基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式

1、第八章 基因的表達與調(diào)控（下）真核基因表達調(diào)控模式2022/10/111第八章 基因的表達與調(diào)控（下）真核基因表達調(diào)控模式20第八章 基因的表達與調(diào)控（下）真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細胞類之外）主要由多細胞組成，每個細胞基因組中蘊藏的遺傳信息量及基因數(shù)量都大大高于原核生物。人類細胞單倍體基因組有3109bp，為大腸桿菌總DNA的800倍，噬菌體的10萬倍左右！真核生物染色質(zhì)被包裹在細胞核內(nèi)，基因的轉(zhuǎn)錄（核內(nèi)）和翻譯（細胞質(zhì)內(nèi)）被核膜所隔開，核內(nèi)RNA的合成與轉(zhuǎn)運，細胞質(zhì)中RNA的剪接和加工等都屬于真核生物基因調(diào)控的范圍。2022/10/112第八章 基因的表達與調(diào)控（下）真核生物（除

2、酵母、藻類和第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/113真核基因的表達調(diào)控的特點：原核細胞環(huán)境因素對調(diào)控起決定性的作用。群體中每一個細胞對環(huán)境變化的反應是直接的和一致的。真核細胞基因表達調(diào)控最明顯的特征是在特定時間，特定的細胞中特定的基因被激活，實現(xiàn)“預定”的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育，并使生物的組織和器官保持正常功能。這是生命活動規(guī)律決定的，環(huán)境因素在其中作用不大。第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/103真核基第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/114真核生物基因調(diào)控可分為兩大類：第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應，包

3、括某種底物或激素水平升降，或細胞周期不同階段酶活性的調(diào)節(jié)；第二類是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的進程。根據(jù)基因調(diào)控發(fā)生的先后次序，又可分為：轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（RNA加工成熟過程的調(diào)控，翻譯水平的調(diào)控，蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控）。第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/104真核生第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/115研究基因調(diào)控的三個主要內(nèi)容：誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號？基因調(diào)控在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？不同水平基因調(diào)控的分子機制什么？第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/105

4、研究基第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/116內(nèi)容：真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成真核生物的基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響激素與熱激蛋白對基因表達的影響第八章 基因的表達與調(diào)控（下）2022/10/106內(nèi)容：第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/117真核細胞與原核細胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及DNA的空間結(jié)構(gòu)方面存在的差異:在真核細胞中，成熟mRNA為單順反子mRNA，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(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。高等真核細胞DNA中很大部分

5、是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細胞的基因中間存在不被翻譯的內(nèi)含子。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/107真2022/10/118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，能在需要時增加細胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游不遠處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上可直接促進或抑制RNA聚合酶對它的結(jié)合。在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)則大得多，它們可能遠離核心啟動子達幾百個甚至上千個堿基對。真核生物的RNA在細胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達細胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)。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

6、經(jīng)過復雜的成熟和剪接過程，才能被順利地翻譯成蛋白質(zhì)。2022/10/108真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1191. 基因家族在原核細胞中，密切相關(guān)的基因往往組成操縱子，并以多順反子的方式進行轉(zhuǎn)錄。而真核細胞中的DNA是單順販子結(jié)構(gòu)，很少置于同一啟動子之下的操縱子。真核細胞中許多相關(guān)的基因長按功能成套組合，被稱為基因家族。同一家族的成員有時緊密排列在一起，成為一個基因簇；更多時候，分散在同一染色體不同部位，甚至位于不同染色體上，具有各自不同的表達調(diào)控模式。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/10912022/10/111

7、02022/10/1010第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11111.1. 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。細菌中所有rRNA和部分tRNA都來自這個分子量為30S（約6500個核苷酸）的前rRNA。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1011第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11121.1. 簡單多基因家族在真核生物中，前rRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45S，（約有14 000個核苷酸），包括18S，28S和5.8S三個主要rRNA分子。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1012第一節(jié) 真核生物的

8、基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11131.2. 復雜多基因家族復雜多基因家族一般由幾個相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉(zhuǎn)錄單位。海膽組蛋白基因家族：編碼不同組蛋白的基因處于一個約為6 000bp的片段中，分別被間隔序列所隔開。這5個基因組成的串聯(lián)單位在整個海膽基因組中可能重復多達1 000次。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1013第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11141.3. 發(fā)育調(diào)控的復雜多基因家族血紅蛋白是所有動物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由22組成的四聚體加上一個血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。在生物

9、個體發(fā)育的不同階段出現(xiàn)幾種不同形式的和亞基。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1014第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11152. 真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)2.1外顯子與內(nèi)含子內(nèi)含子是指存在于原始轉(zhuǎn)錄物或基因組DNA中，但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分核苷酸序列。大多數(shù)真核基因都是由蛋白質(zhì)編碼序列和非蛋白質(zhì)編碼序列兩部分組成的。基因中的內(nèi)含子數(shù)量和大小都不同。膠原蛋白基因長約40kb，至少有40個內(nèi)含子，其中短的只有50bp，長的可達到2000bp。少數(shù)基因，如組蛋白及型、型干擾素基因，根本不帶內(nèi)含子。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性20

10、22/10/1015第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11162.2 外顯子與內(nèi)含子的連結(jié)區(qū)斷裂結(jié)構(gòu)的一個重要特點是外顯子-內(nèi)含子連接區(qū)的高度保守性和特異性堿基序列。序列分析表明，幾乎每個內(nèi)含子5 端起始的兩個堿基都是GT，而3 端最后兩個堿基總是AG，由于這兩個堿基的高度保守性和廣泛性，有人把它稱為GT-AG法則。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1016第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11172.3 外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控真核基因的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可通過不同的剪接產(chǎn)生不同的mRNA，翻譯成不同的蛋白質(zhì)。有些真核基因，如肌紅蛋白重鏈基因雖

11、有41個外顯子，卻能精確地剪接成一個成熟的mRNA，我們稱這種方式為組成型剪接。一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過組成型剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA，編碼一個多肽。有些基因選擇了不同的啟動子，或者選擇了不同的多聚位點而使原始轉(zhuǎn)錄物具有不同的二級結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不同的mRNA分子。同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mRNA的過程稱為選擇性剪接。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/10172022/10/11182022/10/1018第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11193. 真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控在個體發(fā)育過程中，DNA會發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因

12、表達和生物的發(fā)育。DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，包括基因丟失、擴增、重排和移位等。這與轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的調(diào)控是不同的，這種調(diào)控使基因組發(fā)生了改變。成熟紅細胞能產(chǎn)生大量的可翻譯成熟珠蛋白的mRNA，它的前體細胞是不產(chǎn)生珠蛋白的。這種變化是由于基因本身或者是基因的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化所調(diào)控的。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1019第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11203.1. 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(diào)控的一種方式。非洲爪蟾的卵母細胞中原有

13、rRNA基因（rDNA）約500個拷貝，在減數(shù)分裂粗線期，基因開始迅速復制，到雙線期拷貝數(shù)約為200萬個，擴增近4000倍，可用于合成1012個核糖體。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1020第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11213.2.基因重排與變換將一個基因從遠離啟動子的地方移到較近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，被稱為基因重排。免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成，V、C和J基因片段在胚胎細胞中相隔較遠。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)DNA重組把4個相隔較遠的基因片段連接在一起，產(chǎn)生具有表達活

14、性的免疫球蛋白基因。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1021第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11223.2.基因重排與變換免疫球蛋白重鏈基因片段重排與組織特異性表達第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1022第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11234. DNA甲基化與基因調(diào)控4.1 DNA的甲基化DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達。研究證實，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導致了人體1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。DNA甲基化主要形成5-甲基胞

15、嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/10232022/10/11242022/10/1024第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11254.2. DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄機制對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當這一類啟動子被增強時（帶有增強子），即使不去甲基化也可以恢復 其轉(zhuǎn)錄活性。若進一步提高甲基化密度，即使增強后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2

16、022/10/1025第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/11264.2. DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄機制DNA的甲基化還會提高突變頻率。真核生物中5-mC主要出現(xiàn)在5-CpG-3序列中，5-mC脫氨后生成的胸腺嘧啶（T），不易被識別和矯正。因此，特定部位的5-mC脫氨基反應，將在DNA分子中引入可遺傳的轉(zhuǎn)化（CT）。若位點突變發(fā)生在DNA功能區(qū)域，就可能造成基因表達的紊亂。在多種癌細胞中，p53基因第273位密碼子含CpG序列， 常由CGT突變?yōu)镃AT或TGT（ArgHis或Cys）。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/1026第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活

17、性2022/10/11274.3. DNA甲基化與染色體失活雌性哺乳動物體細胞的兩條X染色體中會有一條發(fā)生隨機失活這是一種基因劑量補償?shù)臋C制。以后的研究表明在給定的體細胞有絲分裂譜系中，有一條X染色體是完全失活并呈異染色質(zhì)狀態(tài)，而另一個細胞譜系中同一條X染色體又可以是活化的且呈常染色質(zhì)狀態(tài)。X染色體的Xq13.3區(qū)段有一個X失活中心（X-inaction center，Xic），X-失活從Xic區(qū)段開始啟動，然后擴展到整條染色體。第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性2022/10/10272022/10/1128X染色體失活過程模式圖2022/10/1028X染色體失活過程模式圖第二節(jié) 真核基

18、因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成2022/10/1129真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進行，受大量特定的順式作用元件（cis-acting element）和反式作用因子（transacting factor，又稱跨域作用因子）調(diào)控。真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用來實現(xiàn)的。第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成2022/10/1029第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成1. 真核基因的轉(zhuǎn)錄一個完整的基因，不但包括編碼區(qū)（coding region），還包括5和3端長度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達的過程中起著重要作用。所以，“基因”的分子生物學定義是：

19、產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。2022/10/1130第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成1. 真核基因的轉(zhuǎn)錄202基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成1.1. 啟動子真核基因啟動子由核心啟動子和上游啟動子兩個部分組成，是在基因轉(zhuǎn)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，每個元件長度約為720bp，是決定RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起始點和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。核心啟動子：是指保證RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游-25-30bp處

20、的TATA盒。核心啟動子確定轉(zhuǎn)錄起始位點并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。上游啟動子元件包括通常位于-70bp附近的CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等，能通過TFIID復合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄效率。2022/10/1132第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成1.1. 啟動子2022第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成2. 增強子對轉(zhuǎn)錄的影響增強子是指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列，最早發(fā)現(xiàn)于SV40早期基因的上游，有兩個長72bp的正向重復序列。增強子通常具有下列特性：增強效應十分明顯。增強效應與其位置和取向無關(guān)。大多為重復序列（50bp）。其增強效應有嚴密的組織和細

21、胞特異性。無基因?qū)Ｒ恍?，可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(diào)控。2022/10/1133第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成2. 增強子對轉(zhuǎn)錄的影響基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成2. 增強子對轉(zhuǎn)錄的影響增強子的功能受DNA雙螺旋空間構(gòu)象的影響。增強子可能有如下3種作用機制:影響模板附近DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強子與啟動子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄。將模板固定在細胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基質(zhì)上，有利于DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

22、的張力，促進RNA聚合酶n在DNA鏈上的結(jié)合和滑動。增強子區(qū)可以作為反式作用因子或RNA聚合酶且進入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的 “入口”。2022/10/1135第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成2. 增強子對轉(zhuǎn)錄的影響第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成3. 反式作用因子真核生物啟動子和增強子是由若干DNA序列元件組成的，由于它們常與特定的功能基因連鎖在一起，因此被稱為順式作用元件。這些序列組成基因的調(diào)控區(qū)，影響基因的表達。在轉(zhuǎn)錄過程中，還需要轉(zhuǎn)錄作用因子。轉(zhuǎn)錄復合物中，根據(jù)各個蛋白質(zhì)成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個復合物分為3部分：參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的RNA聚合酶亞基，不具有基因特異性。與轉(zhuǎn)錄的起始或終止

23、有關(guān)的輔助因子，不具基因特異性。與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。2022/10/1136第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成3. 反式作用因子202第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成3. 反式作用因子反式作用因子：反式作用因子是能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。這些因子有兩種獨立的活性：首先它們特異地與DNA結(jié)合位點相結(jié)合，然后激活轉(zhuǎn)錄。這些活性可以獨立分配給特定的蛋白結(jié)構(gòu)域，分別稱作DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和激活結(jié)構(gòu)域。轉(zhuǎn)錄激活功能是與其DNA結(jié)合活性相分離的，它們在蛋白質(zhì)的不同區(qū)域。2022/10/1137第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成3. 反式

24、作用因子202第三節(jié) 真核生物的轉(zhuǎn)錄的調(diào)控真核生物的轉(zhuǎn)錄和原核轉(zhuǎn)錄的不同點： (1) 原核只有一種RNA聚合酶，而真核細 胞有三種聚合酶； (2) 啟動子的結(jié)構(gòu)特點不同，真核有三種 不同的啟動子和有關(guān)的元件； (3) 真核的轉(zhuǎn)錄有很多蛋白質(zhì)因子的介入。2022/10/11長江大學 生命科學學院38第三節(jié) 真核生物的轉(zhuǎn)錄的調(diào)控真核生物的轉(zhuǎn)錄和原核轉(zhuǎn)錄的不同一 真核的RNA聚合酶 表1 真核生物的三種RNA聚合酶的特點RNA Pol位置 產(chǎn)物 對-鵝膏蕈的敏Pol 核仁28s,18s,5.8s rRNAs 不敏感Pol 核質(zhì)hnRNA,mRNA,某些SnRNA 高度敏感Pol 核質(zhì)tRNA,5Sr

25、RNA,某些SnRNAs 片段特異，中等 敏感 2022/10/1139一 真核的RNA聚合酶 表表 轉(zhuǎn)錄的抑制劑抑制劑靶酶抑制作用利福霉素細菌全酶和亞基結(jié)合，抑制起始鏈霉溶菌素細菌核心酶和亞基結(jié)合，抑制起始放射線素D真核Pol和DNA結(jié)合，阻止延伸-鵝膏蕈真核Pol和RNA Pol結(jié)合2022/10/1140表 轉(zhuǎn)錄的抑制劑抑制劑靶酶抑制作用利福霉素細菌全酶和亞基結(jié)CTD（C末端結(jié)構(gòu)域）為重復的七肽序列Tyr Ser Pro Thr Ser Pro Ser。CTD序列可以絲氨酸和酪氨酸上磷酸化，與聚合酶的移動有關(guān)。CTD（C末端結(jié)構(gòu)域）為重復的七肽序列Tyr Ser 二. RNA聚合酶1、核

26、糖體基因RNA聚合酶主要負責rRNA在分裂間期的連續(xù)合成。以人的rRNA基因為例，有5簇rRNA重復基因，每簇有40個拷貝，每個拷貝產(chǎn)生45S的rRNA轉(zhuǎn)錄物。45S的rRNA隨后被切割成28，18，5.8S的rRNA各一個。這為產(chǎn)生足量的rRNA所必需。二. RNA聚合酶1、核糖體基因基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式2、核仁組織區(qū)每個rRNA簇為一個核仁組織區(qū)核仁的結(jié)構(gòu)：顆粒區(qū)，前體rRNA ，核糖體亞基；纖維區(qū)， rRNA，核糖核黃素蛋白復合體；染色區(qū)，DNA。2、核仁組織區(qū)3、 RNA聚合酶的啟動元件 UCE：upstream control element3

27、、 RNA聚合酶的啟動元件4、 RNA聚合酶的啟動因子UBF：uptream binding factorSL1: selectivity factor TBP:TATA binding factor TAF1:TBP-associate factor4、 RNA聚合酶的啟動因子5、RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄模型5、RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄模型基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式RNA聚合酶小結(jié)：轉(zhuǎn)錄元件轉(zhuǎn)錄因子UCE核心元件UBFSL1 TBP TAF1RNA聚合酶小結(jié)：轉(zhuǎn)錄元件轉(zhuǎn)錄因子UCEUBFUCE：upstre

28、am control elementUBF：uptream binding factorSL1: selectivity factorTBP: TATA binding factorTAF1:TBP-associate factorUCE：upstream control elementUCEUBFSL1TBPTAF1UCE三. RNA聚合酶1、 RNA聚合酶存在核質(zhì)中，與RNA聚合酶相同。 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄5SrRNA的前體、tRNA以及其他的snRNA和胞質(zhì)RNA的轉(zhuǎn)錄。 三. RNA聚合酶1、 RNA聚合酶存在核質(zhì)中，與RN2、 tRNA基因的轉(zhuǎn)錄A框 5-TGGCNNAGTGG-3 對

29、應D環(huán)B框 5-GGTTCGANNCC-3 對應TC環(huán)2、 tRNA基因的轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄因子( transcription factor)1)TF B TBP BRF: TFB-related factor B 2)TF C轉(zhuǎn)錄因子( transcription factor)基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式3、5S rRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄元件：A框C框轉(zhuǎn)錄因子： 1) TF B : TBP, BRF, B 2) TF A 3) TF C3、5S rRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄元件：表 RNA pol 啟動子的轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)和功能因

30、子 結(jié)構(gòu) 功能TFA 38Kda,有9個鋅指 結(jié)合于1型內(nèi)部啟動子(5sRNA基因)的C框， 使C結(jié)合在C框下游，輔助 B定位結(jié)合TFB 含TBP和另外二種蛋白定位因子，使Pol結(jié)合在起始位點上TFC 含A和B,有5個亞基 B結(jié)合型內(nèi)部啟動子(tRNA基因)的B框， 起增強子的作用。 A結(jié)合A框，起啟動子 的作用；輔助 B定位結(jié)合TBP是B,D,SL1的亞基和特異DNA序列及RNA Pol結(jié)合，使Pol結(jié)合 在正確的位點上表 RNA pol 啟動子的轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)和功能基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式4、s

31、nRNA的轉(zhuǎn)錄起始TATA框PSE: proximal sequence elementOCT: octamer element4、snRNA的轉(zhuǎn)錄起始TATA框RNA聚合酶小結(jié)調(diào)控元件TATAOCTPSEA框A框B框C框+1tRNA轉(zhuǎn)錄5S rRNA轉(zhuǎn)錄snRNA轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶小結(jié)調(diào)控元件TATAOCTPSEA框A框B框CRNA聚合酶因子（transcription factor TF）1） TF A2） TF B : TBP： TATA binding factor BRF： TFB-related factor B3） TF CRNA聚合酶因子（transcription factor

32、四. RNA聚合酶 1、 RNA聚合酶 位于核質(zhì)中，負責mRNA和一些snRNA的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄后的mRNA需要進一步的復雜加工，包括5加帽，3的poly A尾以及剪接內(nèi)含子。四. RNA聚合酶 1、 RNA聚合酶 位于核質(zhì)中2、 RNA聚合酶調(diào)控元件1）啟動子內(nèi)的元件TATA框 -25-35bp的位置 7個堿基序列TATA(A/T)A(A/T 與TBP結(jié)合CAAT盒 -75附近GC 區(qū) 大約在-100-200處 的 20-50bp的DNA元件。2）增強子2、 RNA聚合酶調(diào)控元件3、 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄因子 因子 功能TFA 穩(wěn)定TFD和DNA的結(jié)合，激活TBP亞基TFB 結(jié)合模板鏈（-10+10

33、），起始Pol結(jié)合， 和TFE/F相互作用TFD TBP亞基識別TATA，將聚合酶組入復合體中，TAF識別特殊啟動子TFE 結(jié)合在Pol的前部，使復合體的保護區(qū)延伸到下游 TFF 大亞基具解旋酶活性,小亞基和Pol結(jié)合，TFH 具激酶活性，可以磷酸化PolC端的CTD，使Pol逸出，延伸TFJ 在TFF后加入復合體3、 RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄因子4、RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄過程4、RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄過程基因工程課件-第八章-基因的表達與調(diào)控-真核基因表達調(diào)控模式真核生物的轉(zhuǎn)錄小結(jié)1、元件RNA聚合酶元件核心元件UCETATACAATGCOCT增強子TATAOCTPSEA框A框B框C框+1真核生物的轉(zhuǎn)錄小結(jié)1、

34、元件RNA聚合酶核心元件TATA真核生物的轉(zhuǎn)錄小結(jié)2、因子RNA聚合酶因子UBFSL1 TBP TAF TFATFBTFDTFETFFTFHTFJTF B TBP BRF BTF ATF C真核生物的轉(zhuǎn)錄小結(jié)2、因子RNA聚合酶UBFTFAT第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細胞是生命活動的基本單位。細胞通過DNA的復制和細胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親代傳至子代，實現(xiàn)增殖繁衍。它們還不斷地“感知”環(huán)境變化，并對其作出特定的應答。細胞應答可以分為3個階段：外界信息的“感知”，即由細胞膜到細胞核內(nèi)的信息傳遞,染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控,特定基因的表達，即從DNARNA蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過程

35、。2022/10/1172第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細胞是生命活動的基本第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2022/10/1173蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細胞的生長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2022/10/1073第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2022/10/1174真核細胞主要跨膜信號傳導途徑第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2022/10/1074第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘

36、導受體蛋白構(gòu)象變化，使胞外信號順利通過質(zhì)膜進入細胞內(nèi)，或使受體發(fā)生寡聚化而被激活。受體分子活化細胞功能的途徑主要有兩條：一是受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性，胞內(nèi)信號通過酪氨酸激酶途徑得到傳遞；二是配體與細胞表面受體結(jié)合，通過G蛋白介異的效應系統(tǒng)產(chǎn)生介質(zhì)，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號。2022/10/1175第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細胞表面受體與配體分第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細胞表面的三類受體示意圖第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細胞表面的三類受體示意圖第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2022/10/1177蛋白質(zhì)磷酸化和GTP結(jié)合蛋

37、白參與的信號轉(zhuǎn)導過程第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2022/10/1077第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控已發(fā)現(xiàn)蛋白激酶基因2000余個和1000個左右蛋白質(zhì)去磷酸化酶基因。根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基可分為：絲氨酸/蘇氨酸型；酪氨酸型；組氨酸型。根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物參與蛋白激酶活性可分為兩大類：信使依賴型（又分胞內(nèi)信使、調(diào)節(jié)因子依賴型和激素或生長因子依賴型）非信使依賴型。2022/10/1178第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控已發(fā)現(xiàn)蛋白激酶基因200第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. 受cAMP水平調(diào)控的A激酶依賴于cAMP的蛋白激酶稱為A激酶（PKA），它能把ATP分

38、子上的末端磷酸基團加到某個特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。被A激酶磷酸化的氨基酸N端上游往往存在兩個或兩個以上堿性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改變了這一蛋白的酶活性。在不同的細胞中，A激酶的反應底物不一樣，所以，cAMP能在不同靶細胞中誘發(fā)不同的反應。2022/10/1179第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. 受cAMP水平調(diào)控第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. 受cAMP水平調(diào)控的A激酶非活性狀態(tài)的PKA全酶由4個亞基R2C2所組成，分子量約為150-170，調(diào)節(jié)亞基與cAMP相結(jié)合，引起構(gòu)象變化并釋放催化亞基，后者隨即成為有催化活性的單體.

39、2022/10/1180第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. 受cAMP水平調(diào)控第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. 受cAMP水平調(diào)控的A激酶糖原代謝時，激素與其受體在肌肉細胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細胞質(zhì)cAMP的合成2022/10/1181并活化A激酶，后者再將活化磷酸基團傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進入糖酵解.過程并提供ATP。第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. 受cAMP水平調(diào)控第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控已經(jīng)證實，許多轉(zhuǎn)錄因子都可以通過cAMP介導的蛋白質(zhì)磷酸化過程而被激活，因為這類基因的5端大都擁有一個或數(shù)個cAMP應答元件（C

40、RE），基本序列為TGACGTCA。第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控已經(jīng)證實，許多轉(zhuǎn)錄因子都第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2. C激酶與PIP2、IP3和DAG該蛋白激酶活性是依賴于Ca2+的，故稱C激酶（PKC）。IP3引起細胞質(zhì)Ca2+濃度升高，導致C激酶從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到靠近原生質(zhì)膜內(nèi)側(cè)處，并被DAG和Ca2+的雙重影響所激活。DAG提高了C激酶對于Ca2+的親和力。C激酶是一個7.7104的蛋白質(zhì)，主要實施對絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，具有一個催化結(jié)構(gòu)域和一個調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。與DNA結(jié)合以后還能解除調(diào)節(jié)區(qū)所造成的抑制作用，提高酶活性。2022/10/1183第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的

41、調(diào)控2. C激酶與PIP2、2022/10/1184激酶信號傳遞及基因表達示意圖2022/10/1084激酶信號傳遞及基因表達示意圖第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控3. CaM激酶及MAP激酶Ca2+的細胞學功能主要通過鈣調(diào)蛋白激酶（CaM-kinase）來實現(xiàn)的，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應答于細胞內(nèi)Ca2+水平。MAP激酶（MAP-kinase，ERKS）活性受許多外源細胞生長、分化因子的誘導。MAP-激酶活性取決于該蛋白中僅有一個氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。2022/10/1185第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控3. CaM激酶及MAP3. CaM激酶

42、及MAP激酶能同時催化這兩個氨基酸殘基磷酸化的酶被稱為MAP-激酶-激酶，它的反應底物是MAP激酶。MAP-激酶-激酶本身能被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同時被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，從而在信息傳導中發(fā)揮功能。2022/10/11863. CaM激酶及MAP激酶2022/10/1086第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控4. 酪氨酸激酶（PTK）途徑包括跨膜受體家族與胞質(zhì)非受體家族兩大類。受體類由胞外結(jié)合配體結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和細胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域組成，其PTK活性受胞外結(jié)構(gòu)域與配體的調(diào)節(jié)。配體與受體結(jié)合可誘導受體蛋白的二聚化，將受體胞質(zhì)區(qū)酪氨酸殘基磷酸化。非受體

43、酪氨酸激酶除有一段與前者同源的激酶結(jié)構(gòu)域序列外，還有數(shù)個前體所不具備的保守區(qū)。2022/10/1187第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控4. 酪氨酸激酶（PTK因為Src亞家族非受體酪氨酸激酶以及許多PTK作用底物分子都存在被稱為Src同源結(jié)構(gòu)域（SH）的序列。所以又將激酶功能區(qū)稱為SH1，而將另外兩個區(qū)分別命名為SH2和SH3。SH2由約100個氨基酸殘基組成，能與帶有磷酸酪氨酸的蛋白質(zhì)結(jié)合，SH3由約60個氨基酸殘基組成，參與將前者定為于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)或與細胞骨架蛋白相互作用，與SH2結(jié)合無關(guān)。2022/10/1188因為Src亞家族非受體酪氨酸激酶以及許多PTK作用底物分子都在正常細胞中，p

44、p60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以頭尾相連的締合方式折入同一分子的SH2結(jié)構(gòu)域中，從而抑制了PTK活性。pp60c-Src與靶分子PI3激酶，rasGAP等的締合作用均涉及pp60c-SrcSH2結(jié)構(gòu)域與PI3激酶及rasGAP分子上酪氨酸磷酸化區(qū)的結(jié)合。2022/10/1189在正常細胞中，pp60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控5. 蛋白質(zhì)磷酸化與細胞分裂調(diào)控細胞通過p53及p21蛋白控制CDK（cyclin-dependent protein kinase）活性，調(diào)控細胞分裂的進程。P21蛋白過量時，大量周期蛋白（cyclin）E-CD

45、K2復合物與P21蛋白相結(jié)合，使CDK2喪失磷酸化PRb蛋白的功能。沒有被磷酸化的PRb蛋白與轉(zhuǎn)錄因子E2F相結(jié)合并使后者不能激活與DNA合成有關(guān)的酶，導致細胞不能由G1期進入S期，細胞分裂受阻。2022/10/1190第四節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控5. 蛋白質(zhì)磷酸化與細胞如果細胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急劇下降，周期蛋白E-CDK2復合物就能有效地將PRb蛋白磷酸化。此時，PRb蛋白不能與E2F相結(jié)合，后者發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用， 激 活2022/10/1191許多與DNA合成有關(guān)的基因表達，細胞從G1期進入S期，開始分裂。如果細胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急劇下

46、降，周期蛋CDK活性受雙重調(diào)控沒有周期蛋白，CDK無活性。隨著周期蛋白的合成和積累，逐步形成周期蛋白-CDK復合物。CDK上的酪氨酸位點被磷酸化，掩蓋了其ATP結(jié)合位點，ATP不能有效地與之相結(jié)合，CDK仍然無活性。CDK蛋白T-環(huán)中的蘇氨酸位點被磷酸化，并將其酪氨酸位點上的磷酸基團去掉，其才能發(fā)揮生物學活性。同時，CDK蛋白還能使細胞中的磷酸酯酶磷酸化，以加速脫去自身酪氨酸位點上的磷酸基團。有生物活性的周期蛋白-CDK復合物能將DBRP磷酸化，激活泛素連接酶，把大量泛素加到周期蛋白上并使之迅速降解，CDK失活，新的周期開始。2022/10/1192CDK活性受雙重調(diào)控2022/10/1092

47、2022/10/11932022/10/1093第五節(jié) 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響1. 組蛋白的乙?；叭ヒ阴；?.1. 組蛋白的基本組成：組蛋白是組成核小體的基本成分，核小體是組成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。1.2. 核心組蛋白的乙?；c去乙?；?022/10/1194第五節(jié) 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響1. 組蛋白的乙酰化及去第五節(jié) 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響1.3. 組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（HAT）2022/10/1195目前已發(fā)現(xiàn)的HAT有兩類：一類與轉(zhuǎn)錄有關(guān)另一類與核小體組裝以及染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。第五節(jié) 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響1.3. 組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)第五節(jié) 蛋白質(zhì)乙酰化對基因表達的影響1.4. 組蛋白去乙?；福℉DAC）2022/10/1196組蛋白去乙?；肛撠熑コM蛋白上的乙?；鶊F。目前研究比較深入的是人類中的HDAC1和酵母中的Rpd3。它們都形成很大的復合體發(fā)揮作用。第五節(jié) 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響1.4. 組蛋白去乙?；谖骞?jié) 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_的影響2. 組蛋白的乙酰化及去乙?；瘜虮磉_的影響組蛋白乙酰化的狀態(tài)與基因表達有關(guān)。組蛋白N端“尾巴”上賴氨酸殘基的乙酰化中和了組蛋白尾巴的正電荷，降低了它與DNA的親和性，導致核小體構(gòu)象發(fā)生有利于