基因表達(dá)調(diào)控

關(guān)于基因表達(dá)調(diào)控第十八章基因表達(dá)調(diào)控RegulationofGeneExpression第2頁,共79頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控的基本概念與特點(diǎn)BasicConceptionsandCharactersofGeneExpressionandit’sRegulation第3頁,共79頁，2024年2月25日，星期天一、基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程，也是基因所攜帶的遺傳信息表現(xiàn)為表型的過程，包括基因轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的RNA序列，對于蛋白質(zhì)編碼基因，mRNA繼而翻譯成多肽鏈，并裝配加工成最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)物?；虮磉_(dá)(geneexpression)基因表達(dá)是受調(diào)控的。第4頁,共79頁，2024年2月25日，星期天二、基因表達(dá)具有時間特異性和空間特異性（一）時間特異性是指基因表達(dá)按一定的時間順序發(fā)生按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按一定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時間特異性(temporalspecificity)。

多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。第5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（二）空間特異性是指多細(xì)胞生物個體在特定生長發(fā)育階段，同一基因在不同的組織器官表達(dá)不同在個體生長、發(fā)育過程中，一種基因產(chǎn)物在個體的不同組織或器官表達(dá)，即在個體的不同空間出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)?；虮磉_(dá)伴隨時間或階段順序所表現(xiàn)出的這種空間分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布所決定的，因此基因表達(dá)的空間特異性又稱細(xì)胞特異性(cellspecificity)或組織特異性(tissuespecificity)。第6頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三、基因表達(dá)的方式存在多樣性基因表達(dá)調(diào)控（regulationofgeneexpression）就是指細(xì)胞或生物體在接受內(nèi)外環(huán)境信號刺激時或適應(yīng)環(huán)境變化的過程中在基因表達(dá)水平上做出應(yīng)答的分子機(jī)制，即位于基因組內(nèi)的基因如何被表達(dá)成為有功能的蛋白質(zhì)（或RNA），在什么組織表達(dá)，什么時候表達(dá)，表達(dá)多少等。

第7頁,共79頁，2024年2月25日，星期天按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：基本（或組成性）表達(dá)誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)第8頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（一）有些基因幾乎在所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)某些基因在一個生物個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，不易受環(huán)境條件的影響，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。管家基因的表達(dá)水平受環(huán)境因素影響較小，而是在生物體各個生長階段的大多數(shù)、或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類基因表達(dá)被視為基本（或組成性）基因表達(dá)(constitutivegeneexpression)?；镜幕虮磉_(dá)水平并非絕對“一成不變”，所謂“不變”是相對的。第9頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，即這種基因表達(dá)是可誘導(dǎo)的。可誘導(dǎo)基因(induciblegene)在一定的環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程，稱為誘導(dǎo)(induction)。

如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時被抑制，這種基因是可阻遏基因(repressiblegene)?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。第10頁,共79頁，2024年2月25日，星期天在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)同表達(dá)(coordinateexpression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)同調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)第11頁,共79頁，2024年2月25日，星期天四、基因表達(dá)調(diào)控受順式作用元件和反式作用因子共同調(diào)節(jié)一般說來，調(diào)節(jié)序列與被調(diào)控的編碼序列位于同一條DNA鏈上，稱為順式作用元件(cis-actingelement)。調(diào)節(jié)序列遠(yuǎn)離被調(diào)控的編碼序列，實(shí)際上是其他分子的編碼基因，只能通過其表達(dá)產(chǎn)物來發(fā)揮作用，這些蛋白質(zhì)分子稱為反式作用因子(trans-actingfactor)。第12頁,共79頁，2024年2月25日，星期天五、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性首先，遺傳信息以基因的形式貯存于DNA中。其次，遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄由DNA傳向RNA過程中的許多環(huán)節(jié)。(最重要、最復(fù)雜)最后，蛋白質(zhì)生物合成即翻譯與翻譯后加工。第13頁,共79頁，2024年2月25日，星期天六、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長、發(fā)育的基礎(chǔ)（一）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化的。通過一定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長和增殖。第14頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（二）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以維持細(xì)胞分化與個體發(fā)育在多細(xì)胞個體生長、發(fā)育的不同階段，或同一生長發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類和含量存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。第15頁,共79頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)

原核基因表達(dá)調(diào)控RegulationofGeneExpressioninProkaryote第16頁,共79頁，2024年2月25日，星期天原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①基因組中很少有重復(fù)序列；②編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因為連續(xù)編碼，且多為單拷貝基因，但編碼rRNA的基因仍然是多拷貝基因；③結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例（約占50%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組；④許多結(jié)構(gòu)基因在基因組中以操縱子為單位排列原核生物基因組是具有超螺旋結(jié)構(gòu)的閉合環(huán)狀DNA分子第17頁,共79頁，2024年2月25日，星期天原核生物大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過操縱子機(jī)制實(shí)現(xiàn)一、操縱子是原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單位

蛋白質(zhì)因子特異DNA序列編碼序列

啟動子

操縱元件

其他調(diào)節(jié)基因(promoter)(operator)第18頁,共79頁，2024年2月25日，星期天操縱子模型的普遍性多順反子(polycistron)：mRNA分子攜帶了幾個多肽鏈的編碼信息。啟動子是RNA聚合酶和各種調(diào)控蛋白作用的部位，是決定基因表達(dá)效率的關(guān)鍵元件。各種原核基因啟動序列特定區(qū)域內(nèi)，通常在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-10及-35區(qū)域存在一些相似序列，稱為共有序列。

E.coli及一些細(xì)菌啟動序列的共有序列在-10區(qū)域是TATAAT，在-35區(qū)域為TTGACA共有序列決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。第19頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-15種E.coli啟動序列的共有序列

第20頁,共79頁，2024年2月25日，星期天基因表達(dá)有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控調(diào)節(jié)原核生物基因表達(dá)的效應(yīng)蛋白可分：阻遏蛋白----負(fù)調(diào)控因素激活蛋白----正調(diào)控因素第21頁,共79頁，2024年2月25日，星期天調(diào)節(jié)基因（regulatorygene）編碼能夠與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白，可以分為三類：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白。調(diào)控蛋白的作用分別是①特異因子決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力；第22頁,共79頁，2024年2月25日，星期天②阻遏蛋白可以識別、結(jié)合特異DNA序列──操縱序列，抑制基因轉(zhuǎn)錄，所以阻遏蛋白介導(dǎo)負(fù)調(diào)節(jié)（negativeregulation）。阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制在原核生物中普遍存在；③激活蛋白可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，提高RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合能力，從而增強(qiáng)RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，是一種正調(diào)控（positiveregulation）。第23頁,共79頁，2024年2月25日，星期天二、乳糖操縱子是典型的誘導(dǎo)型調(diào)控（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第24頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-2lac操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第25頁,共79頁，2024年2月25日，星期天mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時（二）乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié)阻遏基因1.阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第26頁,共79頁，2024年2月25日，星期天mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖別乳糖β-半乳糖苷酶圖18-4lac

操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)第27頁,共79頁，2024年2月25日，星期天++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時2.CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP第28頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3.協(xié)同調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

第29頁,共79頁，2024年2月25日，星期天mRNA低半乳糖時高半乳糖時

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO第30頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-3 CAP、阻遏蛋白、cAMP和誘導(dǎo)劑對lac操縱子的調(diào)節(jié)第31頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三、色氨酸操縱子通過轉(zhuǎn)錄衰減的方式阻遏基因表達(dá)色氨酸操縱子的作用原理TrpTrp高時Trp低時mRNAOPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶RNA聚合酶操縱子關(guān)閉第32頁,共79頁，2024年2月25日，星期天四、原核基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄終止階段有不同的調(diào)控機(jī)制（一）不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止（二）依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止常見于噬菌體中，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不清楚。兩段富含GC的反向重復(fù)序列，中間間隔若干核苷酸；下游含一系列T序列。終止子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第33頁,共79頁，2024年2月25日，星期天五、原核基因表達(dá)在翻譯水平的多個環(huán)節(jié)受到精細(xì)調(diào)節(jié)（一）轉(zhuǎn)錄與翻譯的偶聯(lián)調(diào)節(jié)提高了基因表達(dá)調(diào)控的有效性衰減是轉(zhuǎn)錄-翻譯的偶聯(lián)調(diào)控色氨酸操縱子（trpoperon）除了產(chǎn)物阻遏負(fù)調(diào)控外，還有轉(zhuǎn)錄衰減（attenuation）調(diào)控方式。第34頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-4色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)及其關(guān)閉機(jī)制第35頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（二）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動序列或啟動序列周圍進(jìn)行自我調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合mRNA靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體識別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯。調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，稱自我控制(autogenouscontrol)。第36頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（三）翻譯阻遏利用蛋白質(zhì)與自身mRNA的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對翻譯起始的調(diào)控編碼區(qū)的起始點(diǎn)可與調(diào)節(jié)分子（蛋白質(zhì)或RNA）直接或間接地結(jié)合來決定翻譯起始調(diào)節(jié)蛋白可以結(jié)合到起始密碼子上，阻斷與核糖體的結(jié)合第37頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（四）反義RNA結(jié)合mRNA翻譯起始部位的互補(bǔ)序列對翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RNA稱為調(diào)節(jié)RNA。細(xì)菌中含有與特定mRNA翻譯起始部位互補(bǔ)的RNA，通過與mRNA雜交阻斷30S小亞基對起始密碼子的識別及與SD序列的結(jié)合，抑制翻譯起始。這種調(diào)節(jié)稱為反義控制(antisensecontrol)。第38頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（五）mRNA密碼子的編碼頻率影響翻譯速度當(dāng)基因中的密碼子是常用密碼子時，mRNA的翻譯速度快，反之，mRNA的翻譯速度慢。第39頁,共79頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)

真核基因表達(dá)調(diào)控RegulationofGeneExpressioninEukaryote第40頁,共79頁，2024年2月25日，星期天一、真核細(xì)胞基因表達(dá)的特點(diǎn)①真核基因組比原核基因組大得多②原核基因組的大部分序列都為編碼基因，而哺乳類基因組中只有10%的序列編碼蛋白質(zhì)、rRNA、tRNA等，其余90%的序列，包括大量的重復(fù)序列功能至今還不清楚，可能參與調(diào)控③真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因是不連續(xù)的，轉(zhuǎn)錄后需要剪接去除內(nèi)含子，這就增加了基因表達(dá)調(diào)控的層次第41頁,共79頁，2024年2月25日，星期天④原核生物的基因編碼序列在操縱子中，多順反子mRNA使得幾個功能相關(guān)的基因自然協(xié)調(diào)控制；而真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，即mRNA是單順反子（monocistron），許多功能相關(guān)的蛋白、即使是一種蛋白的不同亞基也將涉及到多個基因的協(xié)調(diào)表達(dá)第42頁,共79頁，2024年2月25日，星期天⑤真核生物DNA在細(xì)胞核內(nèi)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色質(zhì)，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)直接影響著基因表達(dá)；⑥真核生物的遺傳信息不僅存在于核DNA上，還存在線粒體DNA上，核內(nèi)基因與線粒體基因的表達(dá)調(diào)控既相互獨(dú)立而又需要協(xié)調(diào)。

第43頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-5真核生物基因表達(dá)的多層次復(fù)雜調(diào)控第44頁,共79頁，2024年2月25日，星期天二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與真核基因表達(dá)密切相關(guān)活性染色質(zhì)(activechromatin)具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)超敏位點(diǎn)（hypersensitivesite)當(dāng)染色質(zhì)活化后，常出現(xiàn)一些對核酸酶（如DNaseI）高度敏感的位點(diǎn)（一）轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)對核酸酶極為敏感第45頁,共79頁，2024年2月25日，星期天(二)轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生改變組蛋白結(jié)構(gòu)及其化學(xué)修飾（a）組蛋白與DNA組成的核小體；（b）組蛋白的氨基端伸出核小體，形成組蛋白尾巴；（c）四種組蛋白組成的八聚體第46頁,共79頁，2024年2月25日，星期天組蛋白修飾對于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個平臺。這些理論構(gòu)成了“組蛋白密碼”的假說。第47頁,共79頁，2024年2月25日，星期天組蛋白氨基酸殘基位點(diǎn)修飾類型功能H3Lys-4甲基化激活H3Lys-9甲基化染色質(zhì)濃縮H3Lys-9甲基化DNA甲基化所必需H3Lys-9乙酰化激活H3Ser-10磷酸化激活H3Lys-14乙?；乐筁ys-9的甲基化H3Lys-79甲基化端粒沉默H4Arg-3甲基化H4Lys-5乙?；b配H4Lys-12乙?；b配H4Lys-16乙?；诵◇w裝配H4Lys-16乙酰化FlyX激活組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響第48頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（三）

CpG島甲基化水平降低CpG島（CpGisland)

：甲基化胞嘧啶在基因組中并不是均勻分布，有些成簇的非甲基化CG存在于整個基因組中，人們將這些GC含量可達(dá)60%，長度為300-3000bp的區(qū)段表觀遺傳（epigeneticinheritance)

：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達(dá)的影響可以遺傳給子代細(xì)胞，其機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)存在著具有維持甲基化作用的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，可以在DNA復(fù)制后，依照親本DNA鏈的甲基化位置催化子鏈DNA在相同位置上發(fā)生甲基化第49頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位順式作用元件

指可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列第50頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-7 順式作用元件

A、B分別代表同一基因中的兩段特異DNA序列。B序列通過一定機(jī)制影響A序列，并通過A序列控制該基因的轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。A、B序列就是調(diào)節(jié)這個基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件第51頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（一）真核生物啟動子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)遠(yuǎn)較原核生物復(fù)雜真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個以上的功能組件。TATA盒GC盒CAAT盒第52頁,共79頁，2024年2月25日，星期天CCAAT盒GC盒TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)高等真核生物上游激活序列（UAS）TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酵母真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)第53頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（二）增強(qiáng)子是能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件增強(qiáng)子的功能及其作用特征如下：與被調(diào)控基因位于同一條DNA鏈上，屬于順式作用元件。是組織特異性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合部位不僅能夠在基因的上游或下游起作用，而且還可以遠(yuǎn)距離實(shí)施調(diào)節(jié)作用作用與序列的方向性無關(guān)需要有啟動子才能發(fā)揮作用第54頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（三）沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄沉默子是一類基因表達(dá)的負(fù)性調(diào)控元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用第55頁,共79頁，2024年2月25日，星期天四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactor,TF）。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由其編碼基因表達(dá)后，進(jìn)入細(xì)胞核，通過識別、結(jié)合特異的順式作用元件而增強(qiáng)或降低相應(yīng)基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子也被稱為反式作用蛋白或反式作用因子。第56頁,共79頁，2024年2月25日，星期天真核基因的調(diào)節(jié)蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱順式作用。由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。

反式作用因子(trans-actingfactor)

第57頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-8反式與順式作用蛋白第58頁,共79頁，2024年2月25日，星期天通用轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動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。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）通用轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子第59頁,共79頁，2024年2月25日，星期天特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子第60頁,共79頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）

谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域第61頁,共79頁，2024年2月25日，星期天最常見的DNA結(jié)合域：鋅指模體(zincfinger)常結(jié)合GC盒C=半胱氨酸；H=組氨酸；F=苯丙氨酸；L=亮氨酸；Y=酪氨酸；Zn=鋅離子圖18-9鋅指結(jié)構(gòu)第62頁,共79頁，2024年2月25日，星期天堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basichelix-loop-helix,bHLH)（a）獨(dú)立的堿性螺旋-環(huán)-螺旋模體結(jié)構(gòu)示意圖；（b）bLHL模體二聚體與DNA結(jié)合的示意圖。兩個

-螺旋的堿性區(qū)分別嵌入DNA雙螺旋的大溝內(nèi)常結(jié)合CAAT盒第63頁,共79頁，2024年2月25日，星期天常結(jié)合CAAT盒3.堿性亮氨酸拉鏈(basicleucinezipper,Bzip)

（a）堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)示意圖；（b）bZIP模體與DNA結(jié)合的示意圖。兩個-螺旋上的亮氨酸殘基彼此接近，形成了類似拉鏈的結(jié)構(gòu)，而富含堿性氨基酸殘基的區(qū)域與DNA骨架上的磷酸基團(tuán)結(jié)合第64頁,共79頁，2024年2月25日，星期天五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的動態(tài)構(gòu)成是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式（一）啟動序列/啟動子與RNA聚合酶活性（二）調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性啟動序列或啟動子的核苷酸序列會影響其與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率真核RNA聚合酶II不能單獨(dú)識別、結(jié)合啟動子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶II形成一個功能性的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。第65頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖18-12轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成真核RNA聚合酶Ⅱ在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。PolⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTBPDNATATAEBPTBP第66頁,共79頁，2024年2月25日，星期天六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核mRNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）mRNA穩(wěn)定性的影響真核生物基因表達(dá)5

-端的帽子結(jié)構(gòu)可以增加mRNA的穩(wěn)定性3

-端的poly(A)尾結(jié)構(gòu)防止mRNA降解RNA無論是在核內(nèi)進(jìn)行加工、由胞核運(yùn)至胞漿，還是在胞漿內(nèi)停留（至降解），都是通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白顆粒(ribonucleoprotein,RNP)進(jìn)行的。第67頁,共79頁，2024年2月25日，星期天與原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)一樣，某些小分子RNA也可調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)。這些RNA都是非編碼RNA（noncodingRNA,ncRNA）。如：具有催化活性的RNA（核酶）、細(xì)胞核小分子RNA（snRNA）以及核仁小分子RNA（snoRNA）目前人們廣泛關(guān)注的非編碼RNA有miRNA和siRNA。小分子RNA對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜，（二）一些非編碼小分子RNA可引起轉(zhuǎn)錄后基因沉默第68頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（三）mRNA前體的選擇性剪接可以調(diào)節(jié)真核生物基因表達(dá)真核生物基因所轉(zhuǎn)錄出的mRNA前體含有交替連接的內(nèi)含子和外顯子。通常狀態(tài)下，mRNA前體經(jīng)過剔除內(nèi)含子序列后成為一個成熟的mRNA，并被翻譯成為一條相應(yīng)的多肽鏈。但是，參與拼接的外顯子可以不按照其在基因組內(nèi)的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不完全被切除，由此產(chǎn)生了選擇性剪接第69頁,共79頁，2024年2月25日，星期天七、真核基因表達(dá)在翻譯以及翻譯后仍可受到調(diào)控（一）對翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過磷酸化修飾進(jìn)行蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度上取決于起始水平，通過磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子（eukaryoticinitiationfactor,eIF）的活性對起始階段有重要的控制作用。1．翻譯起始因子eIF-2α的磷酸化抑制翻譯起始第70頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2．eIF-4E及eIF-4E結(jié)合蛋白的磷酸化激活翻譯起始帽結(jié)合蛋白eIF-4E與mRNA帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合是翻譯起始的限速步驟，磷酸化修飾及與抑制物蛋白的結(jié)合均可調(diào)節(jié)eIF-4E的活性。磷酸化的eIF-4E與帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合力是非磷酸化的eIF-4E的4倍，因而可提高翻譯的效率。第71頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（二）RNA結(jié)合蛋白參與了對翻譯起始的調(diào)節(jié)RNA結(jié)合蛋白（RNAbindingprotein,RBP），是指那些能夠與RNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)?；虮磉_(dá)的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)都有RBP的參與，如前述轉(zhuǎn)錄終止、RNA剪接、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、RNA胞漿內(nèi)穩(wěn)定性控制以及翻譯起始等。第72頁,共79頁，2024年2月25日，星期天（三）對翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)可以快速調(diào)控基因表達(dá)新合成蛋白質(zhì)的半衰期長短是決定蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的重要影響因素。因此，通過對新生肽鏈的水解和運(yùn)輸，可以控制蛋白質(zhì)的濃度在特定的部