1、關于真核基因表達調控的一般規(guī)律第一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物的基因結構與轉錄活性 真核生物基因表達調控的種類真核生物DNA水平上的基因表達調控 真核生物轉錄水平上的基因表達調控 真核基因轉錄后水平上的調控Contents第二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月一、真核基因組結構特點真核基因組結構龐大 3109bp、染色質、核膜單順反子基因不連續(xù)性 斷裂基因、內(nèi)含子(intron)、 外顯子(exon)非編碼區(qū)較多 多于編碼序列(9:1)含有大量重復序列第一節(jié) 真核生物的基因結構與轉錄活性第三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因組很小，大多只有一條染色體 結構

2、簡煉 存在轉錄單元多順反子 有重疊基因原核生物基因組結構特點第四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月二、真核細胞與原核細胞在基因轉錄、翻譯及DNA的空間結構方面存在以下幾個方面的差異 試說明真核細胞與原核細胞在基因轉錄，翻譯及DNA的空間結構方面存在的主要差異，表現(xiàn)在哪些方面？ 武漢大學2003年分子生物學碩士入學試題 第五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 在真核細胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。 真核細胞DNA與組蛋白和大量非組蛋白相結合，只有一小部分DNA是裸露的。第六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 高等真核細

3、胞DNA中很大部分是不轉錄的，大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。 真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。第七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 在真核生物中，基因轉錄的調節(jié)區(qū)相對較大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿基對，這些調節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因5上游區(qū)DNA構型來影響RNA聚合酶與它的結合。 在原核生物中，轉錄的調節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動子上游不遠處，調控蛋白結合到調節(jié)位點上可直接促進或抑制RNA聚合酶與它的結合。第八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 真核生物的RNA在細胞核中合成，只

4、有經(jīng)轉運穿過核膜，到達細胞質后，才能被翻譯成蛋白質，原核生物中不存在這樣嚴格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經(jīng)過復雜的成熟和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質。第九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月三、基本概念（一）基因家族（gene family)真核生物的基因組中有很多來源相同、結構相似、功能相關的基因，將這些基因稱為基因家族。 同一家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇(gene cluster) 。如：編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都屬于基因家族第十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月1.簡單多基因家族 簡單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。The

5、 eukaryotic ribosomal DNA repeating unit第十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月2.復雜多基因家族 復雜多基因家族一般由幾個相關基因構成，基因之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉錄單位?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復雜多基因家族。Organization of histone genes in the animal genome第十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）真核基因的斷裂結構 基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)的，為非編碼序列所隔開，其中編碼的序列稱為外顯子，非編碼序列稱內(nèi)含子。外顯子(Exon) ：真核細胞基因DNA中的編碼序列，

6、這些序列被轉錄成RNA并進而翻譯為蛋白質。內(nèi)含子(Intron) ：真核細胞基因DNA中的間插序列，這些序列被轉錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。 第十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月1.外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū) 指外顯子和內(nèi)含子的交界或稱邊界序列，它有兩個重要特征：1）內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性2）連接區(qū)序列很短，高度保守，是RNA剪接的信號序列（GT-AG法則） 5GTAG 3第十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月2.外顯子與內(nèi)含子的可變調控組成型剪接：一個基因的轉錄產(chǎn)物通過剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA。選擇性剪接：

7、同一基因的轉錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。 第十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月(三)假基因 是基因組中因突變而失活的基因，無蛋白質產(chǎn)物。 一般是啟動子出現(xiàn)問題。第十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 真核生物基因表達調控的種類根據(jù)其性質可分為兩大類：1) 瞬時調控(可逆性調控)，它相當于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應。瞬時調控包括某種底物或激素水平升降時，及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調節(jié)。2) 發(fā)育調控(不可逆調控)，是真核基因調控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。第十九張，PP

8、T共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)基因調控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為： DNA水平調控轉錄水平調控轉錄后水平調控（RNA加工成熟過程的調控、翻譯水平的調控、蛋白質加工水平的調控）第二十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 真核生物DNA水平上的基因表達調控基因丟失基因擴增基因重排DNA的甲基化與基因表達調控染色質的結構與基因表達調控抗體分子的形成Ti質粒轉座子第二十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月一、基因丟失 在細胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物在個體發(fā)育中，許多體細胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有

9、將來分化產(chǎn)生生殖細胞的那些細胞一直保留著整套的染色體。 目前，在高等真核生物（包括動物、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。第二十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月二、基因擴增 基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，它使得細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調控的一種方式。 如非洲爪蟾卵原細胞中rRNA基因（rDNA）擴增是因發(fā)育需要而出現(xiàn)的基因擴增現(xiàn)象。第二十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因組拷貝數(shù)增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現(xiàn)象。基因組拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物質增多，這可能構成了加速基因進化、基因組重組和最終物種形成

10、的一種方式。發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)生中的倍性增加在植物中普遍存在第二十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA含量的發(fā)育控制 利用流式細胞儀對從擬南芥不同發(fā)育階段的組織中分離到的間期細胞核進行分析，發(fā)現(xiàn)多倍體的DNA含量與組織的成熟程度成正比。對于一給定的物種，C是單倍體基因組中的DNA質量。第二十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉錄，這種方式被稱為基因重排。 通過基因重排調節(jié)基因活性的典型例子:免疫球蛋白結構基因的表達。三、基因重排第二十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月四

11、、DNA的甲基化與基因表達調控1.DNA的甲基化 DNA 甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。 DNA 甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達。第二十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中 CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，CpG島 第二十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：日常型甲基轉移酶：催化處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。從頭合

12、成型甲基轉移酶：催化未甲基化的CpG成為mCpG第三十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月2.DNA甲基化抑制基因轉錄的機理 DNA甲基化導致某些區(qū)域DNA構象變化，從而影響了蛋白質與DNA的相互作用，即抑制了轉錄因子與啟動區(qū)DNA的結合效率。 第三十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月五、染色質的結構與基因表達調控按功能狀態(tài)的不同可將染色質分為活性染色質和非活性染色質。 活性染色質是指具有轉錄活性的染色質； 非活性染色質是指沒有轉錄活性的染色質。1.活性染色質第三十四張，PPT共一百頁，

13、創(chuàng)作于2022年6月活性染色質由于核小體發(fā)生構象的改變，往往具有疏松的染色質結構。第三十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月“燈刷型”染色體第三十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月真核細胞中基因轉錄的模板是染色質而不是裸露的DNA，因此染色質呈疏松或緊密結構，即是否處于活化狀態(tài)是決定RNA聚合酶能否有效行使轉錄功能的關鍵。 疏松的染色質結構便于轉錄調控因子與順式調控元件結合和RNA聚合酶在轉錄模板上滑動。第三十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月活性染色質上具有DNaseI超敏感位點。 每個活躍表達的基因都有一個或幾個超敏感位

14、點，大部分位于基因5端啟動子區(qū)域。2.活性染色質的結構特點第三十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月活性染色質上具有核基質結合區(qū)（matrix attachment region，MAR） MAR一般位于DNA放射環(huán)或活性轉錄基因的兩端。在外源基因兩端接上MAR，可增加基因表達水平10倍以上，說明MAR在基因表達調控中有作用，是一種新的基因調控元件?；钚匀旧|上具有基因座控制區(qū)。第四十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 真核生物轉錄水平上的基因表達調控一、真核基因轉錄二、真核基因轉錄調控的主要模式第四十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月一、真核基因轉錄（一）真核基因結

15、構第四十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 “基因”的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。第四十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）順式作用元件 定義：影響自身基因表達活性的非編碼DNA序列。 例： 啟動子、增強子、沉默子等（1）啟動子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識別、結合并導致轉錄起始的序列。核心啟動子和上游啟動子元件 是在基因轉錄起始位點（+1）及其5上游大約100200bp以內(nèi)的一組具有獨立功能的DNA序列，每個元件長度大約720bp,是決定RNA聚合酶轉錄起始點和轉錄頻率的關鍵元件。第四十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月

16、核心啟動子：確定轉錄起始位點并產(chǎn)生基礎水平的轉錄上游啟動子元件：通過TFD復合物調節(jié)轉錄起始的頻率，提高轉錄效率第四十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）增強子：指能使與它連鎖的基因轉錄頻率明顯增加的DNA序列。第四十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月SV40的轉錄單元上發(fā)現(xiàn)，轉錄起始位點上游約200bp處有兩段長72bp的正向重復序列。第四十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月增強子特點： 增強效應十分明顯，一般能使基因轉錄頻率增加10-200倍 增強效應與其位置和取向無關，不論增強子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強

17、效應；第四十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月大多為重復序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結合。其內(nèi)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強效應時所必需的； 增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明增強子只有與特定的蛋白質（轉錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能；第四十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 沒有基因專一性，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強效應； 許多增強子還受外部信號的調控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應。第五十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月增強子作用機理： 第五十一張，PP

18、T共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）沉默子：某些基因含有負性調節(jié)元件沉默子，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。第五十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）反式作用因子 1、定義：能直接或間接地識別或結合在各類順式作用元件的核心序列上，參與調控靶基因轉錄效率的蛋白質。 TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（熱激蛋白啟動區(qū)）第五十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月2、結構DNA結合結構域（DNA識別）轉錄活化結構域反式作用因子連接區(qū)第五十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA結合結構域：螺旋-轉折-螺旋（Helix-tur

19、n-helix，H-T-H）鋅指結構（zinc finger）堿性-亮氨酸拉鏈（basic - leucine zipper）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix /loop /helix，bHLH）第五十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月螺旋-轉折-螺旋（ H-T-H ）第五十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月鋅指結構配位鍵2-9個定義：是一種常出現(xiàn)在DNA結合蛋白中的結構基元（motif）。是由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個Cys或2個Cys和2個His配位的Zn構成，形成的結構像手指狀。 第五十八張，

20、PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 Cys2 / Cys2鋅指Cys2 / His2鋅指見于甾體激素受體見于SP1，TF A等第五十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月轉錄因子SP1 （GC盒） 、連續(xù)的3個鋅指重復結構。 第六十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月堿性-亮氨酸拉鏈（ bZIP ）二聚體亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈” 。肽鏈氨基端有一個含2030個堿性氨基酸的結構域，能與DNA結合。第六十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月堿性區(qū)與DNA相結合堿性區(qū)與DNA相結合位于螺旋疏水區(qū)的亮氨酸相互作用第六十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月堿性-螺

21、旋-環(huán)-螺旋(bHLH )第六十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）概 述單細胞生物 直接作出反應多細胞生物 通過細胞間復雜的信息傳遞系統(tǒng)來傳遞信息，從而調控機體活動。外界環(huán)境變化時二、真核基因轉錄調控的主要模式信息傳遞 反式作用因子的活性第六十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月跨膜信息傳遞的一般步驟：特定的細胞釋放信息物質信息物質經(jīng)擴散或血液循環(huán)到達靶細胞與靶細胞的受體特異性結合受體對信息進行轉換并啟動細胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶細胞產(chǎn)生生物學效應第六十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞間信息物質：是由細胞分泌的調節(jié)靶細胞生命活動的化學物質的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。如生長因

22、子、細胞因子、胰島素等第二信使(secondary messenger)：在細胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質，如：Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。第六十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月受體：是細胞膜上或細胞內(nèi)能特異識別信息物質并與之結合的成分。它是一種能把識別和接受的信息正確無誤地放大并傳遞到細胞內(nèi)部、進而引起生物學效應的特殊蛋白質，個別是糖脂。 配體(ligand)：能與受體特異性結合的信息物質。第六十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月存在于細胞膜上的受體，根據(jù)其結構和轉換信號的方式又分為三大類：離子通道受體、G蛋白偶聯(lián)受體、跨膜蛋白激酶受體。膜受體(membra

23、ne receptor)第六十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月胞內(nèi)受體(endocellular receptor)高度可變區(qū)位于N端，具有轉錄活性DNA結合區(qū)含有鋅指結構激素結合區(qū)位于C端，結合激素、熱休克蛋白，使受體二聚化，激活轉錄第七十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月配體：類固醇激素、甲狀腺素等功 能：多為反式作用因子，當與相應配體結合后，能與DNA的順式作用元件結合，調節(jié)基因轉錄。第七十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月1、膜受體介導的信息傳遞（1） cAMP -激酶途徑 A激酶（PKA）：依賴于cAMP的蛋白激

24、酶。（二）信息傳遞途徑第七十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月cAMP調控的A激酶活性第七十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 實例：在肌肉細胞，激活的A激酶可在1秒鐘內(nèi)啟動糖原磷酸解為葡萄糖-1-磷酸，而抑制糖原的合成。第七十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 第七十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月在某些分泌細胞，激活的A激酶需要幾個小時才進入細胞核，將CRE結合蛋白磷酸化，調節(jié)相關基因的表達。 CRE（cAMP response element， cAMP應答元件）是DNA上的調節(jié)區(qū)域，是一個順式作用元件。 (TGACGTCA) CRE結合蛋白(cAMP

25、response element bound protein, CREB)，是一個反式作用因子。第七十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月小結：該信息傳遞途徑涉及的反應鏈可表示為 激素G蛋白偶聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMP依賴cAMP的A激酶反式作用因子基因轉錄第七十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月磷脂酰肌醇- 4,5-二磷酸（PIP2）磷脂酶C（PLC-）肌醇- 1,4,5-三磷酸（IP3）二?；视停―AG）（2）磷脂酰肌醇途徑活性PKC第七十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022

26、年6月 2、胞內(nèi)受體介導的信息傳遞激素激活胞內(nèi)受體的分子機制胞內(nèi)受體的基本結構分析細胞內(nèi)受體的本質是激素激活的反式作用因子 第八十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月甲狀腺激素與類固醇激素通過胞內(nèi)受體調節(jié)生理過程第八十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié)、真核基因轉錄后水平上的調控（一）RNA的加工成熟1、rRNA和tRNA的加工成熟第八十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 rRNA的切割 rRNA的加工：分子內(nèi)的切割和化學修飾第八十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 rRNA的化學修飾 原核生物：堿基甲基化 真核生物：核糖甲基化第八十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)

27、作于2022年6月tRNA基因轉錄時也可能先生成前體tRNA，然后再進行加工成熟。一般認為，tRNA基因的初級轉錄產(chǎn)物在進入細胞質后，首先經(jīng)過核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接成為成熟tRNA（4S）。 tRNA的加工：第八十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月2、mRNA的加工成熟第八十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月3、真核生物基因轉錄后加工的多樣性 真核生物的基因可以按其轉錄方式分為兩大類：簡單轉錄單位和復雜轉錄單位。(1) 簡單轉錄單位。這類基因只編碼產(chǎn)生一個多肽，其原始轉錄產(chǎn)物有時需要加工，有時則不需要加工。這類基因轉錄后加工有3種不同形式：第八十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 復雜轉錄單位。含有復雜轉錄單位的主要是一些編碼組織和發(fā)育特異性蛋白質的基因，它們