第五章基因表達(dá)調(diào)控

第五章基因表達(dá)調(diào)控

(ControlofGeneExpression)當(dāng)前第1頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20231Outline：第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控概述第二節(jié)原核生物基因表達(dá)調(diào)控第三節(jié)真核生物基因表達(dá)調(diào)控第四節(jié)酵母雙雜交系統(tǒng)及其發(fā)展當(dāng)前第2頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20232第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控概述（Introduction）當(dāng)前第3頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20233a)原核生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，相關(guān)的應(yīng)答真核生物的細(xì)胞分化,組織特化,個(gè)體發(fā)育以及環(huán)境對(duì)個(gè)體表型的影響都是基因表達(dá)的結(jié)果基因表達(dá)的調(diào)控涉及RNA轉(zhuǎn)錄的開/關(guān)，數(shù)量，選擇性加工蛋白質(zhì)翻譯速率，數(shù)量，加工與降解和分泌…當(dāng)前第4頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20234原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有驚人的相似性共同的起源與共同的分子基礎(chǔ)調(diào)控機(jī)理上調(diào)控層次上核酸分子間的互作核酸與蛋白質(zhì)分子間的互作蛋白質(zhì)分子間的互作GenomelevelTranscriptionallevelPost-transcriptionallevelTranslationallevelPost-translationallevel當(dāng)前第5頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20235轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控是最為經(jīng)濟(jì),靈活，又是最為重要，復(fù)雜的調(diào)控●在復(fù)雜的基因組內(nèi)，確定需要基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)●精細(xì)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的水平,以保證生物體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)●cisfactor&transfactor間嚴(yán)格而又靈活的互作●保證RNApolymerase的進(jìn)行式轉(zhuǎn)錄（不中斷，準(zhǔn)確終止）當(dāng)前第6頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20236e)生物遺傳信息的概念C>cGenomeDNA10%;結(jié)構(gòu)基因的編碼序列tripletcodon90%;重復(fù)，間隔，調(diào)節(jié)序列…基因選擇性表達(dá)指令重要的遺傳信息遺傳信息的兩大類別II類；特定DNAseq.+特定蛋白質(zhì)/核酸結(jié)合基因表達(dá)的指令geneon/offI類；DNAseq.RNAseq.(codon)aaseq.proteinphenotype(centraldogma)當(dāng)前第7頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20237f)遺傳信息表達(dá)的方式組成型表達(dá)（constitutiveexpression）Housekeepinggene誘導(dǎo)型表達(dá)（inducibleexpression）Luxurygene順、反因子間互作方式的基因表達(dá)調(diào)控當(dāng)前第8頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20238第二節(jié)原核生物基因表達(dá)調(diào)控

當(dāng)前第9頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/20239Fig,6-30當(dāng)前第10頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202310沒有調(diào)控蛋白時(shí)，RNA聚合酶只是微弱地結(jié)合在啟動(dòng)子，導(dǎo)致基因的本底水平表達(dá)（basallevelexpression)。這種情況下，RNA聚合酶的結(jié)合是限速步驟。當(dāng)前第11頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202311一原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的原理基因表達(dá)由調(diào)控蛋白控制調(diào)控蛋白分為兩類： 正調(diào)控蛋白或活化子（activator,激活物） 負(fù)調(diào)控蛋白或抑制子（repressor,阻遏物）通常都是DNA結(jié)合蛋白，識(shí)別受其控制的基因上的或基因附近的特異位點(diǎn)活化子增強(qiáng)受調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，抑制子降低或消除相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第12頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202312二原核生物基因表達(dá)調(diào)控的層次轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始后的調(diào)控抗終止作用及其延續(xù)遠(yuǎn)程激活和DNA環(huán)化協(xié)同結(jié)合和變構(gòu)及信號(hào)整合當(dāng)前第13頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202313（一）轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控

--協(xié)助RNA聚合酶結(jié)合DNA的活化子

阻礙兩者結(jié)合的抑制子很多原核啟動(dòng)子采用上述方式抑制子結(jié)合到與聚合酶結(jié)合區(qū)相重疊的位點(diǎn)，阻礙聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子上來(lái)阻止轉(zhuǎn)錄

操作子（operator):DNA上抑制子結(jié)合的位點(diǎn)活化子協(xié)助聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子上來(lái)激活該啟動(dòng)子開始轉(zhuǎn)錄；“黏合”作用當(dāng)前第14頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202314圖16-1通過(guò)募集RNA聚合酶激活轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第15頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202315Operoncontrol（操縱元/操縱子調(diào)控）

--1971,Jacob.&Monod.當(dāng)前第16頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202316a)操縱子的概念（operonconcept）●控制某一代謝途徑的相關(guān)基因,緊密連鎖地排列在一起,受同一啟動(dòng)子和操作子控制，例:乳糖操縱子LacoperonIpoZYA當(dāng)前第17頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202317結(jié)構(gòu)基因lacZ

β-galactosidase 分解乳糖為半乳糖和 葡萄糖7-2lacY galactosidepermease 轉(zhuǎn)移乳糖進(jìn)入 細(xì)胞lacA galactosidetransacetylase消除同時(shí)被 轉(zhuǎn)入的硫代半乳糖苷對(duì)細(xì)胞造成的毒性調(diào)節(jié)序列Ogene operator 操作子／操縱基因P promoter 啟動(dòng)子CAP-bindingsite調(diào)控蛋白lacI repressor 抑制子／阻遏物CAP 活化子Lacoperon乳糖操縱子／操縱元當(dāng)前第18頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202318當(dāng)前第19頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202319圖16-8lac操縱子的控制區(qū)域當(dāng)前第20頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202320乳糖操縱子的負(fù)控制（negativecontrol）:

阻遏物使操縱元表達(dá)關(guān)閉。別構(gòu)蛋白（allostericprotein）：效應(yīng)分子（也叫誘導(dǎo)物，inducer，effector)與別構(gòu)蛋白結(jié)合后能改變蛋白的遠(yuǎn)端位點(diǎn)從而改變別構(gòu)蛋白與第二個(gè)配體的結(jié)合當(dāng)前第21頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202321對(duì)乳糖操縱元來(lái)說(shuō)，直接誘導(dǎo)物是異乳糖（allolactose）當(dāng)前第22頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202322圖5-25Lac阻遏蛋白的變構(gòu)改變。阻遏物為四聚體，155kD是別構(gòu)蛋白，有DNA結(jié)合、蛋白質(zhì)多聚及誘導(dǎo)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域等。N-端（1-49aa)是helix-turn-helixDNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，由鉸鏈區(qū)與核心結(jié)構(gòu)域相連，誘導(dǎo)物結(jié)合于核心結(jié)構(gòu)域中心

當(dāng)前第23頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202323培養(yǎng)基中無(wú)乳糖：repressionlacI表達(dá)生成repressor，以四聚體結(jié)合于Operator上，阻止RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄lacZ、lacY、lacA當(dāng)前第24頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202324當(dāng)前第25頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202325---負(fù)控制調(diào)控機(jī)理Inducer(異乳糖)與repressor特異結(jié)合tetramer變構(gòu)

特異結(jié)合力下降1000X作用于O

位點(diǎn)上的repressor變構(gòu)脫離O位作用于游離的repressor

operononrepressortetramer與operator發(fā)生特異結(jié)合operonoff

變構(gòu)失去結(jié)合于O位的能力當(dāng)前第26頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202326抑制機(jī)理：阻遏物阻止RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，3個(gè)操作子，一主二副當(dāng)前第27頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202327圖16-13lac抑制子以四聚體結(jié)合到兩個(gè)操作子當(dāng)前第28頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202328當(dāng)前第29頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202329遠(yuǎn)程作用和DNA環(huán)化有些互作蛋白的結(jié)合位點(diǎn)在DNA上相距較遠(yuǎn)（幾百—幾kb)通過(guò)DNA環(huán)化使互作蛋白靠近當(dāng)前第30頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202330DNA彎曲蛋白的作用當(dāng)前第31頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202331Lacoperon正控制（positivecontrol）

當(dāng)只有乳糖存在：在乳糖操縱子中，即使有誘導(dǎo)物存在將阻遏蛋白中和，操縱子的正常表達(dá)還必須有一個(gè)正調(diào)控信號(hào)，即cAMP-CAP復(fù)合物.

當(dāng)前第32頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202332cAMP能感受葡萄糖的濃度，當(dāng)葡萄糖的濃度下降，cAMP濃度上升，cAMP與其結(jié)合蛋白CAP共同起激活操縱元表達(dá)的作用

CAP—cataboliteactivatorprotein降解物激活蛋白o(hù)rcyclic-AMPreceptorprotein(CRP)genecrp，具有激活表面和DNA結(jié)合表面當(dāng)前第33頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202333當(dāng)前第34頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202334cAMP-CAP正控制作用機(jī)制：cAMP-CAP二聚體結(jié)合于啟動(dòng)子附近的激活位點(diǎn)上，幫助RNA聚合酶結(jié)合到啟動(dòng)子上，lac啟動(dòng)子沒有UP元件7-17激活位點(diǎn)（activatorsite）：位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約60bp處，TGTGA序列7-16

依賴于cAMP-CAP的都是弱啟動(dòng)子，如lac,gal,araoperons當(dāng)前第35頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202335當(dāng)前第36頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202336活化子真的只具有募集聚合酶到基因上的功能嗎？試驗(yàn)一：前提:蛋白X和蛋白Y可以互作；用蛋白X取代α-CTD，用蛋白Y與CAP上的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域融合；結(jié)果：轉(zhuǎn)錄激活試驗(yàn)二：用CAP上的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域取代α-CTD；結(jié)果：轉(zhuǎn)錄激活當(dāng)前第37頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202337框16-2圖1兩個(gè)活化子旁路實(shí)驗(yàn)當(dāng)前第38頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202338圖16-11具有螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)結(jié)合DNACAP和LacI抑制子都具有helix-turn-helix(螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋)結(jié)構(gòu)域，用來(lái)結(jié)合DNA，這也是大多細(xì)菌調(diào)控蛋白識(shí)別DNA的機(jī)制一個(gè)是識(shí)別螺旋(Recognitionhelix)，進(jìn)入DNA的大溝，第二個(gè)螺旋橫跨大溝與DNA主鏈聯(lián)系，以保證識(shí)別螺旋出現(xiàn)在正確的位置，并增加整個(gè)DNA-蛋白質(zhì)互作的穩(wěn)定性當(dāng)前第39頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202339圖16-12操作子大溝處λ抑制子和堿基對(duì)之間的氫鍵例外:P22噬菌體的Arc抑制子以兩個(gè)反平行的β鏈識(shí)別大溝當(dāng)前第40頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202340lac操縱子的表達(dá)調(diào)控有乳糖和葡萄糖時(shí)，操縱子關(guān)閉有葡萄糖而沒有乳糖時(shí)，操縱子關(guān)閉沒有乳糖也沒有葡萄糖時(shí)，操縱子關(guān)閉沒有葡萄糖而只有有乳糖時(shí)，操縱子開放→是在正負(fù)兩個(gè)調(diào)控體系共同作用下實(shí)現(xiàn)的當(dāng)前第41頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202341--以變構(gòu)而非募集的轉(zhuǎn)錄激活例1：NtrC-控制參與氮代謝的基因的表達(dá)，如glnA。RNA聚合酶預(yù)先結(jié)合在啟動(dòng)子上，形成穩(wěn)定的封閉復(fù)合物；活化子NtrC誘導(dǎo)RNA聚合酶產(chǎn)生構(gòu)象改變，促使封閉復(fù)合物轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放復(fù)合物。當(dāng)前第42頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202342當(dāng)前第43頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202343例2：MerR--控制MerT基因，活化子的變構(gòu)效應(yīng)施加在DNA上MerT基因編碼一種酶，使細(xì)胞對(duì)汞毒害抗性增加MerT啟動(dòng)子的-10和-35序列之間是19bp，導(dǎo)致這兩個(gè)被σ因子識(shí)別的序列既不能最佳間隔也不能平行排列當(dāng)前第44頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202344圖16-16由MerR激活無(wú)Hg2+時(shí)，MerR結(jié)合于啟動(dòng)子的一個(gè)位點(diǎn)上，鎖定了啟動(dòng)子，雖然RNA聚合酶仍然能結(jié)合，卻不能啟動(dòng)有Hg2+時(shí)，MerR結(jié)合了Hg2+后構(gòu)象變化，引起啟動(dòng)子中心的DNA扭曲，剛好使-10和-35序列之間采取強(qiáng)啟動(dòng)子的分布方式，此時(shí)RNA聚合酶可以起始轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第45頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202345圖16-17像merT樣的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)當(dāng)前第46頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202346轉(zhuǎn)錄起始后的調(diào)控基因調(diào)控并不局限于轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控轉(zhuǎn)錄提前終止轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)RNA加工翻譯當(dāng)前第47頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202347Negative—repressibleoperon(合成酶類)tryptophansynthetaseoperonIgeneinactiverepressor不活躍的阻遏物Co-repressor(tryptophan)輔阻遏物例子：色氨酸操縱子trpoperon（trip)當(dāng)前第48頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202348trpoperon結(jié)構(gòu)(E.coli)TrpE-A 色氨酸合成途徑的5個(gè)相關(guān)酶Attenuator 弱化子，衰減子trpL leader

trpR repressor 阻遏物O operator 操作子，位于啟 動(dòng)子中P promoter 啟動(dòng)子RPOleadingseq.EDCBAAttenuator當(dāng)前第49頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202349粗調(diào)機(jī)制這些基因只有在色氨酸缺乏時(shí)才被有效表達(dá)，由抑制子控制控制抑制子活性的配體（色氨酸）不是誘導(dǎo)物(inducer)，而是輔抑制子/輔阻遏物（co-repressor)當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)，與抑制子結(jié)合，誘導(dǎo)抑制子構(gòu)象變化，使其結(jié)合操作子并阻止轉(zhuǎn)錄當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)，抑制子退出操作子，使其允許附近的啟動(dòng)子開始轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第50頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202350事實(shí)上，即使能夠起始轉(zhuǎn)錄，也常常有許多mRNA被提前終止WHY？當(dāng)前第51頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202351細(xì)調(diào)--衰減控制（Attenuatorcontrol）用另一個(gè)機(jī)制確認(rèn)細(xì)胞中已經(jīng)啟動(dòng)的轉(zhuǎn)錄是否繼續(xù)下去，這種調(diào)控機(jī)制就是衰減作用（attenuation)。當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)，已經(jīng)開始轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶在特異的位點(diǎn)暫停，接著在到達(dá)trpE之前終止當(dāng)色氨酸缺乏時(shí)，RNA聚合酶不終止，而是通讀trp全部基因衰減作用依賴于細(xì)菌中轉(zhuǎn)錄和翻譯的耦聯(lián)，以及RNA分子內(nèi)堿基配對(duì)形成可變結(jié)構(gòu)的能力當(dāng)前第52頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202352trpoperon的5’端結(jié)構(gòu)分析從色氨酸啟動(dòng)子到trpE的第一個(gè)密碼子之前的序列可以轉(zhuǎn)錄出161個(gè)核苷酸的RNA，叫做leadersequence，能形成典型的發(fā)夾結(jié)構(gòu)leadersequence的3’末端之前有一個(gè)轉(zhuǎn)錄終止子，反向重復(fù)序列和一串8個(gè)U，色氨酸大量存在時(shí)，轉(zhuǎn)錄通常會(huì)在此停止，產(chǎn)生139nt的前導(dǎo)RNA當(dāng)前第53頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202353當(dāng)前第54頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202354圖16-19trp操縱子當(dāng)前第55頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202355leadersequence包括一個(gè)小的ORF，編碼14aa的短肽，ORF前有核糖體強(qiáng)結(jié)合位點(diǎn)14aa的短肽有連續(xù)2個(gè)色氨酸當(dāng)前第56頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202356當(dāng)前第57頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202357mRNA前導(dǎo)區(qū)序列分析：序列內(nèi)有4個(gè)片段：分別用1、2、3和4表示4個(gè)片段能以兩種不同的方式進(jìn)行堿基配對(duì)：1-2和3-4配對(duì)2-3方式配對(duì)當(dāng)前第58頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023581區(qū)和2區(qū)互補(bǔ)3區(qū)和4區(qū)互補(bǔ)2區(qū)和3區(qū)互補(bǔ)阻止1和2、3和4配對(duì)典型終止子結(jié)構(gòu)當(dāng)前第59頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202359當(dāng)色氨酸足夠時(shí)，色氨酰－tRNATrp就多，核糖體順利通過(guò)色氨酸密碼子處，當(dāng)核糖體占據(jù)1和2區(qū)時(shí)，剛轉(zhuǎn)錄出來(lái)的3和4區(qū)配對(duì)形成終止子發(fā)夾，轉(zhuǎn)錄提前停止當(dāng)色氨酸缺乏時(shí)，色氨酰－tRNATrp就少，核糖體到達(dá)色氨酸密碼子處不得不停下來(lái)，此時(shí)色氨酸密碼子周圍的RNA在核糖體內(nèi)，屏蔽了1區(qū)，使2和3區(qū)優(yōu)先配對(duì)，不能形成終止子發(fā)夾（3和4區(qū)）。而RNA聚合酶能通過(guò)衰減子，轉(zhuǎn)錄trp基因當(dāng)前第60頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023607-36當(dāng)前第61頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023617-33類似不依賴ρ因子的終止方式？！當(dāng)前第62頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202362Trpoperon啟動(dòng)子較弱，控制不完全，70Xattenuator提供另外10倍的控制當(dāng)前第63頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202363Attenuatorcontrol的生物學(xué)意義原核生物細(xì)致的精細(xì)調(diào)控機(jī)制增強(qiáng)原核生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性當(dāng)有少量trp存在repressor不足以關(guān)閉operon當(dāng)有大量trp存在少量RNApol通過(guò)O位點(diǎn)只要細(xì)胞內(nèi)有trp-tRNAtrp存在Attenuator就會(huì)使RNApol在前導(dǎo)區(qū)轉(zhuǎn)錄中斷當(dāng)前第64頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202364同樣靠衰減控制的亮氨酸操縱子先導(dǎo)序列有4個(gè)鄰近的亮氨酸密碼子；組氨酸操縱子先導(dǎo)序列有7個(gè)連續(xù)的組氨酸密碼子當(dāng)前第65頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202365表16-1衰減子控制的操縱子的先導(dǎo)肽包括氨基酸合成的基因*當(dāng)前第66頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202366圖16-22E.coli核糖體蛋白操縱子翻譯起始調(diào)控的例子：核糖體蛋白抑制自身合成當(dāng)前第67頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202367在核糖體大亞基上，L1結(jié)合在23SrRNA的一個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)上。當(dāng)過(guò)量L1的表達(dá)時(shí)，結(jié)合于L11起始密碼子處的類似結(jié)構(gòu)上，阻止了L11的翻譯。L11和L1是連在一起翻譯的，所以也抑制了L1自身的翻譯，直到過(guò)量的L1消失為止當(dāng)前第68頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202368圖16-23核糖體蛋白S8結(jié)合16SrRNAS8自身抑制的例子相似的莖環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第69頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202369第三節(jié)真核生物基因表達(dá)調(diào)控當(dāng)前第70頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202370基因表達(dá)調(diào)控上的主要異同以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為主真核生物染色質(zhì)的狀態(tài)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控以positivecontrol為主m5C與基因表達(dá)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄后多種方式的加工調(diào)節(jié)TransF+CisF.Geneon/off相異；相似；個(gè)體發(fā)育的階段調(diào)控調(diào)控機(jī)制更復(fù)雜、更精細(xì)當(dāng)前第71頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202371例：調(diào)節(jié)序列的差異同典型的細(xì)菌相比，大多數(shù)真核基因有更多的調(diào)節(jié)位點(diǎn)并被更多的調(diào)節(jié)蛋白所控制細(xì)菌中，單個(gè)調(diào)節(jié)蛋白與小段序列結(jié)合真核細(xì)胞中，結(jié)合位點(diǎn)數(shù)目龐大，位置更加遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（啟動(dòng)子上、下游數(shù)千核苷酸處）調(diào)節(jié)序列（regulatorysequence）：一個(gè)基因上包含調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)的集合的DNA延伸部分稱做調(diào)節(jié)序列反映了信號(hào)的更加廣泛的整合當(dāng)前第72頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202372圖17-1

細(xì)菌、酵母和人類基因組的調(diào)節(jié)元件當(dāng)前第73頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202373從酵母到哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的保守機(jī)制典型的真核細(xì)胞活化子的工作方式與細(xì)菌相似活化子的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與激活功能分離真核細(xì)胞調(diào)節(jié)蛋白使用一系列DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，但DNA識(shí)別原理與細(xì)菌的相同激活結(jié)構(gòu)域不確定當(dāng)前第74頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202374圖17-2

Ga14與DNA上位點(diǎn)的結(jié)合DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與激活功能也可以位于不同的蛋白上當(dāng)前第75頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202375二真核細(xì)胞調(diào)節(jié)蛋白使用的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域可以分為三類：同型結(jié)構(gòu)域（Homeodomains，HDs)含鋅DNA結(jié)合域（Zinc-containingmodules）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域（bZIP/bHLH)當(dāng)前第76頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202376圖17-5

同型結(jié)構(gòu)域識(shí)別DNA非常類似于細(xì)菌的helix-turn-helixDNA結(jié)構(gòu)域識(shí)別方式如Gal4由三段α螺旋組成：其中2和3形成類似helix-turn-helix的模式，如Gal4當(dāng)前第77頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202377Zinc-fingerprotein鋅指蛋白，兩個(gè)半胱氨酸和兩個(gè)組氨酸結(jié)合一個(gè)鋅離子如TFIIIA，含9個(gè)鋅指當(dāng)前第78頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202378圖17-6

鋅指結(jié)構(gòu)域DNA由嵌入大溝的α螺旋識(shí)別當(dāng)前第79頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202379圖17-7亮氨酸拉鏈結(jié)合DNAZIP—Leucinezipper,二聚化結(jié)構(gòu)域b:basicregion，DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域DNA由嵌入大溝的basicregion識(shí)別兩個(gè)長(zhǎng)的螺旋形成一個(gè)鉗形結(jié)構(gòu)，將DNA夾于其中當(dāng)前第80頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202380當(dāng)前第81頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202381當(dāng)前第82頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202382圖17-8螺旋-環(huán)-螺旋模體當(dāng)前第83頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202383激活結(jié)構(gòu)域沒有固定的結(jié)構(gòu)，但有些在氨基酸組成上有特點(diǎn)酸性結(jié)構(gòu)域（acidicdomain）如Gal4，49aa中有11個(gè)酸性aa富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（Glutamine-richdomain）如Sp1的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域含25%的谷氨酰胺富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（Proline-richdomain）如活化子CTF的一個(gè)結(jié)構(gòu)域84個(gè)aa中有19個(gè)脯氨酸當(dāng)前第84頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202384三真核生物活化子通過(guò)間接方式募 集RNA聚合酶活化子與轉(zhuǎn)錄機(jī)器上除RNA聚合酶以外的部分作用，通過(guò)募集這些部分來(lái)募集聚合酶活化子募集核小體修飾成分改變基因附近染色質(zhì)的性質(zhì)，方便RNA聚合酶結(jié)合當(dāng)前第85頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202385圖17-9在真核細(xì)胞中通過(guò)募集轉(zhuǎn)錄機(jī)器來(lái)激活轉(zhuǎn)錄起始當(dāng)前第86頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202386第一步：TFIID結(jié)合于TATA框及其上游序列。第二步：按順序先后依次加入TFIIA、TFIIB第三步：加入TFIIF/RNA聚合酶II第四步：TFIIE、TFIIH等加入，最后形成基本轉(zhuǎn)錄裝置。 基本轉(zhuǎn)錄裝置的形成：當(dāng)前第87頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023873.TFIIB&RNAPolbindingBindstoTFIIDBindstoRNAPolwithTFIIF（AbridgebetwTFIIDandPol)當(dāng)前第88頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202388通過(guò)活化子募集組氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶和核小體重塑分子改變?nèi)旧|(zhì)局部結(jié)構(gòu)圖17-11通過(guò)活化子直接改變?nèi)旧|(zhì)局部結(jié)構(gòu)當(dāng)前第89頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202389四遠(yuǎn)距離控制：DNA環(huán)化與絕緣子果蠅cut基因被100kb以外的增強(qiáng)子激活，Chip蛋白在增強(qiáng)子和基因之間有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，多個(gè)Chip蛋白互作在中間的DNA上形成多個(gè)小環(huán)，使啟動(dòng)子和增強(qiáng)子接近絕緣子阻礙增強(qiáng)子的作用當(dāng)前第90頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202390圖17-12絕緣子阻止增強(qiáng)子的活性當(dāng)前第91頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202391信號(hào)整合與組合控制活化子聯(lián)合作用促進(jìn)整合信號(hào)整合的2個(gè)例子組合控制例子當(dāng)前第92頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202392圖17-14活化子協(xié)同與DNA結(jié)合活化子聯(lián)合作用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)只有兩種作用因子都存在時(shí)基因才能有效表達(dá)當(dāng)前第93頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202393例子1：釀酒酵母的HO基因 釀酒酵母以出芽的方式分裂，HO基因僅在母細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，并且只出現(xiàn)在細(xì)胞周期特定點(diǎn)活化子SWI5和SBF共同控制其表達(dá)SWI5在基因周圍離啟動(dòng)子較遠(yuǎn)處（1kb以上)有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，能獨(dú)立地與位點(diǎn)結(jié)合，但是離啟動(dòng)子太遠(yuǎn)而不能激活HO基因SBF在離啟動(dòng)子很近處有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，但是這些位點(diǎn)在染色質(zhì)中的排列使SBF不能獨(dú)立與位點(diǎn)結(jié)合當(dāng)前第94頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202394SWI5募集核小體修飾物（一種伴隨重塑酶SWI/SNF的組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶），其在核小體上的作用將暴露SBF結(jié)合位點(diǎn)SBF結(jié)合到位點(diǎn)后，直接與中介蛋白結(jié)合，募集轉(zhuǎn)錄機(jī)器并激活HO基因表達(dá)當(dāng)前第95頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202395圖17-15對(duì)HO基因的控制當(dāng)前第96頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202396濾過(guò)性毒素感染觸發(fā)了3個(gè)活化因子：NFκB、IRF和Jun/ATF人類β干擾素基因啟動(dòng)子上游約1kb處有個(gè)增強(qiáng)子，3個(gè)活化因子協(xié)同與該增強(qiáng)子結(jié)合形成增強(qiáng)體（enhanceosome）HMG-1蛋白與增強(qiáng)子結(jié)合，使DNA彎曲，方便活化因子間的相互作用例子2：人類β干擾素基因當(dāng)前第97頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202397圖17-16人類β信號(hào)整合與組合控制干擾素增強(qiáng)體當(dāng)前第98頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202398組合控制體現(xiàn)在真核細(xì)胞的復(fù)雜性與多樣性上圖17-17組合控制當(dāng)前第99頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/202399五轉(zhuǎn)錄抑制子的不同作用方式抑制子結(jié)合在與啟動(dòng)子重疊的位點(diǎn)阻斷RNA聚合酶結(jié)合—競(jìng)爭(zhēng)（原核多見）抑制子結(jié)合在啟動(dòng)子附近，與結(jié)合在那里的RNA聚合酶相互作用抑制轉(zhuǎn)錄起始—直接阻遏抑制子干擾活化子功能—抑制抑制子募集核小體修飾酶，如組蛋白脫乙酰酶或甲基化酶，使染色質(zhì)濃縮，或者去除能夠被轉(zhuǎn)錄機(jī)器識(shí)別的基團(tuán)—間接阻遏當(dāng)前第100頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023100圖17-19真核生物抑制子的作用方式當(dāng)前第101頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023101圖17-20酵母GAL1基因的抑制例子：Mig1對(duì)酵母GAL基因的控制葡萄糖存在時(shí)，Mig1募集“抑制復(fù)合體”，包括Tup1蛋白，Tup1蛋白作用假說(shuō)：1Tup1募集組蛋白脫乙酰酶，后者使鄰近的核小體脫乙?；?Tup1在啟動(dòng)子部位與轉(zhuǎn)錄機(jī)器直接作用抑制轉(zhuǎn)錄這種“抑制復(fù)合體”也能被酵母或哺乳動(dòng)物的其它抑制子所用當(dāng)前第102頁(yè)\共有114頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)6/17/2023102信號(hào)對(duì)真核細(xì)胞的作用方式總結(jié)信號(hào)影響轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子與DNA結(jié)合能力使