生物化學(xué) 第13章基因表達(dá)調(diào)控

第13章基因表達(dá)調(diào)控RegulationofGeneExpression第一節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本概念BasicConceptionsofGeneExpressionRegulation2一、基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程基因（gene）負(fù)載特定遺傳信息的DNA片段。是結(jié)構(gòu)功能單位，包括調(diào)節(jié)序列、編碼序列、內(nèi)含子等DNA區(qū)域。基因組(genome)

來自一個(gè)生物體的一整套遺傳物質(zhì)。是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程，即：生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過程?；虮磉_(dá)(geneexpression)基因表達(dá)是受調(diào)控的。3二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性（一）時(shí)間特異性按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性(temporalspecificity)。

多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。4（二）空間特異性基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細(xì)胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個(gè)體生長(zhǎng)全過程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spatialspecificity)。5三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異按對(duì)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)6（一）基本（或組成性）表達(dá)某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。無論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)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。區(qū)別于其他基因，這類基因表達(dá)被視為組成性基因表達(dá)(constitutivegeneexpression)。7特點(diǎn)：①管家基因較少受環(huán)境因素影響②基本基因表達(dá)只受啟動(dòng)序列與RNA聚合酶相互作用的影響，而不受其他機(jī)制調(diào)節(jié)。如三羧酸循環(huán)酶的編碼基因。8（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(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱為可誘導(dǎo)基因(induciblegene)?？烧T導(dǎo)基因在特定環(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(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因(repressiblegene)。可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。9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)調(diào)表達(dá)(coordinateexpression)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinateregulation)。10四、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需（一）以適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)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(zhǎng)和增殖。11（二）以維持細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育在多細(xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，或同一生長(zhǎng)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。12第二節(jié)

基因表達(dá)調(diào)控的基本原理BasicPrinciplesofGeneExpressionRegulation一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因激活拷貝數(shù)重排甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等轉(zhuǎn)錄起始14二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。（一）特異DNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可以增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性15（一）特異DNA序列１特異DNA序列：指具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列。２原核生物：操縱子調(diào)控機(jī)制。（１）操縱子(operon)：通常由２個(gè)以上的編碼序列與啟動(dòng)序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位。（２）組成：結(jié)構(gòu)基因——２個(gè)以上的編碼序列

啟動(dòng)序列——(Promoter)

操縱序列——(Operator)其他調(diào)節(jié)序列操縱子=編碼序列（>2）+啟動(dòng)序列+操縱序列+(其他調(diào)節(jié)序列)16原核生物

蛋白質(zhì)因子——操縱子(operon)

機(jī)制特異DNA序列編碼序列

啟動(dòng)序列

操縱序列

其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)17雅各布(F.Jacob)1920-法國(guó)人莫諾(J.L.Monod)1910-1976法國(guó)人雷沃夫(A.M.Lwoff)1902-1994法國(guó)人1961年提出了“信使核糖核酸”（mRNA）和“操縱子”概念，闡明了RNA在遺傳過程中的信息傳遞作用和乳糖操縱子在蛋白質(zhì)生物合成中的調(diào)節(jié)控制機(jī)制。

發(fā)現(xiàn)酶和細(xì)菌合成中的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制.1965年三人榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理獎(jiǎng)18是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。1、啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp

tRNATyrlacrecAAra

BAD

TTGACA

TATAAT共有序列圖13-1五種E.coli啟動(dòng)序列的共有序列192、操縱序列

——阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動(dòng)，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白203、其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時(shí)，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列。21真核生物1、順式作用元件(cis-actingelement)——可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列RNA聚合酶ⅡBADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNARNA聚合酶ⅡBADNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNA圖13-2順式作用元件22不同真核生物的順式作用元件中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。根據(jù)順式作用元件在基因中的位置、轉(zhuǎn)錄激活作用的性質(zhì)及發(fā)揮作用的方式分為：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等。23TATA盒

CAAT盒GC盒

增強(qiáng)子

順式作用元件

結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列24（二)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白為三類：特異因子—決定RNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異識(shí)別和結(jié)合能力。如σ因子。

阻遏蛋白—結(jié)合特異DNA序列—操縱序列，抑制基因轉(zhuǎn)錄,負(fù)性調(diào)節(jié)。

激活蛋白—結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。如:分解物基因激活蛋白(Catabolitegeneactivatorprotein,CAP)

調(diào)節(jié)蛋白的共性：DNA結(jié)合蛋白。252、真核基因的調(diào)節(jié)蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)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)

26cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)

mRNAC蛋白質(zhì)CbA

mRNA蛋白質(zhì)AA圖13-3反式與順式作用蛋白271.DNA-蛋白質(zhì)相互作用2.蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（三）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過與DNA或與蛋白質(zhì)相互作用對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用的基本形式）28１．DNA-蛋白質(zhì)相互作用指的是反式作用因子與順式作用元件之間的特異識(shí)別及結(jié)合。通常是非共價(jià)結(jié)合，被識(shí)別的DNA結(jié)合位點(diǎn)通常呈對(duì)稱、或不完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。29Aspace-fillingrepresentationofaCAPhomodimerboundtoDNA.Basepairsrecognizedbytheproteinareshowningreen,andaminoacidsidechainsthatbindtothesebasepairsareshowninred.NotethebendingoftheDNAaroundtheprotein

DNA-蛋白質(zhì)相互作用Aribbonrepresentationwithsubunitsshowninwhiteandlightblue.Thehelix-turn-helixDNA-bindingmotifisshowninred.BoundmoleculesofcAMPareshownindarkblue.CAP同源二聚體30

２．蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用：

所謂二聚化就是指兩分子單體通過一定的結(jié)構(gòu)域結(jié)合成二聚體。由同種分子形成的二聚體稱同二聚體異種分子間形成的二聚體稱異二聚體蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用結(jié)果有些增強(qiáng)與DNA結(jié)合能力，有些喪失DNA結(jié)合能力.還有一些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合DNA，而是通過蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合DNA，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。31（四）RNA聚合酶與基因的啟動(dòng)序列/啟動(dòng)子相結(jié)合1、原核啟動(dòng)序列/真核啟動(dòng)子與RNA聚合酶活性

RNA聚合酶與其的親和力，影響轉(zhuǎn)錄。真核RNA聚合酶的活性與啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子有關(guān)。32是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp

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TTGACA

TATAAT共有序列圖13-1五種E.coli啟動(dòng)序列的共有序列Pribnow盒33啟動(dòng)子及RNA聚合酶結(jié)合區(qū)342、調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下表達(dá)，然后通過DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影響RNA聚合酶活性。如原核σ因子。外界信號(hào)刺激引起調(diào)節(jié)蛋白分子構(gòu)象改變。35第三節(jié)

原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)RegulationofGeneExpressioninProkaryote36——調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始。一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)（一）σ因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性

在轉(zhuǎn)錄起始階段，σ因子識(shí)別特異啟動(dòng)序列；不同的σ因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定mRNA、rRNA和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄。37（二）操縱子模型的普遍性

原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位──操縱子（operon）。一個(gè)操縱子只含一個(gè)啟動(dòng)序列（promoter）及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼基因。通常，這些編碼基因可轉(zhuǎn)錄出多順反子mRNA。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過調(diào)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來完成的。38（三）原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的開、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時(shí)，就會(huì)發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。39二、操縱子調(diào)控模式在原核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)中具有普遍性（一）乳糖操縱子(lac

operon)的結(jié)構(gòu)

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

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA40lacZ編碼β-半乳糖苷酶，此酶由500kd的四聚體構(gòu)成，它可以切斷乳糖的半乳糖苷鍵，而產(chǎn)生半乳糖。

lacY編碼透酶，這種酶是一種分子量為30kDd膜結(jié)合蛋白，它構(gòu)成轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，將半乳糖苷運(yùn)入到細(xì)胞中。

lacA編碼乙酰基轉(zhuǎn)移酶，其功能是將乙酰-輔酶A上的乙酰基轉(zhuǎn)移到β-半乳糖苷上。

41mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時(shí)（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)42mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶圖13-4lac

操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)43++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)2、CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP443、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)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(shí)，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(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)lac

操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

45mRNA低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)

葡萄糖低cAMP濃度高

葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO46三、原核生物具有不同的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)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)：47四、原核生物在翻譯水平受到多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)（一）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動(dòng)序列或啟動(dòng)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(shí)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)。（二）反義RNA結(jié)合mRNA翻譯起始部位的互補(bǔ)序列對(duì)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(duì)起始密碼子的識(shí)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)。mRNA5’3’UACAGCAUCAUGGCUACC反義RNAAUGUCGUAGUAC50第四節(jié)

真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)RegulationofGeneExpressioninEukaryote51一、真核基因組具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

哺乳類動(dòng)物基因組DNA約3×109堿基對(duì)。

人編碼基因約4萬個(gè)，編碼序列僅占總長(zhǎng)的1%。

rDNA等重復(fù)基因約占5%~10%。52（二）真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子單順反子(monocistron)

即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。（三）真核基因組含有大量的重復(fù)序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（106

次）中度重復(fù)序列（103~104次）多拷貝序列53HHHHHHHMHHMMHMMMMMMMLDH1

(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5

(M4)乳酸脫氫酶的同工酶54

真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，往往是基因表達(dá)的調(diào)控區(qū)。在編碼基因內(nèi)部尚有內(nèi)含子（intron）、外顯子（exon）之分，因此真核基因是不連續(xù)的。（四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，故：具有不連續(xù)性55二、真核基因表達(dá)調(diào)控更為復(fù)雜（一）真核細(xì)胞內(nèi)含有多種RNA聚合酶真核RNA聚合酶有三種，即RNApolI、II及III，分別負(fù)責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄。TATA盒結(jié)合蛋白（TBP）是三種聚合酶所共有的。56RNApolII中轉(zhuǎn)錄因子D（TFIID）起核心作用。TFIID是一種由TATA盒結(jié)合蛋白（TBP）和TBP相關(guān)因子（TAF）組成的多蛋白復(fù)合物。57（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化對(duì)核酸酶敏感DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后:RNA-pol正超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。DNA堿基的甲基化修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。組蛋白變化富含Lys組蛋白水平降低H2A·H2B二聚體不穩(wěn)定性增加組蛋白H3、H4發(fā)生乙?；⒓谆蛄姿峄揎?9DNAMethylationandTranscription5`3`5`3`60組蛋白修飾對(duì)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(gè)平臺(tái)。這些理論構(gòu)成了“組蛋白密碼”的假說。61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?；せ頗3Ser-10磷酸化激活H3Lys-14乙酰化防止Lys-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乙酰化裝配H4Lys-16乙?；诵◇w裝配H4Lys-16乙酰化FlyX激活組蛋白修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響62

基因的轉(zhuǎn)錄活性DNA去甲基化、增強(qiáng)子和某些蛋白質(zhì)因子染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散基因的轉(zhuǎn)錄活性與DNA的結(jié)合能力下降

組蛋白被磷酸化、甲基化、乙酰化等修飾

結(jié)構(gòu)松散的區(qū)域，基因的轉(zhuǎn)錄活性高。63（三）在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確：一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件的結(jié)合足可阻斷RNA聚合酶的結(jié)合，因此同時(shí)采用幾個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件一般不會(huì)改變特異性；相反，如果采用多種正性調(diào)節(jié)元件、正性調(diào)節(jié)蛋白可提高基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特異性和精確性。采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)：在正性調(diào)節(jié)中，大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，所以是沒有活性的；只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白時(shí)，相關(guān)靶基因即可被激活。（四）在真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜

真核細(xì)胞有細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同細(xì)胞部位進(jìn)行，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核，翻譯在細(xì)胞漿。因此，轉(zhuǎn)錄與翻譯產(chǎn)物的分布、定位等環(huán)節(jié)均可以被調(diào)控。65三、RNAPolI和PolIII轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單（一）RNAPolI轉(zhuǎn)錄體系RNAPolI的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNA前體，經(jīng)剪接修飾生成除5SrRNA外的各種rRNA。啟動(dòng)子元件包括：核心元件(coreelement)或核心啟動(dòng)子(corepromoter)和上游控制元件(upstreamcontrolelement,UCE)。

rDNAgene-45+20-156-107coreelementupstreamcontrolelementrRNA

RNApolⅠupstreambindingfactor1,UBF-1selectivityfactor1,SL-1RNApolⅠ67（二）RNAPolIII轉(zhuǎn)錄體系RNAPolIII的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：多種小分子RNA，包括tRNA、5SrRNA和一部分小核RNA。啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游，稱內(nèi)部控制區(qū)(internalcontrolregions,ICR)。

controloftranscriptionforRNApolⅢTGGCNNAGTGGGGTTCGANNCCTGGCNNAGTGGGGTTCGANNCCtRNA

+1TGGCNNAGTGGtDNAgeneGGTTCGANNCCTGGCNNAGTGGGGTTCGANNCCTFⅢCRNApolⅢTFⅢB695srRNA

+15srDNAgeneRNApolⅢTFⅢATFⅢCTFⅢB70（一）真核基因順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性啟動(dòng)子(promoter)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。TATA盒GC盒CAAT盒四、RNAPolII轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜71CCAT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)酵母圖13-7真核基因啟動(dòng)子的典型結(jié)構(gòu)72增強(qiáng)子(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)。沉默子(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。73

Theactionofenhancerdoesnothavestrictdirection.promotergene5’3’GCGA…GCTACGT...ACGenhancergene5’3’TCG...AGCGGCA...TGCA

74真核生物RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的

基因結(jié)構(gòu)與功能

其他調(diào)控元件增強(qiáng)子或沉默子CAAT盒

GC盒

TATA

盒結(jié)構(gòu)基因+1調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平?jīng)Q定基因表達(dá)的時(shí)空特異性等。激素，金屬離子，小分子化合物等反應(yīng)元件。決定基因表達(dá)的基礎(chǔ)水平

與RNApolyII

結(jié)合，決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的精確定位使轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)或減弱維持基本的表達(dá)水平75（二）反式作用因子是真核細(xì)胞中重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白轉(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。76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77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78最常見的DNA結(jié)合域：鋅指(zincfinger)C——CysH——His常結(jié)合GC盒79ZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZn80a-螺旋常結(jié)合CAAT盒堿性螺旋-環(huán)-螺旋堿性亮氨酸拉鏈

81basichelix-turnhelix，bHTH3.4nm213+213213213213213-phageCro82basicleucinezipper，bZIPCOOHNH2COOHNH218152229361815222936LeucineresidueCNCOHCH2CHCH3CH383亮氨酸拉鏈結(jié)合DNA84（三）mRNA轉(zhuǎn)錄激活需要轉(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圖13-9轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成8586甾類激素-受體復(fù)合物作用于增強(qiáng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄87五、RNAPolII轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚（一）HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)病毒蛋白Tat與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5′端特異RNA序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、RNAPolII相互作用，阻止HIV基因組轉(zhuǎn)錄的提早終止。在應(yīng)激條件下暫時(shí)性停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，啟動(dòng)一套能夠提高細(xì)胞生存能力的蛋白質(zhì)即熱休克蛋白(heatshockprotein)的表達(dá)。六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)也是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)（二）mRNA運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)加工過程包括加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯等。通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白體復(fù)合物(ribonucleoprotein,RNP)進(jìn)行。hnRNA轉(zhuǎn)錄后剪接90