基因表達(dá)概念以及特點

1、關(guān)于基因表達(dá)的概念及特點第一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點基因表達(dá)的時、空特異 性 時間特異性（temporal specificity，階段特異性stage specificity）：按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性 空間特異性（special specificity，細(xì)胞或組織特異性tissue specificity）：在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物按不同組織空間順序出現(xiàn)。第二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月多層次調(diào)控 DNA 轉(zhuǎn)錄調(diào)控 hnRNA 加工調(diào)控 mRNA 轉(zhuǎn)運

2、調(diào)控 mRNA mRNA降解調(diào)控 蛋白質(zhì) 失活mRNA 蛋白質(zhì)活性調(diào)控翻譯調(diào)控活性蛋白質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)第三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物基因表達(dá)調(diào)控染色體水平的調(diào)控DNA水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控第四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一 染色體水平的調(diào)控染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)是核小體。在細(xì)胞中的狀態(tài)：（1）緊密壓縮（2）被阻遏狀態(tài)（3）有活性狀態(tài)（4）被激活狀態(tài)異染色質(zhì)化第五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月組蛋白對基因活性的影響占先模型（pre-emptive mode

3、l）:認(rèn)為基因能否轉(zhuǎn)錄取決于特定位置上組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子之間的不可逆競爭性結(jié)合。轉(zhuǎn)錄因子先結(jié)合在DNA的特定位點上，基因正常轉(zhuǎn)錄；反之，組蛋白先與DNA的特定位點結(jié)合，則形成核小體，轉(zhuǎn)錄停止。(2) 動態(tài)模型（dynamic model）：認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子與組蛋白處于動態(tài)競爭之中，基因轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)必須經(jīng)歷結(jié)構(gòu)上的改變，即染色質(zhì)重塑。在染色質(zhì)重塑過程中，某些轉(zhuǎn)錄因子可以在結(jié)合DNA的同時使核小體解體。第七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月組蛋白的乙?；?去乙?；?蛋白的乙?；腿ヒ阴；堑鞍谆钚哉{(diào)節(jié)的一種重要的形式，通過乙酰化或去乙?；?，改變了染色質(zhì)結(jié)構(gòu)或是轉(zhuǎn)錄因子的活性，可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的活

4、性。組蛋白的乙?；腿ヒ阴；艽蜷_或關(guān)閉某些基因，增強(qiáng)或抑制某些基因的表達(dá)。組蛋白的8個亞基上有32個潛在的乙?；稽c。第八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）組蛋白乙?；瘜?dǎo)致組蛋白表面正電荷減少，組蛋白與DNA結(jié)合能力下降，引起核小體解聚并阻止核小體裝配，使得染色體處于松弛狀態(tài)，從而使轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶順利結(jié)合在DNA上，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄；（2）組蛋白乙?；窃S多轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白相互作用的一種“識別信號”，如H4組蛋白的乙?；饔脜⑴c了指示和吸引TFIID到相應(yīng)的啟動子上，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物的裝配；（3）細(xì)胞分裂期，組蛋白乙?；瘏⑴c細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂的調(diào)控；（4）組蛋白去乙?；?/p>

5、或維持基因沉默。組蛋白乙?；?去乙酰化的生物功能第九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月非組蛋白（NHP) 非組蛋白大多數(shù)是磷蛋白，以磷酸化/去磷酸化修飾的方式調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝、生長、增殖和變異等，并能在核內(nèi)接受外來信號，構(gòu)成核內(nèi)信息轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，形成一條調(diào)節(jié)基因表達(dá)的重要途徑。第十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月核基質(zhì)(nuclea matrix)特點：（1）限定DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)域的大??；（2）各種核基質(zhì)蛋白之間相互作用，控制染色體組裝的程度，調(diào)節(jié)DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄；（3）可能存在著基因的某種增強(qiáng)元件；（4）可能有DNA復(fù)制的起始位點定義：核基質(zhì)是由3-30nm的微纖絲構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀骨

6、架蛋白，主要成分包括DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶、核基質(zhì)蛋白以及多種DNA結(jié)合蛋白，并含有少量RNA。第十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月染色質(zhì)丟失基因擴(kuò)增基因重排其他染色體水平上的基因表達(dá)調(diào)控方式第十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月染色質(zhì)丟失典例：馬蛔蟲不帶著絲粒的片段在子代中將丟失體細(xì)胞 染色體斷裂生殖細(xì)胞 染色體不斷裂染色質(zhì)丟失：是細(xì)胞分化過程中，消除某個基因活性的方式之一,就是從細(xì)胞中除去這個基因。某些原生動物、昆蟲及甲殼綱動物細(xì)胞分化過程中就會有部分染色體丟失。受精卵 2第十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基因擴(kuò)增時期rDNA 核仁數(shù)卵母細(xì)胞約500拷貝單個減

7、數(shù)分裂前期I數(shù)量猛增數(shù)百減數(shù)分裂雙線期約200萬拷貝很多典例：非洲爪蟾蜍基因擴(kuò)增：是指某些基因的拷貝數(shù)特異性增加的現(xiàn)象，它使得細(xì)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。第十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基因重排典例：哺乳動物免疫球蛋白免疫球蛋白基因定位基因重排：基因組中不同位置的DNA可以通過剪接重組而連接在一起，產(chǎn)生具有新功能的基因。第十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基因重排人Ig基因結(jié)構(gòu)注：（1）L：先導(dǎo)序列基因片段V：可變區(qū)基因片段D：多樣性區(qū)基因片段J：連接區(qū)基因片段C：恒定區(qū)基因片*：假基因（2）內(nèi)含子區(qū)域所標(biāo)數(shù)字表示DNA長度（kb)（3）每個

8、CH基因用一個方框表示，實際上包括幾個外顯子第十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二 DNA水平上的調(diào)控DNA甲基化（DNA Methylation) 哺乳動物基因中的5-CG-3序列中C5的甲基化稱為CpG 甲基化。 5-CG-3序列是使處于表達(dá)狀態(tài)的基因位點處的染色體保持適當(dāng)包裝水平的重要化學(xué)修飾序列。當(dāng)基因序列中的CpG 密度達(dá)到10/100bp時稱為CpG 島。圖：持家基因的CpG島及其啟動子第十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制甲基化(methylated)程度高，對基因轉(zhuǎn)錄抑制的調(diào)控能力越強(qiáng)。去甲基化(undermethylated)：基因

9、轉(zhuǎn)錄激活第十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月雌性胎生哺乳動物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活（異染色質(zhì)化）；異染色質(zhì)中的CpG被高度甲基化，基因不轉(zhuǎn)錄。DNA甲基化與X染色體失活第十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月甲基化以兩種方式調(diào)控基因的表達(dá)（1）甲基化增強(qiáng)或減弱DNA與調(diào)節(jié)蛋白之間的相互作用；（2）甲基化改變DNA的正常構(gòu)型。第二十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月三 真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 順式作用元件( cis-acting element）反式作用因子 (trans-acting Factor)第二十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月

10、順式作用元件是指具有調(diào)節(jié)功能的特定DNA序列或影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列，在基因的同一條DNA分子上；順式作用元件類型：（1）啟動子(promoter): 3種類型；（2）增強(qiáng)子(enhancer)：（3）沉默子(silencer )：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用。（4）絕緣子(insulator,boundary element):在真核基因及其調(diào)控區(qū)的一段DNA序列 。順式作用元件第二十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件啟動子 真核生物的啟動子分為3類，分別被三類RNA聚合酶所識別I 類啟動子II 類啟動子III類啟動子第二十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年

11、6月hnRNA是mRNA的前體，snRNA參與hnRNA到mRNA的過程第二十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件核心啟動子上游元件TATA 框起始密碼 (Inr)下游啟動元件 (DPE)TFIIB 識別元件 (BRE)II類啟動子第二十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件I類啟動子：不同物種之間，I類啟動子的序列不保守，但其基本結(jié)構(gòu)是很保守的。I類啟動子包括兩個部分：圍繞轉(zhuǎn)錄起始為點的核心元件和-100bp處的上游調(diào)控元件第二十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件III類啟動子位于基因的內(nèi)部第二十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于202

12、2年6月增強(qiáng)子Enhancer 在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點（上游或下游）的一段可增強(qiáng)啟動子活性的調(diào)控元件，大小為100-200bp。最初在DNA病毒SV40的基因組中發(fā)現(xiàn)。特性：（1）加強(qiáng)相連基因從正確起始位點的轉(zhuǎn)錄活性（2）增強(qiáng)子無論是在下游或在上游均可激活轉(zhuǎn)錄（3）無論是在下游或在上游，可在遠(yuǎn)離起始位點1Kb以上發(fā)揮作用（4）兩個啟動子串聯(lián)在一起時，增強(qiáng)子優(yōu)先激活距離最近的那一個順式作用元件第二十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月增強(qiáng)子核心序列：(G)TGGA/TA/TA/T(G)順式作用元件第二十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月增強(qiáng)子的作用機(jī)理：（1）為轉(zhuǎn)錄因子提供進(jìn)入啟動子

13、區(qū)的位點（2）改變?nèi)旧w的構(gòu)像沉默子(silencer )：負(fù)性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用。絕緣子(insulator,boundary element): 在真核基因及其調(diào)控區(qū)的一段DNA序列 。功能是阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上的傳遞，使染色質(zhì)的活性限定于結(jié)構(gòu)域之內(nèi)。順式作用元件第三十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月反式作用因子反式作用因子：能夠識別DNA上的順式作用元件并與之結(jié)合的蛋白質(zhì)因子或復(fù)合物。通用或基本轉(zhuǎn)錄因子RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子。如：TFA、 TFB、 TFD、 TFE等。特異轉(zhuǎn)錄因子( special transcription factors)個別

14、基因轉(zhuǎn)錄所必需的轉(zhuǎn)錄因子.如：OCT-2：在淋巴細(xì)胞中特異性表達(dá)，識別Ig基因的啟動子和增強(qiáng)子。第三十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控需要 順反因子、蛋白質(zhì)之間的相互作用第三十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件與反式作用因子的相互作用1 調(diào)控蛋白以多聚體（2,4）結(jié)合轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控第三十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控順式元件與反式作用因子的相互作用2 cis-factor 互作 Looping hypothesis：位于2個不同的 DNA結(jié)合位點上的2個蛋白質(zhì)，可以通過2個結(jié)合位點之間的DNA形成loop

15、得以相互作用，影響基因轉(zhuǎn)錄第三十四張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月順式作用元件和反式作用元件之間的相互作用第三十五張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月四 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 RNA 剪接第三十六張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月人Ig基因結(jié)構(gòu)注：（1）L：先導(dǎo)序列基因片段V：可變區(qū)基因片段D：多樣性區(qū)基因片段J：連接區(qū)基因片段C：恒定區(qū)基因片*：假基因（2）內(nèi)含子區(qū)域所標(biāo)數(shù)字表示DNA長度（kb)（3）每個CH基因用一個方框表示，實際上包括幾個外顯子四 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 第三十七張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月帽子結(jié)構(gòu) 7-methylguano

16、sine (m7G)第三十八張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5端帽子至少有以下四項功能 (1) 防止 mRNA 降解; (2) 加強(qiáng) mRNAs 翻譯的能力; (3) 與mRNA 運輸?shù)胶送庥嘘P(guān); (4) 與pre-mRNA的正確剪接有關(guān).四 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 第三十九張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月增強(qiáng)mRNA 的壽命和翻譯能力（二者相互影響）5帽子和poly (A)尾都對RNA的剪接有影響Poly (A)尾的功能第四十張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月五 翻譯水平的調(diào)控5端UTR(非翻譯區(qū)）結(jié)構(gòu)與翻譯起始的調(diào)節(jié) 5帽子結(jié)構(gòu)的甲基化：1）保護(hù)mRNA免遭5

17、外切酶的降解。2）為mRNA的從核中輸出提供轉(zhuǎn)運信號。3）提高翻譯模板的穩(wěn)定性和翻譯效率。翻譯起始因子的調(diào)控：eIF-2-4F的磷酸化能提高翻譯速度eIF-2的磷酸化能抑制翻譯起始第四十一張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3UTR（非翻譯區(qū)）結(jié)構(gòu)與mRNA穩(wěn)定性多聚腺苷酸尾的調(diào)節(jié)作用poly A尾巴的功能：1）穩(wěn)定mRNA分子，抵抗3-端外切酶攻擊的作用。2）有助于細(xì)胞質(zhì)中成熟mRNA的翻譯。3） 3 UTR區(qū)域具有保護(hù)5端帽子結(jié)構(gòu)的作用。 第四十二張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3UTR序列及結(jié)構(gòu)對mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)球蛋白mRNA的3UTR序列含有許多CCUCC重復(fù)蛋白序列，這些序列發(fā)生突變將降低mRNA的穩(wěn)定性。某些不穩(wěn)定的mRNA起3UTR含有50nt的共有序列AUUUA，稱為ARE。 ARE結(jié)合蛋白可以聚集外切多聚腺苷酸酶和內(nèi)切酶，加速mRNA的降解。第四十三張，PPT共四十六頁，創(chuàng)作于2022年6月新生肽鏈的水解：酶解肽鏈N端的第一個氨基酸：穩(wěn)定化氨基酸（Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、Pro）與