第七章真核生物表達(dá)調(diào)控詳解

第七章真核生物表達(dá)調(diào)控詳解演示文稿本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分優(yōu)選第七章真核生物表達(dá)調(diào)控本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性:

1、簡(jiǎn)述真核生物基因表達(dá)調(diào)控總論；

2、真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)；

3、基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；

4、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控;

5、DNA甲基化與基因活性的調(diào)控;本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達(dá)調(diào)控上的巨大差別。原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個(gè)特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長(zhǎng)的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時(shí)，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開(kāi)關(guān)經(jīng)常是通過(guò)控制轉(zhuǎn)錄的起始來(lái)調(diào)節(jié)的。

真核生物（除酵母、藻類和原生動(dòng)物等單細(xì)胞類之外）主要由多細(xì)胞組成，每個(gè)真核細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類細(xì)胞單倍體基因組就包含有3×109bp總DNA，約為大腸桿菌總DNA的1000倍，是噬菌體總DNA的10萬(wàn)倍左右！大腸桿菌約有4000個(gè)基因，人則約有3～5萬(wàn)個(gè)基因。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過(guò)程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：

第一類是瞬時(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降，或細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。

第二類是發(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(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多

基因表達(dá)是基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過(guò)程。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核（線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi)），翻譯則多在胞漿，兩個(gè)過(guò)程是分開(kāi)的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)是:（1）多層次;（2）無(wú)操縱子和衰減子;（3）個(gè)體發(fā)育復(fù)雜;（4）受環(huán)境影響較小;本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

7.1.1基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

(1)真核基因組結(jié)構(gòu)龐大由DNA、組蛋白、非組蛋白(P25)等大分子組成。其基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)是DNA和組蛋白。

核小體是染色質(zhì)的基本單位。真核染色體上三要素：DNA復(fù)制起始點(diǎn)、著絲點(diǎn)(centromere)和端粒(telomere)。

著絲粒（centromere)：細(xì)胞分裂時(shí)染色體與仿錘絲相連結(jié)的部位，為染色體的正常分離所必需。

端粒(telomere)：真核生物線狀染色體分子末端的DNA區(qū)域.具有防止DNA末端降解，保證染色體的穩(wěn)定性的功能本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

(2)重復(fù)序列分為三種：?jiǎn)慰截愋蛄?singlecopysequences)

：

一個(gè)基因組中只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝的序列；長(zhǎng)度約為750-2000bp，相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的長(zhǎng)度，占基因組的40-80%。例如結(jié)構(gòu)基因基本上屬于不重復(fù)序列，如蛋清蛋白、蠶的絲心蛋白等。中度重復(fù)序列(moderaterepetitivesequences)

：重復(fù)次數(shù)在101-104之間;多數(shù)長(zhǎng)100-500bp，占基因組10-40%。各種rRNA、tRNA及某些結(jié)構(gòu)蛋白基因（如組蛋白基因）。高度重復(fù)序列(highrepetitivesequences)—衛(wèi)星DNA

：這類序列一般較短，長(zhǎng)10-300bp，重復(fù)次數(shù)>lO5，占基因組DNA序列總量的10-60%，人的基因組中這類序列約占20%，功能還不明了。

重復(fù)序列的存在是真核生物DNA區(qū)別于原核生物DNA的一個(gè)重要特征。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

(3)基因不連續(xù)性(interruptedgene)

基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)的，為不編碼的序列所隔開(kāi)。不連續(xù)基因是通過(guò)mRNA和DNA雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。外顯子(exon)：編碼序列內(nèi)含子(intron)：非編碼序列外顯子和內(nèi)含子的概念與是否編碼氨基酸的概念并不相對(duì)應(yīng)。從不連續(xù)基因到成熟mRNA之間存在著一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄的中間體,叫做初級(jí)轉(zhuǎn)錄物，叫做不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA),這個(gè)基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物既含有外顯子又含有內(nèi)合子序列，從不均一核RNA到成熟mRNA要經(jīng)過(guò)一轉(zhuǎn)錄后的加工拼接過(guò)程。真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因的又一重要特征。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分在真核生物中也有些基因是不含內(nèi)含子的，如組蛋白基因及α型、β型干擾素基因、大多數(shù)酵母蛋白基因等。在一個(gè)結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的各個(gè)外顯子并不連續(xù)排列在一起，而常常被長(zhǎng)度不等的內(nèi)含子所隔離，形成鑲嵌排列的斷裂方式。所以，真核基因有時(shí)被稱為斷裂基因(interruptedgene)。目前尚不清楚內(nèi)含子的生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，只有真核生物具有切除基因中內(nèi)含子，產(chǎn)生功能型mRNA和蛋白質(zhì)的能力，原核生物一般不具有這種本領(lǐng)。如果要在原核細(xì)胞里表達(dá)真核基因，必須首先構(gòu)建切除內(nèi)含子的重組基因，才有可能得到所研究的蛋白質(zhì)。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

(4)存在許多基因家族(genefamily)來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成為單一的基因簇或稱基因家族。同一家族中的成員有時(shí)緊密地排列在一起，成為一個(gè)基因簇；更多的時(shí)候，它們卻分散在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分簡(jiǎn)單多基因家族

簡(jiǎn)單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。在大腸桿菌中，16S，23S和5SrRNA基因聯(lián)合成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，各種rRNA分子都是從這個(gè)轉(zhuǎn)錄單位上剪切下來(lái)的。

在真核生物中，前rRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45S，包括18S，28S和5.8S三個(gè)主要rRNA分子。前rRNA分子中至少有100處被甲基化（主要是核糖的2-OH甲基化），原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也被特異性RNA酶切割降解，產(chǎn)生成熟rRNA分子。5SrRNA作為一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成轉(zhuǎn)錄。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分復(fù)雜多基因家族

復(fù)雜多基因家族一般由幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。

海膽的組蛋白基因家族串聯(lián)單位中的每一個(gè)基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順?lè)醋覴NA，這些RNA都沒(méi)有內(nèi)含子，而且各基因在同一條DNA鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。研究還表明，在一個(gè)特定的細(xì)胞中，并不是所有串聯(lián)的單位都得到轉(zhuǎn)錄。胚胎發(fā)育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯(lián)單位被轉(zhuǎn)錄，暗示可能存在具有不同專一性的組蛋白亞類和發(fā)育調(diào)控機(jī)制。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族

多基因家族成員的表達(dá)受到不同發(fā)育階段的影響，而形成不同的基因產(chǎn)物。如血紅蛋白α2β2的亞基在胚胎期為2ζ22ε2，嬰兒期有2%為2α22δ

，98%為2α22β

，這是由于在不同的發(fā)育階段基因的排列順序決定了基因的表達(dá)順序。發(fā)育階段組成胚胎期(8w以前)2(ζε)

2(ζγ)

2(αε)胎兒期(8~41w)2(αγ)嬰兒期2(αδ)

2(αβ)不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控

分子生物學(xué)的最新研究表明，在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，用來(lái)合成RNA的DNA模板也會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物體的發(fā)育。高度重復(fù)基因的形成通常與個(gè)體分化階段DNA的某些變化有關(guān)。例如，一個(gè)成熟的紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的mRNA，而其前體細(xì)胞卻不產(chǎn)生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化。這種DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，通過(guò)這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)樗够蚪M發(fā)生了改變。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

．“開(kāi)放”型活性染色質(zhì)（activechromatin）結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響

真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)(euchromatin)上進(jìn)行的(異染色質(zhì)hetrochromatin高度壓縮,不轉(zhuǎn)錄)

。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會(huì)在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由DNA。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，DNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。

用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被DNA酶I所降解。雞成紅細(xì)胞（erythroblast）染色質(zhì)中，β-血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)中被DNA酶I優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是β-血紅蛋白基因。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

存在于“燈刷型”染色體（lampbrush）上的環(huán)形結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)?！盁羲⑿汀比旧w只有在兩棲類動(dòng)物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時(shí)才能被觀察到，它是染色體充分伸展時(shí)的一種形態(tài)。高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環(huán)”狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)還能看到RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動(dòng)，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分1.基因的擴(kuò)增（amplification）兩棲類和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增：如非洲爪蟾卵母細(xì)胞rDNA(rRNA基因)的擴(kuò)增,以滿足受精后合成大量蛋白質(zhì)的需要。一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的rDNA就沒(méi)有用了，將被逐漸降解。

．基因擴(kuò)增

基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。

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．基因重排(rearrangement)將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。

真核生物最典型的例子是：1、免疫球蛋白在成熟過(guò)程中的重排2、酵母的交配型轉(zhuǎn)變.本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

通過(guò)基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白(抗體)結(jié)構(gòu)基因和T-細(xì)胞受體基因的表達(dá)，前者是由B淋巴細(xì)胞合成的，而后者則由T-淋巴細(xì)胞合成?？贵w有100萬(wàn)種以上，一種淋巴細(xì)胞只產(chǎn)生一種抗體。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成重鏈由V、D、J、C四種不同基因片段組成，結(jié)構(gòu)比輕鏈更為復(fù)雜本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分V、C和J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時(shí)，通過(guò)染色體內(nèi)DNA重組把4個(gè)相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

DNA甲基化與基因活性的調(diào)控

DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。

大量研究表明，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。

DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分．DNA的甲基化

DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥(niǎo)嘌呤（7-mG）。

由于CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為日常型甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶，前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(qiáng)，對(duì)半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。后者催化未甲基化的CpG成為mCpG，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分．DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理

DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)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(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。研究表明，當(dāng)組蛋白H1與含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復(fù)合體時(shí)，DNA的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過(guò)渡。由于Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。有實(shí)驗(yàn)用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的5'端和3'端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動(dòng)區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)。對(duì)于弱啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動(dòng)子被增強(qiáng)時(shí)（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動(dòng)子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)榧谆瘜?duì)轉(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與MeCPl（methylCpG-bindingproteinl）結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，甲基化CpG的密度和啟動(dòng)子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動(dòng)子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分．DNA甲基化與X染色體失活

X染色體失活是發(fā)育過(guò)程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。

雌性胎生哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活，以確保與只有一條X染色體的雄性個(gè)體內(nèi)X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X染色體失活，這個(gè)信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代細(xì)胞，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條X染色體失活。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分X染色體失活中心(X-chromosomeinactivationcenter,Xic):Xist基因(Xi-specifictranscript)XistX染色體其他位點(diǎn)甲基化，不轉(zhuǎn)錄活性去甲基化，活性去甲基化，轉(zhuǎn)錄失活甲基化，失活本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分7.2真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的，受大量特定的順式作用元件（cis-actingelement，又稱順式作用元件）和反式作用因子（trans－actingfactor，又稱跨域作用因子）的調(diào)控，真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過(guò)順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）中，只有RNA聚合酶Ⅱ能轉(zhuǎn)錄生成mRNA，以下主要討論RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

I型：45S-rRNAII型：hnRNAIII型：小分子RNA（5S-rRNA，tRNA，snRNA）本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分1.順式作用元件(cis-actingelements)

真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是起正調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)等；。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主

真核RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的親和力很低，基本上不能獨(dú)靠其自身來(lái)起始轉(zhuǎn)錄，而是需要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在沒(méi)有調(diào)控蛋白作用時(shí)是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達(dá)時(shí)就要有激活的蛋白質(zhì)來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。換言之：真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主導(dǎo)。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分（一）順式作用元件真核生物DNA序列和被轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基因距離較近包括：?jiǎn)?dòng)子（啟動(dòng)子上游近側(cè)序列）增強(qiáng)子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)

(可影響自身編碼基因表達(dá)活性)真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分1.啟動(dòng)子和啟動(dòng)子上游近側(cè)序列是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的DNA序列位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游按其對(duì)RNA聚合酶的影響分為兩類:位于較上游的元件，強(qiáng)烈影響轉(zhuǎn)錄起始

CAATbox，GCbox離轉(zhuǎn)錄點(diǎn)較近，起轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控作用

TATAbox真核基因啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分2.增強(qiáng)子一類能增強(qiáng)真核生物啟動(dòng)子功能的順式作用元件（DNA序列）增強(qiáng)子、啟動(dòng)子交錯(cuò)覆蓋/連續(xù)沒(méi)有增強(qiáng)子啟動(dòng)子不表現(xiàn)活性沒(méi)有啟動(dòng)子增強(qiáng)子無(wú)法發(fā)揮作用增強(qiáng)子作用不受序列方向的制約有組織特異性

本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分3.反應(yīng)元件真核細(xì)胞處于某一特定環(huán)境時(shí)有反應(yīng)的基因具有相同的順式作用元件這一類順式作用元件--反應(yīng)元件（DNA序列）

特點(diǎn)：（１）具較短的保守序列

（２）與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離不固定

（３）可位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子內(nèi)舉例：激素反應(yīng)元件（HRE）本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

真核細(xì)胞DNA上位于基因上游能被轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合，能對(duì)特定環(huán)境因素作出應(yīng)答反應(yīng)的DNA序列．能專一結(jié)合特異性蛋白因子,從而調(diào)控基因特異表達(dá).應(yīng)答元件(responseelement)

包括:熱激應(yīng)答元件（HSE）糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(GRE)金屬應(yīng)答元件(MRE)血清應(yīng)答元件(SRE)本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分當(dāng)糖皮質(zhì)激素作用時(shí),真核細(xì)胞中有反應(yīng)的基因具有此類順式作用元件各種應(yīng)答元件的作用原理是相同的，即特定的蛋白因子識(shí)別應(yīng)答元件并與其結(jié)合，從而調(diào)控基因的表達(dá)。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

熱激應(yīng)答是多個(gè)基因受單一轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，溫度升高，在關(guān)閉一些基因轉(zhuǎn)錄的同時(shí)，打開(kāi)熱激基因(heatshockgene)的轉(zhuǎn)錄。無(wú)論是細(xì)菌還是高等真核生物，熱激基因散布在不同染色體上或同一染色體的不同部位，即生物處在最適溫度范圍以上時(shí)，受到熱的誘導(dǎo)，就會(huì)使許多熱激基因轉(zhuǎn)錄，合成一系列熱激蛋白。熱激蛋白是一種分子陪伴(moleculerchaperon)，可以使因溫度升高而構(gòu)型發(fā)生改變的蛋白質(zhì)恢復(fù)成維持原有的三維構(gòu)象，不致喪失功能而使機(jī)體得以存活。

本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分2、反式作用因子

（轉(zhuǎn)錄因子transcriptionfactor）一類在真核細(xì)胞核中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)因子反式作用因子

識(shí)別/結(jié)合順式作用元件中的靶序列啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄例：轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD識(shí)別結(jié)合

TATAbox

轉(zhuǎn)錄因子SP1識(shí)別結(jié)合

GCbox

轉(zhuǎn)錄因子CTF1識(shí)別結(jié)合

CCAATbox本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分表RNA聚合酶Ⅱ的基本轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子分子量(kD)功能TBP30與TATA盒結(jié)合TFⅡ-B33介導(dǎo)RNA聚合酶Ⅱ的結(jié)合TFⅡ-F30,74解旋酶TFⅡ-E34,37ATP酶TFⅡ-H62,89解旋酶TFⅡ-A12,19,35穩(wěn)定TFⅡ-D的結(jié)合TFⅡ-I120促進(jìn)TFⅡ-D的結(jié)合本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分2、反式作用因子1.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）*基本轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別反式作用因子是能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分*特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分析其結(jié)構(gòu)可包含有不同區(qū)域：①DNA結(jié)合域（DNAbindingdomain），多由60-100個(gè)氨基酸殘基組成的幾個(gè)亞區(qū)組成；②轉(zhuǎn)錄激活域（transcriptionalactivationdomain），常由30-100氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同種類；③連接區(qū)，即連接上兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的部分。反式作用因子的三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子大多以二聚體形式起作用，與DNA結(jié)合的功能域結(jié)構(gòu)常見(jiàn)有以幾種:

①螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）這類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中至少有兩個(gè)α螺旋，中間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角，兩個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，兩個(gè)α螺旋剛好分別嵌入DNA的深溝。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分圖．HTH結(jié)構(gòu)及其與DNA的結(jié)合本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分②鋅指（zincfinger）其結(jié)構(gòu)如下圖所示，每個(gè)重復(fù)的“指”狀結(jié)構(gòu)約含23個(gè)氨基酸殘基，鋅以4個(gè)配價(jià)鍵與4個(gè)半胱氨酸、或2個(gè)半胱氨酸和2個(gè)組氨酸相結(jié)合。整個(gè)蛋白質(zhì)分子可有2-9個(gè)這樣的鋅指重復(fù)單位。每一個(gè)單位可以其指部伸入DNA雙螺旋的深溝。例如與GC盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子SP1中就有連續(xù)的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分圖

蛋白質(zhì)的鋅指結(jié)構(gòu)本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

③堿性-亮氨酸拉鏈（basicleucinezipper，bZIP）這結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，結(jié)果就導(dǎo)致這些亮氨酸殘基都在α螺旋的同一個(gè)方向出現(xiàn)。兩個(gè)相同的結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，這二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與DNA雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)結(jié)合。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

4.螺旋一環(huán)一螺旋（HLH）(bHLH)：bHLH類蛋白只有形成同源或異源二聚體時(shí)，才具有足夠的DNA結(jié)合能力。該調(diào)控區(qū)長(zhǎng)約50個(gè)aa殘基，同時(shí)具有DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩個(gè)親脂性α-螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNA結(jié)合功能是由一個(gè)較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

5、同源域蛋白（hd)：

同源域(homeodomains)基因是指編碼60個(gè)保守氨基酸序列的DNA片段，同源轉(zhuǎn)換基因與生物生長(zhǎng)、發(fā)育和分化有關(guān)。許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨基酸序列可能參與了DNA結(jié)合區(qū)。最早來(lái)自控制軀體發(fā)育的基因，其中的DNA結(jié)合區(qū)與螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋(HTH)相似，人們把該DNA序列稱為同源域盒。主要與DNA大溝相結(jié)合。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分最早在果蠅的homeoticloci（決定身體結(jié)構(gòu)）中發(fā)現(xiàn).同形異位現(xiàn)象(homeosis):果蠅頭部長(zhǎng)觸角部位長(zhǎng)出腳來(lái)同形異位盒基因(homeobox):高度保守的一段核苷酸序列（180bp）,控制胚胎發(fā)育的基因從酵母到人類都存在homeobox,DNA序列高度保守本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域(transcriptionalactivationdomain)

反式作用因子的轉(zhuǎn)錄活化功能取決于DNA結(jié)合域以外的由30-100個(gè)AA組成的區(qū)域，此區(qū)即為轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域。

不同的轉(zhuǎn)錄活化域大體上有下列幾個(gè)特征性結(jié)構(gòu)：

-帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)(acidicα–helixdomain)富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)(glutamine-richdomain)富含脯氨酸結(jié)構(gòu)(proline-richdomain)本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分7.5

其他水平上的基因調(diào)控

7.5.1RNA的加工成熟

各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是RNA，無(wú)論是rRNA、tRNA還是mRNA，初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過(guò)加工，才能成為有生物功能的活性分子。．rRNA和tRNA的加工成熟

rRNA加工有兩個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是分子內(nèi)的切割，另一個(gè)是化學(xué)修飾。真核生物的rRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，先產(chǎn)生一個(gè)45S的前體rRNA，然后被核酸酶逐漸降解，形成成熟的18S、28S和5.8SrRNA。

本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分

rRNA基因轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核仁內(nèi)進(jìn)行，初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45S前體rRNA很快就會(huì)被加工降解，生成不同相對(duì)分子質(zhì)量的成熟rRNA。

rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖甲基化。

tRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)也可能先生成前體tRNA，然后再進(jìn)行加工成熟。一般認(rèn)為，tRNA基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先經(jīng)過(guò)核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接成為成熟tRNA（4S）。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分．mRNA的加工成熟編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。這類基因產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄后要進(jìn)行一系列的加工變化，才能成為成熟的有生物功能的mRNA。這些加工主要包括在mRNA的5’末端加“帽子”，在其3’末端加上多聚（A），進(jìn)行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修飾等。

由于mRNA的這些結(jié)構(gòu)與它作為蛋白質(zhì)合成模板的功能有密切關(guān)系，所以是基因表達(dá)的重要調(diào)控環(huán)節(jié)。

與rRNA、tRNA相同，編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄時(shí)首先生成前體pre-mRNA（或稱核不均一RNA，hnRNA），然后再加工剪接為成熟mRNA。本文檔共72頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期三\9點(diǎn)41分．真核生物基因轉(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(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。這兩種轉(zhuǎn)錄方式雖然最終都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，但