基因工程PPT课件 第八章 基因的表达与调控下真核基因表达调控模式

1、第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）真核基因表达调控模式真核基因表达调控模式1/15/20221第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组成，每个细胞基因组中蕴类之外）主要由多细胞组成，每个细胞基因组中蕴藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物。藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组有人类细胞单倍体基因组有3109bp，为大肠杆菌，为大肠杆菌总总dna的的800倍，噬菌体的倍，噬菌体的10万倍左右！万倍左右！真核生物染色质被包裹

2、在细胞核内，基因的转真核生物染色质被包裹在细胞核内，基因的转录（核内）和翻译（细胞质内）被核膜所隔开，核录（核内）和翻译（细胞质内）被核膜所隔开，核内内rna的合成与转运，细胞质中的合成与转运，细胞质中rna的剪接和加工的剪接和加工等都属于真核生物基因调控的范围。等都属于真核生物基因调控的范围。1/15/20222第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）1/15/20223v真核基因的表达调控的特点：真核基因的表达调控的特点：n原核细胞原核细胞环境因素对调控起决定性的作用。环境因素对调控起决定性的作用。群体中每一个细胞对环境变化的反应是直接的群体中每一个细胞对环境变化的反应是

3、直接的和一致的。和一致的。n真核细胞真核细胞基因表达调控最明显的特征是在特基因表达调控最明显的特征是在特定时间，特定的细胞中特定的基因被激活，实定时间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现现“预定预定”的、有序的、不可逆转的分化、发的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的，环境因素在其中作用是生命活动规律决定的，环境因素在其中作用不大。不大。第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）1/15/20224v真核生物基因调控可分为两大类：真核生物基因调控可分为两大类：n第一类是瞬时调控或称可逆性

4、调控，它相当于原核细胞第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节；平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节；n第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生长、分化、发育的进程。精髓部分，决定了真核细胞生长、分化、发育的进程。v根据基因调控发生的先后次序，又可分为：根据基因调控发生的先后次序，又可分为：n转录水平调控转录水平调控n转录后水平调控（转录后水平调控（rna加工成熟过程的调

5、控，翻译水平加工成熟过程的调控，翻译水平的调控，蛋白质加工水平的调控）。的调控，蛋白质加工水平的调控）。第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）1/15/20225v研究基因调控的三个主要研究基因调控的三个主要内容：内容：n诱发基因转录的信号？诱发基因转录的信号？n基因调控在哪一步（模板基因调控在哪一步（模板dna的转录、的转录、mrna的成的成熟或蛋白质合成）实现的熟或蛋白质合成）实现的？n不同水平基因调控的分子不同水平基因调控的分子机制什么？机制什么？第八章第八章 基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）1/15/20226v 内容：内容：1. 真核生物的基因结构与转

6、录活性2. 真核基因转录机器的主要组成3. 真核生物的基因转录的调控4. 蛋白质磷酸化对基因转录的调控5. 蛋白质乙酰化对基因表达的影响6. 激素与热激蛋白对基因表达的影响第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/20227v真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及dna的的空间结构方面存在的差异空间结构方面存在的差异:n在真核细胞中，成熟在真核细胞中，成熟mrna为单顺反子为单顺反子mrna，很少，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。n真核细胞真核细胞dna与组蛋白和大量非组蛋白

7、相结合，只有与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分一小部分dna是裸露的。是裸露的。n高等真核细胞高等真核细胞dna中很大部分是不转录的，大部分真中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间存在不被翻译的内含子。核细胞的基因中间存在不被翻译的内含子。1/15/20228n真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行dna片段重排，能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。片段重排，能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。n在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始位点上游不远处，调控蛋白结合到调

8、节位点上可直接始位点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制促进或抑制rna聚合酶对它的结合。在真核生物中，基聚合酶对它的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，它们可能远离核心启动子达因转录的调节区则大得多，它们可能远离核心启动子达几百个甚至上千个碱基对。几百个甚至上千个碱基对。n真核生物的真核生物的rna在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。原核生物中不，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。原核生物中不存在这样严格的空间间隔。存在这样严格的空间间隔。n许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，许多真核生

9、物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。才能被顺利地翻译成蛋白质。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/202291. 基因家族基因家族v 在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并以多在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并以多顺反子的方式进行转录。而真核细胞中的顺反子的方式进行转录。而真核细胞中的dna是单顺贩子是单顺贩子结构，很少置于同一启动子之下的操纵子。结构，很少置于同一启动子之下的操纵子。v 真核细胞中许多相关的基因长按功能成套组合，被称为真核细胞中许多相关的基因长按功能成套组合，被称为基基因家族因家族。同

10、一家族的成员有时紧密排列在一起，成为一个。同一家族的成员有时紧密排列在一起，成为一个基因簇基因簇；更多时候，分散在同一染色体不同部位，甚至位；更多时候，分散在同一染色体不同部位，甚至位于不同染色体上，具有各自不同的表达调控模式。于不同染色体上，具有各自不同的表达调控模式。1/15/202210第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022111.1. 简单多基因家族简单多基因家族v 简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。n细 菌 中 所 有r r n a 和 部 分trna都来自这个分子量为30s（

11、约6500个核苷 酸 ） 的 前rrna。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022121.1. 简单多基因家族简单多基因家族n在真核生物中，前在真核生物中，前rrna转录产物的分子量为转录产物的分子量为45s，（，（约有约有14 000个核苷酸），包括个核苷酸），包括18s，28s和和5.8s三个主三个主要要rrna分子。分子。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022131.2. 复杂多基因家族复杂多基因家族v 复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之复杂多基因家族一般由几个相关基因家族

12、构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。v 海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为6 000bp的片段中，分别被间隔序列所隔开。这的片段中，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1 000次。次。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022141.3. 发育调控的复发育调控的复杂多基因家族杂多基因家族v 血红蛋白是所有动物血红蛋白是所有动物体内

13、输送分子氧的主体内输送分子氧的主要载体，由要载体，由22组组成的四聚体加上一个成的四聚体加上一个血红素辅基（结合铁血红素辅基（结合铁原子）后形成功能性原子）后形成功能性血红蛋白。在生物个血红蛋白。在生物个体发育的不同阶段出体发育的不同阶段出现几种不同形式的现几种不同形式的和和亚基。亚基。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022152. 真核基因的断裂结构真核基因的断裂结构2.1外显子与内含子外显子与内含子v 内含子内含子是指存在于原始转录物或基因组是指存在于原始转录物或基因组dna中，但不存在中，但不存在于成熟于成熟mrna、rrna或或trna

14、中的那部分核苷酸序列。大中的那部分核苷酸序列。大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成的。部分组成的。v 基因中的内含子数量和大小都不同。胶原蛋白基因长约基因中的内含子数量和大小都不同。胶原蛋白基因长约40kb，至少有，至少有40个内含子，其中短的只有个内含子，其中短的只有50bp，长的可达，长的可达到到2000bp。v 少数基因，如组蛋白及少数基因，如组蛋白及型、型、型干扰素基因，根本不带内型干扰素基因，根本不带内含子。含子。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022162

15、.2 外显子与内含子的连结区外显子与内含子的连结区v 断裂结构的一个重要特点是外显子断裂结构的一个重要特点是外显子-内含子连接区的高度保内含子连接区的高度保守性和特异性碱基序列。守性和特异性碱基序列。v 序列分析表明，几乎每个内含子序列分析表明，几乎每个内含子5 端起始的两个碱基都是端起始的两个碱基都是gt，而，而3 端最后两个碱基总是端最后两个碱基总是ag，由于这两个碱基的高度，由于这两个碱基的高度保守性和广泛性，有人把它称为保守性和广泛性，有人把它称为gt-ag法则。法则。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022172.3 外显子与内含子的可

16、变调控外显子与内含子的可变调控v 真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生不同的真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生不同的mrna，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因，如肌红蛋，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因，如肌红蛋白重链基因虽有白重链基因虽有41个外显子，却能精确地剪接成一个成熟个外显子，却能精确地剪接成一个成熟的的mrna，我们称这种方式为，我们称这种方式为组成型剪接组成型剪接。一个基因的转。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟的录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟的mrna，编码，编码一个多肽。一个多肽。v 有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的多聚位有些基因

17、选择了不同的启动子，或者选择了不同的多聚位点而使原始转录物具有不同的二级结构，产生不同的点而使原始转录物具有不同的二级结构，产生不同的mrna分子。同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形分子。同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同成不同mrna的过程称为的过程称为选择性剪接选择性剪接。1/15/202218第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022193. 真核生物真核生物dna水平上的基因表达调控水平上的基因表达调控v 在个体发育过程中，在个体发育过程中，dna会发生规律性变化，从而控制基会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的发育。因表

18、达和生物的发育。v dna水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括基基因丢失、扩增、重排和移位因丢失、扩增、重排和移位等。这与转录和翻译水平的调等。这与转录和翻译水平的调控是不同的，这种调控使基因组发生了改变。控是不同的，这种调控使基因组发生了改变。v 成熟红细胞能产生大量的可翻译成熟珠蛋白的成熟红细胞能产生大量的可翻译成熟珠蛋白的mrna，它，它的前体细胞是不产生珠蛋白的。这种变化是由于基因本身的前体细胞是不产生珠蛋白的。这种变化是由于基因本身或者是基因的拷贝数发生了永久性变化所调控的。或者是基因的拷贝数发生了永久性变化所调控的。第一节第一节

19、真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022203.1. 基因扩增基因扩增v 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。需要，是基因活性调控的一种方式。v 非洲爪蟾的卵母细胞中原有非洲爪蟾的卵母细胞中原有rrna基因（基因（rdna）约）约500个个拷贝，在减数分裂粗线期，基因开始迅速复制，到双线期拷贝，在减数分裂粗线期，基因开始迅速复制，到双线期拷贝数约为拷贝数约为200万个

20、，扩增近万个，扩增近4000倍，可用于合成倍，可用于合成1012个个核糖体。核糖体。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022213.2.基因重排与变换基因重排与变换v 将一个基因从远离启动子的地方移到较近的位点从而启动将一个基因从远离启动子的地方移到较近的位点从而启动转录，被称为转录，被称为基因重排基因重排。v 免疫球蛋白的肽链主要由可变区（免疫球蛋白的肽链主要由可变区（v区）、恒定区（区）、恒定区（c区）区）以及两者之间的连接区（以及两者之间的连接区（j区）组成，区）组成，v、c和和j基因片段在基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的

21、细胞发育分胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染色体内化时，通过染色体内dna重组把重组把4个相隔较远的基因片段个相隔较远的基因片段连接在一起，产生具有表达活性的免疫球蛋白基因。连接在一起，产生具有表达活性的免疫球蛋白基因。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022223.2.基因重排与变换基因重排与变换v 免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022234. dna甲基化与基因调控甲基化与基因调控

22、4.1 dna的甲基化的甲基化v dna甲基化能引起染色质结构、甲基化能引起染色质结构、dna构象、构象、dna稳定性及稳定性及dna与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，研究证实，cpg二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。以上由于碱基转换而引起的遗传病。v dna甲基化主要形成甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5-mc）和少量的）和少量的n6-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（n6-ma）及）及7-甲基鸟嘌呤（甲基鸟嘌呤（7-mg）。真核生）。真核生物中，物中，

23、5-甲基胞嘧啶主要出现在甲基胞嘧啶主要出现在cpg、cpxpg、cca/tgg和和gatc中。中。1/15/202224第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022254.2. dna甲基化抑制基因转录机制甲基化抑制基因转录机制v 对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可以恢复去甲基化也可以恢复 其转录活性。若进一其转录活性。若进一步提高甲基化密度，步提高甲基化密度，即使增强后的启

24、动子即使增强后的启动子仍无转录活性。仍无转录活性。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022264.2. dna甲基化抑制基因转录机制甲基化抑制基因转录机制v dna的甲基化还会提高突变频率。真核生物中的甲基化还会提高突变频率。真核生物中5-mc主要主要出现在出现在5-cpg-3序列中，序列中，5-mc脱氨后生成的胸腺嘧啶（脱氨后生成的胸腺嘧啶（t），不易被识别和矫正。因此，特定部位的），不易被识别和矫正。因此，特定部位的5-mc脱氨基脱氨基反应，将在反应，将在dna分子中引入可遗传的转化（分子中引入可遗传的转化（ct）。若）。若位点突变发生在位点

25、突变发生在dna功能区域，就可能造成基因表达的紊功能区域，就可能造成基因表达的紊乱。在多种癌细胞中，乱。在多种癌细胞中，p53基因第基因第273位密码子含位密码子含cpg序序列，列， 常由常由cgt突变为突变为cat或或tgt（arghis或或cys）。）。第一节第一节 真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性1/15/2022274.3. dna甲基化与染色体失活甲基化与染色体失活v 雌性哺乳动物体细胞的两条雌性哺乳动物体细胞的两条x染色体中会有一条发生随机染色体中会有一条发生随机失活这是一种基因剂量补偿的机制。失活这是一种基因剂量补偿的机制。v 以后的研究表明在给定的体细胞

26、有丝分裂谱系中，有一条以后的研究表明在给定的体细胞有丝分裂谱系中，有一条x染色体是完全失活并呈异染色质状态，而另一个细胞谱染色体是完全失活并呈异染色质状态，而另一个细胞谱系中同一条系中同一条x染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。v x染色体的染色体的xq13.3区段有一个区段有一个x失活中心（失活中心（x-inaction center，xic），），x-失活从失活从xic区段开始启动，然后扩展到区段开始启动，然后扩展到整条染色体。整条染色体。1/15/202228x染色体失活过程模式图染色体失活过程模式图第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因

27、转录机器的主要组成1/15/202229真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量特定的特定的顺式作用元件顺式作用元件（cis-acting elementcis-acting element）和）和反式作用因子反式作用因子（transacting factortransacting factor，又称跨域，又称跨域作用因子）调控。真核生物的转录调控大多数是作用因子）调控。真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。用来实现的。第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录

28、机器的主要组成1. 真核基因的转录真核基因的转录v一个完整的基因，不但包括编码区（一个完整的基因，不但包括编码区（coding coding regionregion），还包括），还包括5 5和和3 3端长度不等的特异性序端长度不等的特异性序列，它们虽然不编码氨基酸，却在基因表达的过列，它们虽然不编码氨基酸，却在基因表达的过程中起着重要作用。所以，程中起着重要作用。所以，“基因基因”的分子生物的分子生物学定义是：学定义是：产生一条多肽链或功能产生一条多肽链或功能rnarna所必需的所必需的全部核苷酸序列。全部核苷酸序列。1/15/202230第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录

29、机器的主要组成1.1. 启动子启动子v 真核基因启动子由核心启动子和上游启动子两个部分组成，是在基因转录起始位点（+1）及其5上游大约100200bp以内的一组具有独立功能的dna序列，每个元件长度约为720bp，是决定rna聚合酶ii转录起始点和转录频率的关键元件。v 核心启动子：是指保证rna聚合酶ii转录正常起始所必需的、最少的dna序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游-25 -30bp处的tata盒。核心启动子确定转录起始位点并产生基础水平的转录。v 上游启动子元件包括通常位于-70bp附近的caat盒（ccaat）和gc盒（gggcgg）等，能通过tfiid复合物调节转录起始的频

30、率，提高转录效率。1/15/202232第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响增强子对转录的影响v 增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的dna序列，最早发现于序列，最早发现于sv40早期基因的上游，有两个长早期基因的上游，有两个长72bp的的正向重复序列。正向重复序列。v 增强子通常具有下列特性：增强子通常具有下列特性：n增强效应十分明显。n增强效应与其位置和取向无关。n大多为重复序列（50bp）。n其增强效应有严密的组织和细胞特异性。n无基因专一性，可在不同的基因组合上表现增强效应；n

31、许多增强子还受外部信号的调控。1/15/202233第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响增强子对转录的影响v 增强子的功能受增强子的功能受dna双螺旋空间构象的影响。增强子可能有双螺旋空间构象的影响。增强子可能有如下如下3种作用机制种作用机制:n影响模板附近dna双螺旋结构，导致dna双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化基因转录。n将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于dna拓扑异构酶改变dna双螺旋结构的张力，促进rna聚合酶n在dna链上的结合和滑动。n增强

32、子区可以作为反式作用因子或rna聚合酶且进入染色质结构的 “入口”。1/15/202235第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子反式作用因子v 真核生物启动子和增强子是由若干真核生物启动子和增强子是由若干dna序列元件组成的，序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺顺式作用元件式作用元件。这些序列组成基因的调控区，影响基因的表。这些序列组成基因的调控区，影响基因的表达。在转录过程中，还需要转录作用因子。达。在转录过程中，还需要转录作用因子。v 转录复合物中，根据各个蛋白质成分

33、在转录中的作用，能转录复合物中，根据各个蛋白质成分在转录中的作用，能将整个复合物分为将整个复合物分为3部分：部分：n参与所有或某些转录阶段的rna聚合酶亚基，不具有基因特异性。n与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具基因特异性。n与特异调控序列结合的转录因子。1/15/202236第二节第二节 真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子反式作用因子v 反式作用因子反式作用因子：反式作用因子是能直接或间接地识别或结合：反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

34、的蛋白质。v 这些因子有两种独立的活性：首先它们特异地与这些因子有两种独立的活性：首先它们特异地与dna结合位结合位点相结合，然后激活转录。这些活性可以独立分配给特定的点相结合，然后激活转录。这些活性可以独立分配给特定的蛋白结构域，分别称作蛋白结构域，分别称作dna结合结构域结合结构域和和激活结构域激活结构域。v 转录激活功能是与其转录激活功能是与其dna结合活性相分离的，它们在蛋白质结合活性相分离的，它们在蛋白质的不同区域。的不同区域。1/15/202237第三节 真核生物的转录的调控真核生物的转录和原核转录的不同点：真核生物的转录和原核转录的不同点： (1) (1) 原核只有一种原核只有一

35、种rnarna聚合酶，而真核细聚合酶，而真核细 胞有三种聚合酶；胞有三种聚合酶； (2) (2) 启动子的结构特点不同，真核有三种启动子的结构特点不同，真核有三种 不同的启动子和有关的元件；不同的启动子和有关的元件； (3) (3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。真核的转录有很多蛋白质因子的介入。1/15/2022长江大学长江大学 生命科学学院生命科学学院38一 真核的rna聚合酶 表表1 1 真核生物的三种真核生物的三种rnarna聚合酶的特点聚合酶的特点rna polrna pol位置位置 产物产物 对对-鹅膏蕈的敏鹅膏蕈的敏pol pol 核仁核仁28s,18s,5.8s rrnas

36、 28s,18s,5.8s rrnas 不敏感不敏感pol pol 核质核质hnrna,mrna,hnrna,mrna,某些某些snrna snrna 高度敏感高度敏感pol pol 核质核质trna,5srrna,trna,5srrna,某些某些snrnas snrnas 片段特异，中等片段特异，中等 敏感敏感 1/15/202239表表 转录的抑制剂转录的抑制剂抑制剂抑制剂利福霉素利福霉素链霉溶菌素链霉溶菌素放射线素放射线素d d-鹅膏蕈鹅膏蕈靶酶靶酶细菌全酶细菌全酶细菌核心酶细菌核心酶真核真核polpol真核真核polpol抑制作用抑制作用和和亚基结合，抑制亚基结合，抑制起始起始和和亚基

37、结合，抑制亚基结合，抑制起始起始和和dnadna结合，阻止延结合，阻止延伸伸和和rna polrna pol结合结合1/15/202240vctd（c末端结构域）为重复的七肽序列末端结构域）为重复的七肽序列tyr ser pro thr ser pro ser。ctd序列可以丝氨酸和酪氨酸上磷酸化，序列可以丝氨酸和酪氨酸上磷酸化，与聚合酶的移动有关。与聚合酶的移动有关。二二. rna聚合酶聚合酶1、核糖体基因、核糖体基因vrna聚合酶聚合酶主要负责主要负责rrnarrna在分裂间期的在分裂间期的连续合成。以人的连续合成。以人的rrnarrna基因为例，有基因为例，有5 5簇簇rrnarrna重

38、复基因，每簇有重复基因，每簇有4040个拷贝，每个拷个拷贝，每个拷贝产生贝产生45s45s的的rrnarrna转录物。转录物。45s45s的的rrnarrna随后随后被切割成被切割成2828，1818，5.8s5.8s的的rrnarrna各一个。这各一个。这为产生足量的为产生足量的rrnarrna所必需。所必需。v2、核仁组织区、核仁组织区v每个每个rrnarrna簇为一个簇为一个核仁组织区核仁组织区核仁的结构：核仁的结构：颗粒区，前体颗粒区，前体rrnarrna ，核糖体亚基；，核糖体亚基；纤维区，纤维区， rrnarrna，核糖核黄素蛋白复合体；，核糖核黄素蛋白复合体；染色区，染色区，dn

39、a。v3、 rna聚合酶聚合酶的启动元件的启动元件 uceuce：upstream control elementupstream control element4、 rna聚合酶聚合酶的启动因子的启动因子vubfubf：uptream binding factoruptream binding factorvsl1: selectivity factorsl1: selectivity factor tbp:tata binding factor tbp:tata binding factor taf1:tbp-associate factor taf1:tbp-associate fact

40、or5、rna聚合酶聚合酶起始转录模型起始转录模型vrna聚合酶聚合酶小结：小结：转录元件转录元件uceuce核心元件核心元件转录因子转录因子ubfsl1 tbptbp taf1 taf1vuceuce：upstream control elementupstream control elementvubfubf：uptream binding factoruptream binding factorvsl1: selectivity factorsl1: selectivity factorvtbp: tata binding factortbp: tata binding factorvt

41、af1:tbp-associate factortaf1:tbp-associate factorvuceucevubfubfvsl1sl1vtbptbpvtaf1taf1三三. rna聚合酶聚合酶v1、 rna聚合酶聚合酶存在核质中，与存在核质中，与rna聚合酶聚合酶相同。相同。 rna聚合酶聚合酶转录转录5srrna5srrna的前体、的前体、trnatrna以及其他的以及其他的snrnasnrna和胞质和胞质rnarna的转录。的转录。 2、 trna基因的转录基因的转录va框框 5-tggcnnagtgg-3 对应对应d环环vb框框 5-ggttcganncc-3 对应对应tc环环v转

42、录因子转录因子( transcription factor)1)tf b tbp brf: tfb-related factor b 2)tf c3、5s rrna转录转录v转录元件：转录元件：a框框c框框v转录因子：转录因子： 1) tf b : tbp, brf, b 2) tf a 3) tf c表 rna pol 启动子的转录因子的结构和功能因子 结构 功能tfa 38kda,有9个锌指 结合于1型内部启动子(5srna基因)的c框， 使c结合在c框下游，辅助 b定位结合tfb 含tbp和另外二种蛋白定位因子，使pol结合在起始位点上tfc 含a和b,有5个亚基 b结合型内部启动子(t

43、rna基因)的b框， 起增强子的作用。 a结合a框，起启动子 的作用；辅助 b定位结合tbp是b,d,sl1的亚基和特异dna序列及rna pol结合，使pol结合 在正确的位点上4、snrna的转录起始的转录起始vtata框框vpse: proximal sequence elementvoct: octamer elementrna聚合酶聚合酶小结小结v调控元件调控元件tataoctpsea框框a框框b框框c框框+1trna转录转录5s rrna转录转录snrna转录转录vrna聚合酶聚合酶因子（因子（transcription factor tf）1） tf a2） tf b : tbp

44、： tata binding factortata binding factor brf： tfb-related factor b3） tf c四四. rna聚合酶聚合酶 1、 rna聚合酶聚合酶 位于核质中，负责位于核质中，负责mrna和一些和一些snrna的转录。转录后的的转录。转录后的mrna需需要进一步的复杂加工，包括要进一步的复杂加工，包括5加帽，加帽，3的的poly a尾以及剪接内含子。尾以及剪接内含子。2、 rna聚合酶聚合酶调控元件调控元件1）启动子内的元件）启动子内的元件vtata框框 -25-35bp的位置的位置 7个碱基序列个碱基序列tata(a/t)a(a/t 与与t

45、bp结合结合vcaat盒盒 -75附近附近vgc 区区 大约在大约在-100-200处处 的的 20-50bp的的dna元件。元件。2）增强子）增强子3 3、 rnarna聚合酶聚合酶转录因子转录因子 因子 功能tfa 稳定tfd和dna的结合，激活tbp亚基tfb 结合模板链（-10+10），起始pol结合， 和tfe/f相互作用tfd tbp亚基识别tata，将聚合酶组入复合体中，taf识别特殊启动子tfe 结合在pol的前部，使复合体的保护区延伸到下游 tff 大亚基具解旋酶活性,小亚基和pol结合，tfh 具激酶活性，可以磷酸化polc端的ctd，使pol逸出，延伸tfj 在tff后加

46、入复合体4 4、rnarna聚合酶聚合酶转录过程转录过程真核生物的转录小结v1、元件、元件rnarna聚聚合酶合酶元元件件核心元件核心元件ucetatacaatgcoct增强子增强子tataoctpsea框框a框框b框框c框框+1真核生物的转录小结v2、因子、因子rnarna聚聚合酶合酶因因子子ubfsl1 tbp taf tfatfbtfdtfetfftfhtfjtf b tbp brf btf atf c第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞是生命活动的基本单位。细胞通过细胞是生命活动的基本单位。细胞通过dna的的复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲

47、代传复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。它们还不断地至子代，实现增殖繁衍。它们还不断地“感知感知”环环境变化，并对其作出特定的应答。境变化，并对其作出特定的应答。v细胞应答可以分为细胞应答可以分为3个阶段：个阶段：n外界信息的外界信息的“感知感知”，即由细胞膜到细胞核内的信息传，即由细胞膜到细胞核内的信息传递递,n染色质水平上的基因活性调控染色质水平上的基因活性调控,n特定基因的表达，即从特定基因的表达，即从dnarna蛋白质的遗传信息蛋白质的遗传信息传递过程。传递过程。1/15/202272第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控1

48、/15/202273蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控1/15/202274真核细胞主要跨膜信号传导途径真核细胞主要跨膜信号传导途径第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面受体与配体分子的高亲和

49、力特异性结细胞表面受体与配体分子的高亲和力特异性结合，能诱导受体蛋白构象变化，使胞外信号顺利合，能诱导受体蛋白构象变化，使胞外信号顺利通过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被通过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。激活。v受体分子活化细胞功能的途径主要有两条受体分子活化细胞功能的途径主要有两条：n一是受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性一是受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号通过酪氨酸激酶途径得到传递；，胞内信号通过酪氨酸激酶途径得到传递；n二是配体与细胞表面受体结合，通过二是配体与细胞表面受体结合，通过g蛋白介异的效应蛋白介异的效应系统产生介质，活化丝氨酸

50、系统产生介质，活化丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸激酶，从苏氨酸或酪氨酸激酶，从而传递信号。而传递信号。1/15/202275第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面的三类受体示意图细胞表面的三类受体示意图第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控1/15/202277蛋白质磷酸化和蛋白质磷酸化和gtpgtp结合蛋白参与的信号转导过程结合蛋白参与的信号转导过程第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控v已发现蛋白激酶基因已发现蛋白激酶基因2000余个和余个和1000个左右蛋白个左右蛋白质去磷酸化酶基因。根据底物

51、蛋白质被磷酸化的质去磷酸化酶基因。根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基可分为：氨基酸残基可分为：n丝氨酸/苏氨酸型；酪氨酸型；组氨酸型。v根据是否有调节物参与蛋白激酶活性可分为两大根据是否有调节物参与蛋白激酶活性可分为两大类：类：n信使依赖型（又分胞内信使、调节因子依赖型和激素或生长因子依赖型）n非信使依赖型。1/15/202278第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受受camp水平调控的水平调控的a激酶激酶v 依赖于依赖于camp的蛋白激酶称为的蛋白激酶称为a激酶（激酶（pka），它能把），它能把atp分子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸分子上

52、的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。或苏氨酸残基上。v 被被a激酶磷酸化的氨基酸激酶磷酸化的氨基酸n端上游往往存在两个或两个以端上游往往存在两个或两个以上碱性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（上碱性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（x-arg-arg-x-ser-x）改变了这一蛋白的酶活性。）改变了这一蛋白的酶活性。v 在不同的细胞中，在不同的细胞中，a激酶的反应底物不一样，所以，激酶的反应底物不一样，所以，camp能在不同靶细胞中诱发不同的反应。能在不同靶细胞中诱发不同的反应。1/15/202279第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受受cam

53、p水平调控的水平调控的a激酶激酶v 非活性状态的非活性状态的pka全酶由全酶由4个亚基个亚基r2c2所组成，分子量约所组成，分子量约为为150-170，调节亚基与，调节亚基与camp相结合，引起构象变化并相结合，引起构象变化并释放催化亚基，后者随即成为有催化活性的单体释放催化亚基，后者随即成为有催化活性的单体.1/15/202280第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受受camp水平调控的水平调控的a激酶激酶v 糖原代谢时，激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱糖原代谢时，激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质发细胞质camp的合成的合成1/15

54、/202281并活化并活化a激酶，后者再激酶，后者再将活化磷酸基团传递将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解酸化，进入糖酵解.过过程并提供程并提供atp。第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控v已经证实，许多转录因已经证实，许多转录因子都可以通过子都可以通过camp介介导的蛋白质磷酸化过程导的蛋白质磷酸化过程而被激活，因为这类基而被激活，因为这类基因的因的5端大都拥有一个端大都拥有一个或数个或数个camp应答元件应答元件（cre），基本序列为），基本序列为tg

55、acgtca。第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控2. c激酶与激酶与pip2、ip3和和dagv 该蛋白激酶活性是依赖于该蛋白激酶活性是依赖于ca2+的，故称的，故称c激酶（激酶（pkc）。）。v ip3引起细胞质引起细胞质ca2+浓度升高，导致浓度升高，导致c激酶从胞质转运到靠激酶从胞质转运到靠近原生质膜内侧处，并被近原生质膜内侧处，并被dag和和ca2+的双重影响所激活。的双重影响所激活。dag提高了提高了c激酶对于激酶对于ca2+的亲和力。的亲和力。v c激酶是一个激酶是一个7.7104的蛋白质，主要实施对丝氨酸、苏的蛋白质，主要实施对丝氨酸、苏氨酸的

56、磷酸化，具有一个催化结构域和一个调节结构域。氨酸的磷酸化，具有一个催化结构域和一个调节结构域。与与dna结合以后还能解除调节区所造成的抑制作用，提高结合以后还能解除调节区所造成的抑制作用，提高酶活性。酶活性。1/15/2022831/15/202284l激酶信激酶信号传递及号传递及基因表达基因表达示意图示意图第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控3. cam激酶及激酶及map激酶激酶v ca2+的细胞学功能主要通过的细胞学功能主要通过钙调蛋白激酶（钙调蛋白激酶（cam-kinase）来实现的，它们也是一类丝氨酸来实现的，它们也是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，但仅应答苏

57、氨酸激酶，但仅应答于细胞内于细胞内ca2+水平。水平。v map激酶（激酶（map-kinase，erks）活性受许多外源细胞活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导。生长、分化因子的诱导。map-激酶活性取决于该蛋白中激酶活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化。化。1/15/2022853. cam激酶及激酶及map激酶激酶v 能同时催化这两个氨基酸残基能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶被称为磷酸化的酶被称为map-激酶激酶-激酶，它的反应底物是激酶，它的反应底物是map激激酶。酶。v map-激 酶激 酶-激

58、 酶本身能 被激 酶本身能 被map-激酶激酶-激酶激酶-激酶所磷酸化激酶所磷酸化激活，后者能同时被激活，后者能同时被c激酶或激酶或酪氨酸激酶家族的酪氨酸激酶家族的ras蛋白等蛋白等激活，从而在信息传导中发挥激活，从而在信息传导中发挥功能。功能。1/15/202286第四节第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控4. 酪氨酸激酶（酪氨酸激酶（ptk）途径）途径v包括包括跨膜受体家族跨膜受体家族与与胞质非受体家族胞质非受体家族两大类。两大类。n受体类由胞外结合配体结构域、跨膜结构域和细胞质激受体类由胞外结合配体结构域、跨膜结构域和细胞质激酶结构域组成，其酶结构域组成，其p

59、tk活性受胞外结构域与配体的调节活性受胞外结构域与配体的调节。配体与受体结合可诱导受体蛋白的二聚化，将受体胞。配体与受体结合可诱导受体蛋白的二聚化，将受体胞质区酪氨酸残基磷酸化。质区酪氨酸残基磷酸化。n非受体酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶结构域序非受体酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶结构域序列外，还有数个前体所不具备的保守区。列外，还有数个前体所不具备的保守区。1/15/202287v 因为因为src亚家族非受体酪氨酸激酶以及许多亚家族非受体酪氨酸激酶以及许多ptk作用底物分作用底物分子都存在被称为子都存在被称为src同源结构域（同源结构域（sh）的序列。所以又将）的序列。所以又将激酶功

60、能区称为激酶功能区称为sh1，而将另外两个区分别命名为，而将另外两个区分别命名为sh2和和sh3。v sh2由约由约100个氨基酸残基组成，能与带有磷酸酪氨酸的蛋个氨基酸残基组成，能与带有磷酸酪氨酸的蛋白质结合，白质结合，v sh3由约由约60个氨基酸残基组成，参与将前者定为于质膜内个氨基酸残基组成，参与将前者定为于质膜内侧或与细胞骨架蛋白相互作用，与侧或与细胞骨架蛋白相互作用，与sh2结合无关。结合无关。1/15/202288v在正常细胞中，在正常细胞中，pp60c-src上的上的tyr527被磷酸化并以被磷酸化并以头尾相连的缔合方式折入同一分子的头尾相连的缔合方式折入同一分子的sh2结构域