3)基因不连续性基因不连续性(interruptedgene)n n基因的编码序列在基因的编码序列在DNADNA分子上是不连续的，为不编码的序列所隔开。分子上是不连续的，为不编码的序列所隔开。n n不连续基因是通过不连续基因是通过mRNAmRNA和和DNADNA杂交试验发现的。杂交试验发现的。n n外显子外显子(exon)exon)：编码序列编码序列 n n内含子内含子(intron)intron)：非编码序列非编码序列n n外显子和内含子的概念与是否编码

17、氨基酸的概念并不相对应。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。n n从不连续基因到成熟从不连续基因到成熟mRNAmRNA之间存在着一个基因转录的中间体之间存在着一个基因转录的中间体,叫做初级转录物，叫叫做初级转录物，叫做做不均一核不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA),这个基因的初级转录物既含这个基因的初级转录物既含有外显子又含有内合子序列，有外显子又含有内合子序列，n n从不均一核从不均一核RNARNA到成熟到成熟mRNAmRNA要经过一转录后的加工拼接过程。要经过一转录

18、后的加工拼接过程。n n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。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。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。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。第十三页，讲稿共一百四十页哦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、型型干扰素基因干扰素基因、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

19、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。第十四页，讲稿共一百四十页哦第十五页，讲稿共一百四十页哦(4)存在许多基因家族(genefamily)n n来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的基因簇或称基基因簇或称基因

20、家族。因家族。n n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。第十六页，讲稿共一百四十页哦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。在大肠杆以串联方式前后相连。在大肠杆菌中，菌中，1616S S，23S23S和和5 5SrRNASrRNA基因基因联合成一个转录单位，各种联合成一个转录单位，各种rRNArRNA分子都是从这个转录单位分子都是从这个转录单位上剪切下来的。上剪切下来的。在真核生物中，在真核生物中，前前rRNArRNA

21、转转录产物的分子量为录产物的分子量为4545S S，包括包括1818S S，28S28S和和5.85.8S S三个主要三个主要rRNArRNA分分子。前子。前rRNArRNA分子中至少有分子中至少有100100处被甲基化（主要是核糖的处被甲基化（主要是核糖的2-2-OHOH甲基化），原始转录产物也被甲基化），原始转录产物也被特异性特异性RNARNA酶切割降解，产生酶切割降解，产生成熟成熟rRNArRNA分子。分子。5 5SrRNASrRNA作为一作为一个独立的转录单位，由个独立的转录单位，由RNARNA聚合聚合酶酶IIIIII（而不是聚合酶而不是聚合酶I I）完成转完成转录。录。第十七页，讲稿

22、共一百四十页哦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。第十八页，讲稿共一百四十页哦(5)存在串联重复基因n n其特点是各成员之间有高

23、度的序列一致性甚至完全相同，拷贝数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、高、非转录的间隔区短而一致。组蛋白基因、rRNArRNA基因、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。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。第十九页，讲稿共一百四十页哦7.1.3 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模

24、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。发育。高度重复基因的形成通常与个体分化阶段DNADNA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mRNAmRNA，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DNADNA水平水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，它包括了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换某些基因并改变它们的活性

25、。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。调控是不同的，因为它使基因组发生了改变。第二十页，讲稿共一百四十页哦7.1.3.1“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D

26、NA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。第二十一页，讲稿共一百四十页哦 存在于“灯刷型”染色体（lamp brush）上的环形结构可能与基因的活性转录有关。“灯刷型”染色体只有在两栖类动物卵细胞发生减数分裂时才能被观察到，它是染色体充分伸展时的一种形态。高倍电镜下观察发现，灯刷型染色体上存在许多突起的“泡”状或“环”状结构，有时还能看到RNP沿着这些突起结构移动，表明这些DNA正在被RNA聚合酶所转录。第二十二页，讲稿共一百四十页哦1

27、.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。7.1.3.2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

28、式。第二十三页，讲稿共一百四十页哦7.1.3.3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。真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟过程中的重排以及酵母的交配型转变.第二十四页，讲稿共一百四十页哦n 通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因和T-细胞受体基因的表达，前者是由B淋巴细胞合成的，而后者则由T-淋巴细胞合成。抗体有100万种以上，一种淋巴细胞只产生一种抗体n n第二十五页，讲稿共一百四十页哦免疫球蛋白的肽链主要由可变区（V区）、恒定区（C区）以及两者之间的连接区（J区）组成第二十六页，讲稿共一百四十页哦V、C和J基因

29、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。第二十七页，讲稿共一百四十页哦 本节课所讲述内容：本节课所讲述内容：真核生物的基因结构与转录活性：真核生物的基因结构与转录活性：1 1、真核基因表达调控的最显著特征是、真核基因表达调控的最显著特征是什么？什么？2 2、真核生物基因调控根据其性质可分为哪两大类？、真核生物基因调控根据其性质可分为哪两大类？3 3、真核生物中基因表达的调节特点是真核生物中基因表达的调节特点是真核生物中基因表达的调节特点是真核生物中基因表达的调节特点是什么？什

30、么？4 4、相对于原核生物，真核基因组的一般构造特点是什么？、相对于原核生物，真核基因组的一般构造特点是什么？5 5、基因的典型结构及特点？、基因的典型结构及特点？6 6、真核生物、真核生物DNADNA水平上的基因表达调控：掌握几个概念：开放性活性染色体对基因转水平上的基因表达调控：掌握几个概念：开放性活性染色体对基因转录的影响；基因扩增；基因重排；真核基因的转录水平调控；录的影响；基因扩增；基因重排；真核基因的转录水平调控；本节课所讲述内容：本节课所讲述内容：1 1、真核生物的基因结构与转录活性、真核生物的基因结构与转录活性:DNADNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控;2 2、

31、真核基因的转录；、真核基因的转录；3 3、反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子第二十八页，讲稿共一百四十页哦7.1.4 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

32、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。第二十九页，讲稿共一百四十页哦n nCpG岛岛（CpGislands）是指DNA上一个区域，此区域含有大量相联的胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G），以及使两者相连的磷酸酯键（p）。哺乳类基因中的启动子上，含有约40%的CpG岛（人类约70%）。一般CpG岛的长度约300到3000个碱基对（bp）。n n常用的正式定义是指一个至少含有200bp的区域，其中GC所占比例超过50%，且CpG的观察值/预测值比例必须高于0.6。CpG岛可与基因相连，可用来作为限

33、制酶的辨识位置。第三十页，讲稿共一百四十页哦7.1.4.1DNA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。第三十一页，讲稿共一百四十页哦 真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一种被称为日常型甲基转移酶，另一种是从头合成型甲基转移酶，前者主要在甲基化母链（模板链）指导下

34、使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。该酶催化特异性极强，对半甲基化的DNA有较高的亲和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，从而保证DNA复制及细胞分裂后甲基化模式不变。后者催化未甲基化的CpG成为mCpG，它不需要母链指导，但速度很慢。第三十二页，讲稿共一百四十页哦7.1.4.2DNA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

35、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。第三十三页，讲稿共一百四十页哦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

36、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。第三十四页，讲稿共一百四十页哦7.1.4.3DNA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

37、同一条X染色体失活。第三十五页，讲稿共一百四十页哦n nx染色体失活或里昂化（染色体失活或里昂化（lyonizationlyonization）。是指雌性哺乳类细胞中两条X染色体的其中之一失去活性的现象，过程中X X染色体会被包装成异染色质，进而因功能受抑制而沉染色体会被包装成异染色质，进而因功能受抑制而沉默化。默化。n n里昂化可使雌性不会因为拥有两个里昂化可使雌性不会因为拥有两个X X染色体而产生两倍染色体而产生两倍的基因产物，因此可以像雄性般只表现一个的基因产物，因此可以像雄性般只表现一个X染色体上的基因。对胎盘类，如老鼠与人类而言，所要去活化的X染色体是以随机方式选出；对于有袋类而言，

38、则只有源染色体是以随机方式选出；对于有袋类而言，则只有源自父系的才会发生自父系的才会发生x x染色体失活。染色体失活。第三十六页，讲稿共一百四十页哦n n所有老鼠细胞中的父系所有老鼠细胞中的父系X X染色体，都会在胚胎发育早期过程中的双染色体，都会在胚胎发育早期过程中的双细胞到四细胞阶段，经历因铭印而失去活性的过程。其中属于胚外细胞到四细胞阶段，经历因铭印而失去活性的过程。其中属于胚外组织（组织（extraembryonictissueextraembryonictissue，未来的胎盘）中的，未来的胎盘）中的X X染色体，将会持续染色体，将会持续保留保留x x染色体失活状态，因此在此部位只有

39、母系染色体失活状态，因此在此部位只有母系X X染色体具有活性。染色体具有活性。n n而属于内细胞团（而属于内细胞团（innercellmassinnercellmass，未来的胚胎）的，未来的胚胎）的X X染色体，染色体，将会在囊胚（将会在囊胚（blastocystblastocyst）时期再度恢复活性，此时这些部位内的两条）时期再度恢复活性，此时这些部位内的两条染色体皆有作用。之后两条染色体的其中之一，将会独立且随机地失去活染色体皆有作用。之后两条染色体的其中之一，将会独立且随机地失去活性，而且包括此细胞后代的性，而且包括此细胞后代的X X染色体在内，其活性将再也不会恢复。染色体在内，其活性

40、将再也不会恢复。第三十七页，讲稿共一百四十页哦7.2 真核基因的转录真核基因的转录 顺式元件：顺式元件：(1)(1)核心启动子成分，如核心启动子成分，如TATATATA框；框；(2(2）上游启动子成分，如）上游启动子成分，如CAATCAAT框框,GCGC框框;（3 3）远上游顺序）远上游顺序 ：如增强子，酵母的：如增强子，酵母的UASUAS（upstreamactivatorsequences）等。等。（4 4）特殊细胞中的启动子成分：如淋巴细胞中的）特殊细胞中的启动子成分：如淋巴细胞中的 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

41、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。第三十八页，讲稿共一百四十页哦 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”的分子生物学定义是：产生一条多肽链的分子生物学定义是：产生一条多肽链或功能或功能RNA所必需的全部核苷酸序列所必需的全部核苷酸序列。第三十九页，讲稿共一百四十页哦增强子及其对转

42、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

43、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第四十页，讲稿共一百四十页哦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，双螺旋结构，导致导致DNADNA双螺旋弯折或在反式因子的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参与下，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介形成增强子与启动子之间“成环成环”

44、连连接，活化基因转录；接，活化基因转录；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聚聚合酶合酶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？第四十一页，讲稿共一百四十页哦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

45、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。第四十二页，讲稿共一百四十页哦 真核生物启动子和增强子是由若干真核生物启动子和增强子是由若干DNADNA序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因序列元件组成的，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表

46、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一般认为，如果某个蛋白是体外转录系统中起始RNARNA合成所必需的，它就是转录复合物合成所必需的，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 3部分：部分：反式作用因子反式作用因子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。基因转录效率的蛋白质。n n参与所有或某些转

47、录阶段的参与所有或某些转录阶段的RNARNA聚合酶亚基，不具有基因特异性。聚合酶亚基，不具有基因特异性。n n与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性。与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性。n n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，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。特异性结合调控蛋白，它们是起始某个（类）基因转

48、录所必需的。7.37.3 反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子第四十三页，讲稿共一百四十页哦反式作用因子可以分为反式作用因子可以分为3 3类；类；(1)(1)通用反式作用因子通用反式作用因子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，主要识别启动子的核心启动成分，如TBPTBP；（2 2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的Oct-2Oct-2；（3 3）和和反应性元件反应性元件反应性元件反应性元件（response elenentsresponse elenents）相结合的反式作用因子。相结合的反式

49、作用因子。如如HSEHSEHSEHSE（热休克反应元件，热休克反应元件，heat shock response heat shock response elementelement），），GREGREGREGRE（糖皮质激素反应元件糖皮质激素反应元件glucocorticoid glucocorticoid response elementresponse element）；）；MREMREMREMRE（金属反应元件，金属反应元件，metal response elementmetal response element）；）；TRETRETRETRE（肿瘤诱导剂反应元件，肿瘤诱导剂反应元件，t

50、umorgenic agent response tumorgenic agent response element);element);第四十四页，讲稿共一百四十页哦(一一)蛋白质直接和蛋白质直接和DNADNA结合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域同源异形结构域第四十五页，讲稿共一百四十页哦n n1.1.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）：）：n最初在噬菌体的阻遏蛋白中发现的一种DNA结合结构域。n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