普通遗传学基因表达的调控

1、会计学1普通遗传学基因表达的调控普通遗传学基因表达的调控基因只有在它应该发挥作用的基因只有在它应该发挥作用的细胞细胞和应该发和应该发挥作用的挥作用的时间时间，才呈现活化状态。，才呈现活化状态。例如：在一株玉米的全部细胞内都有发育雌花例如：在一株玉米的全部细胞内都有发育雌花丝的基因，但是在根、茎、叶上不会长出雌花丝的基因，但是在根、茎、叶上不会长出雌花丝来，只有在形成子房后，在子房的顶端才长丝来，只有在形成子房后，在子房的顶端才长出雌花丝。出雌花丝。基因调控基因调控(gene regulation): 控制特定基因产物合成的机制称为控制特定基因产物合成的机制称为基因调控基因调控。无论是无论是真核

2、真核还是还是原核生物原核生物转录调节都是涉及到转录调节都是涉及到编码蛋白的编码蛋白的基因基因和和DNA上的上的元件元件:v DNA元件元件是是DNA上一段序列，但它作为一上一段序列，但它作为一种原位（种原位（in situ）序列具有特殊的功能。由于）序列具有特殊的功能。由于它只能作用同一条它只能作用同一条DNA，因此称，因此称顺式作用元件顺式作用元件 (cis-acting element) 。顺式作用位点通常总。顺式作用位点通常总是在靶基因的上游是在靶基因的上游。v 调节基因的产物可以自由地结合到其相应的调节基因的产物可以自由地结合到其相应的靶上，因此被称为靶上，因此被称为反式作用因子反式作

3、用因子（trans-acting factor） 。v 负调控负调控：存在细胞中的：存在细胞中的阻遏物阻遏物阻止转录过程的阻止转录过程的调控。调控。 v 正调控正调控：调节蛋白和：调节蛋白和DNA以及以及RNA聚合酶相聚合酶相互作用来帮助起始。互作用来帮助起始。诱导物诱导物通常与另一蛋白质结通常与另一蛋白质结合形成一种合形成一种激活子复合物激活子复合物，与基因启动子，与基因启动子DNA序序列结合，激活基因起始转录。列结合，激活基因起始转录。原核生物原核生物中基因表达以中基因表达以负调控负调控为主为主, 真核生物真核生物中中则主要是则主要是正调控正调控机制。机制。 图图 14-1 14-1 正调

4、控和负调控正调控和负调控 第一节第一节 原核生物的基因调控原核生物的基因调控 一、转录水平的调控一、转录水平的调控 原核生物原核生物基因表达的调控主要发生在基因表达的调控主要发生在转录水平转录水平。当需要某一特定基因产物时，合成这当需要某一特定基因产物时，合成这种种mRNA。当不需要这种产物时，。当不需要这种产物时，mRNA转录受到抑制转录受到抑制。 1、乳糖操纵元模型、乳糖操纵元模型 大肠杆菌的乳糖降解代谢途径：大肠杆菌的乳糖降解代谢途径：Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有等发现，当大肠杆菌生长在含有乳乳糖糖的培养基上时，的培养基上时，乳糖代谢酶乳糖代谢酶浓度急剧增浓度急剧增加；当培养基

5、中加；当培养基中没有乳糖没有乳糖时，乳糖代谢酶时，乳糖代谢酶基因不表达，基因不表达，乳糖代谢酶合成停止乳糖代谢酶合成停止。为此，为此，Jacob和和Monod（1961）提出了）提出了乳乳糖操纵元模型糖操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因用来阐述乳糖代谢中基因表达的调控机制表达的调控机制 图图 14142 2 乳糖操纵乳糖操纵元模型元模型没有乳糖时没有乳糖时：有乳糖时：有乳糖时：目前，通过遗传分析证明目前，通过遗传分析证明lac操纵元的存在操纵元的存在；已经分离出；已经分离出阻遏蛋白阻遏蛋白，并成功地测定了，并成功地测定了阻遏蛋白的结晶结构，以及阻遏蛋白的结晶结构，以及阻遏蛋白阻遏蛋白与与诱诱导

6、物导物及及操纵子序列操纵子序列结合的结构。结合的结构。 诱导物DNADNADNADNAcAmpcAmp-CAP-CAPO O1 1,O,O2 2阻遏蛋白结构及其与操纵子阻遏蛋白结构及其与操纵子DNA结合模式图结合模式图阻遏蛋白阻遏蛋白阻遏物四聚体阻遏物四聚体阻遏物与阻遏物与CAPCAP、O O1 1、 O2等结合等结合因此：因此：当有当有葡萄糖存在葡萄糖存在，细菌细胞就不产生，细菌细胞就不产生 - -半乳糖苷酶半乳糖苷酶。乳糖操纵元的正调控：乳糖操纵元的正调控：半乳糖半乳糖乳糖乳糖葡萄糖葡萄糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶葡萄糖葡萄糖转化转化除了除了阻遏蛋白阻遏蛋白能抑制能抑制lac操纵元转录外操纵

7、元转录外，其它因子其它因子也能有效地抑制也能有效地抑制lac mRNA转录，这个因子的活性与转录，这个因子的活性与葡萄糖葡萄糖有关：有关：乳糖操纵元的正调控：乳糖操纵元的正调控：葡萄糖可以抑制葡萄糖可以抑制腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenyl cyclase)的活性。的活性。ATP前体前体环式环式Amp (cAmp)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenyl cyclase)cAmp代谢激活蛋白代谢激活蛋白(catabolite activating protein（CAP)+cAmp-CAP复合物复合物正调控因子正调控因子WHY？在有在有葡萄糖存在葡萄糖存在时，不能形成时，不能形成cAmp，也

8、就没有操纵元的也就没有操纵元的正调控因子正调控因子cAmp-CAP复合物，因此基因不表达。复合物，因此基因不表达。 cAmp-CAP复合物复合物结合在结合在lac启动子启动子区域特异核苷酸序列区域特异核苷酸序列启动子启动子DNA弯曲弯曲形成新的构型形成新的构型RNA聚合酶与这种聚合酶与这种 DNA 新构型新构型的结合更加牢固的结合更加牢固转录效率更高转录效率更高乳糖操纵元的正调控乳糖操纵元的正调控2、色氨酸操纵元、色氨酸操纵元 大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中基因调控的典型例子。基因调控的典型例子。trp操纵元由操纵元由5个结构基因个结构基因trpE、t

9、rpD、trpC、trpB和和trpA组成一个多顺反子的基因簇。组成一个多顺反子的基因簇。u5端是端是启动子启动子、操纵子操纵子、前导顺序前导顺序（trpL）和）和衰减子衰减子（attenuator）。）。trp R编码一种编码一种无辅基阻遏物无辅基阻遏物，形成，形成无辅基阻无辅基阻遏物遏物色氨酸复合物色氨酸复合物后，才能与操纵子结合。后，才能与操纵子结合。色氨酸称为色氨酸称为辅阻遏物辅阻遏物。细胞中的细胞中的色氨酸不足色氨酸不足时，无辅基阻遏物的三时，无辅基阻遏物的三维空间结构发生改变，不能与操纵子结合，维空间结构发生改变，不能与操纵子结合，进进行转录行转录。细胞中的细胞中的色氨酸浓度较高色

10、氨酸浓度较高时，色氨酸分子可时，色氨酸分子可与无辅基阻遏物结合，成为有活性的阻遏物，与无辅基阻遏物结合，成为有活性的阻遏物，结合在操纵子区域，结合在操纵子区域，阻止转录阻止转录。 由于由于Trp操纵子的阻遏能力较低，仅操纵子的阻遏能力较低，仅是是lacI产物的产物的1/1000，因此，因此trp操纵子还操纵子还必须依赖别的途径来进行调节。这种途必须依赖别的途径来进行调节。这种途径就是径就是衰减作用衰减作用。衰减子与衰减作用衰减子与衰减作用: :衰减子与衰减作用：1）在在高浓度色氨酸高浓度色氨酸存在存在时，转录的时，转录的前导序列前导序列mRNA只含有只含有140个核苷酸，其中个核苷酸，其中有一

11、段有一段28bp的衰减子区域，它在转录后可迅速形成的衰减子区域，它在转录后可迅速形成发发夹环结构夹环结构，RNA聚合酶转录时不能通过这种发夹环结聚合酶转录时不能通过这种发夹环结构。所以衰减子是一种构。所以衰减子是一种内部内部终止子终止子。2）无色氨酸时无色氨酸时，由，由于前导肽中色氨酸于前导肽中色氨酸密码子的作用，使密码子的作用，使衰减子不能形成发衰减子不能形成发夹结构而成为单链，夹结构而成为单链，继续向前转录继续向前转录 第一节第一节 原核生物的基因调控原核生物的基因调控 一、转录水平的调控一、转录水平的调控二、翻译水平的调控二、翻译水平的调控 二、翻译水平的调控二、翻译水平的调控 1 1、

12、反馈调控机制、反馈调控机制如果某种如果某种蛋白质过量积累，将与其自身的蛋白质过量积累，将与其自身的mRNA结合结合，阻止进一步翻译。，阻止进一步翻译。这种结合位这种结合位点通常包括点通常包括mRNA 5端非翻译区，也包括启端非翻译区，也包括启动子区域的动子区域的 Shine-Dalgarno (SD) (AGGAGGU) 序列序列。 2、反义、反义RNA调控调控反义反义RNA可与目的基因的可与目的基因的5UTR（untranslated region ）互补配对互补配对，配对的区，配对的区域通常也包括启动子的域通常也包括启动子的SD序列，使序列，使mRNA不不能与能与核糖体核糖体有效结合，从而

13、阻止蛋白质的合成有效结合，从而阻止蛋白质的合成。反义反义RNA基因已被导入真核细胞，控制真核生基因已被导入真核细胞，控制真核生物基因表达。例如，物基因表达。例如，将乙烯形成酶基因的反义将乙烯形成酶基因的反义RNA导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期。 第二节第二节 真核生物的基因调控真核生物的基因调控 真核生物基因调控远比原核生物复杂：真核生物基因调控远比原核生物复杂：1 1）高等真核生物的）高等真核生物的基因组基因组远比细菌的基远比细菌的基 因组大得多因组大得多 2 2）很多）很多重复序列重复序列与调控作用有关与调控作用有关 3 3）染色质结构的变化染色质结构

14、的变化可以调控基因表达可以调控基因表达 4 4）存在同一染色体上）存在同一染色体上不同基因间的调控不同基因间的调控 ，也存在，也存在不同染色体之间的基因不同染色体之间的基因调控调控 调控发生在调控发生在DNADNA水平，转录水平，转录后修饰，水平，转录水平，转录后修饰，翻译水平和翻译后修饰等多种层次。翻译水平和翻译后修饰等多种层次。多数基因表多数基因表达调控发生在转录水平。达调控发生在转录水平。一、一、 DNA水平的调控水平的调控二、染色质水平调控二、染色质水平调控三、转录水平的调控三、转录水平的调控四、翻译水平的调控四、翻译水平的调控第二节第二节 真核生物的基因调控真核生物的基因调控1、基因

15、丢失、基因丢失2、基因扩增、基因扩增3、基因重排、基因重排4、DNA甲基化甲基化一一 DNADNA水平的调控水平的调控一、一、DNADNA水平的调控水平的调控 1 1、基因丢失、基因丢失马蛔虫（马蛔虫（2n=2）受精卵的早期分裂受精卵的早期分裂u某些原生动物，如某些原生动物，如线虫线虫、昆虫昆虫和和甲克类动甲克类动物物在个体发育过程中，许多体细胞经常丢掉在个体发育过程中，许多体细胞经常丢掉整个或者部分染色体，只有将要分化形成生整个或者部分染色体，只有将要分化形成生殖细胞的细胞中保留全部染色体。殖细胞的细胞中保留全部染色体。u通过染色体丢失，丢失某些基因而除去这通过染色体丢失，丢失某些基因而除去

16、这些基因的活性的现象称为些基因的活性的现象称为基因丢失基因丢失（gene elimination）。）。2 2、基因扩增、基因扩增 基因扩增：基因扩增：细胞内特定细胞内特定基因拷贝数基因拷贝数专一专一性大量增加的现象性大量增加的现象。 人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致扩增后高效表达，导致细胞生长失控细胞生长失控。有些致癌基因扩增的速度与病症的发展有些致癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。及癌细胞扩散程度高度相关。 3 3、基因重排基因重排 基因重排：基因重排：DNA分子核苷酸序列的重新排分子核苷酸序列的重新排列。重排不仅

17、可以形成列。重排不仅可以形成新的基因新的基因，还可以，还可以调调节基因表达节基因表达。基因组中的。基因组中的DNA序列重排并序列重排并不是一种普遍方式，但它是一些基因调控的不是一种普遍方式，但它是一些基因调控的重要机制重要机制。 酵母交配型转换酵母交配型转换 a 这种交配型转换的基础是遗传物质的重排这种交配型转换的基础是遗传物质的重排。控制交配型的。控制交配型的MAT(mating-type)基因位于酵母基因位于酵母菌菌第第3染色体染色体上，上，MATa和和MAT 互为等位基因互为等位基因。 动物抗体分子的基本结构动物抗体分子的基本结构一个抗体分子包括两条重链一个抗体分子包括两条重链( H )

18、和两条轻和两条轻 链链( L )。氨基。氨基端端( N端端)是变异区是变异区( V )，羧基端，羧基端( C端端)是恒定区是恒定区( C ) 动物抗体基因重排 VC人类抗体由不同基因片段经重排组合后形成的。人类抗体由不同基因片段经重排组合后形成的。重链基因重链基因包括包括4个片段：个片段：变异区变异区 (VH)，多样区多样区 (D)，连接区连接区 (J)，恒定区恒定区（C），在），在14号染色体号染色体轻链基因轻链基因有有3个片段。个片段。变异区变异区(VL)，连接区连接区(J)和和恒定区恒定区(C)。免疫球蛋白的多样性免疫球蛋白的多样性人类第人类第1414号染色体上抗体重链基因片段号染色体上

19、抗体重链基因片段(A)(A)和抗体重链基和抗体重链基因的构建因的构建(B)(B)BVVVVDDDDCCCJJJJA86 V9 J30 D11 C100 kb抗体基因重排中各个片段之间的随机组合，抗体基因重排中各个片段之间的随机组合，由约由约300个抗体基因片段个抗体基因片段产生产生108个抗体分子。个抗体分子。 免疫球蛋白的多样性免疫球蛋白的多样性4、DNA甲基化甲基化v 真核生物中，少数真核生物中，少数胞嘧啶胞嘧啶第第5碳上的氢被一个碳上的氢被一个甲基取代甲基取代-甲基化甲基化。甲基化。甲基化C在在DNA复制中可整复制中可整合到正常合到正常DNA序列中。序列中。C甲基化在甲基化在CG双核苷酸

20、序双核苷酸序列中发生频率最高列中发生频率最高。许多真核生物基因许多真核生物基因5端未翻译区富含端未翻译区富含CG序序列，为甲基化提供很列，为甲基化提供很多可能的位点。多可能的位点。甲基化甲基化可降低转可降低转录效率。录效率。一、一、 DNA水平的调控水平的调控二、染色质水平调控二、染色质水平调控第二节第二节 真核生物的基因调控真核生物的基因调控二二 染色质水平调控染色质水平调控（一）异染色质化（一）异染色质化（二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用（二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用（三）（三）DNADNA酶的敏感区域酶的敏感区域（四）核基质蛋白（四）核基质蛋白（一）异染色质化（一）异染色质化（二）组

21、蛋白质修饰和非组蛋白的作用（二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用（三）（三）DNADNA酶的敏感区域酶的敏感区域（四）核基质蛋白（四）核基质蛋白 功能性异染色质功能性异染色质：在某些特定的细胞中，或：在某些特定的细胞中，或在一定的发育时期和生理条件下凝聚，由常染在一定的发育时期和生理条件下凝聚，由常染色质变成异染色质，这是色质变成异染色质，这是表达调控的途经表达调控的途经。哺乳动物中，细胞质某些调节物质能使两条哺乳动物中，细胞质某些调节物质能使两条X染色体中的一条异染色质化。雌、雄动物之间染色体中的一条异染色质化。雌、雄动物之间虽虽X染色体的数量不同，但染色体的数量不同，但X染色体上基因产物染色体

22、上基因产物的剂量是平衡的，这个过程就称为的剂量是平衡的，这个过程就称为剂量补偿剂量补偿。在正常女性的细胞核中有一团高度凝聚的染色质，这在正常女性的细胞核中有一团高度凝聚的染色质，这是失活的染色体是失活的染色体巴尔小体（巴尔小体（Barr body）。两条）。两条X染色体中哪一条失活是随机的，染色体中哪一条失活是随机的，生殖细胞形成时失活生殖细胞形成时失活的的X染色体可得到恢复染色体可得到恢复。（一）异染色质化（一）异染色质化（二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用（二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用组蛋白组蛋白可被修饰，修饰可改变其与可被修饰，修饰可改变其与DNA的接的接合能力。若被组蛋白覆盖的基因要

23、表达，那么合能力。若被组蛋白覆盖的基因要表达，那么组蛋白必须被修饰，使其和组蛋白必须被修饰，使其和DNA的结合由紧的结合由紧变松，这样变松，这样DNA链才能和链才能和RNA聚合酶或调节聚合酶或调节蛋白相互作用。因此蛋白相互作用。因此组蛋白的作用本质上是真组蛋白的作用本质上是真核基因调节的核基因调节的负控制因子负控制因子，即它们是基因表达，即它们是基因表达的的抑制物抑制物。非组蛋白非组蛋白打开特异基因的分子，具有打开特异基因的分子，具有组织特异组织特异性性，在，在基因表达的调节基因表达的调节、细胞分化的控制细胞分化的控制以及以及生物的发育中生物的发育中起着很重要的作用起着很重要的作用。 当一个基

24、因处于当一个基因处于转录活性状态转录活性状态时，含有时，含有这个基因的染色质区域对这个基因的染色质区域对DNA酶酶降解降解的敏感性要比无转录活性区域高得多。的敏感性要比无转录活性区域高得多。具有转录活性基因周围的具有转录活性基因周围的DNA区域有一区域有一个中心区域，对个中心区域，对DNA酶酶高敏感，称为高敏感，称为超敏感区域超敏感区域或或超敏感位点超敏感位点。这些位点或。这些位点或区域将首先受到区域将首先受到DNA酶酶的剪切的剪切。 （三）（三）DNADNA酶的敏感区域酶的敏感区域染色质并不漂浮在核内，而是结合在染色质并不漂浮在核内，而是结合在核基质核基质（骨架蛋白）上。这种结合是（骨架蛋白

25、）上。这种结合是特异性特异性的，这种特异性的结合对于控的，这种特异性的结合对于控制基因的活性是有用的。制基因的活性是有用的。 （四）核基质蛋白（四）核基质蛋白 如如卵清蛋白基因卵清蛋白基因与与鸡卵巢鸡卵巢的细胞核基质结合，的细胞核基质结合，而不与而不与鸡肝脏鸡肝脏核基质结合。核基质结合。一、一、 DNA水平的调控水平的调控二、染色质水平调控二、染色质水平调控三、转录水平的调控三、转录水平的调控第二节第二节 真核生物的基因调控真核生物的基因调控（一）（一） 顺式作用元件顺式作用元件（二）（二） 反式作用因子反式作用因子三三 转录水平的调控转录水平的调控 （一）（一） 顺式作用元件顺式作用元件1

26、1 启动子启动子与转录因子与转录因子 2 2 增强子增强子启动子启动子是转录因子和是转录因子和RNA聚合酶的结合位点聚合酶的结合位点，位于受其调控的基因上游某一固定位置，紧邻位于受其调控的基因上游某一固定位置，紧邻转录起始点，是转录起始点，是基因的一部分基因的一部分。1 1 启动子启动子与转录因子与转录因子 转录因子转录因子是激活真核生物基因转录的蛋是激活真核生物基因转录的蛋白质白质。真核生物基因转录与原核生物的一个重真核生物基因转录与原核生物的一个重要区别是要区别是：真核生物基因的：真核生物基因的启动子启动子必须必须与与一系列转录因子结合一系列转录因子结合，才能在，才能在RNA聚聚合酶的作用

27、下起始转录合酶的作用下起始转录。 真核生物启动子真核生物启动子 TATA盒盒(TATA box)：转录起始点上游：转录起始点上游2530bp处，处，RNA聚合酶聚合酶II能识别并结能识别并结合的位点。合的位点。 CAAT盒盒(CAAT box)：转录起始点上：转录起始点上游游7080bp处，这段序列没有方向性，处，这段序列没有方向性，对于起始转录具有重要作用。对于起始转录具有重要作用。 有些启动子上游有些启动子上游110bp处还有几个处还有几个GC盒盒(GC box)，可起增强子的作用。可起增强子的作用。1 1 启动子启动子与转录因子与转录因子 图图 真核生物真核生物55端的顺式调控元件端的顺

28、式调控元件 转录增强子转录增强子是真核生物基因转录中的另一是真核生物基因转录中的另一种种顺式调控元件顺式调控元件，通常位于启动子上游，通常位于启动子上游700-1000bp处，离转录起始点较远处，离转录起始点较远。 2 2 增强子增强子(transcriptional enhancer)增强子主要有两个功能增强子主要有两个功能: 与与转录激活子转录激活子结合，改变染色质的构型；结合，改变染色质的构型； 使使DNA弯曲形成环状结构，使增强子与启动弯曲形成环状结构，使增强子与启动子直接接触，以便通过子直接接触，以便通过转录因子转录激活子转录因子转录激活子RNA聚合酶聚合酶一起形成一起形成转录复合体

29、转录复合体，从而提高，从而提高mRNA合成效率。合成效率。图图14 14 转录复合体转录复合体 增强子与不同启动子进行增强子与不同启动子进行竞争性互作竞争性互作：在同一时间，一个增强子只能与一个启动子发生互在同一时间，一个增强子只能与一个启动子发生互作。两个启动子作。两个启动子P1和和P2的中间是一个增强子。的中间是一个增强子。当当P1启启动子与其特异激活子结合后动子与其特异激活子结合后，增强子，增强子优先与优先与P1启动子启动子结合结合，转录，转录P1的序列。如果的序列。如果P2启动子与它的特异激活启动子与它的特异激活子形成了复合体，增强子与子形成了复合体，增强子与P2启动子结合，使启动子结

30、合，使P2基因基因转录。转录。2 2 增强子增强子u竞争增强子竞争增强子成为成为P1或或P2基因表达的一基因表达的一个个开关机制开关机制。（二）反式作用因子（二）反式作用因子根据靶位点的特点反式作用因子分为根据靶位点的特点反式作用因子分为3类：类：（1） 通用反式作用因子通用反式作用因子 （2）特殊组织与细胞中的反式作用因子）特殊组织与细胞中的反式作用因子（3）反应性元件相结合的反式作用因子）反应性元件相结合的反式作用因子 反式作用因子通过不同途经发挥调控作用：反式作用因子通过不同途经发挥调控作用：（1）蛋白质和）蛋白质和DNA相互作用相互作用（2）蛋白质和配基结合）蛋白质和配基结合（3）蛋白

31、质之间的相互作用以及蛋白质的）蛋白质之间的相互作用以及蛋白质的 修饰等修饰等 -螺旋螺旋-转角转角- -螺旋螺旋(HTH) 有有3个螺旋，螺旋个螺旋，螺旋3识别并和识别并和DNA结合，一般结合于大沟；螺旋结合，一般结合于大沟；螺旋1和和2和其它蛋白质结合。和其它蛋白质结合。 1 1 、蛋白质直接和、蛋白质直接和DNADNA结合结合1 1 蛋白质直接和蛋白质直接和DNADNA结合结合锌指锌指区域包括二个半胱氨酸区域包括二个半胱氨酸(Cys)及二个组及二个组氨酸氨酸(His)族，其保守重复序列为族，其保守重复序列为Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His。其中的。其中的Cys和

32、和His残残基与锌离子基与锌离子(Zn+)形成的配位键，使氨基酸形成的配位键，使氨基酸折叠成环，形成类似手指的构型。折叠成环，形成类似手指的构型。2 2 蛋白质和配基结合蛋白质和配基结合 当甾类激素等进入细胞后，在细胞质中受体蛋白质当甾类激素等进入细胞后，在细胞质中受体蛋白质与之结合，结合后受体构象发生改变，成为与之结合，结合后受体构象发生改变，成为活化状态活化状态，然后进入细胞核。然后进入细胞核。受体识别受体识别特殊的保守序列并与之结特殊的保守序列并与之结合，从而活化了其下游的启动子，使激素调节基因开合，从而活化了其下游的启动子，使激素调节基因开始转录。始转录。 酵母半乳糖基因是受酵母半乳糖

33、基因是受正调控因子正调控因子GAL4调控蛋白调控，同时，还受调控蛋白调控，同时，还受负调控因子负调控因子GAL80调控蛋白的调控。调控蛋白的调控。 这里利用这里利用两个半乳糖基因两个半乳糖基因GAL1和和GAL10来说明这种基因调控机制。来说明这种基因调控机制。 3 3 蛋白质之间的相互作用蛋白质之间的相互作用正调控因子正调控因子Gal4p受受另一个调控蛋白另一个调控蛋白Gal80p的的负调控负调控，Gal80p总是与总是与Gal4p结合，覆盖了结合，覆盖了Gal4p的活性中心，当磷酸化的的活性中心，当磷酸化的半乳糖与半乳糖与Gal80p/Gal4p复合体结合复合体结合时，改变它们的构型，时，

34、改变它们的构型，使使Gal4p的的活性中心外露活性中心外露，结果诱导，结果诱导gal基因表基因表达。达。3 3 蛋白质之间的相互作用蛋白质之间的相互作用无半乳糖时，无半乳糖时，基因不表达基因不表达有半乳糖时，有半乳糖时，基因不表达基因不表达一、一、 DNA水平的调控水平的调控二、染色质水平调控二、染色质水平调控三、转录水平的调控三、转录水平的调控四、翻译水平的调控四、翻译水平的调控第二节第二节 真核生物的基因调控真核生物的基因调控四、翻译水平的调控四、翻译水平的调控 真核生物中，如果翻译过程被抑制，则已真核生物中，如果翻译过程被抑制，则已经转录的经转录的mRNA也不能翻译成多肽，被也不能翻译成

35、多肽，被迫以失活的状态贮存起来。迫以失活的状态贮存起来。例如例如，植物的，植物的种子可以贮存很多年，一旦条件合适，即种子可以贮存很多年，一旦条件合适，即可发芽。可发芽。四四 翻译水平的调控翻译水平的调控 （一）（一） mRNA运输运输（二）（二）mRNA翻译的控制翻译的控制（三）（三）mRNA的结构的结构 （四）选择性翻译（四）选择性翻译（五）反义（五）反义RNA（六）蛋白质的加工（六）蛋白质的加工运输控制运输控制（transport control）是对转）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的录本从细胞核运送到细胞质中的数量数量进行进行调节。调节。核膜核膜是一个基因表达的控制点。几乎只是一个基

36、因表达的控制点。几乎只有有一半一半的编码蛋白基因的初始转录本一直的编码蛋白基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。留在核里面，然后被降解掉。（一）（一） mRNA运输运输翻译明显地影响到基因的表达。例如翻译明显地影响到基因的表达。例如mRNA储存在动物的储存在动物的未受精卵未受精卵中，蛋白质合成率很低；中，蛋白质合成率很低；一旦受精一旦受精蛋白质合成立即增加。并没有新的蛋白质合成立即增加。并没有新的mRNA的合成，是一种翻译控制。的合成，是一种翻译控制。在细胞质中在细胞质中mRNA分子的分子的稳定性稳定性很不一致，很不一致，几分钟几个月。几分钟几个月。 mRNA的降解的降解可能是一个重要

37、控制点。降可能是一个重要控制点。降解速率和解速率和mRNA结构特点有关，如很多短寿命结构特点有关，如很多短寿命的的mRNA 3 非翻译区（非翻译区（UTR）中富含中富含AU的序的序列（列（UUAAUUUAU），作用机制还不清楚。），作用机制还不清楚。（二）（二）mRNAmRNA翻译的控制翻译的控制多数多数mRNA的翻译活性依赖于的翻译活性依赖于5 端端“帽帽”结构，只结构，只有有“帽帽”被甲基化被甲基化，方可有效翻译。，方可有效翻译。起始密码子起始密码子AUG的位置和其侧翼的序列影响翻译的的位置和其侧翼的序列影响翻译的效率。影响起始复合物的形成，进而影响翻译效率。效率。影响起始复合物的形成，进

38、而影响翻译效率。5 UTR的长度的长度影响翻译的效率和起始的精确性。当影响翻译的效率和起始的精确性。当1780bp之间时，体外翻译效率与长度成正比。之间时，体外翻译效率与长度成正比。5 UTR可能形成发夹可能形成发夹或茎环二级结构，阻止核糖体或茎环二级结构，阻止核糖体40S亚基的迁移，对翻译起始有顺式抑制作用。亚基的迁移，对翻译起始有顺式抑制作用。 3端的端的poly A 影响影响mRNA的稳定性和翻译效的稳定性和翻译效率。率。（三）（三）mRNAmRNA的结构的结构 u珠蛋白是由珠蛋白是由两条两条链链和和两条两条链链组成的。在二组成的。在二倍体细胞中有倍体细胞中有4个个-珠蛋白基因珠蛋白基因

39、，如果它们相同，如果它们相同转录和翻译的话，应是转录和翻译的话，应是:=2:1，而实际上是，而实际上是1:1。是。是转录调控转录调控还是还是翻译调控翻译调控？体外实验：在无细胞系统中加入等量体外实验：在无细胞系统中加入等量-mRNA、-mRNA、少量起始因子，合成的、少量起始因子，合成的-珠蛋白仅珠蛋白仅占占3%，说明，说明-mRNA和起始因子的亲和性远大和起始因子的亲和性远大于于-mRNA。当加入当加入过量的起始因子过量的起始因子时，时，:=1.4:1 ，接近，接近1:1。表明是在。表明是在翻译水平翻译水平上存在的差异，即和翻上存在的差异，即和翻译起始因子的亲和性不同。译起始因子的亲和性不同

40、。（四）选择性翻译（四）选择性翻译来自骨髓细胞瘤病毒的癌基因来自骨髓细胞瘤病毒的癌基因myc三个外显子三个外显子中的第中的第1，2两个外显之间有部分互补两个外显之间有部分互补。在有的。在有的细胞中，当失去细胞中，当失去外显子外显子1时时，myc基因过量表达，基因过量表达，推测外显子推测外显子1可能通过互补来抑制可能通过互补来抑制myc的表达。的表达。（五）反义（五）反义RNARNA（六）蛋白质的加工（六）蛋白质的加工翻译形成的翻译形成的线状多肽链线状多肽链没有功能，需要经过加没有功能，需要经过加工修饰后才具有活性。加工过程中涉及到一系工修饰后才具有活性。加工过程中涉及到一系列调控机制列调控机制

41、 蛋白质折叠蛋白质折叠: :蛋白质在一定的条件下蛋白质在一定的条件下(如在伴如在伴蛋白蛋白chaperones存在时存在时)，才能折叠成，才能折叠成一定的一定的空间构型空间构型，并具有生物学功能。，并具有生物学功能。 蛋白酶切割蛋白酶切割: :翻译后经翻译后经蛋白酶蛋白酶(protease)加加工切割的主要作用是切除工切割的主要作用是切除氨基端或羧基端氨基端或羧基端的序的序列，以便形成有功能的空间构型。列，以便形成有功能的空间构型。 蛋白质的化学修饰蛋白质的化学修饰: :简单的化学修饰简单的化学修饰就是将就是将一些小化学基团，如一些小化学基团，如乙酰基乙酰基、甲基甲基、磷酸基磷酸基加加到氨基酸

42、侧链、或蛋白质的氨基端或羧基端。到氨基酸侧链、或蛋白质的氨基端或羧基端。复杂的修饰复杂的修饰是蛋白质的是蛋白质的糖基化糖基化，即一些分子量，即一些分子量大的碳水化合物侧链加到多肽链上。大的碳水化合物侧链加到多肽链上。 蛋白质内含子蛋白质内含子（加工切除）（加工切除）: :有些有些前体蛋白前体蛋白质分子具有内含子质分子具有内含子(inteins)序列序列，位于多肽链，位于多肽链序列的中间，经加工切除后，两端的蛋白质外序列的中间，经加工切除后，两端的蛋白质外显子显子(exteins)连接为成熟蛋白质。连接为成熟蛋白质。 （六）蛋白质的加工（六）蛋白质的加工本章重点本章重点原核生物转录水平的调控原核生物转录水平的调控真核生物转录水平的调控真核生物转录水平的调控作业作业Gene silencing!第一节第一节 原核生物的基因调控原核生物的基因调控 一、转录水平的调控一、转录水平的调控 原核生物原核生物基因表达的调控主要发生在基因表达的调控主要发生在转录