第7章 真核基因表達調(diào)控-上

第七章真核基因表達調(diào)控緒論第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控第三節(jié)真核基因的轉(zhuǎn)錄第四節(jié)反式作用因子對轉(zhuǎn)錄的影響第五節(jié)蛋白質(zhì)乙酰化對基因表達的影響第六節(jié)真核基因表達調(diào)控舉例第七節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄后表達調(diào)控的多樣性概述在真核生物中基因表達的調(diào)節(jié)其特點：多層次無操縱子和衰減子個體發(fā)育復雜受環(huán)境影響較小概述瞬時調(diào)控：或稱可逆性調(diào)控，它相當于原核細胞對環(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及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。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。概述轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（transcriptionalregulation）轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（posttranscriptionalregulation）RNA加工成熟過程的調(diào)控（RNAprocessing）翻譯水平調(diào)控（translationalregulation）蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控（regulationofproteinmaturation）緒論緒論概述研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答3個問題：

①什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號？

②基因調(diào)控主要是在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？

③不同水平基因調(diào)控的分子機制是什么？第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點1.真核細胞與原核細胞在基因表達方面的差異①在真核細胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。

②真核細胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。

③高等真核細胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。④真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。⑤在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因5'上游區(qū)DNA構(gòu)型來影響它與RNA聚合酶的結(jié)合能力。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動子上游不遠處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上可直接促進或抑RNA聚合酶與它的結(jié)合。

第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點

⑥真核生物的RNA在細胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達細胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴格的空間間隔。

⑦許多真核生物的基因只有經(jīng)過復雜的成熟和剪接過程（maturationandsplicing），才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點

第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點

2.基因家族真核細胞的DNA是單順反子結(jié)構(gòu)，很少有置于一個啟動子的控制之下的操縱子。真核細胞中許多相關(guān)的基因常按功能成套組合，被稱為基因家族(genefamily)。2.基因家族2.1簡單基因家族：基因一般以串連方式前后相連。2.2復雜多基因家族：一般由幾個相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉(zhuǎn)錄單位。2.3發(fā)育調(diào)控的復雜多基因家族：在每個基因家族中，基因排列的順序就是它們在發(fā)育階段的表達順序。(P284)第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點

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作為一個獨立的轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成轉(zhuǎn)錄。2.1簡單基因家族

串聯(lián)單位中的每一個基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順反子RNA，這些RNA都沒有內(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，在一個特定的細胞中，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)控機制。果蠅和海膽的組蛋白基因家族

2.2復雜多基因家族2.真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)2.1外顯子與內(nèi)含子2.2外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)2.3外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控組成型剪接：有些真核基因，能將原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物精確地剪接成一種成熟的mRNA，編碼一個多肽。選擇性剪接：同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mRNA地過程。第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點

第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控1.“開放”型活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響

真核基因的活性轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進行的。轉(zhuǎn)錄進行之前，染色質(zhì)常會在特定的區(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，從右旋變?yōu)樽笮?，導致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。DNA酶I超敏感位點，其存在是轉(zhuǎn)錄起始的必要條件，但不是充分條件。第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控燈刷染色體為二減數(shù)分裂染色體，在燈刷染色體中兩對(四個)染色單體通過交叉連在一起。存在于活性染色質(zhì)區(qū)的DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)2.基因的擴增（amplification）

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

兩棲類和昆蟲卵母細胞rRNA基因的擴增，非洲爪蟾的染色體上有約500拷貝編碼18SrRNA和28SrRNA的DNA（rDNA），在卵母細胞中它們的拷貝數(shù)擴大了1000倍。第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控染色體外環(huán)狀DNA復制并環(huán)化染色體rDNA重復滾環(huán)復制擴增成線狀并整合進基因組兩棲類卵母細胞中基因擴增的滾環(huán)模型。染色體的rDNA基因呈串聯(lián)排列，含有可轉(zhuǎn)錄部分黑色和不轉(zhuǎn)錄部分白色擴增，涉及一個染色體外環(huán)狀拷貝的形成。該拷貝含有數(shù)目可變的重復，通過多輪的滾環(huán)復制而擴增。3.基因重排與變換3.1將一個基因從遠離啟動子的地方移到距離它很近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。Ig的基因結(jié)構(gòu)κ鏈：Vκ(約100個)、Jκ(5個)、Cκ(1個)λ鏈：Vλ(約30個)、Jλ-Cλ(4個)

H鏈：V基因(約95個)D基因(27個)可變區(qū)J基因(6個)C基因(9個)恒定區(qū)V區(qū)第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控Ig的結(jié)構(gòu)3.基因重排與變換3.2在很多真菌中其有性生殖的過程都需要不同交配型，如酵母的a型和α型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。某些品系的酵母具有轉(zhuǎn)換交配型的能力，即從a型變成為α型，或從α型轉(zhuǎn)變?yōu)閍型，這一過程被稱為交配型轉(zhuǎn)換，有時也被稱為基因轉(zhuǎn)換。第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控HMLαMATaHMRa3號染色體HMLαHMRa核酸內(nèi)切酶HO切割雙鏈DNA基因轉(zhuǎn)換HMLαMATαHMRa酵母中的交配型轉(zhuǎn)換第二節(jié)DNA水平上的基因表達調(diào)控

沉默子──某些基因含有的一種負性調(diào)節(jié)元件，當其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。WXYαZ1Z2WXYaZ1Z2W＝723bpX＝704bpYα＝642bpZ1＝239bpZ2Z2＝88bpHMLαMATαW＝72