真核基因表達調(diào)控

1、關于真核基因表達的調(diào)控第一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 真核生物的基因組 2. 真核生物基因表達調(diào)控的特點和種類3. 真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控 4. 真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達調(diào)控 5. 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控主要內(nèi)容第二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 真核生物的基因組1.1 真核基因組結構特點 基因組結構龐大 單順反子 基因不連續(xù)性 斷裂基因（interrupted gene） 內(nèi)含子(intron) 外顯子(exon) 非編碼區(qū)較多 含有大量重復序列第三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 原核生物基因組結構特點 基因組很小，大

2、多只有一條染色體 結構簡煉 存在操縱子轉(zhuǎn)錄單元 有重疊基因第四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.2 基本概念1.2.1 基因家族（gene family)：真核基因組中很多來源相同、結構相似、功能相關的基因構成基因家族。如編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都分別屬于不同的基因家族。 基因簇(gene cluster) ：同一基因家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇。第五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月The eukaryotic ribosomal DNA repeating unit 簡單多基因家族：基因成員一般以串聯(lián)方式前后相連。第六張，PPT共一

3、百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月Organization of histone genes in the animal genome 復雜多基因家族：一般由幾個相關基因家族成員構成，基因家族之間由間隔序列隔開?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復雜多基因家族。第七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 1.2.2 斷裂基因：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) ：真核基因DNA中的編碼序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA并進而翻譯為蛋白質(zhì)。 內(nèi)含子(Intron) ：真核基因DNA中的間插序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA，但

4、被剪除而不翻譯。 第八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)：指外顯子和內(nèi)含子的邊界序列。它有兩個重要特征：內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性；連接區(qū)序列很短且高度保守，是RNA剪接的信號序列。 5GTAG 3 GT-AG法則: 內(nèi)含子5-端以GT開始, 3-端以AG結尾。第九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控組成型剪接：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA。選擇性剪接：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式而形成不同的成熟mRNA。第十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月2 真核生物基因表達調(diào)控的特點和

5、種類2.1 真核基因表達調(diào)控的特點 RNA聚合酶種類多 多層次調(diào)節(jié) 個體發(fā)育機制復雜 活性染色體結構變化 以正調(diào)節(jié)為主 轉(zhuǎn)錄與翻譯不耦聯(lián) 存在轉(zhuǎn)錄后修飾、加工機制 第十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2 真核生物基因表達調(diào)控的種類 根據(jù)性質(zhì)可分為兩大類：（1）瞬時調(diào)控或稱為可逆性調(diào)控：相當于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應。瞬時調(diào)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(diào)節(jié)。（2）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，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。 根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：DNA水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

6、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控第十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月3 真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控 基因丟失 基因擴增 基因重排 DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控 染色體的結構與調(diào)控第十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 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，許多體細胞常常不可逆地丟失掉整條或部分染色體。只有將來分化產(chǎn)生生殖細胞的那些細胞，才一直保留著整套染色體。目前，尚未在高等真核生物（包括動物、植物）中發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。第十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2

7、022年6月3.2 基因擴增 基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(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(diào)控的一種方式。 非洲爪蟾卵母細胞rRNA基因（rDNA）數(shù)量是一般體細胞的4000倍（2000000/500），這是由于為適應胚胎發(fā)育對核糖體的大量需要而進行基因擴增的結果。第十五張，PPT共一百零一頁，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?；蚪M拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物質(zhì)增多，這可能是加速基因進化、基因組重組和最終物種形成的一種方式。 在發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)生中的倍性增加現(xiàn)象在植物中普遍存在。第十六張，PPT共一百

8、零一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3 基因重排 通過調(diào)整有關基因片段的銜接順序，使之重排成為1個完整的轉(zhuǎn)錄單位，例如將一個基因從遠處移至距啟動子很近的位點從而有效啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。 通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結構基因的表達。第十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 Ig有2條相同的重鏈和輕鏈。恒定區(qū)和可變區(qū)分別由不同的DNA基因片段所編碼。不同區(qū)的重排和連接是產(chǎn)生抗體多樣性的分子基礎。第十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4 DNA的甲基化與基因調(diào)控 DNA甲基化能關閉某些基因的活性，

9、去甲基化則能誘導基因的重新活化和表達。 DNA甲基化的主要形式：5-甲基胞嘧啶、N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鳥嘌呤。第二十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 CpG島：成串出現(xiàn)在DNA上的CpG二核苷酸序列。 在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG、CpXpG、CCA和GATC序列中。 關于甲基化酶 日常型：催化半甲基化DNA迅速甲基化。需甲基化DNA模板；速度快。 從頭合成型：催化未甲基化的CpG甲基化。不需甲基化DNA鏈指導；速度慢。 甲基供體：S-腺苷蛋氨酸（S-Adenosyl Methionine,SAM)第二十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA甲基

10、化抑制基因轉(zhuǎn)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(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結合效率。主要是不利于模板DNA與RNA聚合酶的結合。 真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化程度與基因表達程度呈負相關。第二十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月圖7-14 DNA甲基化對基因轉(zhuǎn)錄的抑制作用 DNA甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄的效率成反比。第二十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 沒有甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用，就可能被氧化成為U，被DNA修復系統(tǒng)所識別和切除，恢復成C。已經(jīng)甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用, 它就變?yōu)門, 無法被區(qū)分

11、。因此, CpG序列極易丟失。 由于甲基化胞嘧啶極易在進化中丟失，所以，高等真核生物中CG序列遠遠低于其理論值。哺乳類基因組中約存在4萬個CG 序列，大多位于轉(zhuǎn)錄單元的5區(qū)。第二十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 人類X染色體失活調(diào)控的機制 1）X染色體上存在一個重要的Xist基因，該基因只在失活的X染色體上表達，而不在有活性的X染色體上表達。Xist基因的表達是決定X染色體失活的關鍵因素。2）該基因參與了X染色體的失活過程，其表達產(chǎn)物為一個功能性RNA分子，不含ORF，含有大量的終止密碼子序列，不編碼蛋白質(zhì)，該RNA只存在于核內(nèi)，不向細胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移。3）該RNA分子能與X染色體失

12、活中心區(qū)域（Xic）相互作用，引起后者構象發(fā)生變化，更易于與各種蛋白因子相結合，最終導致X染色體失活， 4）活性X染色體上的Xist基因總是甲基化了的，而失活的X染色體上的該基因都是去甲基化了的。雄性體細胞只含有一條X染色體，永遠處于活性狀態(tài)，其Xist基因內(nèi)部及5端啟動區(qū)都高度甲基化。雌性體細胞含有兩條X染色體，活性X染色體上的Xist位點都高度甲基化，而失活X染色體上的Xist位點都無甲基化。Xist基因被高度甲基化，該基因不表達，X染色體有活性；Xist基因去甲基化，該基因表達，引起X染色體失活。 第二十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.5 染色質(zhì)的結構與基因表達調(diào)控 按

13、功能狀態(tài)不同可將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)（具有轉(zhuǎn)錄活性）和非活性染色質(zhì)（沒有轉(zhuǎn)錄活性）。 活潑轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)的結構改變（1）核小體變得不完整；（2）DNA甲基化程度降低；（3）組蛋白和有關蛋白的改變。 實驗方法：（1）核酸酶的敏感性實驗；（2）染色質(zhì)再造實驗。第二十六張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 常染色質(zhì):結構松散，基因表達。 異染色質(zhì):結構緊密，基因不表達。 有基因表達活性的染色質(zhì)DNA對DNase更敏感，即，對DNase的敏感性可作為該基因轉(zhuǎn)錄活性的標志。 活性染色質(zhì)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點，大部分位于基因5端啟動子區(qū)域。第二十七張

14、，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 染色質(zhì)是否處于活化狀態(tài)是決定RNA聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關鍵。 活性染色質(zhì)往往具有疏松的結構，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結合，及便于RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動。染色質(zhì)結構狀態(tài)與轉(zhuǎn)錄的關系第二十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在轉(zhuǎn)錄過程中,在RNA聚合酶前方消除核小體結構,而在RNA聚合酶后方,再重新形成核小體。第二十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月真核RNA Pol 轉(zhuǎn)錄的基因 真核蛋白質(zhì)基因一般包括啟動子、相間排列的外顯子和內(nèi)含子及轉(zhuǎn)錄終止子序列等。啟動子本身一般不被轉(zhuǎn)錄。 “基因”的分子生物學定義：產(chǎn)

15、生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。4 真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達調(diào)控第三十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1 真核基因轉(zhuǎn)錄起始復合物的組成（1）啟動子（含各類順式作用元件）（2）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（反式作用因子）（3）RNA聚合酶第三十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 啟動子：RNA聚合酶能夠識別、結合并導致轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列。真核基因啟動子包含轉(zhuǎn)錄起始位點附近的DNA序列及啟動轉(zhuǎn)錄所必需的一些順式作用元件, 這些元件被反式作用因子所識別和結合。4.2 真核基因啟動子與RNA聚合酶 順式作用元件(cis-acting element)：影響基因表達活性

16、的DNA序列，主要包括啟動子中的相對保守的DNA序列，如TATA盒、CAAT盒和GC盒等，是反式作用因子所識別和結合的部位。第三十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 真核RNA聚合酶、為寡聚酶，每種酶分子含2個大亞基和48個小亞基，分子量在500 KD左右。第三十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.1 真核rRNA基因啟動子與RNA聚合酶I RNA聚合酶I負責轉(zhuǎn)錄rRNA基因。 rRNA基因啟動子（I類）比較單一，由轉(zhuǎn)錄起始位點附近的兩部分序列構成。第一部分是核心啟動子，由-45 +20位核苷酸組成，單獨存在時就足以起始轉(zhuǎn)錄。另一部分由-170-110位序列組成，

17、稱為上游調(diào)控元件，能有效地增強轉(zhuǎn)錄效率。第三十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.2 真核tRNA基因啟動子與RNA聚合酶 RNA聚合酶負責轉(zhuǎn)錄5S rRNA、tRNA和某些核內(nèi)小分子RNA（snRNA）基因，這些基因的啟動子（類）組成較為復雜，又可被分為三個亞類。其中5S rRNA和tRNA基因的兩類啟動子是內(nèi)部啟動子，位于轉(zhuǎn)錄起始位點的下游，都由兩部分組成; 第三類啟動子由三個部分組成，位于轉(zhuǎn)錄起始位點的上游。第三十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.3 真核蛋白質(zhì)基因啟動子與RNA聚合酶 RNA聚合酶II負責轉(zhuǎn)錄所有蛋白質(zhì)基因和部分snRNA基因。編碼

18、蛋白質(zhì)的類基因啟動子在結構上有共同的保守序列。這些短的保守序列（元件），位于起始位點的上游，通常分散存在于200bp的范圍內(nèi)。不同啟動子所用的元件的種類、數(shù)目以及元件所處的位置都不盡相同。只有當多種轉(zhuǎn)錄因子分別特異地識別這些元件并與之結合之后，RNA聚合酶才能結合上去以啟動轉(zhuǎn)錄。通常RNA聚合酶自身不能啟動轉(zhuǎn)錄。第三十六張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 真核蛋白質(zhì)基因的啟動子元件 核心啟動子元件：指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游-25區(qū)的TATA盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎水平的轉(zhuǎn)錄。 上游啟動子元件：包括位于-70b

19、p附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠的上游元件。這些元件與相應的蛋白因子結合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。 不同基因具有不同的上游啟動子元件，其位置也不相同，使不同基因的表達分別具有不同的調(diào)控機制。第三十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA Pol轉(zhuǎn)錄因子分類 應答元件（response element）: 能與某個（類）專一蛋白因子結合，從而控制基因特異表達的DNA上游序列。最常見的應答元件：熱激應答元件（heatshock response element，HSE）、糖皮質(zhì)應答元件（glucocorticoid response element，GRE）、金屬應答元件（

20、metal response element，MRE）。第三十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 基礎轉(zhuǎn)錄裝置：由通用轉(zhuǎn)錄因子、RNA Pol和核心啟動子共同組成。該裝置是任何真核類啟動子啟動轉(zhuǎn)錄都必需的。 通用（基礎）轉(zhuǎn)錄因子：TFD、TFA、TFB、TFF、TFE?；A轉(zhuǎn)錄因子起著與原核因子相類似的作用。通常RNA Pol自己不能識別啟動子，而依靠基礎因子來識別，后者起著嚴格規(guī)定轉(zhuǎn)錄起始位點的作用。 核心啟動子由Inr元件（起始子）和TATA框所組成： 起始子（通用啟動子）：包括Py2CAPy5（ Inr元件）在內(nèi)的一段序列，其中A為轉(zhuǎn)錄的第1個堿基。Inr元件位于 -3 +5

21、。僅由Inr元件組成的啟動子是可被RNA聚合酶II識別的最簡單的啟動子形式。 TATA框（-25區(qū)）：真核啟動子中唯一與起始位點有固定距離的元件，也是最靠近轉(zhuǎn)錄起始位點的元件。第三十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 轉(zhuǎn)錄前先是TFD與TATA盒結合。TFA結合在TFD上游。TFB結合在轉(zhuǎn)錄起始位點附近。RNA聚合酶與TFF偶聯(lián)形成復合體結合到轉(zhuǎn)錄起始位點。TFE結合在RNA聚合酶的下游。TFH和TFJ結合上去，形成完整的轉(zhuǎn)錄起始復合物。RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成第四十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 上游元件及其轉(zhuǎn)錄因子 一個啟動子要達到足夠的轉(zhuǎn)錄效率和具有特

22、異性，要依靠其上游更遠處的短序列，這些序列由上游因子或誘導因子所識別。這些元件位于起點上游100bp范圍內(nèi)。 1）上游元件的鑒定方法：堿基突變或缺失。 2）上游元件：CAAT框，即GGCCAATCT。 GC框，即 GGGCGG。 轉(zhuǎn)錄因子活化轉(zhuǎn)錄的機制：特異因子結合在上游元件上之后，作用于基礎因子，再由后者作用于RNA Pol。所以，在轉(zhuǎn)錄的啟動中，蛋白與蛋白之間的相互作用具有蛋白與DNA作用同等的重要性。 第四十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 增強子：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。 在SV40的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄起始位點上游約200bp處有兩段長72 b

23、p的正向重復序列。第四十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 增強子特點 增強效應十分明顯。能使基因轉(zhuǎn)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)出增強效應。 大多為短重復序列。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，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(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能。 無基因?qū)Ｒ恍??？稍诓煌蚪M合上表現(xiàn)增強效應。 許多增強子還受外部信號的調(diào)控。如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的

24、增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應。第四十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月增強子作用機理第四十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 沉默子（沉寂子）：某些基因含有負調(diào)控順式元件。當其結合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。 目前對其作用機制的研究還不多。目前已知沉寂子的作用可不受其序列方向的影響，也可遠距離發(fā)揮作用，并能對異源基因的表達起作用。 真核基因轉(zhuǎn)錄表達的調(diào)控蛋白也有起阻遏、或激活、或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主，即多數(shù)真核基因在沒有調(diào)控蛋白作用時是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達時就要有激活蛋白來促進轉(zhuǎn)錄。換言之：真核基因表達以正調(diào)控為主導。 真核

25、基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負性調(diào)控元件，但其存在并不普遍。 真核RNA聚合酶對啟動子的親和力很低，基本上不依靠自身來起始轉(zhuǎn)錄，需要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用。第四十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 反式作用因子(trans-acting factor)：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(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。如結合TATA區(qū)的TFD、結合CAAT區(qū)的CTF、結合GGGCGG區(qū)的SP1、及結合熱激元件的HSF等。4.3 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（反式作用因子） 轉(zhuǎn)錄因子是發(fā)生轉(zhuǎn)錄所必需的蛋白質(zhì)，大多直接結合于DNA上，少數(shù)結合在其它轉(zhuǎn)錄因子上。 在真核中，主要由輔助

26、因子識別啟動子。真核啟動子的多個保守序列都不是由RNA聚合酶本身所識別和結合的。第四十六張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 調(diào)控蛋白與DNA結合的方式 基因表達調(diào)控的基本方式是依賴調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）與基因調(diào)控序列（順式作用元件）的特異結合，也依賴調(diào)控蛋白之間的特異結合。調(diào)控蛋白通常有獨立的結合DNA的結構域。結構域DNA結合結構域連接區(qū)轉(zhuǎn)錄活化結構域第四十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA結合蛋白與DNA之間的相互作用 蛋白質(zhì)與特異DNA序列的識別與結合模式-調(diào)控蛋白與特異DNA序列之間通過氫鍵相結合第四十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 調(diào)控蛋白與

27、蛋白質(zhì)結合的方式 除了與DNA結合的結構域外，調(diào)控蛋白通常還有與蛋白質(zhì)結合的結構域，用以和RNA聚合酶、其它調(diào)控蛋白相互作用，也用于相同的轉(zhuǎn)錄因子之間的作用。在真核中，許多轉(zhuǎn)錄因子都以二聚體的形式結合在DNA上。第四十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)中的用于與DNA結合的結構基元（1）鋅指（zinc finger）: 是一種常出現(xiàn)在DNA結合蛋白中的結構基元。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。 為某些蛋白質(zhì)（如調(diào)節(jié)蛋白）中由若干個氨基酸殘基與一個鋅離子結合而成的一個相對獨立的結構域。

28、鋅指的尖端可進入DNA大溝或小溝，以識別和結合特異的DNA序列。鋅指是DNA結合蛋白中常見的基元，通常組織成為一個串聯(lián)重復。 配位鍵2-9個第五十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月The same types of transcription factors can have different DNAbinding domains and thus bind to different DNA sequences.第五十一張，PPT共一百零一頁，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等第五十二張，PPT共一百零一

29、頁，創(chuàng)作于2022年6月鋅指結構(zinc finger motif)第五十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 鋅指可以形成-螺旋而插入DNA 的大溝中，在另一面連著-片層。 轉(zhuǎn)錄因子SP1（結合GC盒）的3個連續(xù)的鋅指重復結構。 第五十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(helix-turn-helix)（2）螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（Helix-turn-helix，HTH） 兩個-螺旋被一個-轉(zhuǎn)角隔開，兩個-螺旋之一起識別作用，為許多真核調(diào)控蛋白中含有的與DNA結合的基元。第五十六張，PPT共一百零一頁，

30、創(chuàng)作于2022年6月（3）堿性-亮氨酸拉鏈（basicleucine zipper） 定義：出現(xiàn)在DNA結合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結構基元（motif）。疏水的Leu集中排列在-螺旋的一側而呈直線狀，該側是兩個蛋白分子構成二聚體的接觸點。第五十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 亮氨酸之間相互作用形成二聚體。肽鏈氨基端2030個富含堿性氨基酸的結構域參與結合DNA第五十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix - loop - helix，bHLH） 只有形成同源或異源二

31、聚體時，才具有足夠的DNA結合能力。長約50個aa殘基，同時具有DNA結合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性-螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀結構相連，其DNA結合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。第六十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式 4.4.1 信號傳導 信息分子: 由一種細胞釋放, 然后傳給靶細胞并發(fā)揮作用的物質(zhì)。 細胞間信息物質(zhì)是由細胞分泌的調(diào)節(jié)靶細胞生命活動的化學物質(zhì)的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。如生長因子、細胞因子、胰島素等。第二信使(secondary messenger)是指在細胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、

32、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。第六十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月跨膜信號轉(zhuǎn)導的一般步驟特定的細胞釋放信息物質(zhì)信息物質(zhì)經(jīng)擴散或血循環(huán)到達靶細胞與靶細胞受體特異性結合受體對信號進行轉(zhuǎn)換并啟動細胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶細胞產(chǎn)生生物學效應 多細胞生物通過細胞間復雜的信號傳遞系統(tǒng)來傳遞信息，從而調(diào)控機體活動。第六十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 受體：是細胞膜上或細胞內(nèi)能識別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、抗原細胞粘附分子、藥物毒素等）并與之相結合的生物大分子。其化學本質(zhì)多為蛋白質(zhì)，個別是糖脂。它們能將生物活性分子產(chǎn)生的信息傳遞致應器，從而引起相應的生物效應。 配體(lig

33、and): 能與受體特異結合的生物活性分子。第六十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）膜受體(membrane receptor)：存在于細胞質(zhì)膜上的受體，根據(jù)其結構和轉(zhuǎn)換信號的方式又分為三大類：離子通道受體，G蛋白偶聯(lián)受體和跨膜蛋白激酶受體。第六十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月G蛋白的活性型和非活性型的互變 G蛋白(guanylate binding protein): 是一類與GTP或GDP相結合、位于細胞膜胞漿面的外周蛋白，由、 三個亞基組成。有兩種構象,即非活化型和活化型。第六十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月高度可變區(qū)：位于N端，具有轉(zhuǎn)錄

34、活性DNA結合區(qū)：含有鋅指結構，與特定的DNA序列-激素應答元件（hormone-responsive element,HRE）相結合。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(zhuǎn)錄（2）胞內(nèi)受體配體：類固醇激素、甲狀腺素等受體功能：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(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。第六十六張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4.2 信號傳導途徑第六十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 關于蛋白激酶與蛋白質(zhì)磷酸化 蛋白磷酸化是機體調(diào)節(jié)的重要方式之一。通過兩種酶的催化來實現(xiàn)：蛋白激酶使底物蛋白磷酸化；而蛋白磷酸酯酶則催化

35、去磷酸化反應。蛋白磷酸化和去磷酸化成為機體中普遍存在的一種調(diào)節(jié)機理。在跨膜信息傳遞機理中，蛋白磷酸化的作用尤其重要。 根據(jù)蛋白磷酸化的部位，可將蛋白激酶分為2類，一類對Ser或Thr殘基專一，統(tǒng)稱為Spk（絲氨酸蛋白激酶），是第二信使的主要靶蛋白；另一類對Tyr殘基專一，稱Tpk（酪氨酸蛋白激酶）。4.4.3 真核基因表達調(diào)控模式（舉例）第六十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 A激酶（PKA）：依賴于cAMP的蛋白激酶（1）蛋白質(zhì)磷酸化與信號傳導和基因表達第六十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月cAMP調(diào)控的A激酶活性第七十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月

36、 cAMP活化糖原磷酸化酶示意圖 不同細胞對cAMP信號途徑的反應速度不同。肌肉細胞在1秒鐘之內(nèi)即可啟動糖原降解為葡糖1-磷酸，從而抑制糖原的合成。 第七十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月cAMP信號與基因表達該信號途徑涉及的反應鏈可表示為：激素G蛋白耦聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMP依賴cAMP的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄第七十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在某些分泌細胞，需要幾個小時，激活的PKA進入細胞核，將CRE結合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關基因的表達。 CRE（cAMP response element，cAMP應答元件）：DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域。 CREB

37、：即CRE結合蛋白(cAMP response element bound protein）。第七十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 激素穿過細胞膜進入細胞與激素受體蛋白結合，然后，受體和激素的復合體轉(zhuǎn)運到核中，從而激活基因轉(zhuǎn)錄。（2）類固醇激素對基因調(diào)控的作用第七十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 許多生物受熱誘導時能合成一系列熱休克蛋白。無論細菌還是高等真核生物，熱休克基因均散布于染色體的各個部位或不同染色體上。 受熱后，果蠅細胞內(nèi)Hsp70 mRNA水平提高1000倍，就是因為熱激因子（heat shock

38、factor，HSF）與hsp70基因TATA區(qū)上游60bp處的HSE相結合，激發(fā)了轉(zhuǎn)錄起始。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有受熱或其它環(huán)境脅迫時，HSF主要以單體形式存在于細胞質(zhì)和核內(nèi)。單體HSF沒有DNA結合能力，而Hsp70可能參與了維持HSF的單體形式。受到熱激或其它環(huán)境脅迫時，細胞內(nèi)變性蛋白增多，與HSF競爭結合Hsp70，從而釋放HSF，使之形成三體并輸入核內(nèi)。（3） 熱激蛋白誘導的基因表達第七十六張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 熱激以后，HSF不但形成三體，還迅速被磷酸化。HSF與HSE的特異性結合，引起包括Hsp70在內(nèi)的許多熱激應答基因表達，大量產(chǎn)生Hsp70蛋白。隨著熱激溫度

39、消失，細胞內(nèi)出現(xiàn)大量游離的Hsp70蛋白，它們與HSF相結合，并使其脫離DNA序列，最終形成沒有DNA結合能力的單體。 第七十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月熱激誘導的hsp基因表達第七十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月5 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控5.1 RNA前體的加工5.1.1 各類RNA前體的加工 45S的前體rRNA：經(jīng)切割、修飾為成熟的18S、28S、5.8S的rRNA。 tRNA初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：一般認為，tRNA基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進入細胞質(zhì)后，首先經(jīng)過核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接而成為成熟tRNA（4S）。 前體mRNA（hn RNA

40、)：經(jīng)5-加帽、3-加尾、剪接、編輯和甲基化修飾等過程，才能成為成熟的mRNA。第七十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月rRNA前體的加工：分子內(nèi)的切割和化學修飾。rRNA化學修飾：甲基化 (原核：堿基甲基化。真核：核糖甲基化）。第八十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月5.1.2 真核蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性 真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄方式分為兩大類：即簡單轉(zhuǎn)錄單位和復雜轉(zhuǎn)錄單位。(1) 簡單轉(zhuǎn)錄單位：這類基因只編碼產(chǎn)生一種多肽。其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有的需要加工，有的則不需要加工。這類基因轉(zhuǎn)錄后加工有3種不同形式。第八十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）復

41、雜轉(zhuǎn)錄單位：初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過多種不同方式加工成兩種或兩種以上的mRNA。利用多個5端轉(zhuǎn)錄起始位點或剪接位點產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。第八十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十三張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月利用多個加多聚（A）位點和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。第八十四張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十五張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 反式剪接 反式剪接（trans-splicing）：發(fā)生于兩個RNA分子之間。 某些真核mRNA前導序列的來歷：很可能是通過反式剪接而來的。 順式剪接（cis-splicing）：發(fā)生于一個RNA分子內(nèi)部，

42、將內(nèi)含子剪接掉，使外顯子連接在一起。第八十六張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十七張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 關于mRNA前體的可變剪接 通過不同的剪接，可由一個基因的轉(zhuǎn)錄物產(chǎn)生出不同的成熟mRNA，從而翻譯出不同的蛋白質(zhì)。 大多真核基因的mRNA前體只按一種方式剪接，因而只產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)。 可變剪接（alternating splicing）：為某些mRNA前體按照選用不同的加尾位點、選用不同的剪接位點，剪接除去內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄物，產(chǎn)生兩種或兩種以上mRNA的剪接方式。第八十八張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月5.2.1 mRNA結構的穩(wěn)定性對翻譯的調(diào)控5

43、.2 翻譯水平的調(diào)控（1）5-端非編碼區(qū)(untranslated region, UTR)的莖環(huán)結構通常不利于翻譯的啟動。（2）3-端非編碼區(qū)(3- UTR)的莖環(huán)結構通常提高mRNA的穩(wěn)定性，從而增大蛋白的翻譯量。（3）編碼區(qū)的密碼子種類，影響翻譯的效率。稀有密碼子可降低翻譯的效率。（4）mRNA前導序列中的GC含量越高，越易形成較多和較穩(wěn)定的高級結構，越不利于翻譯的啟動。第八十九張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月鐵蛋白：負責鐵解毒運鐵蛋白受體（TfR）：負責鐵吸收例：轉(zhuǎn)運鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白。在這兩個mRNA上存在相似的順式作用元件，稱為鐵應答元件（iron respo

44、nse element，IRE）。IRE與IRE結合蛋白（IREBP）相互作用控制了這兩種mRNA的翻譯效率。第九十張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）當鐵富足時， IREBP不結合TfR mRNA，使TfR mRNA易于降解，合成的TfR減少，細胞攝入的鐵減少。（2）當細胞缺鐵時，IREBP與IRE具有高親和力，兩者的結合有效地阻止了鐵蛋白mRNA的翻譯。與此同時，TfR mRNA上3非翻譯區(qū)中的IRE也與IREBP特異結合，有效地阻止了TfR mRNA的降解，促進TfR的合成。第九十一張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月 eIF-2的磷酸化對翻譯的普遍抑制 5.2.2 蛋白質(zhì)翻譯因子的修飾對翻譯起始的調(diào)控 血紅素是上述激酶的抑制劑，故利用網(wǎng)織紅細胞裂解液進行體外翻譯時，須向其中加入血紅素。eIF-2磷酸化對翻譯普遍抑制的實質(zhì)性作用是: eIF-2(p)與鳥苷酸交換因子GEF親和力強，阻止eIF-2GTP的再生。第九十二張，PPT共一百零一頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 對自身基因轉(zhuǎn)錄激活具有調(diào)控作用的DNA序列是（）。由特定基因編碼、對另一基因轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子是（）。 (A) 順式作用元件 (B) 反式作用元件 (C) 順式作用因子 (D) 反式作用因子 (E