分生基因表達(dá)及調(diào)控

分生基因表達(dá)及調(diào)控第1頁/共82頁返回目錄返回主頁第五章基因表達(dá)第2頁/共82頁返回目錄返回主頁第3頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@4轉(zhuǎn)錄(transcription)：在RNA聚合酶的催化下，以DNA的反編碼鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對原則，以dNTPs為原料合成RNA的過程。第一節(jié)基因表達(dá)的過程和特點(diǎn)一、轉(zhuǎn)錄編碼鏈：5'-ATGAAACGAGTCTTATGA-3'反編碼鏈：mRNA：3'-TACTTTGCTCAGAATACT-5'5'-AUGAAACGAGUCUUAUGA

-3'第4頁/共82頁返回目錄返回主頁第5頁/共82頁第6頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@7DNA的初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mRNA的前體，比成熟的mRNA大4~5倍，稱為核內(nèi)異質(zhì)RNA(hnRNA)。hnRNA需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工才能成為成熟的mRNA。1.戴帽第一節(jié)基因表達(dá)的過程和特點(diǎn)一、轉(zhuǎn)錄

（一）mRNA轉(zhuǎn)錄后的加工、修飾與運(yùn)輸2.剪接3.加尾第7頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@8內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子3（E3）105146外顯子2

（E2）3110453

TATA框RNA聚合酶結(jié)合決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)CAAT框RNA聚合酶結(jié)合控制轉(zhuǎn)錄頻率外顯子1（E1）130AATAAA

回文順序內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）外顯子3（E3）105146外顯子2

（E2）3110453

外顯子1（E1）130AATAAA

回文順序內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）

內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）

內(nèi)含子1（I1）內(nèi)含子2（I2）

53外顯子3（E3）105146外顯子2

（E2）31104外顯子1（E1）130AATAAA回文順序外顯子3（E3）105146外顯子2

（E2）3110453外顯子1（E1）130AATAAAAAAAAAAAAAAAAmGmGDNA轉(zhuǎn)錄剪接帶帽加尾成熟的mRNA

hnRNA加工MedicalGenetics第8頁/共82頁第9頁/共82頁第10頁/共82頁返回目錄返回主頁剪接子，選擇性剪接第11頁/共82頁返回目錄返回主頁第12頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@13

第二節(jié)蛋白質(zhì)翻譯以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程稱為翻譯（translation）。

mRNA：遺傳密碼

tRNA：反密碼核糖體：

多肽鏈的合成：多聚核糖體

蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)第13頁/共82頁返回目錄返回主頁第14頁/共82頁返回目錄返回主頁第15頁/共82頁第16頁/共82頁返回目錄返回主頁第17頁/共82頁返回目錄返回主頁下一頁第18頁/共82頁是指生物體通過特定的蛋白質(zhì)與DNA、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用來控制基因是否表達(dá)，或調(diào)解表達(dá)產(chǎn)物的多少以滿足生物體的自身需求以及適應(yīng)環(huán)境變化的過程。順式作用元件，反式作用因子，轉(zhuǎn)錄因子，增強(qiáng)子，miRNA第六章基因表達(dá)調(diào)控第19頁/共82頁返回目錄返回主頁轉(zhuǎn)錄前后、翻譯前后第20頁/共82頁時間（階段）特異性空間（組織）特異性差異基因表達(dá)與基因表達(dá)譜管家基因，組成性表達(dá)，誘導(dǎo)/阻遏順式作用元件，反式作用因子第21頁/共82頁返回目錄返回主頁第22頁/共82頁返回目錄返回主頁第23頁/共82頁第二節(jié)原核生物的基因表達(dá)調(diào)控第24頁/共82頁返回目錄返回主頁第三節(jié)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控第25頁/共82頁返回目錄返回主頁第26頁/共82頁返回目錄返回主頁第27頁/共82頁返回目錄返回主頁第28頁/共82頁返回目錄返回主頁第29頁/共82頁返回目錄返回主頁第30頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@31核心組蛋白乙?；阴；档驼麄€核小體對DNA的親和力,有利于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)合.第31頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@32甲基化（DNAmethylation

）第32頁/共82頁返回目錄返回主頁

(cis-actingelement)啟動子；增強(qiáng)子第33頁/共82頁返回目錄返回主頁主要的反式作用因子：基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子：TFⅠ有4種,TFⅡ6種,TFⅢ3種；特異轉(zhuǎn)錄因子第34頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@35

螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體(Helix-turn-Helix，HTHmotif）鋅指模體（zincfingersmotif）亮氨酸拉鏈（leucinezipper

）模體螺旋-環(huán)-螺旋（Helix-loop-Helix，HLH）模體反式作用因子與DNA結(jié)合的模體一個完整的反式作用因子一般含有2個結(jié)構(gòu)域，DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域。目前已知的DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域有4種模體（motif）。第35頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@36LeucineZipper兩個具有亮氨酸拉鏈區(qū)靠疏水力量相互結(jié)合,N端由堿性氨基酸構(gòu)成的α螺旋能夠與DNA結(jié)合.第36頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@37螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix）以二聚體的形式作用于順式作用元件。第37頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@38Helx-turn-HelixHTH能識別DNA大溝的特異堿基序列并與其結(jié)合。第38頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@39C2H2zincfingers（鋅指）鋅指的每個指“尖”部分可進(jìn)入DNA雙螺旋的大溝，與RNA聚合酶和其他的轉(zhuǎn)錄因子相互作用。第39頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@40三、轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控1.5’帽子m7GppN結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用2.3’Poly（A）尾結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用3.mRNA去穩(wěn)定元件的調(diào)控作用4.RNA干涉（RNAinterference,RNAi）

RNAi是一種外源性雙鏈RNA(double-strandedRNA,dsRNA)干涉細(xì)胞內(nèi)源性基因表達(dá)的機(jī)制。封閉作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄后基因沉默。外源的dsRNA在細(xì)胞內(nèi)被特異性的酶降解成25b的小片段RNA(smallinterferenceRNA,siRNA);siRNA參與mRNA的特異性識別。(2006年度諾貝爾獎)第40頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@41RNAi原理示意圖：紫色為正義RNA段，藍(lán)色為反義RNA段，綠色為目標(biāo)信使RNA，dsRNA觸發(fā)了高效的基因沉默機(jī)制并極大降低了靶mRNA水平，達(dá)到干擾目的。第41頁/共82頁返回目錄返回主頁第42頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@43阿黑皮素原(POMC)可加工成7種不同的多肽激素促腎上腺皮質(zhì)素促黑素中間葉促皮質(zhì)樣肽第43頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@44三、翻譯水平的調(diào)控（二）mRNA非翻譯區(qū)的二級結(jié)構(gòu)對翻譯的影響（三）翻譯起始因子的可逆磷酸化對翻譯的影響非翻譯區(qū)的堿基配對序列，可形成莖環(huán)狀二級結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)會阻止核糖體40S小亞基的遷移，并影響翻譯起始。許多蛋白質(zhì)因子的磷酸化作用對蛋白質(zhì)生物合成的激活和抑制作用密切相關(guān)。第44頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@45第四節(jié)基因表達(dá)調(diào)控異常與疾病一、轉(zhuǎn)錄因子突變與疾病許多先天性發(fā)育異常都與轉(zhuǎn)錄因子的突變有關(guān)。如轉(zhuǎn)錄因子TBX5基因突變可引起HOH-Dream綜合征，表現(xiàn)為拇指異常、房間隔缺損、室間隔缺損和復(fù)合畸形。二、基因修飾改變與疾病

DNA甲基化。人肝癌細(xì)胞中C-MYC處于低甲基化狀態(tài)。腫瘤的惡性程度和轉(zhuǎn)移能力與其低甲基化程度大致平行，即甲基化程度越低，惡性程度和轉(zhuǎn)移能力越高。第45頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@46第46頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@471．概述真核生物基因表達(dá)的調(diào)控。2．解釋名詞：hnRNPs；RNAediting；housekeepinggene；micoRNA(miRNA)；cis-actingelement；trans-actingfactor；RNAi；siRNA，HTHmotif；HLH。3．區(qū)分RNA加工與RNA編輯、hnRNA與snRNA、終止密碼與終止子、RNAi與siRNA

、順式作用元件與反式作用因子等概念。4.歸納反式作用因子對基因表達(dá)的調(diào)控。5．表列基因表達(dá)調(diào)控異常與疾病。作業(yè)與思考第47頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@48參考文獻(xiàn)1.陳竺主編．醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)，北京：人民衛(wèi)生出版社，20012.張玉靜主編.分子遺傳學(xué).北京：科學(xué)出版社，20003.McKusickVA(羅會元主譯).人類孟德爾遺傳，第11版，北京：北京醫(yī)科大學(xué)中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版社，19974.徐晉麟，徐沁，陳淳編著.現(xiàn)代遺傳學(xué)原理.科學(xué)出版社，20015.陳淳，徐沁等譯.高級分子生物學(xué)要義.北京：科學(xué)出版社，20006.楊保勝，豐慧根主編.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)原理，天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，19967.楊保勝，賀艷敏主編.遺傳與優(yōu)生學(xué)，中國人口出版社，20028.馮作化主編．醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)，人民衛(wèi)生出版社，2001第48頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@49

9.McKusickVA.MendelianIheritanceinMan,12thed,JohnsHopkinsUniversityPress,199810.PasternakJJ.HumanMolecularGenetics.Bethesda:FitzgeraldSciencePress,199911.WriterRF.分子生物學(xué)（MolecularBiology）.北京：科學(xué)出版社，200012.StrachanT,etal.HumanMolecularGenetics,2nded.Wiley-Liss,199913.LewinB.GenesⅦ,OxfordUniversityPress,200014.LodishHetal.MolecularCellBiology.4thed,NewYork:ScientificAmericanBooks,2000第49頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@50Thanksforyourwatchingandlistening!Bye-bye!第50頁/共82頁返回目錄返回主頁第51頁/共82頁第52頁/共82頁返回目錄返回主頁第53頁/共82頁第54頁/共82頁第55頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@56第56頁/共82頁返回目錄返回主頁第57頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@5847歲的AndrewZ.Fire和45歲的CraigC.Mello由于在RNAi（RNAinterference，RNAi）及基因沉默現(xiàn)象研究領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)獲2006年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎，且獲獎日期距其研究發(fā)表僅8年時間，獲獎速度之快亦令人嘆為觀止。

第58頁/共82頁思考題1.比較病毒、原核及真核生物基因組結(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)。2.表列人類基因組的的序列3.解釋：gene、splitgene、enhancer、dynamicmutation、genome、multigenefamily、pseudogene等概念。4.概述基因突變的一般特征、類型，基因突變的分子基礎(chǔ)及修復(fù)的機(jī)制。5.歸納基因突變與蛋白質(zhì)活性改變的關(guān)系。第59頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@60思考題1.DNA損傷因素及機(jī)制2.DNA損傷的類型3.DNA損傷修復(fù)與基因突變及疾病的關(guān)系。4.解釋名詞：DNAinterstrandcross-linking,single-strandedbreaks(SSB),proliferatingcellnuclearantigen(PCNA),X-raycrosscomplementinggene1(XRCC1)第60頁/共82頁返回目錄返回主頁第61頁/共82頁返回目錄返回主頁第62頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@63亮氨酸拉鏈（LeucineZipper,bZIP）Dimerization(二聚化)DomainLeucine(orIle,Val)ever7thaa++++

++++Hydrophobiclinearside-chainsDNAbindingdomainAmphipathicahelixOf35aaFoundinMyc,Fos,Jun,GCN4,C/EBP兩個具有亮氨酸拉鏈區(qū)靠疏水力量相互結(jié)合,N端由堿性氨基酸構(gòu)成的α螺旋能夠與DNA結(jié)合.第63頁/共82頁返回目錄返回主頁第64頁/共82頁返回目錄返回主頁第65頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@66(二)RNA編輯及意義RNA編輯(RNAediting)：導(dǎo)致生成的mRNA分子在編碼區(qū)的核苷酸順序不同于其DNA模板相應(yīng)順序的過程。1.U的加入或刪除2.C→U、A→G或G→A的轉(zhuǎn)換3.C→G、G→C或U→A的顛換第66頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@67第67頁/共82頁楊保勝生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室ybs@68(三)遺傳印記遺傳印記(geneticimprinting)：不同性別的親體傳給子代的同一染色體或基因，當(dāng)發(fā)生改變時可引起不同表