基因表達(dá)和調(diào)控(5)

1、關(guān)于基因的表達(dá)與調(diào)控 (5)第一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 基因的概念一、基因的概念及其發(fā)展二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)三、基因的作用與性狀的表達(dá)第二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、基因的概念及其發(fā)展（一）經(jīng)典遺傳學(xué)對基因的概念1909年丹麥遺傳學(xué)者約翰生提出了基因這個(gè)詞。摩爾根等建立了以基因和染色體為主題的經(jīng)典遺傳學(xué)。按照經(jīng)典遺傳學(xué)基因具有下列共性：基因具有染色體的主要特性，能自我復(fù)制，有相對的穩(wěn)定性，在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中有規(guī)律地進(jìn)行分配；基因在染色體上占有一定位置，并且是交換的最小單位；基因是一個(gè)整體進(jìn)行突變的，故它又是一個(gè)突變單位；基因是一個(gè)功能單位，它控

2、制著正在發(fā)育有機(jī)體的某一個(gè)或某些性狀，如紅花，白花等；第三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)、 現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念 現(xiàn)代基因概念基因是DNA分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段按照分子遺傳學(xué)的概念，根據(jù)重組，突變，功能分為3個(gè)單位：重組子是DNA重組的最小可交換單位突變子是基因突變的最小單位重組子和突變子都是一個(gè)核苷酸對或堿基對(bp)順反子表示一個(gè)起作用的單位，基本上符合通常指的基因第四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月基因的概念可轉(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子,或編碼一條多肽鏈功能上被順反測驗(yàn)或互補(bǔ)測驗(yàn)所規(guī)定第五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月基因的不

3、同類型1.結(jié)構(gòu)基因:是可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列2.調(diào)控基因:指其產(chǎn)物參與調(diào)控其它結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因3.假基因:同已知的基因相似,但位于不同位點(diǎn),因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯,是沒有功能的基因第六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因的不同類型4. 重疊基因：同一段DNA序列，由于閱讀框架(轉(zhuǎn)錄范圍)不同，同時(shí)成為兩個(gè)或兩個(gè)以上基因的組成部分因此基因在染色體上可能有重疊，甚至一個(gè)基因完全存在于另一個(gè)基因內(nèi)部5. 跳躍基因: 指可作為插入因子和轉(zhuǎn)座因子移動的DNA第七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.斷裂基因或隔裂基因早期分子遺傳認(rèn)為基因是一個(gè)連續(xù)的、完整的結(jié)構(gòu)1

4、977年Doel研究表明：卵清蛋白基因中間存在不表達(dá)的堿基序列，表明基因的DNA序列可能是不連續(xù)的外顯子：參加蛋白質(zhì)編碼的DNA片段內(nèi)含子：不參加蛋白質(zhì)編碼的DNA片段真核生物基因可能是不同外顯子的組合斷裂基因第八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)（一）互補(bǔ)作用（二）順式與反式調(diào)控（三）基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)第九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 雙突變雜合體的互補(bǔ)作用對于兩個(gè)獨(dú)立起源的、表型相似的隱性突變，如何判定是屬于同一基因(功能單位)還是兩個(gè)基因突變產(chǎn)生的呢在二倍體生物中，可以建立雙突變雜合體。雙突變體雜合體有兩種形式：順式(cis)和反式(trans)第

5、十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月順反測驗(yàn)與順反子根據(jù)兩突變反式雙雜合體的表現(xiàn)，就可以解決剛才的問題突變型無互補(bǔ)作用為同一功能單位的突變野生型有互補(bǔ)作用為不同功能單位的突變互補(bǔ)測驗(yàn)，也稱順反測驗(yàn)(cis-trans test)。Benzer將順反測驗(yàn)所確定的最小遺傳功能單位稱為順反子(cistron)順反子內(nèi)發(fā)生的突變間不能互補(bǔ)第十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）順式與反式調(diào)控假設(shè)某一個(gè)基因的表達(dá)受一種調(diào)控蛋白質(zhì)控制，只有在調(diào)控蛋白質(zhì)與該基因的啟動子結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，這個(gè)基因才能表達(dá)。如果這個(gè)基因的啟動子位點(diǎn)發(fā)生突變，調(diào)控蛋白不能識別這個(gè)位點(diǎn)，也就不能轉(zhuǎn)錄形成RNA，

6、基因就不能表達(dá)。在這里，這個(gè)突變只影響到與其鄰近的編碼序列，并不影響其他等位基因。這種突變稱為稱為順式調(diào)控。如果是調(diào)控蛋白質(zhì)發(fā)生突變，形成的蛋白質(zhì)不能與這個(gè)基因的啟動子結(jié)合，這將會影響到與這個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)合的所有等位基因位點(diǎn)，導(dǎo)致這些基因不能表達(dá)，這種突變稱為反式調(diào)控第十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)Seymour Benzer(1955)用E. Coli烈性噬菌體T4噬菌體rII區(qū)基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，為研究基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)提供了范例。T4野生型在E. Coli菌苔上產(chǎn)生小而不規(guī)則噬菌斑T4突變品系按表型可分為：rI、rII、rIII三類。其中rII在E.

7、 Coli B上產(chǎn)生快速溶菌現(xiàn)象，形成大而圓噬菌斑，在E. Coli K()上不能生長第十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月試驗(yàn)方法與結(jié)果試驗(yàn)方法：- 將2種突變型混合感染E. Coli B菌株(雙重感染, double infection)- 從混和培養(yǎng)物中提取噬菌體顆粒感染E. coli K()試驗(yàn)結(jié)果：在菌苔上獲得了許多小而粗糙的野生型噬菌斑第十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月雙重感染試驗(yàn)第十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月Benzer 順反子概念和基因內(nèi)重組 Discovery of Recombination Within the Gene Benz

8、er 以T4噬菌體為材料進(jìn)行了研究工作 ，正式提出“順反子”這個(gè)術(shù)語 rIIA mutant rIIB mutant單獨(dú)感染E.coli K單獨(dú)感染E.coli K混合感染E.coli K能正常生長不能正常生長不能正常生長第十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月野生型的產(chǎn)生與基因內(nèi)重組結(jié)果分析：回復(fù)突變的頻率很小，所以野生型只能由重組產(chǎn)生用擬等位基因不能解釋試驗(yàn)結(jié)果，因?yàn)椋?Benzer先后分離到400多個(gè)不同的rII突變。在rII區(qū)段內(nèi)存在如此多的基因顯然是不可能的結(jié)論：這些基因并不是所謂的擬等位基因，而就是rII區(qū)段(一個(gè)基因)突變形成的復(fù)等位基因野生型產(chǎn)生于基因內(nèi)重組，基因是由更

9、小的重組單位構(gòu)成，從而推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)基因不可分性的性質(zhì)第十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月*雙重感染法繪制rII區(qū)段連鎖圖操作方法：用兩種rII突變型雙重感染B品系，收集溶菌液取等量溶菌液接種到B品系、K()品系菌苔上考察兩個(gè)品系菌苔上的噬菌斑數(shù)目，就可以計(jì)算兩個(gè)突變位點(diǎn)間的重組值繪制連鎖遺傳圖由于采用了條件致死選擇系統(tǒng)即在E. Coli K()上rII不能生長，分辨率極高，可以檢測到十萬分之一的重組值第十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月B品系雙重感染的結(jié)果第十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月最小的結(jié)構(gòu)單位重組值檢測精度可達(dá)十萬分之一，但實(shí)際結(jié)果不會低于0

10、.01%基因內(nèi)存在最小重組單位本澤爾將最小重組單位定義為重組子(recon)rII區(qū)段存在復(fù)等位基因已經(jīng)表明基因也并非最小突變單位基因突變的最小單位突變子(muton)理論上講突變子不必等于重組子。但以后研究顯示：突變子和重組子都是一個(gè)核苷酸對或者堿基對(bp)。所以基因內(nèi)每個(gè)堿基均可能發(fā)生突變，任意兩個(gè)堿基間均能發(fā)生交換重組第二十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月rII順反測驗(yàn)rII區(qū)段突變的性質(zhì)：rII突變具有共同性狀，按經(jīng)典遺傳學(xué)理論，rII區(qū)段為一個(gè)基因(功能單位)Benzer通過順反測驗(yàn)表明：100多個(gè)rII突變型可以分為A、B兩組，組間突變型間能夠互補(bǔ)，而組內(nèi)的突變型間不能

11、互補(bǔ)與rII區(qū)段連鎖圖對照發(fā)現(xiàn)：兩組突變分別位于rII區(qū)段的兩端：| A | B |第二十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月rII的兩個(gè)順反子經(jīng)典遺傳學(xué)意義上的一個(gè)基因(rII區(qū)段)實(shí)際上有兩個(gè)順反子(功能單位)基因也很可能不是遺傳的最小功能單位有些基因具有一個(gè)順反子，有些基因具有多個(gè)順反子在多順反子情況下，基因是幾個(gè)功能單位的復(fù)合體Benzer提出“一個(gè)順反子一條多肽鏈”第二十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、基因的作用與性狀的表達(dá)基因?qū)τ谶z傳性狀表達(dá)的作用可分為 直接的和間接的。如果它的最后產(chǎn)品是結(jié)構(gòu)蛋白或功能蛋白，那么，基因的變異直接影響到蛋白質(zhì)的特性，從而表現(xiàn)出

12、不同的遺傳性狀。 人類的鐮形紅細(xì)胞貧血癥可以作為這方面的例證。研究證明，鐮形紅細(xì)胞的血紅蛋白是有一個(gè)正常血紅蛋白基因A 的兩個(gè)不同的突變S 或C引起的。第二十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月ADNAGAACTTmRNAGAA氨基酸谷SDNAGTACATmRNAGUA氨基酸纈CDNAAAATTTmRNAAAA氨基酸賴第二十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月間接作用普遍的情況下，基因是通過酶的合成，間接地影響生物性狀的表達(dá)。例如：圓粒豌豆（RR）皺粒豌豆（rr）F1是圓粒豌豆（

13、Rr）F2有1/4仍然是皺粒豌豆（rr） rr的表現(xiàn)型為皺粒，是因?yàn)樗鄙僖环N淀粉分支酶（SBE）所致。SBE控制淀粉分支點(diǎn)的形成， rr豌豆的SBE不正常，帶有一段0.8kb的插入片段,結(jié)果形成異常 mRNA,不能形成淀粉分支酶在種子發(fā)育過程中，不能合成淀粉導(dǎo)致積累蔗糖和大量水分。隨著種子的成熟，皺?；蛐头N子比圓?；蛐头N子失水快，結(jié)果形成皺粒種子表現(xiàn)型。而F1代Rr雜合體中，有一個(gè)正常的的基因R，可以產(chǎn)生SBE酶，能夠合成淀粉，所以Rr與RR一樣，具有圓粒表現(xiàn)型。 第二十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月上述例子清楚地表明，R與r 基因控制豌豆子粒的 性狀不是直接的，而是通過指

14、導(dǎo)淀粉分支酶的合 成間接實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)例子同時(shí)揭示了基因控制性 狀表達(dá)的具體過程及分子基礎(chǔ)。 從分子遺傳學(xué)的觀點(diǎn)來看： 一個(gè)基因一個(gè)mRNA 一個(gè)多肽。 但是基因不僅可以作為mRNA的轉(zhuǎn)錄的模板，同 時(shí)也可作為tRNA與rRNA轉(zhuǎn)錄的模板，此外，還 有一些基因既不能參加mRNA 轉(zhuǎn)錄， 也不參加 tRNA與rRNA的轉(zhuǎn)錄，它們只對其它基因的活動 起調(diào)控的作用。 酶的合成與停止合成，并不僅是與基因突變聯(lián)系 的，而主要是受制于基因作用的調(diào)控系統(tǒng)。第二十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 基因調(diào)控一、原核生物的基因調(diào)控二、真核生物的基因調(diào)控第二十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年

15、6月一、原核生物的基因調(diào)控（一）轉(zhuǎn)錄水平的基因調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控： 當(dāng)需要某一特定基因產(chǎn)物時(shí)，合成這種mRNA 當(dāng)不需要這種產(chǎn)物時(shí)， mRNA轉(zhuǎn)錄受到抑制。 正調(diào)控是經(jīng)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制。在正調(diào)控系統(tǒng)中，誘導(dǎo)物通常與另一蛋白質(zhì)結(jié)合形成一種激活子復(fù)合物，與啟動子DNA序列結(jié)合 激活基因起始轉(zhuǎn)錄。 負(fù)調(diào)控是存在細(xì)胞中的阻遏物阻止轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制。 阻遏物與DNA分子結(jié)合，阻礙RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄，使基因處于關(guān)閉狀態(tài)。只有當(dāng)阻遏物被除去之后，轉(zhuǎn)錄才能起動，產(chǎn)生mRNA分子。第三十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）乳糖操縱元雅各布和莫諾根據(jù)大量的遺傳及生化研究結(jié)果，于1961年提出了乳糖

16、操縱元模型，用來闡述乳糖代謝中基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制。隨后，乳糖操縱元成為基因表達(dá)調(diào)控研究的典列。第三十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.乳糖操縱元模型 乳糖操縱元模型闡述的是一個(gè)基因簇內(nèi)結(jié)構(gòu)基因及其調(diào)控位點(diǎn)的表達(dá)調(diào)控方式。 這個(gè)基因簇包括編碼乳糖代謝 酶的3個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其鄰近的調(diào)控位點(diǎn)，即一個(gè)啟動子和一個(gè)操縱子，還有一個(gè)抑制基因（I）位于所有基因上游，它抑制基因有自己的結(jié)構(gòu)基因及調(diào)控位點(diǎn)，因此抑制基因不包括在乳糖操縱元之內(nèi)。第三十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月lacZ基因 編碼-半乳糖酶，將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖la

17、cY基因合成的是滲透酶，可增加糖的滲透lacA基因編碼乙酰轉(zhuǎn)移酶，它能將乙?；o酶A分子上轉(zhuǎn)移到-半乳糖苷上，其生物學(xué)意義尚不完全清楚。I.編碼阻遏蛋白的基因P.啟動子O.操縱子第三十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 因3個(gè)結(jié)構(gòu)基因受同一個(gè)調(diào)控系統(tǒng)控制, 所以在有乳糖時(shí) 它們作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位形成一條多順販子mRNA, 使3個(gè)基 因同時(shí)翻譯成蛋白質(zhì),這三種酶的比例通常是1:0.5:0.2 這種 逐級降低的比例與多順販子中的基因順序直接有關(guān)， 位于 下游的有些順販子由于不能重新啟動,而使翻譯效率降低。 利用乳糖操縱元進(jìn)行誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)

18、的研究時(shí), 通常不 使用乳糖,而利用一種乳糖類似物, 即異丙基-D-硫代半乳 糖 (IPTG)IPTG對乳糖啟動子有極強(qiáng)的誘導(dǎo)效應(yīng),本身又不 被作為底物分解利用,因而被稱為無償誘導(dǎo)物.這結(jié)果充分 說明,誘導(dǎo)過程并不涉及到誘導(dǎo)物與酶之間的互作。第三十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月多順販子mRNA第三十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月IPTG第三十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱元的負(fù)調(diào)控第三十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月兩種組成型突變第四十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.乳糖操縱元的正調(diào)控1.葡萄糖抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性

19、；2.腺苷酸環(huán)化酶催化ATP前體轉(zhuǎn)變成環(huán)式 Amp (cAmp)；3.cAmp又與代謝激活蛋白(CAP)形成一種 cAmp-CAP復(fù)合物,作為操縱元的正調(diào)控因子；4.當(dāng)cAmp-CAP復(fù)合物的二聚體插入到乳糖啟動子區(qū)域的特異核苷酸序列時(shí)，使啟動子DNA 彎曲形成新的構(gòu)型，RNA聚合酶與這種DNA新 構(gòu)型的結(jié)合更加牢固，因而轉(zhuǎn)錄效率更高。第四十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱元的正調(diào)控第四十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）色氨酸操縱元 大腸桿菌色氨酸操縱元是合成代謝途徑中基因調(diào)控的典型例子。 色氨酸操縱元包括色氨酸合成中5種酶的 結(jié)構(gòu)基因分別由trpE、tr

20、pD、trpC、trpB、trpA。 trpE基因的上游是啟動子、操縱子、前導(dǎo)序列、和弱化子。阻遏物trpR由相距較遠(yuǎn)的阻遏物基因編碼。trpR基因編碼一種無輔基阻遏物，只有無輔基阻遏物- 色氨酸復(fù)合物后，才能成為有活性的阻遏物，與操縱子結(jié)合。第四十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 Yanofsky等人發(fā)現(xiàn)弱化作用。 在高濃度色氨酸存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄的前導(dǎo)序列mRNA 只含140個(gè)核苷酸，其中有一段28bp 的弱化子區(qū)域， 它在轉(zhuǎn)錄后可迅速形成發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)。在發(fā)夾環(huán)的后 面是一段多聚U序列。類似許多原核生物mRNA3末 端的終止子序列。RN

21、A聚合酶轉(zhuǎn)錄時(shí)不能通過這種 發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)。所以弱化子是內(nèi)部終止子。 無論有無色氨酸時(shí)都可以起始轉(zhuǎn)錄，但有色氨酸 時(shí)僅能轉(zhuǎn)錄成140個(gè)核苷酸，無色氨酸或色氨酸濃 度很低時(shí)才能轉(zhuǎn)錄形成完整的多順販子mRNA翻譯 成5種蛋白質(zhì)。第四十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月UUUU342423UUUU核糖體 前導(dǎo)肽 前導(dǎo)mRNA 15 trp 密碼子 結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)DNA RNA聚合酶 1.當(dāng)色氨酸濃度低時(shí) Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列3、4

22、不能形成弱化子結(jié)構(gòu) 第四十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月UUUU34UUUU 334核糖體 前導(dǎo)肽 前導(dǎo)mRNA2.當(dāng)色氨酸濃度高時(shí) 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制 125 trp 密碼子 弱化子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)DNA UUUU 3 RNA聚合酶 終止第五十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月四、翻譯水平的調(diào)控 大腸桿菌有7個(gè)操縱元與核糖體蛋白質(zhì)合成有關(guān)。從這些操縱元轉(zhuǎn)錄而來的每一種 mRNA能夠被同一操縱元內(nèi)編碼的核糖體蛋白質(zhì)識別與結(jié)合。如果其中有一種核糖體蛋白質(zhì)在細(xì)胞中過量積累， 它們將與其自身的mRNA結(jié)合，阻止進(jìn)一步翻譯。 這種結(jié)合位點(diǎn)通常包括 mRNA 5 端非翻譯區(qū)，

23、也包括啟動子區(qū)域的 S-D序列。 原核生物中的mRNA 也受反義RNA的調(diào)控。 反義RNA抑制mRNA與核糖體的結(jié)合從而抑制mRNA的翻譯。第五十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、真核生物的基因調(diào)控高等真核生物的基因組遠(yuǎn)比細(xì)菌的基因組大得多。真核生物的mRNA 與組蛋白等結(jié)合形成染色質(zhì)，染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化可以調(diào)控基因表達(dá)?；虻牟顒e表達(dá)是細(xì)胞分化和功能 的核心。真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上都不相同。真核生物基因表達(dá)的調(diào)控可以發(fā)生在DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后的修飾、翻譯水平和翻譯后的修飾等多中層次。第五十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）DNA的改變基因劑量與

24、基因擴(kuò)增DNA重排DNA甲基化第五十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1.基因劑量與基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性地大量增加的現(xiàn)象。兩棲動物蟾蜍的卵母細(xì)胞很大，是正常體細(xì)胞的一百萬倍，需要合成大量蛋白質(zhì)，所以需要大量核糖體。核糖體含有rRNA 分子，在卵母細(xì)胞發(fā)育中， rRNA 基因數(shù)目臨時(shí)增加了4000倍，基因擴(kuò)增后， rRNA 基因拷貝數(shù)達(dá)2106 。第五十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.DNA 重排酵母交配型轉(zhuǎn)換動物抗體基因重排第五十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月酵母交配型交換在很多真菌中其有性生殖的過程都需要不同交配型（mat

25、ing-type）的菌株相互接合才能產(chǎn)生二倍體的合子。相同的交配型之間是不能接合的，如酵母的a型和型。細(xì)胞的交配型是由MAT（mating）座的遺傳信息決定的。在此座位上帶有MATa等位基因的細(xì)胞就叫做a型細(xì)胞；同樣帶有MAT等位基因的細(xì)胞就稱為型細(xì)胞。只有a型和型細(xì)胞之間才能交配，相同型細(xì)胞之間是不能交配的。第五十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月表18-1 交配型控制的各種活性MATaMATMATa/ MAT細(xì)胞型aa/交配是是不孢子形成不不可外激素a因子因子無表面受體結(jié)合因子結(jié)合a因子無引自BLewin: GENES.1994, Table 36.1第五十七張，PPT共八十四頁

26、，創(chuàng)作于2022年6月不同交配型細(xì)胞之間的識別是由分泌的外激素（pheromones）決定的。細(xì)胞分泌因子；a細(xì)胞分泌a因子（表18-1）。因子是一個(gè)13肽（WHWLQLKPGQPMY）； a因子是12肽。（YIILGLFWAPY）。這兩種肽的前體都經(jīng)過剪切，最后釋放成熟的肽序列。一種交配型的細(xì)胞帶有另一種交配型外激素的表面受體。當(dāng)兩種不同交配型細(xì)胞相遇時(shí)，它們的外激素與對方的受體相互作用，使細(xì)胞周期停止在GI期，并發(fā)生各種形態(tài)學(xué)變化。包括產(chǎn)生膠著。在有效地接合中，細(xì)胞周期的停止使細(xì)胞和核得以融合，產(chǎn)生一個(gè)/a二倍體細(xì)胞。/a細(xì)胞帶有MAT和MATa等位基因并具有和單倍體細(xì)胞不同的特點(diǎn)，尤其是

27、/a細(xì)胞能形成孢子，而單倍體細(xì)胞是不能形成孢子。第五十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1977年Hicks,T.B.等對酵母交配型的轉(zhuǎn)換提出了暗箱模型MAT是活性暗盒（active cassette），可以是型，也可以是a型。HML 和HMR是沉默暗盒（silent cassettes），都不能表達(dá)。通常HML帶有暗盒，而HMR帶有a暗盒，所有的暗盒都帶有編碼交配型的信息，但只有MAT可以表達(dá)。當(dāng)活性暗盒信息被沉默暗盒信息所取代時(shí)就發(fā)生了交配型轉(zhuǎn)換。新“裝進(jìn)”活性暗盒的信息就可以表達(dá)。 第六十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6

28、月交配型轉(zhuǎn)換是一個(gè)直接的事件。在轉(zhuǎn)換中僅有一個(gè)受體MAT，但有兩個(gè)供體（HML和HMR），轉(zhuǎn)換通常涉及到MAT上的拷貝被HML或HMR上的拷貝所取代。80%-90%的轉(zhuǎn)換，是MAT位點(diǎn)上的等位基因被另一個(gè)相對交配型等位基因所取代。通過細(xì)胞表型的決定顯示了這些基因的作用。a型細(xì)胞優(yōu)先選擇HML為供體；型細(xì)胞則優(yōu)先選擇HMR。有5%的細(xì)胞被同類型新拷貝基因所取代；還有約5%并不發(fā)生變化。第六十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月免疫球蛋白的重排免疫球蛋白由兩條重鏈（heavy chain）和兩條輕鏈（light chaim）由二硫鍵連接構(gòu)成

29、了Y型的對稱結(jié)構(gòu)。每條蛋白質(zhì)鏈由兩部分組成：N-端的可變區(qū)（variable region，V）區(qū)和C-端的恒定區(qū)（constant region，C ），最初Putnam (1966年) 和Edelman（1969年）等是通過比較不同免疫球蛋白鏈的氨基酸順序而加以鑒別的。輕鏈由213214個(gè)氨基酸組成，重鏈由446氨基酸組成。重鏈有3個(gè)恒定區(qū)（CH1，CH2和CH3），在CH1和CH2區(qū)之間有一鉸連區(qū)，當(dāng)抗體和抗原結(jié)合時(shí)此區(qū)可變換角度，以適應(yīng)不同大小的抗原決定簇。第六十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十五張，PPT共八十四頁，

30、創(chuàng)作于2022年6月3、DNA甲基化在真核生物中，少數(shù)胞嘧啶堿基第5碳上的氫被一個(gè)甲基（CH3）取代，使胞嘧啶甲基化。胞嘧啶甲基化在CG雙核苷酸序列中發(fā)生頻率最高。許多真核生物基因5 端末翻譯區(qū)富含CG序列，為甲基化提供很多可能的位點(diǎn)。分析表明，甲基化可降低轉(zhuǎn)錄效率。第六十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控許多真核生物基因編碼關(guān)鍵代謝酶或細(xì)胞組成成分，這些基因常在所有細(xì)胞中都處于活躍狀態(tài)。這種組成型表達(dá)的基因稱為持家基因。另一些基因的表達(dá)則因細(xì)胞或組織不同而異，只在某些特定的發(fā)育時(shí)期或細(xì)胞中才高效表達(dá)。這類基因表達(dá)的調(diào)控通常發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。多數(shù)真核生物基因轉(zhuǎn)錄水平

31、的調(diào)控是正調(diào)控。第六十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月啟動子與轉(zhuǎn)錄因子啟動子是轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄因子是激活真核生物基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)。真核生物基因轉(zhuǎn)錄和原核生物的一個(gè)重要區(qū)別是：真核生物基因的啟動子必須與一系列轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，才能在RNA聚合酶的作用下起始轉(zhuǎn)錄。大多數(shù)能被RNA聚合酶識別的真核生物啟動子，含有幾個(gè)順式調(diào)控元件，它們的序列保守，具有與原核生物啟動子不同的特點(diǎn)。第六十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物基因在5端啟動子的順式調(diào)控元件第六十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2.強(qiáng)化子轉(zhuǎn)錄強(qiáng)化子是真核生物基因轉(zhuǎn)錄中的另一種順式調(diào)控元

32、件，通常位于啟動子上游700-1000bp處，離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)較遠(yuǎn)。強(qiáng)化子的作用沒有方向性，可以轉(zhuǎn)移到基因組的其他基因附近，加強(qiáng)該基因的轉(zhuǎn)錄。強(qiáng)化子與啟動子不同，啟動子是轉(zhuǎn)錄起始和達(dá)到基礎(chǔ)水平必須的，而強(qiáng)化子則可以使轉(zhuǎn)錄達(dá)到最高水平。不同真核生物基因的調(diào)控元件序列、數(shù)目、所處的相對位置差別很大，有的具有幾個(gè)強(qiáng)化子，而有的可能沒有。第七十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月強(qiáng)化子主要有兩個(gè)功能，一是與轉(zhuǎn)錄激活子結(jié)合，改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)型；二是使DNA彎曲形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)， 使強(qiáng)化子與啟動子直接接觸，以便通用轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄激活子RNA聚合酶一起形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體， 這種新構(gòu)型有利于轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，從而提高mRNA

33、合成效率。轉(zhuǎn)錄因子包括TAFIIX（RNA聚合酶互做的轉(zhuǎn)錄因子）， TATA盒結(jié)合蛋白（TBP）以及TBP相關(guān)蛋白等。大量研究表明， 如果只有通用轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶與 啟 動子結(jié)合，仍不足起始轉(zhuǎn)錄，還需要轉(zhuǎn)錄激活子與 強(qiáng)化子結(jié)合， 在強(qiáng)化子與啟動子之間形成DNA環(huán)， 使 DNA序列與這些因子相互接觸、強(qiáng)化子與啟動子之間發(fā)生 互作才能起始轉(zhuǎn)錄。有些強(qiáng)化子可提高不同啟動子的轉(zhuǎn) 化效率，這是因?yàn)樗鼈兡芘c不同啟動子進(jìn)行競爭性互作。 第七十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.激活子激活子是一種與強(qiáng)化子結(jié)合的蛋白質(zhì)，也屬于一種轉(zhuǎn)錄因子。能促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的是正激活子，而抑制轉(zhuǎn)錄的是負(fù)激活子，它們控

34、制基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)間、地點(diǎn)和效率。正激活子中又包括真激活子和抗阻遏物激活子，前者是與啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體直接接觸來激活轉(zhuǎn)錄；后者是通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，以便其他轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，從而提高轉(zhuǎn)錄效率的。第七十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月真激活子真激活因子包括兩個(gè)功能區(qū)域：與強(qiáng)化子結(jié)合的DNA結(jié)合區(qū)域和與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體中的蛋白質(zhì)互作的反式調(diào)控激活區(qū)域。真核生物的真激活子最早是在酵母菌中發(fā)現(xiàn)的。這種真激活因子也具有兩個(gè)功能不同的區(qū)域，其DNA結(jié)合區(qū)域具有特定的三維構(gòu)型，包括-螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、鋅指、和堿性亮氨酸拉鏈。第七十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月a .示意模型 b.與DNA結(jié)合第七十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一個(gè)鋅指包括兩個(gè)半胱氨酸