大学分子生物学经典课件第六章 真核基因表达调控(2011).ppt

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1、第七章第七章 真核基因表达调控真核基因表达调控真核基因表达调控的特点是真核基因表达调控的特点是：能在特定的时间，：能在特定的时间，特定的细胞中激活特定的基因，从而实现特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定预定”的、有序的、不可逆转的的、有序的、不可逆转的分化过程分化过程，并使生物，并使生物的组织和器官保持正常的功能。的组织和器官保持正常的功能。原核生物基因表达调控的特点原核生物基因表达调控的特点：原核生物是单细：原核生物是单细胞生物，环境因子往往是调控的诱导物，每个细胞生物，环境因子往往是调控的诱导物，每个细胞对环境变化的反应都是直接和一致的。胞对环境变化的反应都是直接和一致的。2023/

2、1/211真核基因表达调控根据性质分为两种类型：真核基因表达调控根据性质分为两种类型：q 瞬时调控或称可逆性调控：瞬时调控或称可逆性调控：相当于原核细胞对环境变化所做出的反应。相当于原核细胞对环境变化所做出的反应。包括：某种包括：某种底物或激素水平底物或激素水平升降时，表现出细胞内酶升降时，表现出细胞内酶或某些蛋白质合成的变化；或某些蛋白质合成的变化；细胞周期不同阶段细胞周期不同阶段中酶活中酶活性或浓度的调节。性或浓度的调节。p 发育调控或称不可逆调控：发育调控或称不可逆调控：是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。长、分化

3、、发育的全部进程。2023/1/212真核基因表达调控的主要步骤真核基因表达调控的主要步骤2023/1/213第一节第一节 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 真核细胞和原核细胞在基因转录、翻译、真核细胞和原核细胞在基因转录、翻译、DNA空空间结构方面的主要差别：间结构方面的主要差别：mRNA与多肽链的数量关系与多肽链的数量关系;基因组基因组DNA存在的形式存在的形式;基因组基因组DNA的结构的结构;DNA片段的重排及拷贝数的增加片段的重排及拷贝数的增加;转录调节区的大小，距离转录起始位点的距离及作转录调节区的大小，距离转录起始位点的距离及作用的性质用的性质;转录和翻译过

4、程在时间和空间上的差别转录和翻译过程在时间和空间上的差别;mRNA的加工。的加工。2023/1/214一、基因家族一、基因家族(gene family)q 原核生物中，功能相关的基因组成操纵子，以原核生物中，功能相关的基因组成操纵子，以多多顺反子顺反子mRNA进行转录，整个体系在一个启动子的进行转录，整个体系在一个启动子的控制之下。控制之下。q 真核生物中，真核生物中，DNA是以单顺反子的形式存在。是以单顺反子的形式存在。q 单顺反子单顺反子(monocistronic mRNA)：只编码一个只编码一个蛋白质的蛋白质的mRNA称为单顺反子称为单顺反子mRNA。q 多顺反子（多顺反子（polyc

5、istronic mRNA)：编码多个编码多个蛋白质的蛋白质的mRNA称为多顺反子称为多顺反子mRNA。2023/1/2151、简单多基因家族、简单多基因家族 家族中的成员一般以家族中的成员一般以串联方式前后连接串联方式前后连接形成的形成的多基因家族，称为多基因家族，称为简单多基因简单多基因。基因家族基因家族(gene family)：真核细胞中，许多功能真核细胞中，许多功能相关的基因成套组合，称为基因家族。相关的基因成套组合，称为基因家族。基因簇（基因簇（gene cluster)：同一基因家族中的成员同一基因家族中的成员紧密排列在一起，称为一个基因簇。紧密排列在一起，称为一个基因簇。202

6、3/1/216细菌中细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析基因家族各成员的分布与成熟过程分析2023/1/217脊椎动物中脊椎动物中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析基因家族各成员的分布与成熟过程分析2023/1/2185S rRNA由由RNA聚合酶聚合酶III转录完成转录完成前前rRNA（45S）甲基化甲基化主要在核糖的主要在核糖的2-OH甲基化甲基化RNA酶降解酶降解18S、28S、5.8S rRNADNA由由RNA聚合酶聚合酶 I 转录完成转录完成真核生物中真核生物中rRNA基因家庭各成员的成熟过程分析基因家庭各成员的成熟过程分析2023/1/2192、复杂多基因家族、

7、复杂多基因家族 由几个相关的多基因构成，基因家族间由间隔序由几个相关的多基因构成，基因家族间由间隔序列隔开，并作为列隔开，并作为独立独立的转录单位。的转录单位。6000 bp,重复重复1000次左右次左右2023/1/21103、发育调控的复杂多基因家族、发育调控的复杂多基因家族 血红蛋白是所有动物体内输送血红蛋白是所有动物体内输送分子氧分子氧的主要载体，的主要载体，由两条由两条 链链和两条和两条 链链组成的四聚体加上一个组成的四聚体加上一个血红素血红素辅基（结合铁原子）辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。后形成功能性血红蛋白。有功能的血红蛋白基因的基本结构：三个外显有功能的血红蛋白基因的

8、基本结构：三个外显子被两个内含子隔开。子被两个内含子隔开。2023/1/2111类类 和类和类 珠蛋珠蛋白基因家族白基因家族人在发育过程中人在发育过程中的血红蛋白类型的血红蛋白类型2023/1/21122023/1/21131、外显子与内含子、外显子与内含子二、真核基因的断裂结构二、真核基因的断裂结构q 断裂基因（断裂基因（interrupted gene）：）：真核生物基因除真核生物基因除了与了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编相对应的编码序列外，还含有一些不编码的序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加码的序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加工为成熟的工为成熟的mRNA时被去

9、除。这样的结构基因称为时被去除。这样的结构基因称为断裂基因。断裂基因。2023/1/2114q 外显子（外显子（exon）：基因中与基因中与mRNA一致的序列，一致的序列，即编码序列，称为即编码序列，称为外显子外显子。一个基因总是以外显子。一个基因总是以外显子为起点和终点。为起点和终点。q 内含子（内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入基因中编码序列之间的介入序列，在原初转录物加工为序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除，即非时被去除，即非编码序列，称为内含子。编码序列，称为内含子。2023/1/21152023/1/21162、外显子与内含子的连接区、外显子与内含子的连接区特点特

10、点:1）内含子两端序列不能互补；）内含子两端序列不能互补；2）连接区序列高度保守（）连接区序列高度保守（GT-AG法则）；法则）；2023/1/21175，GTAG 3,左剪接位点左剪接位点右剪接位点右剪接位点donor siteacceptor site2023/1/21183、外显子与内含子的可变性、外显子与内含子的可变性组成性剪接组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有：在高等真核生物中，内含子通常是有序或组成性地从序或组成性地从mRNA前体中被剪接，这种剪接方前体中被剪接，这种剪接方式称为组成性剪接。式称为组成性剪接。选择性剪接选择性剪接：又叫：又叫变位剪接变位剪接，指在剪接过程中

11、可以，指在剪接过程中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变位剪接，产生出不同位剪接，产生出不同mRNA的过程，这种剪接方式的过程，这种剪接方式称为变位剪接。称为变位剪接。2023/1/2119小鼠淀粉酶基因的表达具有组织特异性。小鼠淀粉酶基因的表达具有组织特异性。2023/1/2120相同密码子、不同起始位点相同密码子、不同起始位点产生长度不同的蛋白质产生长度不同的蛋白质同一段同一段DNA序列生成了两条或两条以上的序列生成了两条或两条以上的mRNA链。链。2023/1/2121不同起始位点、不同读码顺不同起始位点、不同读码顺序产生不同蛋白质

12、序产生不同蛋白质2023/1/2122不同外显子的使用产生不同蛋白质不同外显子的使用产生不同蛋白质2023/1/2123三、真核生物三、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 在个体发育过程中，用来合成在个体发育过程中，用来合成RNA的的DNA模板模板也会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的也会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的发育。它包括了发育。它包括了基因丢失基因丢失、扩增扩增、重排重排和和移位移位等方等方式，可以消除或变换某些基因并改变他们的活性。式，可以消除或变换某些基因并改变他们的活性。调控方式与转录及翻译水平的调控是不同的，因为调控方式与转录及翻译水平的调

13、控是不同的，因为它使基因组发生了改变。它使基因组发生了改变。2023/1/2124转录之前，染色质转录之前，染色质解旋或松弛解旋或松弛自由自由DNA结构基因暴露结构基因暴露HMG蛋白蛋白结合结合启动子启动子导致导致单链区形成，启动子暴露，单链区形成，启动子暴露，产生产生DNase超敏感位点超敏感位点DNA 与与RNA聚合酶和其它聚合酶和其它转录调控因子结合转录调控因子结合1、“开放型开放型”活性染色质结构对转录的影活性染色质结构对转录的影响响 HMG（high mobility group)蛋白，高速泳动族蛋蛋白，高速泳动族蛋白，是染色体上一类低分子量非组蛋白。白，是染色体上一类低分子量非组蛋

14、白。2023/1/2125染色质转录的动力学模型染色质转录的动力学模型 蛋白因子能够利用蛋白因子能够利用ATP水解所提供的能量，水解所提供的能量，将核心组蛋白八聚体从将核心组蛋白八聚体从DNA链中置换。链中置换。2023/1/2126DNase hypersensitive sites in the maize Adh1 promoter.2023/1/21272、基因扩增、基因扩增 是指基因的拷贝数专一性大量增加，使细胞在短时是指基因的拷贝数专一性大量增加，使细胞在短时间内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要。间内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要。例如：非洲爪蟾卵母细胞中的例如：非洲

15、爪蟾卵母细胞中的 rRNA基因基因(rDNA)rDNA以简单多基以简单多基因家族形式形成因家族形式形成中度重复序列中度重复序列2023/1/21283、基因重排与变换、基因重排与变换 基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距离很近的位点从而启动转录，这种方式称为基因重排。离很近的位点从而启动转录，这种方式称为基因重排。例如：小鼠免疫球蛋白例如：小鼠免疫球蛋白免疫球蛋白由两条重链免疫球蛋白由两条重链（可变区（可变区V、连接区连接区J、恒定区恒定区C）和两条轻链和两条轻链（V、C）组成；组成；V:variableC:constant2023/1/21

16、292023/1/21302023/1/2131四、四、DNA甲基化与基因活性的调节甲基化与基因活性的调节 DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则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与表达。诱导了基因的重新活化与表达。1、DNA甲基化甲基化DNA甲基化的主要形式甲基化的主要形式5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5 mC)7-甲基鸟嘌呤（甲基鸟嘌呤（7 mG）N6-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（N6 mG）CpG通常成串出现在通常成串出现在DNA上，这段序列往往被上，这段序列往往被称为称为CpG岛岛。2023/1/2132甲基化酶甲基化酶q 日常型甲基化酶日常型甲基化酶：在甲基化

17、母链指导下使处于：在甲基化母链指导下使处于半甲基化的半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。的胞嘧啶甲基化。q 从头合成型甲基转移酶从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的：催化未甲基化的CpG成为成为 mCpG,它不需要母链指导，但速度很它不需要母链指导，但速度很慢。慢。2023/1/2133DNA甲基化甲基化DNA构象变化构象变化导致导致影响影响蛋白质与蛋白质与DNA的作用的作用抑制抑制转录因子与启动区转录因子与启动区DNA 的结合的结合2、DNA甲基化抑制基因转录的机理甲基化抑制基因转录的机理2023/1/21342023/1/21353、甲基

18、化与、甲基化与X染色体失活染色体失活 雌性胚生哺乳类动物细胞中含有的两条雌性胚生哺乳类动物细胞中含有的两条X染色体之染色体之一在发育早期随机失活。并不是卵原细胞、卵母细胞。一在发育早期随机失活。并不是卵原细胞、卵母细胞。人们将与人们将与X染色体失活有关的核心区命名为染色体失活有关的核心区命名为X染色染色体失活中心（体失活中心（X-chromosome inactivation center,Xic)。在在X染色体失活中心发现一个基因染色体失活中心发现一个基因Xist(Xi-specific transcript)。该基因在失活的染色体上表达，该基因在失活的染色体上表达，而在具有活性的染色体上不

19、表达。而在具有活性的染色体上不表达。失活染色体上大多数基因都处于关闭状态，失活染色体上大多数基因都处于关闭状态，DNA序列都呈高度甲基化。序列都呈高度甲基化。2023/1/2136Xist基因位点去甲基化基因位点去甲基化表达表达Xist 的的RNA分子分子Xic区，使区，使Xic区构象变化区构象变化结合结合各种蛋白因子各种蛋白因子结合结合导致导致X 染色体失活染色体失活X 染色体失活的机理：染色体失活的机理：2023/1/2137Xist基因基因表达表达不表达不表达甲基化甲基化有活性有活性去甲基化去甲基化失活失活2023/1/2138真核基因和原核相比表达调控的一些特点真核基因和原核相比表达调

20、控的一些特点真核基因和原核相比表达调控的一些特点真核基因和原核相比表达调控的一些特点1、在原核中正、负调控同等重要，真核中主要是正在原核中正、负调控同等重要，真核中主要是正调控。调控。2、真核基因的调控序列多，必须有多个激活物同时真核基因的调控序列多，必须有多个激活物同时特异地结合上去才能启动基因的转录。特异地结合上去才能启动基因的转录。3、在真核中染色质的结构对基因的表达有明显的调在真核中染色质的结构对基因的表达有明显的调控作用。控作用。4、真核基因的表达有多种转录后的调控机制，其中真核基因的表达有多种转录后的调控机制，其中许多机制是原核所没有的。许多机制是原核所没有的。5、真核生物具有调控

21、组织特异性表达的机制。真核生物具有调控组织特异性表达的机制。2023/1/2139 真核基因调控主要在转录水平上进行，受大真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量特定的量特定的顺式作用元件（顺式作用元件（cis-acting element）和和反反式作用因子（式作用因子（trans-acting factor，又称跨域作用，又称跨域作用因子）因子）的调控，真核生物的转录调控大多数是通的调控，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。来实现的。第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成202

22、3/1/2140基因（基因（gene）产生一条多肽链或功能产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核所必需的全部核苷酸序列。苷酸序列。一、真核基因的转录一、真核基因的转录2023/1/2141真核基因的一般构造示意图真核基因的一般构造示意图2023/1/2142顺式作用元件（顺式作用元件（cis-acting elements）一般位于结构基因的附近，由若干一般位于结构基因的附近，由若干DNA序列元序列元件组成，主要包括启动子和增强子，只能对同一条件组成，主要包括启动子和增强子，只能对同一条DNA链上的基因表达起调控作用，这种作用在遗传链上的基因表达起调控作用，这种作用在遗传学实验上称为学实验上

23、称为顺式作用（顺式作用（cis-action），），这些这些DNA序序列叫列叫顺式作用元件顺式作用元件，一般不编码蛋白质，一般不编码蛋白质。2023/1/2143 顺式作用元件一般位于基因附近，与之相连；顺式作用元件一般位于基因附近，与之相连；一般通过与反式作用因子结合发挥功能。一般通过与反式作用因子结合发挥功能。2023/1/2144 真核基因的启动子真核基因的启动子由由核心启动子核心启动子和和上游启动子上游启动子两两个部分组成，是在基因转录起始位点个部分组成，是在基因转录起始位点(+1)及其及其5上游上游大约大约100-200 bp以内的一组具有独立功能的以内的一组具有独立功能的DNA序列

24、，序列，每个元件长度约每个元件长度约7-20 bp，是决定，是决定RNA聚合酶聚合酶II转录起转录起始点和转录频率的关键元件。始点和转录频率的关键元件。1、真核基因的启动子、真核基因的启动子2023/1/2145 核心启动子（核心启动子（core promoter)：是指保证是指保证RNA聚聚合酶合酶II转录正常起始所必需的、最少的转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，序列，包括转录起始点及转录起始位点上游包括转录起始点及转录起始位点上游 25 -30bp 处处TATA盒。盒。功能：确定转录起始位点并产生功能：确定转录起始位点并产生基础水平的转录。基础水平的转录。上游启动子元件（上游启动子元

25、件（upstream promoter element)：包括通常位于包括通常位于-70bp附近的附近的CAAT盒盒和和GC盒盒等，等，通过通过 TFII D复合物调节转录起始的频率，提高转复合物调节转录起始的频率，提高转录的效率。录的效率。2023/1/21462、转录模板、转录模板 包括从转录起始位点到包括从转录起始位点到RNA聚合酶聚合酶II转转录终止处的全部录终止处的全部DNA序列。序列。3、RNA聚合酶聚合酶II 由至少由至少1020个亚基组成，有些亚个亚基组成，有些亚基也在基也在I、中共用。其中中共用。其中2.4105最大亚基的羧最大亚基的羧基末端含有由基末端含有由7个氨基酸残基（

26、个氨基酸残基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）组成的多磷酸化位点重复序列，称）组成的多磷酸化位点重复序列，称为羧基末端结构域（为羧基末端结构域（CTD）。）。2023/1/2147 4、RNA聚合酶聚合酶II基础转录所需的蛋白质因子（以基础转录所需的蛋白质因子（以“TFII”表示）表示）RNA聚合酶聚合酶II需与需与20种以上的蛋白质因子结合种以上的蛋白质因子结合形成转录起始复合物。形成转录起始复合物。RNA聚合酶聚合酶II起始的基因转录的终止位点的起始的基因转录的终止位点的3端端都存在一个都存在一个poly(A)位点，该位点上游位点，该位点上游1530 bp处的处的保

27、守序列保守序列AATAAA对于初级转录产物的切割及加对于初级转录产物的切割及加poly(A)是必需的。是必需的。2023/1/2148 poly(A)及及AATAAA序列对于基因的转序列对于基因的转录和成熟意义重大，但录和成熟意义重大，但RNA聚合酶聚合酶II却不却不在该位点终止转录，而是在其下游在该位点终止转录，而是在其下游0.52 kb序列。序列。2023/1/2149真核基因的结构真核基因的结构2023/1/2150 真核启动子不总是单独执行功能，在一些情况真核启动子不总是单独执行功能，在一些情况下，启动子活性被另一组元件下，启动子活性被另一组元件增强子增强子大幅提高。大幅提高。增强子（

28、增强子（enhancer）：真核生物中提高启动子真核生物中提高启动子效率的顺式作用元件，可以不同的方向，在相对于效率的顺式作用元件，可以不同的方向，在相对于启动子的任何位置发挥作用。启动子的任何位置发挥作用。最显著的特点：可在很最显著的特点：可在很远的距离远的距离起作用。起作用。二、增强子及其对转录的影响二、增强子及其对转录的影响2023/1/2151增强子的增强子的特性特性：增效效应十分明显增效效应十分明显。一般能使基因转录频率增加一般能使基因转录频率增加10200倍，倍，甚至增加上千倍。甚至增加上千倍。增强效应与其位置和取向无关。增强效应与其位置和取向无关。大多为重复序列大多为重复序列。一

29、般长约一般长约50 bp，适合与某些蛋白因子结，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是产生增强效应所必需的。），是产生增强效应所必需的。其增强效应有严密的组织和细胞特异性。其增强效应有严密的组织和细胞特异性。说明增强子只有说明增强子只有与特定蛋白质相互作用才能发挥功能。与特定蛋白质相互作用才能发挥功能。没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应。没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应。许多增强子受外部信号的调控。许多增强子受外部信号的调控。2023/1/2152真核生物基因调控元件示意图真核生

30、物基因调控元件示意图2023/1/2153增强子的作用原理：增强子的作用原理：（1）影响模板附近的影响模板附近的DNA双螺旋结构双螺旋结构，导致，导致DNA双双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的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介形成增强子与启动子之间相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环成环”连接，活化基因转录；连接，活化基因转录；（2）将模板固定在细胞核内特定位置将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核，如连接在核基质上，有利于基质上，有利于DNA拓扑异构酶改变拓扑异构酶改变DNA双螺旋结双螺旋结构的张力，促进构的张力，促进RNA聚合酶聚合酶II在在DN

31、A链上的结合和链上的结合和滑动；滑动；（3）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RNA聚合酶聚合酶II进入进入染色质结构的染色质结构的“入口入口”。2023/1/2154增强子的作用方式增强子的作用方式 增强子通过增强子通过结结合蛋白合蛋白与基础转录与基础转录装置的作用来发挥装置的作用来发挥功能。只有增强子功能。只有增强子靠近启动子时，才靠近启动子时，才可以发挥作用。可以发挥作用。2023/1/2155第三节第三节 反式作用因子反式作用因子qq 反反式式作作用用因因子子（trans-acting factor）:指指能能直直接接或或间间接接地地识识别别或或结结合合在在

32、各各类类顺顺式式作作用用元元件件核核心心序序列列上上，参参与与调调控控靶靶基基因因转转录录效效率率的的蛋蛋白白质质，也叫转录因子。，也叫转录因子。2023/1/2156 根据转录复合物中各个蛋白质在转录中根据转录复合物中各个蛋白质在转录中作用不同可分为三类：作用不同可分为三类：RNA聚合酶亚基聚合酶亚基，不具有基因特异性；，不具有基因特异性；转录起始或终止的辅助因子转录起始或终止的辅助因子，不具有基因特，不具有基因特异性；异性；与与特异调控序列特异调控序列结合的转录因子。结合的转录因子。2023/1/2157目前研究最多的转录因子有：目前研究最多的转录因子有：TATA区：区：TFD；CAAT区

33、：区：CTF；GGGCGG区：区：SP1；识别热激蛋白启动区：识别热激蛋白启动区：HSF2023/1/2158真核生物中转录因子活性调节的主要方式真核生物中转录因子活性调节的主要方式2023/1/2159碱基与氨基酸之间的作用一般没有固定的搭配模式。碱基与氨基酸之间的作用一般没有固定的搭配模式。蛋白与蛋白与DNA结合的结构域比较小，且结构有一定结合的结构域比较小，且结构有一定特征，称为特征，称为结构基元（结构基元（structural motif）；）；结构基结构基元在与元在与DNA 结合中起着主要作用。结合中起着主要作用。2023/1/2160一、反式作用因子中的一、反式作用因子中的 DNA

34、 识别或结合域识别或结合域1、螺旋、螺旋-转角转角-螺旋螺旋（helix-turn-helix，H-T-H）结构）结构 这一类蛋白质分子中有至少这一类蛋白质分子中有至少两个两个螺旋螺旋，中间，中间由由短侧链氨基酸残基短侧链氨基酸残基形成形成“转折转折”，近羧基端的，近羧基端的螺旋中氨基酸残基的螺旋中氨基酸残基的替换替换会影响该蛋白质在会影响该蛋白质在DNA双螺旋大沟中的结合。双螺旋大沟中的结合。2023/1/2161接触部位接触部位第三个第三个-螺旋与大沟螺旋与大沟N-端与小沟端与小沟磷酸骨架磷酸骨架没有特异性没有特异性碱基碱基有特异性有特异性螺旋螺旋1螺旋螺旋2反向平行反向平行垂直于垂直于螺

35、旋螺旋3螺旋螺旋转角转角螺旋式样螺旋式样形成形成2023/1/2162q定义：保守氨基酸残基与锌离子结合，使中间的氨定义：保守氨基酸残基与锌离子结合，使中间的氨基酸残基回折成一种手指状结构，称为基酸残基回折成一种手指状结构，称为锌指锌指。一个一个-螺旋与一个螺旋与一个反向平行反向平行片层的基部片层的基部以锌原子为中心，通过以锌原子为中心，通过一对半胱氨酸和一对组一对半胱氨酸和一对组氨酸之间形成配位键相氨酸之间形成配位键相连接。连接。2、锌指（、锌指（zinc finger)结构结构2023/1/2163 锌指与锌指与DNA 的结的结合：合：C 端形成端形成-螺旋，螺旋，插入大沟与插入大沟与 D

36、NA 结结合，合，N 端形成端形成-折叠；折叠；2023/1/2164糖皮质激素受体特异性糖皮质激素受体特异性雌激素受体特异性雌激素受体特异性类固醇激素受体是以二聚体形类固醇激素受体是以二聚体形式发挥其促进转录作用的。它式发挥其促进转录作用的。它们的两个锌指的功能不同。第们的两个锌指的功能不同。第1个锌指的右侧是控制与个锌指的右侧是控制与DNA结合的，第结合的，第2个锌指的左侧则个锌指的左侧则是控制形成二聚体的能力的。是控制形成二聚体的能力的。2023/1/21653、碱性、碱性亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（basic-Leucine zipper，bZIP)2023/1/2166碱性区域插入碱性区

37、域插入DNA大沟，与大沟，与DNA结合。结合。2023/1/2167q-螺旋的一侧集中了许多螺旋的一侧集中了许多疏水氨基酸疏水氨基酸，疏水侧面相，疏水侧面相互作用形成二聚体。互作用形成二聚体。q-螺旋中螺旋中亮氨酸亮氨酸频繁出现，且趋于每频繁出现，且趋于每7个氨基酸残基个氨基酸残基出现一个亮氨酸，使在形成出现一个亮氨酸，使在形成-螺旋时，亮氨酸出现螺旋时，亮氨酸出现在在-螺旋的疏水一侧，并且直线排列。螺旋的疏水一侧，并且直线排列。碱性碱性亮氨酸拉链亮氨酸拉链 ：2023/1/2168p在拉链区的氨基端有约在拉链区的氨基端有约35个残基的个残基的碱性区碱性区(富含赖富含赖氨酸和精氨酸氨酸和精氨酸

38、)。此区的作用是与。此区的作用是与DNA结合，它也结合，它也形成形成-螺旋。螺旋。p亮氨酸拉链区的作用是将一对与亮氨酸拉链区的作用是将一对与DNA结合的区域拉结合的区域拉在一起，以结合两个相邻的在一起，以结合两个相邻的DNA序列。序列。2023/1/2169碱性亮氨酸拉链结构域转录激活因子序列比较碱性亮氨酸拉链结构域转录激活因子序列比较2023/1/2170 bHLH蛋白是以二聚体与蛋白是以二聚体与DNA结合并发挥作用的。结合并发挥作用的。4、碱性碱性螺旋螺旋环环 螺旋螺旋（basic-helix-loop-helix,bHLH)2023/1/21712023/1/2172碱性碱性-螺旋螺旋-

39、环环-螺旋结构螺旋结构（basic helix-loop-helix，bHLH）含含40-50个氨基酸残基，其中含两个既亲水又亲脂个氨基酸残基，其中含两个既亲水又亲脂的的-螺旋（螺旋（helix），），-螺旋被不同长度的连接区螺旋被不同长度的连接区（loop）分开。分开。bHLH蛋白借两个螺旋对应面上疏水基团相互作用蛋白借两个螺旋对应面上疏水基团相互作用形成同样亚基或不同亚基构成的形成同样亚基或不同亚基构成的 二聚体。二聚体。2023/1/2173pbHLH区使各亚基的两个碱性区正确定向。区使各亚基的两个碱性区正确定向。p与与bHLH区相邻的是强碱性的区域，它是与区相邻的是强碱性的区域，它是与

40、DNA结结合必须的。合必须的。2023/1/21745、同源域蛋白、同源域蛋白 同源域：同源域：是指编码是指编码60个保守氨基酸序列的个保守氨基酸序列的DNA片段，广泛存在于真核生物基因组内，片段，广泛存在于真核生物基因组内，同源转换基因与生物有机体的生长、发育和分同源转换基因与生物有机体的生长、发育和分化密切相关。许多含有同源转换区的基因具有化密切相关。许多含有同源转换区的基因具有转录调控的功能，同源转换区氨基酸序列很可转录调控的功能，同源转换区氨基酸序列很可能参与形成了能参与形成了DNA结合区。结合区。2023/1/21752023/1/21762023/1/2177 在真核生物中，反式作

41、用因子的功能受蛋白质在真核生物中，反式作用因子的功能受蛋白质-蛋白质之间相互作用的调节变得精密、复杂，完整蛋白质之间相互作用的调节变得精密、复杂，完整的转录调控功能通常以的转录调控功能通常以复合物复合物的方式来完成，这就的方式来完成，这就意味着并非每个转录因子都直接与意味着并非每个转录因子都直接与DNA结合。是否结合。是否具有具有转录活化域转录活化域成为反式作用因子中唯一的结构基成为反式作用因子中唯一的结构基础。通常依赖于础。通常依赖于DNA结合结构域以外的结合结构域以外的30100个个氨基酸残基氨基酸残基。二、反式作用因子中的转录活化结构域二、反式作用因子中的转录活化结构域2023/1/21

42、78转录活化有下列几个特征性结构：转录活化有下列几个特征性结构：l1、带负电荷的螺旋结构带负电荷的螺旋结构。糖皮质激素受体。糖皮质激素受体AP1家家族的族的Jun及及GAI4有酸性的螺旋结构，能与有酸性的螺旋结构，能与TFIID复复合物中某个通用基因或合物中某个通用基因或RNA聚合酶聚合酶II本身结合，本身结合，并有稳定转录起始复合物的作用。并有稳定转录起始复合物的作用。2023/1/2179l2、富含谷氨酰胺的结构富含谷氨酰胺的结构。Oct1/2，Jun、AP2、血清应答因子（、血清应答因子（SRF）有相同的富含）有相同的富含谷氨酰氨的结构域。谷氨酰氨的结构域。2023/1/2180l3、富

43、含脯氨酸的结构富含脯氨酸的结构。CTFNF1因子的因子的羧基端富含脯氨酸（达羧基端富含脯氨酸（达20%30%），很难），很难形成形成螺旋。螺旋。2023/1/2181细胞应答分为细胞应答分为3个阶段个阶段：外界信息的外界信息的“感知感知”，即由细胞膜到细，即由细胞膜到细胞核内的信息传递；胞核内的信息传递；染色质水平上的基因活性调控；染色质水平上的基因活性调控；特定基因的表达，即从特定基因的表达，即从DNARNA蛋蛋白质的遗传信息传递过程。白质的遗传信息传递过程。第三节第三节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控2023/1/2182蛋白质的磷酸化及去磷酸化蛋白质的磷酸化及去

44、磷酸化2023/1/21832023/1/2184由细胞膜到细胞核内的由细胞膜到细胞核内的信息传递信息传递途径途径:细胞表面受体蛋白构象变化细胞表面受体蛋白构象变化;细胞表面受体发生寡聚化。细胞表面受体发生寡聚化。受体分子受体分子活化细胞活化细胞功能的途径：功能的途径：受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性激酶活性;配体与受体结合，通过配体与受体结合，通过G G蛋白，活化丝氨蛋白，活化丝氨酸酸/苏氨酸或酪氨酸激酶。苏氨酸或酪氨酸激酶。2023/1/2185一、受一、受cAMP水平调控的水平调控的A激酶激酶 A激酶激酶：指依赖于：指依赖于cAMP的蛋白激

45、酶的蛋白激酶（PKA），其功能是将），其功能是将ATP分子上的末端磷分子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。酸残基上。2023/1/2186cAMP2023/1/2187 许多转录因子的许多转录因子的5端启动子区有一个或数个端启动子区有一个或数个cAMP应答元件，其基本序列为：应答元件，其基本序列为：TGACGTCA。膜上受体膜上受体结合结合外源配基外源配基引起引起受体构象变化受体构象变化结合结合GTP结合蛋白结合蛋白激活激活腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶导致导致cAMP浓度升高浓度升高活化活化A激酶激酶释放释放催化亚基进入核内催化亚基进入

46、核内活化活化转录因子转录因子p作用过程：作用过程：2023/1/2188二、二、C激酶与激酶与PIP2，IP3和和DAG 磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰磷脂酰肌醇肌醇-4,5-二磷酸二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-diphosphate，PIP2)的两个降解产物：肌醇的两个降解产物：肌醇-1,4,5-三磷酸（三磷酸（Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3）和二酰基甘油（和二酰基甘油（diacylglycerol，DAG）。）。2023/1/2189膜上受体膜上受体结合结合外源配基外源配基活化活化受体受体活化活

47、化G蛋白蛋白激活激活磷酸酯酶磷酸酯酶-磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸二磷酸(PIP2)降解降解肌醇肌醇-1,4,5-三磷酸三磷酸（IP3）二酰基甘油（二酰基甘油（DAG）提高提高Ca2+浓度浓度C激酶激酶激活激活磷酸化磷酸化丝氨酸或苏氨酸丝氨酸或苏氨酸图图 8-312023/1/2190三、三、CaM激酶及激酶及MAP Ca2+的细胞学功能主要是通过的细胞学功能主要是通过钙调蛋白钙调蛋白（calmodulin，CaM）激酶）激酶来实现来实现，也是一类，也是一类丝氨酸丝氨酸或或苏氨酸苏氨酸激酶，但仅应答于细胞内激酶，但仅应答于细胞内Ca2+的水平。的水平。MAP激酶激酶(mitogen-a

48、ctivated protein kinase,MAP-kinase)的活性受许多外源细胞生长、分化因子的活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受体系统的蛋白受体系统的调控。调控。2023/1/2191 MAP激酶的结构特点是激酶的结构特点是酪氨酸酪氨酸与与丝氨酸丝氨酸残基仅相隔一个氨基酸残基。残基仅相隔一个氨基酸残基。MAP激酶上酪氨酸与丝氨酸残基的同时激酶上酪氨酸与丝氨酸残基的同时磷酸化使之具有活性，引起一系列生理反应。磷酸化使之具有活性，引起一系列生理反应。MAP的磷酸化与活化示意图的磷酸化与活化示意图2023/1/2192MA

49、PK作用机制作用机制：被激活后转移至细胞核内，：被激活后转移至细胞核内，使一些转录因子发生磷酸化，改变细胞内基使一些转录因子发生磷酸化，改变细胞内基因表达的状态。另外，它也可以使一些其它因表达的状态。另外，它也可以使一些其它的酶发生磷酸化使之活性发生改变。的酶发生磷酸化使之活性发生改变。MAPK家族成员的底物大部分是家族成员的底物大部分是转录因子转录因子、蛋蛋白激酶白激酶等。等。2023/1/2193 MAPK调控的调控的生物学效应生物学效应：参与多种细：参与多种细胞功能的调控，尤其是在细胞增殖、分化及胞功能的调控，尤其是在细胞增殖、分化及凋亡过程中，是多种信号转导途径的共同作凋亡过程中，是多

50、种信号转导途径的共同作用部位。用部位。2023/1/2194四、酪氨酸激酶途径四、酪氨酸激酶途径 酪氨酸激酶（酪氨酸激酶（Protein Tyrosine kinase，PTK）催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化。催化蛋白质分子中的酪氨酸残基磷酸化。酪氨酸激酶酪氨酸激酶跨膜受体家族跨膜受体家族胞质非受体家族胞质非受体家族胞外配体结构域胞外配体结构域跨膜结构域跨膜结构域细胞质激酶结构域细胞质激酶结构域细胞质激酶结构域细胞质激酶结构域保守序列保守序列2023/1/2195胞外配体结构域胞外配体结构域结合结合配体配体受体二聚化受体二聚化导致导致使使胞质区酪氨酸残基磷酸化胞质区酪氨酸残基磷酸化跨膜受体