分子生物學(xué)課件：真核調(diào)控1

1、第七章第七章 真核生物基因的表達(dá)調(diào)控真核生物基因的表達(dá)調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 概述概述u真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 發(fā)育調(diào)控發(fā)育調(diào)控 、正調(diào)控、組織細(xì)胞特異性、多層次、正調(diào)控、組織細(xì)胞特異性、多層次DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控翻譯水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控翻譯后水平調(diào)控翻譯后水平調(diào)控u調(diào)控層次調(diào)控層次核酸分子間的互作核酸分子間的互作蛋白質(zhì)與核酸分子間的互作蛋白質(zhì)與核酸分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作u調(diào)控機(jī)理調(diào)控機(jī)理蛋白質(zhì)如何識(shí)別蛋白質(zhì)如何識(shí)別DNA特定序列？特定序列？非特異性結(jié)合非特異性結(jié)合：蛋白正電區(qū)域（由帶正

2、電的氨基酸側(cè)鏈：蛋白正電區(qū)域（由帶正電的氨基酸側(cè)鏈組成），與組成），與DNA主鏈的負(fù)電荷產(chǎn)生主鏈的負(fù)電荷產(chǎn)生靜電作用靜電作用，二者距，二者距離遠(yuǎn)，作用力弱離遠(yuǎn)，作用力弱特異性結(jié)合特異性結(jié)合：蛋白質(zhì)分子與：蛋白質(zhì)分子與DNA靶位點(diǎn)形成靶位點(diǎn)形成氫鍵氫鍵，使，使二者距離縮短（二者距離縮短（1.01.5nm），作用力增強(qiáng)），作用力增強(qiáng)真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 基因家族（簡(jiǎn)單多基因家族和復(fù)雜多基因基因家族（簡(jiǎn)單多基因家族和復(fù)雜多基因家族）家族） 真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)（組成型剪接和選擇真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)（組成型剪接和選擇型剪接）型剪接） 真核生物真核生物DNA水平上的基因表

3、達(dá)調(diào)控水平上的基因表達(dá)調(diào)控 DNA甲基化與基因活性的調(diào)控甲基化與基因活性的調(diào)控基因家族與基因簇基因家族與基因簇 （ Gene family 、Gene cluster） 基因家族：真核生物的基因組中許多來(lái)源相同，結(jié)構(gòu)相似、功能基因家族：真核生物的基因組中許多來(lái)源相同，結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的一組基因相關(guān)的一組基因 簡(jiǎn)單多基因家族：基因一般以串聯(lián)方式前后相連簡(jiǎn)單多基因家族：基因一般以串聯(lián)方式前后相連復(fù)雜多基因家族：幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由復(fù)雜多基因家族：幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位間隔序列隔開(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位 目前可分目前可分為為三三類類：

4、 ：各成員之間有高度的序列一致性各成員之間有高度的序列一致性串聯(lián)重復(fù)基因簇的特點(diǎn)：串聯(lián)重復(fù)基因簇的特點(diǎn)：拷貝數(shù)高拷貝數(shù)高 幾十幾十 幾百幾百非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)短而一致非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)短而一致正好滿足組蛋白基因、正好滿足組蛋白基因、rRNA 基因和基因和 tRNA的的 基因產(chǎn)物被細(xì)胞大量需要基因產(chǎn)物被細(xì)胞大量需要基因簇（基因簇（gene cluster）：基因家族的各成員緊密成簇，排列）：基因家族的各成員緊密成簇，排列 成大段的串聯(lián)重復(fù)單位，定位于染色體的特殊區(qū)域成大段的串聯(lián)重復(fù)單位，定位于染色體的特殊區(qū)域 由發(fā)育階段控制的多基因家族：人類珠蛋白的基因家族由發(fā)育階段控制的多基因家族：人類珠蛋白的基因家

5、族 真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)真核基因的斷裂結(jié)構(gòu) 斷裂基因（斷裂基因（interrupted gene）概念：在一個(gè)結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的概念：在一個(gè)結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的各個(gè)外顯子并不連續(xù)排列在一起，而是常常被長(zhǎng)度不等各個(gè)外顯子并不連續(xù)排列在一起，而是常常被長(zhǎng)度不等的內(nèi)含子所隔離。的內(nèi)含子所隔離。編碼序列稱為外顯子（編碼序列稱為外顯子（exon），非編碼序列稱為內(nèi)含子），非編碼序列稱為內(nèi)含子（intron） 真核基因中外顯子與內(nèi)含子連接區(qū)的高度真核基因中外顯子與內(nèi)含子連接區(qū)的高度保守性和特異堿基序列保守性和特異堿基序列 內(nèi)含子兩端序列不能互補(bǔ)內(nèi)含子兩端序列不能互補(bǔ) 外顯子

6、和內(nèi)含子連接區(qū)序列很短且高度保外顯子和內(nèi)含子連接區(qū)序列很短且高度保守守 5GT.AG3（RNA剪接的信號(hào)）剪接的信號(hào)）外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控成熟成熟mRNA產(chǎn)生的產(chǎn)生的cDNA中只有外顯子，沒(méi)中只有外顯子，沒(méi)有內(nèi)含子有內(nèi)含子 組成型剪接：一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只產(chǎn)生組成型剪接：一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只產(chǎn)生一種成熟一種成熟mRNA，編碼一個(gè)多肽，編碼一個(gè)多肽 選擇性剪接：一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以通選擇性剪接：一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以通過(guò)過(guò)不同的剪接方式不同的剪接方式產(chǎn)生不同的產(chǎn)生不同的mRNA，翻，翻譯成不同蛋白質(zhì)譯成不同蛋白質(zhì)真核細(xì)胞在基因表達(dá)調(diào)控方面的特點(diǎn)：真核細(xì)胞在基因表達(dá)調(diào)控方面的特點(diǎn)： 單順?lè)醋?/p>

7、單順?lè)醋?DNA 與組蛋白和非組蛋白結(jié)合與組蛋白和非組蛋白結(jié)合 大部分基因不轉(zhuǎn)錄大部分基因不轉(zhuǎn)錄 DNA片段重排和基因擴(kuò)增片段重排和基因擴(kuò)增 基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)大（遠(yuǎn)端調(diào)控）基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)大（遠(yuǎn)端調(diào)控） 轉(zhuǎn)錄和翻譯的空間間隔轉(zhuǎn)錄和翻譯的空間間隔 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工 第一節(jié) DNA水平的調(diào)控一一基因丟失基因丟失二二染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控三三基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增四四基因重排基因重排五五DNA甲基化甲基化1、基因丟失：、基因丟失：在細(xì)胞分化過(guò)程中，通過(guò)丟掉某些基在細(xì)胞分化過(guò)程中，通過(guò)丟掉某些基因而去除其活性，因而去除其活性，不可逆。不可逆。 某些原生動(dòng)物，線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)、甲殼

8、類動(dòng)物，體細(xì)某些原生動(dòng)物，線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)、甲殼類動(dòng)物，體細(xì)胞常丟掉部分或整條染色體。胞常丟掉部分或整條染色體。 蛔蟲(chóng)胚胎發(fā)育過(guò)程中，有蛔蟲(chóng)胚胎發(fā)育過(guò)程中，有27DNA丟失。丟失。 在高等動(dòng)植物中，尚未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。在高等動(dòng)植物中，尚未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。 2、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控：真核基、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控：真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行的因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行的有基因活躍表達(dá)活性的染色質(zhì)有基因活躍表達(dá)活性的染色質(zhì)DNA對(duì)對(duì) DNase更敏感，即更敏感，即DNase的敏感性可作為該基因轉(zhuǎn)錄活性的標(biāo)志。的敏感性可作為該基因轉(zhuǎn)錄活性的標(biāo)志。常染色質(zhì)：結(jié)構(gòu)松散，基因表達(dá)常染色質(zhì)：結(jié)

9、構(gòu)松散，基因表達(dá)異染色質(zhì)：結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達(dá)異染色質(zhì)：結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達(dá)3 3、基因擴(kuò)增：細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性、基因擴(kuò)增：細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性增加的現(xiàn)象增加的現(xiàn)象 為滿足正常的生長(zhǎng)發(fā)育需要為滿足正常的生長(zhǎng)發(fā)育需要 兩棲類和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞兩棲類和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增基因的擴(kuò)增 果蠅濾泡細(xì)胞卵殼蛋白基因的擴(kuò)增果蠅濾泡細(xì)胞卵殼蛋白基因的擴(kuò)增 外界環(huán)境因素引起基因擴(kuò)增外界環(huán)境因素引起基因擴(kuò)增 藥物誘導(dǎo)抗藥性基因的擴(kuò)增；藥物誘導(dǎo)抗藥性基因的擴(kuò)增； 腫瘤細(xì)胞中原癌基因拷貝數(shù)異常增加。腫瘤細(xì)胞中原癌基因拷貝數(shù)異常增加。 原發(fā)性的視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤中，含原發(fā)性的視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤中，含

10、myc 原癌基因的原癌基因的DNA區(qū)區(qū)段擴(kuò)增段擴(kuò)增10200倍。倍。 許多致癌劑可誘導(dǎo)許多致癌劑可誘導(dǎo)DNA擴(kuò)增。擴(kuò)增。4、基因重排：將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的、基因重排：將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移動(dòng)到距它很近的位點(diǎn)而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄地方移動(dòng)到距它很近的位點(diǎn)而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄 特異性調(diào)節(jié)特異性調(diào)節(jié)，發(fā)生在特殊的細(xì)胞類型中，發(fā)生在特殊的細(xì)胞類型中 釀酒酵母接合型釀酒酵母接合型 哺乳動(dòng)物免疫球蛋白編碼區(qū)的連接哺乳動(dòng)物免疫球蛋白編碼區(qū)的連接 無(wú)序的無(wú)序的，發(fā)生在腫瘤細(xì)胞基因組中，發(fā)生在腫瘤細(xì)胞基因組中DNA水平的調(diào)控5、DNA甲基化：甲基化：DNA甲基化能關(guān)閉某些基因甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)基因活化和表達(dá)的活性，去甲基化則誘導(dǎo)基因活化和表達(dá) 5-mC，N6-mA，7-mG “CpG島島” 甲基化程度高，基因表達(dá)降低甲基化程度高，基因表達(dá)降低 去甲基化，基因表達(dá)增加去甲基化，基因表達(dá)增加甲基化酶類型：甲基化酶類型： 日常型甲基轉(zhuǎn)移酶：催化日常型甲基轉(zhuǎn)移酶：催化半半甲基化，甲基甲基化，甲基化母鏈為模板指導(dǎo)，甲基化迅速化母鏈為模板指導(dǎo)，甲基化迅速 從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶：催化從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶：催化未未甲基化，甲