研究生基因表达调控熊.ppt

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1、 第一节第一节 基因表达调控基本概念基因表达调控基本概念第二节第二节 基因表达调控的基本原理基因表达调控的基本原理 第三节第三节 基因表达的过程和特点基因表达的过程和特点第四节第四节 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 第五节第五节 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控 第一节第一节 基因表达调控基本概念基因表达调控基本概念 一、基因表达的概念一、基因表达的概念 基因基因（genegene）：是为生物活性产物（）：是为生物活性产物（RNARNA或蛋白质）编码的或蛋白质）编码的DNADNA功能片段，是遗传的基功能片段，是遗传的基本单位。本单位。基因组基因组(genome)(ge

2、nome)：指一个细胞或病毒所：指一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。携带的全部遗传信息或整套基因。基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)：指基因转：指基因转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子以及分子以及tRNAtRNA和和rRNArRNA的转录的过程。的转录的过程。基因表达是受调控的基因表达是受调控的 二、基因表达的基本规律二、基因表达的基本规律 基因表达表现为严格的规律性：基因表达表现为严格的规律性：即时间、即时间、空间特异性空间特异性。时间、空间特异性由特异基因的启动时间、空间特异性

3、由特异基因的启动子（序列）和子（序列）和(或或)增强子与调节蛋白相互作增强子与调节蛋白相互作用决定用决定。（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，称之为基因表格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 temporal temporal temporal specificityspecificityspecificityspecificity）。）。）。）。多细胞生物基因表达的时间特异性又多细胞生物基因表达的时间特异性又称称阶段特异性阶段特异性（stage specific

4、itystage specificitystage specificitystage specificity）。（二）空间特异性（二）空间特异性 在个体发育、生长的全过程，一种基因在个体发育、生长的全过程，一种基因产物在个体的不同组织或器官表达，即在个产物在个体的不同组织或器官表达，即在个体的不同空间出现，称之为基因表达的体的不同空间出现，称之为基因表达的空间空间特异性特异性（spatial specificityspatial specificity）。）。基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器的这种空间分布差异，实际上是由

5、细胞在器官的分布决定的，因此基因表达的空间特异官的分布决定的，因此基因表达的空间特异性又称性又称细胞特异性细胞特异性（cell specificitycell specificity）或）或组织特异性组织特异性(tissue specificity)(tissue specificity)。三、基因表达的方式三、基因表达的方式 按对内、外环境信号刺激的反应性，按对内、外环境信号刺激的反应性，基因表达的方式分为：基因表达的方式分为：（一）组成性基因表达（一）组成性基因表达 管家基因管家基因:某些基因在一个生物体的几乎某些基因在一个生物体的几乎所有细胞中持续表达，这类基因称管家基因所有细胞中持续表

6、达，这类基因称管家基因（housekeeping genehousekeeping gene）。）。这类基因表达只受启动序列或启动子与这类基因表达只受启动序列或启动子与RNARNA聚合酶相互作用的影响，不受其它机制调聚合酶相互作用的影响，不受其它机制调节。节。无无论论表表达达水水平平高高低低，管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，而而是是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，或或变变化化很很小小。区区别别于于其其他他基基因因，这这类类基基因因表表达达被被视视为为组组成成性性基基因表达因表达(constitutive

7、 gene expression)。（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，相应的基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，这种基因称因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为为可诱导基因可诱导基因。可诱导基因在一定的环境中表达增强的可诱导基因在一定的环境中表达增强的过程为过程为诱导诱导（inductioninduction）。）。如果基因对环境信号应答时被抑制，如果基因对环境信号应答时被抑制，这种基因称为这种基因称为可阻遏基因可阻遏基因。可阻遏基因表达。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为产物水平降低的过程称为阻遏阻遏(repression)(repr

8、ession)。诱导和阻遏在生物界普遍存在，也是生诱导和阻遏在生物界普遍存在，也是生物体适应环境的基本途径。物体适应环境的基本途径。管家基因管家基因可调节基因可调节基因表达很少受环境因素影响表达很少受环境因素影响.受环境因素的诱导或阻遏.基因表达的方式基因表达的方式基因分类：基因分类：可诱导可诱导可阻遏可阻遏.环境信号表达增强表达减弱诱导诱导阻遏阻遏协调表达协调表达在一定机制控制下，功能上相关的一组在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为致、共同表达，即为协调表达协调表达（coodinate coodina

9、te expressionexpression）。（三）协调表达（三）协调表达四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖；（一）适应环境、维持生长和增殖；外环境不断变化 机体相应的适应性应答生物体适应变化着的环境、维持正常生长（二）维持个体发育与分化。（二）维持个体发育与分化。高等动物各种组织、器官的高等动物各种组织、器官的发育与分发育与分 化都是由一些特定基因控制的化都是由一些特定基因控制的第二节基因表达调控的基本原理第二节基因表达调控的基本原理 一、基因表达调控的多层次和复杂性一、基因表达调控的多层次和复杂性基因基因激活激活 转录起始转录起始基本

10、控制点基本控制点 转录后加工转录后加工 mRNAmRNA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 转录水平的转录水平的调调控是调控的最有效最经济的控是调控的最有效最经济的,转录起始是基转录起始是基本控制点本控制点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，以及细胞内所存在的转录以及细胞内所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。1.1.特异特异DNADNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质二、基因转录激活调节的基本要素二、基因转录激活调节的基本要素原核生物原核生物 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)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)启动序列启动序列RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共

12、有序列共共有有序序列列(consensus 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别和和结结合能力。合能力。2 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聚聚合合酶不能沿酶不能沿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

13、纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白 3)3)3)3)调节蛋白调节蛋白 原核生物基因调节蛋白原核生物基因调节蛋白分为三类分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白，都是蛋白，都是DNADNA结合蛋白。结合蛋白。特异因子特异因子决定决定RNARNA聚合酶对一个或一套启聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。动序列的特异性识别和结合能力。阻遏蛋白阻遏蛋白可识别、结合操纵序列，抑可识别、结合操纵序列，抑制基因转录，介导负性调节。制基因转录，介导负性调节。激活蛋白激活蛋白可结合启动序列邻近的可结合启动序列邻近的DNADNA序序列，促进列，促进RNARNA聚合酶与启动序列的结合，

14、增聚合酶与启动序列的结合，增强强RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。真核生物调控序列真核生物调控序列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序序列列真核生物真核生物调控序列调控序列增强子增强子沉默子沉默子启动子启动子特异反应元件特异反应元件真核生物真核生物BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点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聚聚合合酶酶或或特特异异转转录录因因子子的的结合位点

15、。结合位点。真核生物启动序列：真核生物启动序列：-25bp-25bp区一致性的区一致性的 碱基序列碱基序列 TATA盒、盒、GC盒盒CAAT盒。盒。增强子：远离转录起始点，决定基因的增强子：远离转录起始点，决定基因的 时间与空间特异性表达，能时间与空间特异性表达，能 增强启动子转录活性的增强启动子转录活性的DNADNA序序 列。发挥作用的方式与方向列。发挥作用的方式与方向 距离无关。距离无关。沉默子：有些基因含有的负性调控元件，沉默子：有些基因含有的负性调控元件，即结合特异的蛋白因子，对转录即结合特异的蛋白因子，对转录 起阻遏作用。起阻遏作用。反应元件：真核生物的调控序列中还存反应元件：真核生

16、物的调控序列中还存 在受激素信号或其他化合物在受激素信号或其他化合物 调节的调节的 DNA DNA序列。序列。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 增强子增强子顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)AATAAA切离加尾切离加尾 转录终止点转录终止点 修饰点修饰点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体(二二).).调节蛋白调节蛋白:与相应调控元件结合的蛋白质与相应调控元件结合的蛋白质2.2.真核生物真核生物转录因子转录因子1.1.原核生物原核生物RNA-polRNA-pol阻遏蛋白阻遏蛋白激

17、活蛋白激活蛋白启动序列：启动序列：操纵序列操纵序列激活蛋白激活蛋白结合序列结合序列基本转录因子基本转录因子(启动序列启动序列)特异转录因子特异转录因子(其它调控序列其它调控序列)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，称称顺式作用顺式作用。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的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。反式作用因子反式作用因子(trans-actin

18、g factor)这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。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结合合。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结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全对称结构。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)。2.DNA-蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质-蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用(三三).调节方式调节方式1.反式调节:由由

19、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作用，调节其表达。互作用，调节其表达。这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用。反式作用。2.顺式调节某一基因编码的产物作用于自己基因的某一基因编码的产物作用于自己基因的调控元件调控元件.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第三节第三节 基因表达的过程和特点基因表达的过程和特点一、一、基因的转录基因的转录（一）、基因转录的基本方式（一）、基因转录的基本方式原核生物与原核生物与真核生物真核生物1

20、 1、RNARNA合成的前体分子是四种合成的前体分子是四种 NTP NTP；2 2、参与转录的酶、参与转录的酶:RNA:RNA 聚合酶；聚合酶；3 3、在、在RNARNA聚合反应中，形成聚合反应中，形成3 3 ，5 5磷酸二酯键；磷酸二酯键；4 4、双链、双链DNADNA中只有一条链作为中只有一条链作为RNARNA合成的模板：合成的模板：不对称转录不对称转录5 5、基因转录的基本过程一致。、基因转录的基本过程一致。1 1）RNA RNA 聚合酶与聚合酶与DNADNA模板特殊区域结模板特殊区域结 合，转录起始；合，转录起始；2 2）RNA RNA链延伸；链延伸；3 3）RNA RNA合成终止，新

21、链释放。合成终止，新链释放。（二）、（二）、mRNAmRNA转录后的加工、修饰与运输转录后的加工、修饰与运输1 1、5 5端帽结构的形成端帽结构的形成2 2、3 3端的剪接和多聚腺苷酸的加入端的剪接和多聚腺苷酸的加入3 3、mRNAmRNA前体的剪接前体的剪接4 4、选择性剪接、选择性剪接5 5、RNARNA编辑（编辑（RNA editingRNA editing）原核生物原核生物真核生物真核生物5-met G-5-UTR3-UTRCoding region-AAAA-3AUG1 1、帽子结构帽子结构1 1、55端帽结构的形成端帽结构的形成5 pppGp5 GpppGppppG ppi鸟苷酸鸟

22、苷酸转移酶转移酶5 m7GpppGp甲基转移酶甲基转移酶SAM帽帽子子结结构构的的生生成成5 ppGp磷酸酶磷酸酶 PiCPSF:Cleavage-and-polyadenylation specificity factor;CStF:cleavage stimulatory factor CF:cleavage factor;PAP:poly(A)polymerase;PABII:poly(A)-binding protein II 2 2、33端的剪切和多聚腺苷酸的加入端的剪切和多聚腺苷酸的加入snRNPsnRNP与与hnRNAhnRNA结合成为并接体结合成为并接体3 3、mRNAmRNA

23、前体的剪接前体的剪接除去除去hnRNAhnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。Adonor siteacceptor siteIt takes places in a two-step reaction，snRNPs are involved.4 4、选择性剪接（、选择性剪接（alternative splicingalternative splicing）指基因的初级转录产物通过不同的指基因的初级转录产物通过不同的剪接方式而实现的外显子的选择性使用。剪接方式而实现的外显子的选择性使用。剪接方式：剪接方式：1 1）使用不同的剪接位点；）使用不同的剪接位点；2 2）交替使用

24、外显子；）交替使用外显子；3 3）反式剪接）反式剪接:在两个或更多不同的基因在两个或更多不同的基因初级转录物中的外显子，剪接成为一条初级转录物中的外显子，剪接成为一条成熟的成熟的mRNA mRNA。RNA RNA 剪接剪接 J.Clin.Invest.2003选择性剪接选择性剪接J.Clin.Invest.2003可变剪接产生的可变剪接产生的mRNAmRNA编码框不同：编码框不同：a.a.可在同一细胞中产生多种蛋白质。可在同一细胞中产生多种蛋白质。b.b.在不同细胞中有不同的剪接方式，在不同细胞中有不同的剪接方式，表现出组织特异性。表现出组织特异性。c.c.在不同发育时期或不同条件下采在不同发

25、育时期或不同条件下采 取不同剪接方式，表达不同蛋白。取不同剪接方式，表达不同蛋白。选择性剪接的实际例子：选择性剪接的实际例子：选择性剪接的实际例子：选择性剪接的实际例子：-原肌球蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白 mRNA(-tropomyosin)mRNA(-tropomyosin)二、选择性剪接的调控机制1SR蛋白家族的调控蛋白家族的调控剪接体剪接体的形成与多种蛋白质和的形成与多种蛋白质和RNA复合体密切相复合体密切相关。在可变剪接上保守的关。在可变剪接上保守的SR磷蛋白家族因子磷蛋白家族因子的参的参与起重要作用。与起重要作用。SR蛋白是在真核生物蛋白是在真核生物RNA剪接中发挥重要功能的

26、剪接中发挥重要功能的一类剪接因子。它们可以结合特定的一类剪接因子。它们可以结合特定的RNA,参与识参与识别别 5及及 3剪接位点剪接位点,与与snRNP及其他剪接因子共同及其他剪接因子共同完成完成RNA的组成性和选择性剪接。的组成性和选择性剪接。2RNP的调节hnRNP-A1:在选择5和3剪接点时具有可变剪接活性，成为参与可变剪接的调节因子，在体内与SR蛋白共同调节组织特异性的剪接。U5hnRNP在酵母中参与5剪接点突变的可变剪接。三、反式剪接剪接过程一般发生同一个RNA分子的内部，即通过剪接将一个RNA分子内的内含子剪掉，使外显子连接在一起，这种剪接方式称为顺式剪接（cis-splicing

27、）。两种不同来源的RNA前体分子的内含子之间具有互补序列时，也可以发生反式剪接（trans-splicing）。反式剪接的情况较为稀少，较典型的例反式剪接的情况较为稀少，较典型的例子是锥虫表面糖蛋白基因子是锥虫表面糖蛋白基因VSG(variable VSG(variable surface glycoprotein)surface glycoprotein)，线虫的肌动蛋，线虫的肌动蛋白基因（白基因（actin genesactin genes），和衣藻），和衣藻（chlamydomonaschlamydomonas）叶绿体）叶绿体DNADNA中含有的中含有的psapsa基因。基因。另一种形式

28、的反式剪接是在成熟的另一种形式的反式剪接是在成熟的mRNA非翻译部分非翻译部分5端剪接上一段称端剪接上一段称为为“剪接前导剪接前导RNA（spliced leader RNA，SL RNA）。）。SL RNAs 存在于几种锥虫和线虫中，存在于几种锥虫和线虫中，它们具有共同的特点，即折叠成相同它们具有共同的特点，即折叠成相同的二级结构，有的二级结构，有3个茎环和个茎环和1个单链区，个单链区，此单链区类似于此单链区类似于U1的的Sm结合位点。因结合位点。因此此SL RNAs存在和存在和snRNPs相似的形式。相似的形式。可能作为可能作为snRNP中的一种。中的一种。剪接前导序列锥虫的锥虫的mRNA

29、 mRNA 意义之一意义之一可变剪接使得单个基因能编码多种蛋白，可变剪接使得单个基因能编码多种蛋白，在产生蛋白组的复杂性起着主要作用。在产生蛋白组的复杂性起着主要作用。人类编码蛋白的基因人类编码蛋白的基因3 3 4 4万个，蛋白种万个，蛋白种类约类约1010万。万。ESTEST（expressed sequence tagsexpressed sequence tags）和）和cDNAcDNA数据库分析，人类编码数据库分析，人类编码蛋白的基因发生可变剪接；可变剪接微阵列蛋白的基因发生可变剪接；可变剪接微阵列分析，发生可变剪接。分析，发生可变剪接。意义之二意义之二 可变剪接可产生带有提前的终止密

30、码子可变剪接可产生带有提前的终止密码子(premature termination codon,PTC)premature termination codon,PTC)的的mRNA,mRNA,使使之通过之通过无意密码子介导的无意密码子介导的mRNAmRNA降解机制降解机制(nonsense-mediated mRNA decaynonsense-mediated mRNA decay，NMD)NMD)途径降解途径降解,从而控制基因表达量。从而控制基因表达量。NMD NMD是一种监管系统是一种监管系统,其基本功能是除去不其基本功能是除去不正常的转录产物。通过对正常的转录产物。通过对ESTEST和

31、和cDNAcDNA数据库分析数据库分析,约约35%35%可变剪接产物被可变剪接产物被NMDNMD降解。降解。现在可以肯定在真核细胞中至少存在着三种现在可以肯定在真核细胞中至少存在着三种mRNAmRNA的降解方式：的降解方式：1 1、依赖于脱腺苷酸的降解，、依赖于脱腺苷酸的降解，2 2、无义密码介导的、无义密码介导的mRNAmRNA的降解的降解 3 3、核酸内切酶的水解。、核酸内切酶的水解。其中依赖于脱腺苷酸的降解方式是细胞内大多数其中依赖于脱腺苷酸的降解方式是细胞内大多数mRNAmRNA降解的主要途径。降解的主要途径。RNA编辑（RNA editing）是在RNA分子上出现的一种修饰现象。主要

32、指mRNA在转录后因插入、缺失或核苷酸的替换，改变了DNA模板来源的遗传信息，从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。RNA编辑似乎是中心法则的例外。编辑扩大了遗传信息，也可能是生物适应的一种保护措施。5.RNA5.RNA的编辑的编辑(mRNA editing)(mRNA editing)RNARNA的编辑是对的编辑是对mRNAmRNA前体的序列进行的改编。前体的序列进行的改编。在在mRNA mRNA 前体分子的碱基序列中：前体分子的碱基序列中：删去删去C C、插入、插入U U：C C被被U U取代；取代；删去删去G G、插入、插入A A：A A被被G G取代。取代。一、核苷酸的替换1U替换最典

33、型的例子是载脂蛋白B的RNA编辑。U替换使Apo-B 100 CAA编码的谷氨酰胺突变为UAA的终止密码子，产生编码Apo-B48的mRNA。在蛋白质水平上只保留了Apo-B100分子N端脂蛋白装配结构域，缺少了C端低密度脂蛋白受体结合区。apo B100apo B482AI替换在珠蛋白、c-Myc、成纤维细胞生长因子基因中都有因AI替换使互补链的U被RNA酶A水解的现象。二、可读框的改变可读框的改变主要是核苷酸的插入或缺失。G或C的插入则往往是因为模板上连续几个C（或G）之后，互补链因一种滑动力而被添加到RNA中。三、向导RNA向导向导RNA（gRNA）:1、引导、引导RNA编辑的编辑的RN

34、A分子分子,长度大约是长度大约是6080个核苷酸个核苷酸,是由单独的基因转录的是由单独的基因转录的,具有具有3寡聚寡聚U的尾巴的尾巴,中间有一段与被编辑中间有一段与被编辑mRNA精确互补的精确互补的序列序列,5端是一个锚定序列端是一个锚定序列,它同非编辑的它同非编辑的mRNA序列互补。序列互补。2、在编辑时、在编辑时,形成一个编辑体，以形成一个编辑体，以gRNAs内部的内部的序列作为模板进行转录物的校正序列作为模板进行转录物的校正,同时产生编同时产生编辑的辑的mRNA。（三）、（三）、mRNAmRNA的运输的运输 在真核生物细胞核内，在真核生物细胞核内，mRNAmRNA的前体与核蛋白结的前体与

35、核蛋白结合形成合形成不均一核糖核蛋白颗粒（不均一核糖核蛋白颗粒（heterogeneous heterogeneous ribonucleo-protein particleribonucleo-protein particle，hnRNPshnRNPs）而运输。而运输。The physical form of hnRNA is a ribonucleoprotein particle(hnRNP),in which the hnRNA is bound by proteins(20 types).hnRNPhnRNP的功能：的功能：1 1、hnRNPhnRNP蛋白蛋白有一个或几个可以结合有一

36、个或几个可以结合 RNA RNA 的结构域；的结构域；2 2、至少有一个与其它蛋白相互作用的结构域；、至少有一个与其它蛋白相互作用的结构域；3 3、防止、防止 mRNA mRNA 前体内部形成二级结构前体内部形成二级结构,有利于有利于mRNAmRNA 前体与其它大分子接近并发生相互作用；前体与其它大分子接近并发生相互作用；4 4、与、与 RNA RNA 中特异的剪接序列、剪切和多聚中特异的剪接序列、剪切和多聚A A 作用的序列以及与作用的序列以及与 RNA RNA 加工因子相识别，并参加工因子相识别，并参 与与 mRNA mRNA 前体加工；前体加工；5 5、参与、参与 mRNA mRNA 的

37、运输。的运输。Diagram of the RNP motif domain 防止防止 mRNA mRNA 前体内部形成二级结构前体内部形成二级结构,有利于有利于mRNAmRNA 前体与其它大分子接近并发生相互作用前体与其它大分子接近并发生相互作用mRNA稳定性的调控真核生物mRNA的稳定性除了取决于分子内本身的结构特征外，还受转录后修饰和与蛋白质所形成的mRNP中蛋白质的种类的影响。真核生物细胞中，管家基因的mRNA的寿命比较长，因为这些基因的产物是细胞生命活动所必需的。高等真核生物高度分化的细胞中，许多mRNA极其稳定。mRNA寿命的延长增加了细胞内某种mRNA的有效浓度，提高了蛋白质合成

38、的速度，这种翻译水平的调控方式称为翻译扩增（translational amplification）。二、蛋白质的生物合成二、蛋白质的生物合成-翻译翻译（一）、肽链翻译的基本方式（一）、肽链翻译的基本方式 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程1 1、氨基酸的活化及与特异、氨基酸的活化及与特异tRNAtRNA连接；连接；2 2、肽链合成的起始；、肽链合成的起始；3 3、肽链合成的延长；、肽链合成的延长；4 4、肽链合成的终止。、肽链合成的终止。（二）、肽链翻译后的加工修饰（二）、肽链翻译后的加工修饰1 1、翻译起始点的调控翻译起始点的调控2 2、蛋白质翻译后的折叠、蛋白质翻译后的折叠3 3、某些肽段

39、或氨基酸的切除、某些肽段或氨基酸的切除 1 1）信号肽的切除）信号肽的切除 2 2）多蛋白的加工）多蛋白的加工 3 3）氨基酸残基的共价化学修饰）氨基酸残基的共价化学修饰1 1 1 1、翻译起始点的调控、翻译起始点的调控、翻译起始点的调控、翻译起始点的调控 翻译通常从第一个翻译通常从第一个翻译通常从第一个翻译通常从第一个AUGAUGAUGAUG起始，但有时会因第一起始，但有时会因第一起始，但有时会因第一起始，但有时会因第一个个个个AUGAUGAUGAUG周围的、能被核糖体亚基识别的信号序列太周围的、能被核糖体亚基识别的信号序列太周围的、能被核糖体亚基识别的信号序列太周围的、能被核糖体亚基识别的

40、信号序列太弱而被错过，从而由以下的弱而被错过，从而由以下的弱而被错过，从而由以下的弱而被错过，从而由以下的AUGAUGAUGAUG开始翻译开始翻译开始翻译开始翻译（“leaky scanning”“leaky scanning”“leaky scanning”“leaky scanning”）分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠 1.1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)(heat shock protein,HSP)：H

41、SP70HSP70、HSP40HSP402.2.伴侣素伴侣素(chaperonins)(chaperonins)：GroELGroEL和和GroESGroES家族家族3.3.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶(protein disulfide (protein disulfide isomerase,PDI)isomerase,PDI)2 2、蛋白质翻译后的折叠、蛋白质翻译后的折叠（1）信号肽的切除 信号肽信号肽(signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有一含端有一含 13 16个氨基酸残基（以疏水氨基酸残基为主）的个氨基酸残基（以疏水氨基酸残基为主）的保守肽段称

42、信号肽。保守肽段称信号肽。3、某些肽段或氨基酸的切除信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)(POMC)的水解修饰的水解修饰NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin（2 2）多蛋白的加工）多蛋白的加工3 3）氨基酸残基的共价化学修饰）氨基酸残基的共价化学修饰对对新新生生肽肽链链中中某某些些氨氨基基酸酸残残基基进进行行共共价价修修饰饰，是是翻翻译译后后处处理理的的重重要要内内容容。反反应应的的主主要类型有以下几种：要类型有以下几种：(1)(1)乙酰化乙酰化 主要发生主要发生在

43、在N N末端末端氨基和赖氨酸的氨基和赖氨酸的氨基上；氨基上；(2)(2)甲甲基基化化 发发生生在在氨氨基基、氨氨基基、精精氨氨酸酸的的胍胍基基和和C C末末端的端的羧基和侧链的羧基上；羧基和侧链的羧基上；(3)(3)磷磷酸酸化化 主主要要发发生生在在丝丝氨氨酸酸的的羟羟基基和和苏苏氨氨酸酸及及酪酪氨氨酸酸的羟基上；的羟基上；（4 4）泛酸化）泛酸化 发生发生在在氨基和氨基和氨基上；氨基上；（5 5）转氨基酸作用）转氨基酸作用 主要发生主要发生在在N N末端末端的的氨基上；氨基上；（6 6）多聚）多聚ADPADP核糖基化核糖基化 主要发生在精氨酸的胍基上；主要发生在精氨酸的胍基上；（7 7）糖糖

44、基基化化 可可能能通通过过N N糖糖苷苷键键连连接接于于天天冬冬氨氨酰酰的的酰酰胺胺基基上上，也也可可以以通通过过O O糖糖苷苷键键连连接接于于丝丝氨氨酸酸和和苏苏氨氨酸酸的的羟羟基基上上以以及及羟羟赖赖氨氨酸酸和和羟羟脯脯氨氨酸酸的的羟羟基基上上，也也可可以以通通过过S S糖糖苷苷键键连接于半胱氨酸的巯基上。连接于半胱氨酸的巯基上。（三）、蛋白质的分拣与转运（三）、蛋白质的分拣与转运1 1、蛋白质的分拣（、蛋白质的分拣（protein sortingprotein sorting）靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白内质网滞

45、留信号，内质网滞留信号，C C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N N端靶向序列（端靶向序列（20203535氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Lys-Val-，SV40 TSV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-Ser-Lys-Leu-（PSTPST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-PMan-6-P（甘露糖（甘

46、露糖-6-6-磷酸）磷酸）一种是细胞内蛋白质合成和转运同时发生的，一种是细胞内蛋白质合成和转运同时发生的，即即翻译转运同步机制（翻译转运同步机制（cotranslational cotranslational transfertransfer）另一种是蛋白质从核糖体上释放后才发生转另一种是蛋白质从核糖体上释放后才发生转运，属于运，属于翻译后转运机制（翻译后转运机制（posttranslational posttranslational translocationtranslocation）2 2、蛋白质的转运、蛋白质的转运（1 1）翻译转运同步机制）翻译转运同步机制 分分泌泌蛋蛋白白、质质膜膜

47、蛋蛋白白、溶溶酶酶体体蛋蛋白白、内内质质网网和和高高尔基体滞留蛋白等。尔基体滞留蛋白等。首首先先在在游游离离核核糖糖体体上上合合成成含含信信号号肽肽的的部部分分肽肽段段后后就就结结合合到到内内质质网网上上，然然后后边边合合成成边边进进入入内内质质网网腔腔，经经初初步步加加工工和和修修饰饰后后，部部分分多多肽肽以以芽芽泡泡形形式式被被运运往往高高尔尔基基体体，再再经经进进一一步步的的加加工工和和修修饰饰后后被被运运往往质质膜膜、溶酶体或被分泌到胞外。溶酶体或被分泌到胞外。（2 2）翻译后转运机制）翻译后转运机制 叶绿体蛋白和线粒体蛋白。叶绿体蛋白和线粒体蛋白。在在细细胞胞质质游游离离核核糖糖体体

48、上上被被完完全全合合成成后后通通过过新新生生肽的信号序列直接运往目的地并被加工。肽的信号序列直接运往目的地并被加工。第四节第四节 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 原核基因转录调节原核基因转录调节 -主要调节环节在转录起始主要调节环节在转录起始 一、基因转录调节特点一、基因转录调节特点 1 1、因子决定因子决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 2 2、操纵子模型的普遍性、操纵子模型的普遍性 3 3、阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性、阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 4、受环境因素影响较大受环境因素影响较大 原核基因转录调节原核基因转录调节以负性调节为主。以负性调节为主。原核生物基因

49、表达调控类型原核生物基因表达调控类型负调控机制负调控机制-调节基因编码阻遏蛋白的调节基因编码阻遏蛋白的 调控调控.正调控机制正调控机制-调节基因编码激活蛋白的调节基因编码激活蛋白的 调控调控.每种调控都能体现基因的诱导和阻遏表达每种调控都能体现基因的诱导和阻遏表达.亚基的替换亚基的替换启动 DNA重排分解代谢物的阻遏调控二.转录起始调控(1).亚基的替换亚基的替换启动因子与启动子的作用模式因子与启动子的作用模式RNARNA聚合酶全酶聚合酶全酶2 2 在在原核生物的发育原核生物的发育分化过程中，不同分化过程中，不同基因的基因的有序表达是由于有序表达是由于不同不同因子在不同时间产生并发挥作因子在不

50、同时间产生并发挥作用而引起的。用而引起的。核心酶核心酶(core enzyme)全酶全酶(holoenzyme)29负责中晚期芽孢形成基因负责中晚期芽孢形成基因 55识别营养阶段的启动子识别营养阶段的启动子28负责转录探测营养耗尽和起始负责转录探测营养耗尽和起始芽孢形成反应的基因芽孢形成反应的基因32,37负责早期芽孢形成基因负责早期芽孢形成基因 5528无活性无活性32,37枯草芽胞杆菌芽胞的形成过程基因启动顺序枯草芽胞杆菌芽胞的形成过程基因启动顺序:(2).DNA重排重排沙沙门门菌菌鞭鞭毛毛素素基基因因的的调调节节 H2鞭毛素鞭毛素 阻遏蛋白阻遏蛋白 Hin重组酶重组酶转位片段转位片段hi