第13章基因表达调控-2008级-唐旭东.ppt

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1、目录目录第第13章章基因表达调控基因表达调控Regulation of Gene Expression目录目录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目录目录一、基因表达是指基因转录及翻译的一、基因表达是指基因转录及翻译的过程过程基因基因(gene)负载特定遗传信息的负载特定遗传信息的DNA片段片段(包括包括cDNA)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。目录目录n基因表达是基因转录及翻译的过程，基因表达是基因转录及翻译的过程，即：

2、生成具有生物学功能产物的过程。即：生成具有生物学功能产物的过程。n基因表达是受调控的基因表达是受调控的n并非所有基因表达过程都产生蛋白质并非所有基因表达过程都产生蛋白质n基因表达水平的高低不是固定不变的基因表达水平的高低不是固定不变的基因表达基因表达(gene expression)目录目录二、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，称之为基因表按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的达的时间特异性时间特异性(temporal specific

3、ity)。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特异性阶段特异性(stage specificity)。*由特异的启动子（序列）和（或）增由特异的启动子（序列）和（或）增强子与调节蛋白相互作用决定强子与调节蛋白相互作用决定目录目录（二）空间特异性（二）空间特异性空空 间间 特特 异异 性性 又又 称称 细细 胞胞 特特 异异 性性(cell specificity)或或 组组 织织 特特 异异 性性(tissue specificity)。在在个个体体生生长长、发发育育过过程程中中，一一种种基基因因产产物物在在个个体体的的不不同同组组织织或或器器官官表表达达，

4、即即在在个个体体的的不不同同空空间间出出现现，称称为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)。目录目录三、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*按按对对刺激的反应性，基因表达或调节方式分：刺激的反应性，基因表达或调节方式分：基本表达基本表达（constitutive gene expression)诱导诱导(induction)或阻遏或阻遏(represssion)表达表达协调表达协调表达(coordinate expression)*基因表达调控（基因表达调控（regulation of gene expressio

5、n)：指细胞或生物体在接受环境信号刺激时或是指细胞或生物体在接受环境信号刺激时或是适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制。应答的分子机制。目录目录（一）（一）基本（或基本（或组成性组成性）表达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基因家基因(housekeeping gene)。较少受环境因素影响。较少受环境因素影响。并非绝对并非绝对“一成不变一成不变”。只只受受启启动动序序列列或或启启动动子子与与RNA聚聚合合酶酶相互作用的调节。相互作用的调节。目录目录（二）

6、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可诱诱导导基基因因(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时时被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因(repressible gene)。可可阻阻遏遏基基因因 表表 达达 产产 物物 水水 平平 降降 低低 的的

7、过过 程程 称称 为为 阻阻 遏遏(repression)。目录目录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调调节协调调节(coordinate regulation)。（三）生物体内不同基因的表达受（三）生物体内不同基因的表达受到协调调节到协调调节目录目录四、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

8、应环境、维持生长和增殖 通过一定的程序通过一定的程序调控基因调控基因的表达，可使的表达，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。（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基因缺陷或表达异常基因缺陷或表达异常相应的组织或器官异常相应的组织或器官异常目录目录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目录目录一、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

9、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目录目录二二、基因转录激活受到转录调节蛋白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，以以及及细胞内所存在的细胞内所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

10、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目录目录原核生物原核生物 操纵子操纵子(operon)机制机制编码序列编码序列(coding sequence)其他调节序列其他调节序列 启动序列启动序列(promoter)操纵序列操纵序列(operator)（一）特异（一）特异DNA序列序列目录目录启启动动序序列列是是RNA聚聚合合酶酶结结合合并并启启动转录的特异动转录的特异DNA序列。序列。共共有有序序列列(consensus sequence)决定启动序列的转录活性大小。决定启动序列的转录活性大小。1.启动序列启动序列目录目录1 1、启动序列启动序列RNA转录起始转

11、录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp 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目录目录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

12、聚聚合合酶酶不不能能沿沿DNA向向前前移移动动，阻阻碍碍转转录录，介介导导负性调节。负性调节。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阻遏阻遏蛋白蛋白目录目录3.其他的调节序列其他的调节序列 激活蛋白激活蛋白(activator)的结合位点的结合位点当当调调节节序序列列与与激激活活蛋蛋白白结结合合时时，可可增增强强RNA聚聚合合酶酶活活性性，激激活活转转录录，介介导导正正性调节。性调节。目录目录真核生物真核生物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

13、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目录目录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聚合酶或特异转录因子的结合位点。聚合酶或特异转录因子的结合位点。顺顺式式作作用用元元件件通通常常为为非非编编码码序序列列，但并非都位于但并非都位于转录起始点上游转录起始点上游。分类：分类：启动子、增强子、沉默子启动子、增强子、沉默子等等目录目录 是指能直接或间接作用于特异是指能直接或间接作用于特异

14、DNA 序列的蛋白质因子。序列的蛋白质因子。1.原核生物调节蛋白分为三类：原核生物调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。特异因子：特异因子：决定决定RNA聚合酶对一个或一套聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。启动序列的特异性识别和结合能力。阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)：可识别、结合操纵：可识别、结合操纵序序 列，阻遏基因转录。列，阻遏基因转录。（二）转录调节蛋白（二）转录调节蛋白目录目录激激活活蛋蛋白白(activator)：可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNA序序列列，促促进进RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结

15、结合合，增增强强RNA聚聚合合酶酶的的转转录录活活性性。如如分分解解（代代谢谢）物物基基因因激激活活蛋蛋白白(catabolite gene activator protein,CAP)。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聚合酶很少或完全不能结合启动序列。聚合酶很少或完全不能结合启动序列。目录目录2.真核基因的转录调节蛋白真核基因的转录调节蛋白有有蛋蛋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，称称顺顺式式作作用用。具具有有这这种种调调节节方方式式的的蛋蛋白白称为称为顺式作用蛋白。顺式作

16、用蛋白。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的的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，调调节节其其表表达达。这这种种调调节节作作用用称称为为反式作用反式作用。反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)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CbAmRNA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目录目录DNA-蛋蛋白白质质相相互互作作用用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合。结合

17、。通通常常是是非非共共价价结结合合，被被识识别别的的DNA结结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。合位点通常呈对称、或不完全对称结构。绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNA前前，需需通通过过蛋蛋白白质质-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)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目录目录（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/启动子启动子相结合相结合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

18、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-蛋白质相互作用影响蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。聚合酶活性。*启动序列启动序列/启动子是由启动子是由转录起始点、转录起始点、RNA聚合酶结合位点及控制转录活性的调节元聚合酶结合位点及控制转录活性的调节元件件组成。组成。目录目录第三节第三节 原核基因表达调节原核基因表达调节Regulation of Gene Expressio

19、n in Prokaryote 目录目录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、一、原核基因转录调节特点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（二）（二）操纵子模型在原核生物表达中具有普操纵子模型在原核生物表达中具有普 遍性遍性 原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、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，共同组成一个密集于染色体上，共同组成一个转录单位转录单位操纵操纵子（子（operon）。一个操纵子只含一个一个操纵子只含一个启动序列（启动序列（promoter）及数及数个可转录的个可转录的编码基因编码基因。（

20、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目录目录InhibitorPZYA启动序列启动序列结构基因结构基因1，2，3.O操纵序列操纵序列PromoterOperatorStructure gene调控区调控区结构基因结构基因 操纵子操纵子编码编码阻阻遏蛋白遏蛋白 结合结合RNA聚合酶聚合酶 结合结合阻遏蛋白阻遏蛋白表达表达功能蛋白功能蛋白?I调节基因调节基因操纵子(operon)的结构与功能二、操纵子调控模式在原核基因转录起始的二、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调节中具有普遍性目录目录（一一）乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结

21、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分解分解(代谢代谢)物基因激活蛋白物基因激活蛋白（Catabolite gene Activator Protein)目录目录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.阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节目录目录mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录

22、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目录目录+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的的正性调节正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP目录目录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，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。*单纯乳糖存在时单

23、纯乳糖存在时,细菌利用乳糖作碳源；细菌利用乳糖作碳源；*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，细菌首先利用葡萄糖。细菌首先利用葡萄糖。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代谢阻遏谢阻遏(catabolic repression)。目录目录 细菌优先利用细菌优先利用葡萄糖葡萄糖作为能源作为能源 有葡萄糖：有葡萄糖：cAMP阻止阻止cAMP 与与CAP结合结合CAP无活性无活性不促进转录不促进转录无葡萄糖：无葡萄糖：cAMPCAP有活性有活性促进转录促进转录目录目录mRNA低乳糖时低乳糖时高乳糖时高乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP

24、浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓度低RNA-polOOOO*lac操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又操纵子强的诱导作用既需要乳糖存在又需缺乏葡萄糖需缺乏葡萄糖目录目录乳糖操纵子调控方式的比较乳糖操纵子调控方式的比较负调控正调控调节蛋白 阻遏蛋白 CAP变构物 乳糖、半（别）乳糖、半（别）乳糖乳糖 cAMP与变构物结合 无活性 有活性基因位点 O基因 CAP位点 结合于基因位点 基因关闭 基因开放异丙基硫代半乳糖苷异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)目录目录三、原核生物具有不同的转录终止调节机制三、原核生物具有不同的转录终止调节机制1.1.不依不依赖赖Rho()因子的因子的转录终转录终止

25、止两段富含两段富含GC的反向重复序列，中间的反向重复序列，中间间隔若干核苷酸；间隔若干核苷酸；下游含一系列下游含一系列T序列。序列。只需只需RNA聚合酶，不需其它蛋白质成分聚合酶，不需其它蛋白质成分*终止子结构特点终止子结构特点：（一一）大肠杆菌转录终止机制大肠杆菌转录终止机制目录目录2.依依赖赖Rho 因子的因子的转录终转录终止止识别结合识别结合富含富含C的的RNA链链ATPase活性活性解螺旋酶活性解螺旋酶活性3.其它其它:衰减衰减 抗终止抗终止目录目录四、原核生物在翻译水平受到四、原核生物在翻译水平受到多个环节的调节多个环节的调节 （一）蛋白质分子结合于启动序列或启动序列（一）蛋白质分子

26、结合于启动序列或启动序列周围进行自我调节周围进行自我调节 调节蛋白结合调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核糖靶位点，阻止核糖体识别翻译起始区，从而阻断翻译。体识别翻译起始区，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，抑制自身的合成，称自身的合成，称自我控制自我控制(autogenous control)。目录目录（二）反义（二）反义RNA结合结合mRNA翻译起始部翻译起始部位的互补序列对翻译进行调节位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RN

27、A，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为称为反义控制反义控制(antisense control)。目录目录第四节第四节 真核基因表达调节真核基因表达调节Regulation of Gene Expression in Eukaryote目录目录一、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（二）真核基因转录产物为（二）真核基因转

28、录产物为单顺反子单顺反子 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，经翻译生成一条多肽链。分子，经翻译生成一条多肽链。目录目录（三）真核基因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单拷贝序列（一次或数次）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（四）真核基因中存在非编码序列和间隔区，四）真核基因中存在非编码序列和间隔区，故：具有不连续性故：具有不连续性反向重复序列（反向重复序列（inverted repeat):由两个互

29、补由两个互补序列、在同一序列、在同一DNA链上反向排列而成。链上反向排列而成。卫星卫星DNA（satellite DNA)：一种具有固定一种具有固定重复单位的串联重复序列，具有高度的遗重复单位的串联重复序列，具有高度的遗传多态性。传多态性。目录目录二、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）一）真核细胞内含有多种真核细胞内含有多种RNA聚合酶：聚合酶：TBP（二）处于转录激活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超敏位点通常位于调节蛋白结合位点附近超敏位点通常位于调节蛋白结合位点附近2.DNA拓扑结构变化拓扑结构变

30、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: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目录目录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%的胞嘧啶被甲基化（的胞嘧啶被甲基化（CpG）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.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修饰组蛋白修饰:组蛋白组蛋白H3、H4发生乙酰化、发生乙酰化、甲基化或磷酸化修饰甲基化或磷酸化修饰 “组蛋白密码组蛋白密码”的假说的假说

31、基因组印记：基因组印记：使等位基因具有不同的表达特性使等位基因具有不同的表达特性目录目录组组蛋白蛋白氨基酸残基位点氨基酸残基位点修修饰类饰类型型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色染色质浓缩质浓缩H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙乙酰酰化化激活激活H3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙乙酰酰化化防止防止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乙乙酰酰化化装配装配H4Lys-12乙乙酰酰化化装配装配H4Lys-16乙乙酰酰化化核小体装配

32、核小体装配H4Lys-16乙乙酰酰化化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 目录目录（三三）在真核基因表达）在真核基因表达调调控中以正性控中以正性调节调节占主占主导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合足可阻断一个负性调节元件的结合足可阻断RNA聚合酶的结合聚合酶的结合 *采用多种正性调节元件、正性调节蛋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的特异性和精确性。白可提高基因表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（四四）在真核）在真核细细胞中胞中转录转录与翻与翻译译分隔分隔进进

33、行行转录在细胞核，翻译在细胞质。转录在细胞核，翻译在细胞质。（五）转录后修饰、加工更为复杂五）转录后修饰、加工更为复杂目录目录三、三、RNA Pol I和和Pol III转录体系的转录体系的调节相对简单调节相对简单（一）（一）RNA Pol I转录体系转录体系(自学）自学）RNA Pol I的转录产物只有的转录产物只有rRNA前体，经前体，经剪接修饰生成除剪接修饰生成除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 element)或或核心启动子核心启动子(core promoter)和和上游控制上游控制元件元件(upstream contr

34、ol element,UCE)。目录目录（二）（二）RNA Pol III转录体系转录体系(自学自学)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核小核RNA。启动子位于转录起始点启动子位于转录起始点下游下游，称，称内部控内部控制区制区(internal control regions,ICR)。目录目录（一）真核基因顺式作用元件影响基因转录活性一）真核基因顺式作用元件影响基因转录活性1.启动子启动子（promoter）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

35、控控制制组组件件，至至少少包包括括一一个个转录起始点转录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。四、四、RNA Pol II转录起始的转录起始的调节非常复杂调节非常复杂TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒上游上游目录目录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。其其发发挥挥作作用用的的方方式式通通常常与与方方向、距离无关。向、距离无关。3.沉默子沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对

36、基因转录起阻遏作用。特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。目录目录特点：特点：1.能能远距离远距离增强启动子的活性；增强启动子的活性；2.在启动子的上游和下游均起作用；在启动子的上游和下游均起作用；3.无方向性；无方向性；4.对启动子的影响对启动子的影响无无严格的专一性。严格的专一性。作用机理：作用机理：目前已知目前已知增强子增强子与蛋白质与蛋白质因子结合后能改变因子结合后能改变染色质的结构染色质的结构。*增强子增强子(enhancer)5.有有严格的组织、细胞特异性，严格的组织、细胞特异性，无无基基因专一性。因专一性。目录目录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

37、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目录目录（二）反式作用因子是真核细胞中重要的转录二）反式作用因子是真核细胞中重要的转录调控蛋白调控蛋白1.转录转录(调节调节)因子分类（按功能特性）因子分类（按功能特性）基本转录因子基本转录因子(basal 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蛋白因子，决定三种组蛋白因子，决定三种RNA 转录的类别。转录的类别。特异转录因子特异转录因子(special transcript

38、ion 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的时间、空间特异性表达。因的时间、空间特异性表达。*分为分为转录激活因子转录激活因子和和转录抑制因子转录抑制因子目录目录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锌指结构及碱性氨锌指结构及碱性氨基酸残基基酸残基螺旋螺旋目录目录最最常见的常见的DNA结合域：结合域：1.锌指锌指(zinc finger)结构结构C-CysH-His常常结

39、合结合GC盒盒CysHis图图13-8 锌指结构锌指结构目录目录2.2.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 （bHLH)碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链（bZIP)目录目录（三（三）mRNA转录激活需要转录起始复合物转录激活需要转录起始复合物的形成的形成真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成转录起始复合物。转录起始复合物。TF-D（TBP+TAF)唯一具有位点特异唯一具有位点特异PolTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP DNATATAEBPTBPAB由由RNA-Pol 催化转录的催化转录的PIC POL-TFFH

40、ETBPTAFTFD-A-B-DNA复合物复合物TATAPOL-TFFHECTD-PPIC组装完成，组装完成，TFH使使CTD磷酸化磷酸化ABTBPTAFTATATFD在组装在组装过程中起关键过程中起关键作用作用目录目录五、五、RNA Pol II转录终止的调节机制转录终止的调节机制尚不清楚尚不清楚(自学）自学）（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Tat为为抗抗终终止止蛋蛋白白，与与转转录录产产物物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 Pol II相互作用

41、，阻止相互作用，阻止HIV基因组转录的提早终止。基因组转录的提早终止。在在应应激激条条件件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即热休克蛋白质即热休克蛋白(heat shock protein)的表达。的表达。目录目录六、转录后水平的调节也是基因表达调六、转录后水平的调节也是基因表达调控的重要环节控的重要环节（自学内容）（自学内容）（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、加工过程包括加

42、帽、加尾、剪接、碱基修饰和编辑等。碱基修饰和编辑等。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核蛋白体复合物物(ribonucleoprotein,RNP)进行。进行。目录目录七、基因表达在翻译水平以及翻译后七、基因表达在翻译水平以及翻译后阶段仍然可以受到调节阶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（一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷磷酸化修饰酸化修饰进行进行（自学）（自学）（二）（二）RNA结合蛋白结合蛋白参与了对翻译起始的调节参与了对翻译起始的调节 （自学）（自学）（三）对（三）对翻译产物水平及活性的调节翻译产物水平及活性的调节可以快速可以快速调控基因表达调

43、控基因表达（自学）（自学）目录目录*一大家族小分子一大家族小分子非编码单链非编码单链RNA（四）小分子（四）小分子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)*特点：特点：长度一般为长度一般为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。形式存在于

44、基因组中，大多位于基因间隔区。目录目录是是细细胞胞内内一一类类双双链链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在在特特定定情情况况下下通通过过Dicer酶酶切切机机制制，转转变变为为具具有有特特定定长长度度(2123个个碱碱基基)和和特特定定序序列列的的小小片片段段RNA。双双链链siRNA参参与与RNA干干扰扰沉沉默默复复合合体体（RNA interference silencing complex，RISC）组组成成，与与特特异异的的靶靶mRNA完完全全互互补补结结合合，导导致致靶靶mRNA降降解解，阻断翻译过程。阻断翻译过程。由由siRNA介介导导的的基基因因表表达达

45、抑抑制制作作用用被被称称为为RNA干干涉涉或或RNA干扰干扰(RNA interference，RNAi)。2小干扰小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)30bp 双链双链RNA（dsRNA）水解生成水解生成21-23个碱基个碱基 siRNA 3355 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干扰干扰作用机制作用机制Dicer酶酶 目录目录siRNA 和和miRNA的相同点的相同点n非编码小分子非编码小分子RNAn由由Dicer切割产生切割产生n长度长度22个碱基左右个碱基左右n与一些蛋白形成与一些蛋白形成RISC复合体复合体n与与mRNA作用引起基因沉默作用引起基因沉默目录目录发育过程的调节发育过程的调节抑制转座子活性抑制转座子活性和病毒感染和病毒感染生物学效生物学效应应不需完全互补不需完全互补需完全互补需完全互补靶靶mRNA 结合结合阻遏其翻译阻遏其翻译降解降解mRNA功能功能单链分子单链分子双链分子双链分子结构结构内源内源发夹环发夹环结构结构的转录产物的转录产物内源或外源长内源或外源长双双链链RNA诱导产生诱导产生前体前体miRNAsiRNAsiRNA 和和miRNA的差异比较的差异比较目录目录