第九章-真核生物基因的表达及其调控.doc

精品文档第九章 真核生物基因的表达及其调控教学要点：名词： 持家基因和奢侈基因 静止子 顺式作用元件 反式作用因子 双内含子 UA序列理解真核基因表达调控的复杂性掌握真核基因在染色体水平上的活化调节学习增强子在结构和功能上的特点 掌握真核生物RNA聚合酶的结构特点及其相关启动子的各组分的功能。掌握RNA编辑的机制 授课时数：4学时真核生物基因表达调控：n 基因表达水平n 染色质水平n 转录水平（主要调控）n 转录后加工水平n 翻译水平n 翻译后水平 第一节 真核生物中基因表达水平的分析一、真核生物：受精卵不同生物功能的分化细胞二、分化细胞：维持其正常结构和新陈代谢等生命活动；行使其特定的功能。尽管各种生物的细胞中都有该种生物的一整套基因，然而不同种类的细胞中处于工作状态的基因种类却不尽相同。三、cDNA-mRNA 杂交： 所以某种mRNA 在群体中频率越高，相应的cDNA 的频率越高，cDNA 与过量mRNA 越容易形成杂合双链。 当少量单链DNA 与大量RNA 杂交时，所有能与RNA 互补的DNA 都会形成RNA-DNA 杂合分子。 第二节染色质水平上的基因活化调节一、染色质的疏松及活性染色质特征 1.染色质纤维解旋局部膨大染色体泡 2.染色质的模板容量 一定量的染色质所能合成的RNA的量 3.常染色质与异染色质二、转录基因与核小体结构 核小体相位：指同一类型的所有细胞中，组蛋白八聚体在DNA序列上的特殊定位。 改变调控元件的位置：启动子、增强子三 蛋白质的修饰与基因活化调节 （一）组蛋白的调控 1、组蛋白含量增加DNA模板容量降低 Hi：不影响H2A、H2B、H3、H4：影响模板容量，阻止DNA链上RNA链的延长 2、组蛋白修饰：核小体组蛋白上的某些氨基酸被共价修饰的现象l 主要：乙酰基化、甲基化、磷脂化、泛素化l 共性：组蛋白正电荷减少、碱性降低、松弛与DNA的结合、活化染色质、便于转录、调控（二）非组蛋白在基因表达中的作用调节基因表达 细胞分化：特异DNA序列上组蛋白与非组蛋白相互作用形成不同抑制区的结果。（三）高迁移率群蛋白质（high-mobility group protein，HMG蛋白） HMG蛋白：一组较丰富而不均一、富含电荷的非组蛋白。相对分子量一般3.0104，在聚丙烯酰胺电泳中迁移率很高而被命名。 四、DNA的甲基化和去甲基化与基因活性的关系DNA修饰：真核生物主要甲基化、去甲基化。 全甲基化：CG二核苷酸对的2 C甲基化 半甲基化：GC二核苷酸对的1 C甲基化 高度甲基化序列无活性的标志 甲基化不足活性序列五、基因丢失、重排、扩增与基因活性的调节（1）基因丢失：多见于体细胞，消除基因活性 细胞全能性：高等生物中很多生物的不同类型的细胞常有发育成完整个体的潜在能力，即具有个体发育所必需的全部基因。（2）基因扩增：细胞中特定基因的拷贝数专一性大量增加的现象。（3）基因重排真核生物基因组中的DNA序列可发生重排，这种重排是由特定基因组的遗传信息所决定的，是有些基因调控的重要机制。 （4）融合基因现象：把多个基因序列融合成一个基因进行表达，由此产生所谓多功能的“多聚蛋白质”。第三节 真核基因转录水平的调控一、真核生物的RNA聚合酶真核细胞中有3种RNA聚合酶，即RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶，分别分布于核内的不同区域。聚合酶研究得比较广泛和深入。RNA聚合酶中最大的亚基相当于细菌RNA聚合酶的亚基。其羧基末端有多磷酸化位点的 7肽重复序列，或称羧基末端结构域（CTD）。7肽序列是Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser，为RNA聚合酶所独有。这个序列的重复次数很重要，若缺失数目达一半以上，则对细胞有致死效应。CTD中的丝氨酸和苏氨酸残基可高度磷酸化。二、真核基因的顺式作用元件顺式作用元件：指 DNA上对基因表达有调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响与其自身处于同一DNA分子上的基因。（一）启动子的结构和功能 真核细胞中有3种RNA聚合酶，相对应的也有3类启动子，其中RNA聚合酶转录编码蛋白质结构基因，其启动子的结构较复杂，有关的研究较为广泛深入。在这一部分中将以RNA聚合酶的启动子为重点进行讨论。1 TATA框与起始因子 2. CAAT框在决定启动子的起始频率方面有着重要的作用。3GC框 （二）增强子的结构和功能 1.结构：2.功能：对转录的增强作用。3.增强子的特性： （三）静止子1.概念：类似增强子但起负调控作用的顺式元件。2.功能：静止子被它相应的反式因子结合后，可以使正调控系统失去作用。静止子这类负调控原件可以不受距离和方向的限制，并且能对异源基因的表达起作用，其机理目前仍不清楚。三、转录起始调节（一）转录起始因子与起始复合物的装置 （二）转录起始中转录因子的作用机制 四、调控转录的反式作用因子（一）反式作用因子的结构特征 一般都具有不同功能的结构域（domain），这些结构域又各有其自身的结构特征。反式作用因子的基本结构中有3个主要的功能结构域：1DNA识别或DNA结合结构域2激活基因转录的功能结构域 3结合其他因子或调控蛋白的调节结构域 （二）序列特异性DNA结合蛋白的几种结构域的模式1螺旋-转角-螺旋结构2锌指结构 3亮氨酸拉链结构4螺旋-环-螺旋结构 五、真核基因表达的激素调节（一）甾体激素受体的结构和功能 （二）受体与DNA的相互作用 六、Britten-Davidson模型（一）Britten-Davidson调节模型：结构基因在该模型中称为生产基因（produce gene，P）的 5端存在着一段序列称为受体位点，它可被某种激活因子（activator，A）所激活；整合基因（integrator gene，）是产生激活物的基因；感受位点（sensor site，S）负责接受生物体对基因表达的调控信号，如在氨基酸饥饿、激素水平等条件影响下能诱导整合基因合成激活物，而激活物的合成又受感受位点的控制。（二）重复序列在协同调控中的作用 第四节 真核基因转录后水平的调控一、RNA前体的加工tRNA前体的加工rRNA前体的加工mRNA前体的一般加工二、真核基因中的内含子（一）类内含子 （二）类内含子 （三）类内含子 三、内含子的剪接（一）自我剪接 型内含子型内含子（二）核前体mRNA的剪接 1剪接反应 2剪接体（spliceosome）3.剪接体的组装步骤（三）tRNA前体中内含子的剪接四、交替剪接1.概念： 2.交替剪接的基本方式大抵可分为3大类：第一类：不同5端型。第二种：不同3末端型第三种：包含原初转录物相同情况下产生的不同剪接方式3.影响交替剪接的因素：l mRNA前体内部结构的状况l 反式作用因子的影响：snRNA、snRNP蛋白质等的活性和含量。五、RNA编辑RNA编辑（RNA edition）是一种较为独特的遗传信息的加工方式，即转录后的mRNA在编码区发生碱基插入、删除或转换的现象，是在RNA分子上的一种修饰。（一）RNA编码的类型：碱基的插入或删除碱基的插入核苷酸的替换（二）RNA编辑的可能机制 （三）RNA编辑的意义第五节 真核基因翻译水平的调控翻译调控中，最为重要的几个方面是：mRNA自身的稳定性，翻译起始的调节，参与翻译的相关因子中起始因子的作用以及真核mRNA的结构等。一、mRNA的稳定性二、真核生物蛋白质合成的起始反应及其调控（一）蛋白质生物合成的起始反应蛋肽链的起始：最重要，翻译水平调控的主要时期肽链的延伸肽链的终止：。（二）蛋白质生物合成起始反应的机制1扫描模型（scanning model）2内部起始机制（internal initiation） （三）mRNA5端“帽”结构的识别机制1“帽”结构的功能2“帽”结合蛋白的性质与功能：识别mRNA上的“帽”，促使起始复合物形成，可能还具有依赖ATP对mRNA5先导序列的二级结构解旋的功能。n CBP：起始因子eIF-4E，其相对分子质量约2.4104，是对“帽”专一性作用的小蛋白质，它促进有“帽”mRNA的翻译，但对无“帽”的mRNA无效。n CBP：（eIF-4F），由3种多肽成分组成，相对分子质量分别为24、50、220103。三、翻译因子的磷酸化与蛋白质合成起始反应的调控（一）eIF-2磷酸化对起始反应的调节 （二）eIF-4F磷酸化对翻译作用的激活 四、mRNA非翻译区的结构与翻译调控（一）5非翻译区参与调控翻译的起始作用 在提出翻译起始的扫描模型之后，1990年Kozak又指出mRNA分子的5非翻译区（5untranslated region，UTR）以及AUG附近的结构特征也与翻译起始作用的调控密切相关。1 mRNA5“帽”m7PPPN结构 不仅有利于mRNA由细胞核转运至细胞质和增加其稳定性，而且5“帽”和3的多A尾对mRNA有效翻译的调节有协同作用。2起始密码AUG的位置及其旁侧序列 3起始密码子AUG所在的先导序列的长度对翻译起始的影响影响起始效率和翻译起始的准确性。45UTR二级结构 阻止核糖体40S亚基的迁移，对翻译起始有顺式抑制作用，作用的强弱则取决于发夹结构的稳定性及其在5UTR中的位置。（二）3UTR结构对翻译的调控 1终止密码及其旁侧序列 UAA、UGA和UAG这3个终止密码子，在不同种真核生物中的使用频率不同，终止密码的选用