第八章真核基因表达调控ppt课件

1、第八章第八章 基因的表达与调控基因的表达与调控( (下下) ) 真核基因表达调控的普通规律真核基因表达调控的普通规律DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制v与原核生物比较，真核生物的基因组更为复与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂。真核生物基因的表达调控系统远比原核杂。真核生物基因的表达调控系统远比原核生物复杂。生物复杂。v真核生物除酵母、藻类和原生动物等单细真核生物除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外主要由多细胞组成，每个细胞基胞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。人类细胞单倍体基因组有高于原

2、核生物。人类细胞单倍体基因组有3109bp，为大肠杆菌总，为大肠杆菌总DNA的的800倍，噬倍，噬菌体的菌体的10万倍左右！万倍左右！真核生物基因表达与调控的复杂性：v1真核生物具有由核膜包被的细胞核，其基因的转录发生在细胞核中，而翻译那么发生在细胞质中v2基因组构造庞大。真核生物基因数目比原核生物多，大多数基因除了有不起表达作用的内含子，另外还有更多调理基因表达的非编码序列，真核生物所转录的前体mRNA必需经过加工成熟后才进入表达阶段。(3)构成染色体构造。真核生物染色质由DNA与5种组蛋白结合组成，它们折叠和缠绕构成核小体，核小体及染色质进一步折叠缠绕构成细胞分裂的中期染色体。染色质的构造

3、对基因的表达起总体控制造用。4反复序列。真核生物基因普遍存在反复序列和异染色质。大多数为非编码区。5断裂基因。有外显子和内含子。 6发育过程中高度分化的机制7信号传送复杂1.根据其性质可分为两大类：根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反响。瞬时调控包括某种底物或激素程度条件变化所做出的反响。瞬时调控包括某种底物或激素程度升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调理。升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调理。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精华部二是发育调控或称不可逆调

4、控，是真核基因调控的精华部分，它决议了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。分，它决议了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。真核生物基因表达调控的种类：2.根据基因调控在同根据基因调控在同一事件中发生的先一事件中发生的先后次序又可分为：后次序又可分为：真核基因表达调控的环节更多真核基因表达调控的环节更多v真核基因转录发生在细胞核真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的转录在线线粒体基因的转录在线粒体内粒体内)，翻译那么多在胞浆，两个过程是分开的，翻译那么多在胞浆，两个过程是分开的，因此其调控添加了更多的环节和复杂性因此其调控添加了更多的环节和复杂性.v同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调同

5、原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。控的主要环节。v但转录后的调控占有了更多的分量。但转录后的调控占有了更多的分量。 v8.18.1真核生物的基因构造与转录活性真核生物的基因构造与转录活性 v8.28.2真核生物真核生物DNADNA程度上的基因表达调控程度上的基因表达调控 v8.38.3真核生物转录程度上的基因表达调控真核生物转录程度上的基因表达调控 v8.48.4真核基因转录后程度上的调控真核基因转录后程度上的调控Contents8.1真核生物的基因构造与转录活性v1.真核细胞与原核细胞的差别v2.基因家族gene family)v3.断裂基因1.真核细胞与原核细胞在基因

6、转录、翻译及DNA的空间构造方面存在以下几个方面的差别 P282 试阐明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA的空间构造方面存在的主要差别，表如今哪些方面？ 武汉大学2019年分子生物学硕士入学试题 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因支配子方式。 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只需一小部分DNA是裸露的。 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 真核生物可以有序地根据生长发育阶段的需求进展DNA片段重排，还能在需求时添加细胞内某些基因的拷贝数。 在真核生物中，基因转录的调理区

7、相对较大，它在真核生物中，基因转录的调理区相对较大，它们能够远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些们能够远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调理区普统统过改动整个所控制基因调理区普统统过改动整个所控制基因5上游区上游区DNA构构型来影响它与型来影响它与RNA聚合酶的结合才干。聚合酶的结合才干。 在原核生物中，转录的调理区都很小，大都位于启在原核生物中，转录的调理区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调理位点上可直接动子上游不远处，调控蛋白结合到调理位点上可直接促进或抑制促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。 真核生物的RNA在细胞核中合成，只需经转运穿过核膜，到

8、达细胞质后，才干被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严厉的空间间隔。 许多真核生物的基因只需经过复杂的成熟和剪接过程，才干顺利地翻译成蛋白质。真核生物的基因组中有很多来源一样、构造类似、功能相关的基因，这些基因成套组合称为基因家族。 同一家族中的成员有时严密地陈列在一同，成为一个基因簇(gene cluster) 。如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族2.基因家族gene family)v1、简单多基因家族v2、复杂多基因家族v3.发育调控的复杂多基因家族v大多数真核基因在大多数真核基因在DNA分子上是不延续的，分子上是不延续的，都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列都是由

9、蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成，其中编码的序列称为外显子两部分组成，其中编码的序列称为外显子(Exon) ，非编码序列称内含子，非编码序列称内含子(Intron) 。3.断裂基因v断裂基因断裂基因interrupted gene：在一个基：在一个基因构造中，编码某一蛋白质不同区域的各个因构造中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子并不延续陈列在一同，经常被长度不外显子并不延续陈列在一同，经常被长度不等的内含子所隔离，构成镶嵌陈列的断裂方等的内含子所隔离，构成镶嵌陈列的断裂方式，称为断裂基因。真核基因有时被称为断式，称为断裂基因。真核基因有时被称为断裂基因。裂基因。 v真核基因断裂构造

10、的另一个重要特点是外显真核基因断裂构造的另一个重要特点是外显子子-内含子衔接区内含子衔接区exon-intron junction的高度保守性和特异性碱基序列。的高度保守性和特异性碱基序列。 v8.18.1真核生物的基因构造与转录活性真核生物的基因构造与转录活性 v8.28.2真核生物真核生物DNADNA程度上的基因表达调控程度上的基因表达调控 v8.38.3真核生物转录程度上的基因表达调控真核生物转录程度上的基因表达调控 v8.48.4真核基因转录后程度上的调控真核基因转录后程度上的调控Contents8.2 DNA程度的基因表达调控程度的基因表达调控 v1染色质程度的调理：染色质程度的调理

11、：“开放型活性染色质开放型活性染色质activechromatin构造对转录的影响构造对转录的影响 v2基因扩增基因扩增v3基因重排与交换基因重排与交换v4 DNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控1 染色质形状对基因表达的调控染色质形状对基因表达的调控 按功能形状的不同可将染色质分为：按功能形状的不同可将染色质分为： 1活性染色质有转录活性活性染色质有转录活性 2非活性染色质没有转录活性非活性染色质没有转录活性 活性染色质的核小体发生构象改动，具有松散的染色质构造，活性染色质的核小体发生构象改动，具有松散的染色质构造，从而便于转录调控因子和顺式用元件结合和从而便于转录调控因子和顺式

12、用元件结合和RNA聚合酶在转录模聚合酶在转录模板上滑动。板上滑动。 染色质能否处于活化形状是决议转录功能的关键。染色质能否处于活化形状是决议转录功能的关键。活性染色质上具有DNaseI超敏感位点活性染色质的构造特征是RNA聚合酶、转录因子和各种调理因子的结合部位。在具有转录活性在具有转录活性的染色质区域，的染色质区域，可以察看到一些可以察看到一些变化，最明显的变化，最明显的是该区域对核酸是该区域对核酸酶介导的酶介导的DNA降解的敏感性加降解的敏感性加强。强。 转录活泼区域对核酸酶敏感度添加转录活泼区域对核酸酶敏感度添加2 基因扩增v基因扩增是指某些基因的拷贝数专注性增大基因扩增是指某些基因的拷

13、贝数专注性增大的景象，它使得细胞在短期内产生大量的基的景象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需求，是基因活性因产物以满足生长发育的需求，是基因活性调控的一种方式。调控的一种方式。v例如例如:v1.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个拷贝，在减数分裂个拷贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开的粗线期，这个基因开场迅速复制，到双线期它的拷贝数约为场迅速复制，到双线期它的拷贝数约为200万个，万个，扩增近扩增近4000倍，可用于合成倍，可用于合成1012个核糖体，以满足个核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需求。卵裂期和胚胎期

14、合成大量蛋白质的需求。v2.许多昆虫的某些细胞，如唾腺细胞染色体不经发许多昆虫的某些细胞，如唾腺细胞染色体不经发生细胞分裂就可进展反复复制。这种景象叫做多线生细胞分裂就可进展反复复制。这种景象叫做多线性性(polyteny)。3 基因重排与交换基因重排与交换v将一个基因从远离启动子的地方移到距它很将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式称为基因近的位点从而启动转录，这种方式称为基因重排。重排。 v经过基因重排调理基因活性的典型例子是免经过基因重排调理基因活性的典型例子是免疫球蛋白和疫球蛋白和T-细胞受体基因的表达。细胞受体基因的表达。 4 DNA甲基化与基因活性的调

15、控甲基化与基因活性的调控vDNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，甲基化是最早发现的修饰途径之一， DNA的甲基化修饰景象广泛存在于多种有机的甲基化修饰景象广泛存在于多种有机体中。体中。v与基因表达调控亲密相关。与基因表达调控亲密相关。vDNA甲基化能引起染色质构造、甲基化能引起染色质构造、DNA构象、构象、组蛋白修饰及组蛋白修饰及DNA与蛋白质相互作用方式的与蛋白质相互作用方式的改动，从而控制基因表达。改动，从而控制基因表达。 vDNA的甲基化修饰与错误修正时的定位有关。的甲基化修饰与错误修正时的定位有关。v错配修复错配修复: Dam甲基化酶；甲基化酶； 5GATC； MutS、MutH和和M

16、utLvDNA的甲基的甲基化的位点化的位点v：v5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶5-mC和和v少量少量N6-甲基甲基腺嘌呤腺嘌呤N6-mA及及v7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤7-mGv在真核生物中，在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出如今甲基胞嘧啶主要出如今CpG序列、序列、CpXpG、CCA/TGG和和GATC中。中。v多个多个CpG序列集合成簇构成了富含甲基化位点的序列集合成簇构成了富含甲基化位点的CpG岛岛CpG island，具有很高的序列保守性。，具有很高的序列保守性。v真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性： v1一种被称为日常型甲基转移酶；一种被称为日常型甲基转移

17、酶； v2另一种是从头合成型甲基转移酶另一种是从头合成型甲基转移酶 5基因丧失了解基因丧失了解v在细胞分化过程中，可以经过丧失掉某些基在细胞分化过程中，可以经过丧失掉某些基因此去除这些基因的活性。某些原生动物、因此去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞经常丧失掉整条或部分的染色体，多体细胞经常丧失掉整条或部分的染色体，只需未来分化产生生殖细胞的那些细胞不断只需未来分化产生生殖细胞的那些细胞不断保管着整套的染色体。保管着整套的染色体。v8.18.1真核生物的基因构造与转录活性真核生物的基因构造与转录活性 v8.28.

18、2真核生物真核生物DNADNA程度上的基因表达调控程度上的基因表达调控 v8.38.3真核生物转录程度上的基因表达调控真核生物转录程度上的基因表达调控 v8.48.4真核基因转录后程度上的调控真核基因转录后程度上的调控Contents8.3 转录程度的基因表达调控转录程度的基因表达调控v特点：真核生物的转录调控大多数是经过顺特点：真核生物的转录调控大多数是经过顺式作用元件式作用元件cis-acting element和反式和反式作用因子作用因子trans-acting factor，又称跨域，又称跨域作用因子间复杂的相互作用来实现的。作用因子间复杂的相互作用来实现的。 8.3 转录程度的基因表

19、达调控转录程度的基因表达调控v1.1.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：v1.1.1.1.顺式作用元件顺式作用元件v1.2.1.2.反式作用因子反式作用因子v2.2.真核基因转录调控的主要方式真核基因转录调控的主要方式3.1顺式作用元件顺式作用元件vDNA上一段序列，它们常与特定的功能基因上一段序列，它们常与特定的功能基因连锁在一同，组成基因转录的调控区，影响连锁在一同，组成基因转录的调控区，影响本身基因的表达的本身基因的表达的DNA序列，称为顺式作用序列，称为顺式作用元件。元件。v种类：启动子、加强子、沉默子、应对元件种类：启动子、加强子、沉默子、应对元件v主要是起正性

20、调控作用的顺式作用元件，包主要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括启动子括启动子(promoter)、加强子、加强子(enhancer)；v近年又发现起负性调控作用的元件沉默子近年又发现起负性调控作用的元件沉默子/静静止子止子(silencer)。v在原核生物中，大多数基因表达经过支配子在原核生物中，大多数基因表达经过支配子模型进展调控，其顺式作用元件主要由启动模型进展调控，其顺式作用元件主要由启动基因、支配基因和调理基因组成。基因、支配基因和调理基因组成。真核基因表达以正性调控为主导真核基因表达以正性调控为主导v真核基因转录表达的调控蛋白也有起阻遏和真核基因转录表达的调控蛋白也有起阻遏和激活

21、作用或兼有两种作用者，但总的是以激激活作用或兼有两种作用者，但总的是以激活蛋白的作用为主。即多数真核基因在没有活蛋白的作用为主。即多数真核基因在没有调控蛋白作用时是不转录的，需求表达时就调控蛋白作用时是不转录的，需求表达时就要有激活的蛋白质来促进转录。换言之：真要有激活的蛋白质来促进转录。换言之：真核基因表达以正性调控为主导。核基因表达以正性调控为主导。v真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不普遍；但其存在并不普遍；顺式作用元件顺式作用元件1 1启动子：在启动子：在DNADNA分子中，分子中，RNARNA聚合酶可以识别、聚合酶可以识别、结合

22、并导致转录起始的序列。结合并导致转录起始的序列。中心启动子和上游启动子中心启动子和上游启动子v中心启动子中心启动子(core promoter)是指保证使是指保证使RNA聚合酶聚合酶II转录正常起始所必需的、最少的转录正常起始所必需的、最少的DNA序列。序列。v包括转录起始位点及转录起始位点上游一包括转录起始位点及转录起始位点上游一25一一30bp处的富含处的富含TA的典型元件的典型元件TATA盒。盒。 v中心启动子单独起作用时，只能确定转录起始位点并中心启动子单独起作用时，只能确定转录起始位点并产生根底程度的转录。产生根底程度的转录。 v上游启动子元件上游启动子元件(upstream pro

23、moter element，UPE)包括通常位于一包括通常位于一70bp附近的附近的CAAT盒盒(CCAAT)和和GC盒盒(GGGCGG)等，能经过等，能经过TFII-D复合物调理转复合物调理转录起始的频率，提高转录效率。录起始的频率，提高转录效率。 2. 加强子对转录的影响加强子对转录的影响加强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显添加的加强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显添加的DNA序列，最早发现于序列，最早发现于SV40早期基因的上游，有早期基因的上游，有两个长两个长72bp的正向反复序列。的正向反复序列。加强子通常具有以下特性：加强子通常具有以下特性：加强效应十清楚显。加强效应十清楚

24、显。加强效应与其位置和取向无关。加强效应与其位置和取向无关。大多为反复序列大多为反复序列50bp。其加强效应有严密的组织和细胞特异性。其加强效应有严密的组织和细胞特异性。无基因专注性，可在不同的基因组合上表现加强效应；无基因专注性，可在不同的基因组合上表现加强效应；许多加强子还受外部信号的调控。许多加强子还受外部信号的调控。加强子作用机理： 3 3沉默子：一种负调控元件，参与基因表达沉默子：一种负调控元件，参与基因表达的负调控。其作用可不受序列方向影响，能远的负调控。其作用可不受序列方向影响，能远间隔发扬作用。当其结合特异蛋白因子时，对间隔发扬作用。当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用

25、。基因转录起阻遏作用。应对元件：一段应对元件：一段DNA上游序列，能和专注性蛋上游序列，能和专注性蛋白因子结合，调控基因特异性表达。白因子结合，调控基因特异性表达。包括：包括：如热激应对元件如热激应对元件heat shock response element，HSE，糖皮质应对元件糖皮质应对元件glucocorticoid response element，GRE，金属应对元件金属应对元件metal response element，MRE等等 3.2 反式作用因子反式作用因子3.2.1 根本概念根本概念3.2.2 反式作用因子的反式作用因子的DNA识别或结合识别或结合域域3.2.3反式作用因

26、子中的转录激活域反式作用因子中的转录激活域反式作用因子反式作用因子 1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件中心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。P300 TFDTFDTATATATA、CTFCTFCAATCAAT、SP1SP1GGGCGGGGGCGG、HSFHSF热激蛋白启动区热激蛋白启动区功能：激活或阻遏基因的表达聚聚合合酶酶转转录录起起始始复复合合体体的的组组装装2 2、构造、构造DNA结合构造域结合构造域转录活化构造域转录活化构造域构造域构造域主要包括：主要包括：蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域DNA识别或结合域识别或结合域 v螺旋螺旋-转机转机-螺旋螺旋v锌指

27、构造锌指构造zinc fingerv碱性碱性-亮氨酸拉链亮氨酸拉链v碱性碱性-螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋v同源域蛋白同源域蛋白homeo domains，HDv最初在最初在噬菌体的阻遏蛋白中发现的一种噬菌体的阻遏蛋白中发现的一种DNA结合构造域。结合构造域。v现广泛分布在从酵母到人类的各种真核现广泛分布在从酵母到人类的各种真核生物中，虽彼此在氨基酸的顺序上差别生物中，虽彼此在氨基酸的顺序上差别很大，但高级构造高度保守，好像源域很大，但高级构造高度保守，好像源域蛋白。蛋白。螺旋螺旋-转机转机-螺旋螺旋Helix-turn-helix，H-T-H两段两段-螺旋夹一段螺旋夹一段-折迭构成，折迭构成，-

28、螺旋与螺旋与-折迭之间经过折迭之间经过-转角或成环衔接转角或成环衔接Helix 3 of the homeodomain binds in the major groove of DNA, with helices 1 and 2 lying outside the double helix. The N-terminal arm lies in the minor groove, and makes additional contacts. 锌指构造锌指构造配位键配位键2-9个个CCysHHis“锌指锌指: 据其构造命名据其构造命名,是由一个含有大约是由一个含有大约30个氨基酸的个氨基酸的环

29、和一个与环上的环和一个与环上的4个个Cys或或2个个Cys和和2个个His配位的配位的Zn构构成，构成的构造像手指状。成，构成的构造像手指状。 C CysH His典型典型“锌指蛋白锌指蛋白 (typic zinic fingers)含一连串含一连串锌指。反复的锌指锌指。反复的锌指构造都是以锌将构造都是以锌将螺旋与一个反向平螺旋与一个反向平行的行的片层的基部片层的基部以锌原子为中心，以锌原子为中心，经过与一对半胱氨经过与一对半胱氨酸和一对组氨酸间酸和一对组氨酸间构成配位键相衔接，构成配位键相衔接，锌指环上突出的赖锌指环上突出的赖氨酸、精氨酸参与氨酸、精氨酸参与DNA结合。结合。 Zinc fi

30、ngers may form -helices that insert into the major groove, associated with -sheets on the other side. 这种基序含这种基序含4-8个亮氨酸，个亮氨酸，每隔每隔6个氨基酸就有一个亮个氨基酸就有一个亮氨酸残基间隔，这导致第氨酸残基间隔，这导致第7个亮氨酸残基都在螺旋的个亮氨酸残基都在螺旋的同侧。又因这类蛋白质都同侧。又因这类蛋白质都以二聚体方式与以二聚体方式与DNA结合，结合，两个蛋白质两个蛋白质螺旋上的亮氨螺旋上的亮氨酸接近而构成拉链样构造。酸接近而构成拉链样构造。碱性碱性-亮氨酸拉链亮氨酸拉链(

31、basic - leucine zipper, bZIP)肽链氨基端肽链氨基端2030个富含碱性个富含碱性氨基酸构造域与氨基酸构造域与DNA结合。结合。The basic regions of the bZIP motif are held together by the dimerization at the adjacent zipper region when the hydrophobic faces of two leucine zippers interact in parallel orientation. N-end碱性碱性-螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋basic helix /l

32、oop /helix，bHLH其主要特点是可构成两个其主要特点是可构成两个-螺旋，两个螺旋之间由环状构螺旋，两个螺旋之间由环状构造相连。造相连。螺旋担任二聚体的构成，在螺旋担任二聚体的构成，在HLH中带有碱性区的肽链称为中带有碱性区的肽链称为 碱性碱性HLHbHLH。担任结。担任结合合DNA。研讨发现，研讨发现，bH-L-H类蛋白只类蛋白只需构成同源或异源二聚体时，需构成同源或异源二聚体时，才具有足够的才具有足够的DNA结合才干，结合才干，当这类异源二聚体中的一方不当这类异源二聚体中的一方不含有碱性区时，明显缺乏对靶含有碱性区时，明显缺乏对靶基因的亲和力。基因的亲和力。 同源域蛋白v同源域同源

33、域homeo domains是指编码是指编码60个保守氨个保守氨基酸序列的基酸序列的DNA片段，广泛存在于真核基因组内，片段，广泛存在于真核基因组内，最早从果蝇同源异型座位最早从果蝇同源异型座位homeotic loci中克隆得到中克隆得到而命名。具有转录调控功能。而命名。具有转录调控功能。v同源域蛋白是一个同源域蛋白是一个DNA结合域，它由结合域，它由60个氨基酸组个氨基酸组成，并构成成，并构成3个个螺旋。螺旋。C端端螺旋有螺旋有17个氨基酸，个氨基酸，结合结合DNA大沟。大沟。N端臂插入端臂插入DNA小沟。小沟。v蛋白蛋白C末端区域类似于原核基因阻遏物螺旋末端区域类似于原核基因阻遏物螺旋-

34、转角转角-螺螺旋构造有关。旋构造有关。转录活化构造域转录活化构造域 v反式作用因子的功能具有多样性，其转录活化域也反式作用因子的功能具有多样性，其转录活化域也有多种，通常是依赖于有多种，通常是依赖于DNA结合构造域以外的结合构造域以外的30l00个氨基酸残基。个氨基酸残基。 v不同的转录活化域大体上有以下几组特征性构造：不同的转录活化域大体上有以下几组特征性构造：v带负电荷的带负电荷的螺旋构造。螺旋构造。v富含谷氨酰胺的构造。富含谷氨酰胺的构造。 v富含脯氨酸的构造。富含脯氨酸的构造。 真核基因转录调理是复杂的、多样的真核基因转录调理是复杂的、多样的真核生物的转录调控大多数是经过顺式作用元件和

35、反式作真核生物的转录调控大多数是经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。用因子复杂的相互作用来实现的。真核基因转录调控的主要方式真核基因转录调控的主要方式v2.1 蛋白质磷酸化对基因表达影响蛋白质磷酸化对基因表达影响v2.2 蛋白的乙酰化对基因表达影响蛋白的乙酰化对基因表达影响v2.3 激素及热激蛋白对基因表达影响激素及热激蛋白对基因表达影响1.蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化v蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程图蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程图8-25，p307是生物体内普遍存在的信息传导调理是生物体内普遍存在的信息传导调理方式，在细胞信号的传送过程中占有极其重方式，在细胞信号的传送过程中占有

36、极其重要的位置，几乎涉及一切的生理及病理过程，要的位置，几乎涉及一切的生理及病理过程，如糖代谢、光协作用、细胞的生长发育、神如糖代谢、光协作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。经递质的合成与释放甚至癌变等等。 细胞是生命活动的根本单位。细胞经过DNA的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“感知环境变化，并对其作出特定的应对。细胞应对可以分为3个阶段：外界信息的“感知，即由细胞膜到细胞核内的信息传送,染色质程度上的基因活性调控,特定基因的表达，即从DNARNA蛋白质的遗传信息传送过程。1.蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化signal magni

37、ficationv特异的膜受体对信号特异的膜受体对信号刺激的识别刺激的识别v信号的跨膜转换信号的跨膜转换v细胞内信号分子被传细胞内信号分子被传送给效应分子，引起送给效应分子，引起细胞的活性变化细胞的活性变化v信号分子的失活引起信号分子的失活引起细胞反响的终止细胞反响的终止存在于细胞膜或细胞内；能接受外界的信号并 将这一信号转化为细胞 内的一系列生物化学反 应 ，而对细胞的构造 或功能产生影响v配体配体LigandLigandv能与受体呈特异性结合的生物活性分子统称为能与受体呈特异性结合的生物活性分子统称为配体。配体。v受体与配体结合特性：特异性、高效性、可饱受体与配体结合特性：特异性、高效性、

38、可饱和性、可逆性。和性、可逆性。受体的根本类型根据其构造和转换信号的方式又分为三大根据其构造和转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体，类：离子通道受体，G蛋白偶联受体和跨膜蛋蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体系统。白激酶受体系统。1、膜受体、膜受体(membrane receptor)受受体体细胞外细胞外表受体表受体细胞内受体细胞内受体配体闸门离子通道配体闸门离子通道生长因子类受体生长因子类受体G蛋白偶联的受体蛋白偶联的受体离子通道受体，离子通道受体，G蛋白偶联受蛋白偶联受体系统体系统跨膜蛋白激酶跨膜蛋白激酶受体系统。受体系统。2 2、胞内受体、胞内受体(membrane receptor)(m

39、embrane receptor)一氧化氮一氧化氮NO细胞内信号细胞内信号 2019 年诺贝尔医学与生理学奖年诺贝尔医学与生理学奖 硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理硝酸甘油治疗心绞痛具有百年的历史，其作用机理是在体内转化为是在体内转化为NO，可舒张血管，减轻心脏负荷和，可舒张血管，减轻心脏负荷和心肌的需氧量。心肌的需氧量。 磷酸化与去磷酸化磷酸化与去磷酸化蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把化的把ATP或或GTP上上位的磷酸基转移位的磷酸基转移究竟物蛋白质氨基酸残基上的过程究竟物蛋白质氨基酸残基上的过程其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，其逆转过程是

40、由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸化。称为蛋白质脱磷酸化。曾经发如今人体内有多达曾经发如今人体内有多达2000个左右个左右的蛋白质激酶和的蛋白质激酶和1000个左右的蛋白质个左右的蛋白质磷酸酶基因。磷酸酶基因。组氨酸和赖氨酸残基也能够被磷酸化。组氨酸和赖氨酸残基也能够被磷酸化。蛋白激酶的种类与功能蛋白激酶的种类与功能 根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的种类可分为三大类： 第一类为丝氨酸/苏氨酸型。第二类为酪氨酸型。第三类是组氨酸型。 细胞受刺激以后，经过蛋白质磷酸化及一系列级联放大过程将胞外信号转化为细胞内信号，从而引起广泛的生理反响。 根据能否有调理物参与蛋白激酶活性又可分成两大类：信

41、使依赖性蛋白质激酶messenger-dependent protein kinase，包括胞内信使或调理因子依赖性蛋白激酶及激素生长因子依赖性激酶两个亚类；非信使依赖型蛋白激酶。蛋白质磷酸化对基因表达影响蛋白质磷酸化对基因表达影响v1.受受cAMP程度调控的程度调控的A激酶激酶v2.C激酶与激酶与PIP2、IP3和和DAG v3.CaM激酶及激酶及MAP v4.酪氨酸激酶途径酪氨酸激酶途径v5.蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控G蛋白偶联蛋白偶联受体系统受体系统跨膜蛋白激酶跨膜蛋白激酶酶受体系统酶受体系统G蛋白偶联受体蛋白偶联受体v这类受体与这类受体与G蛋白偶联，并

42、经过蛋白偶联，并经过G蛋蛋白调理细胞的生物学效应，因此称之为白调理细胞的生物学效应，因此称之为G蛋白偶联的受体。由一条多肽链组成，蛋白偶联的受体。由一条多肽链组成，其中带有其中带有7个疏水跨膜区域个疏水跨膜区域v氨基末端朝向细胞外，羧基末端那么氨基末端朝向细胞外，羧基末端那么朝向细胞内基质朝向细胞内基质v羧基末端有两个在蛋白激酶催化下发羧基末端有两个在蛋白激酶催化下发生磷酸化的位点生磷酸化的位点 ，与受体活性调控有，与受体活性调控有关。当受体与相应的配体结合后，触发关。当受体与相应的配体结合后，触发受体蛋白的构象改动，后者再进一步伐受体蛋白的构象改动，后者再进一步伐节节G蛋白的活性而将配体的信

43、号传送到蛋白的活性而将配体的信号传送到细胞内。细胞内。G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体又称七个跨膜又称七个跨膜螺旋受体螺旋受体/蛇型受体蛇型受体结合结合GTPGTP或或GDPGDPG蛋白蛋白鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白guanine nucleotidebinding protein由由3个不同的亚单位构成异聚体个不同的亚单位构成异聚体;具有结合具有结合GTP或或GDP的才干和的才干和GTPase的活性；的活性；其本身的构象改动可进一步激活效应蛋白其本身的构象改动可进一步激活效应蛋白effector protein，实现把细胞外的信号传送到细胞内的过程。实现把细胞外的信号传送到细胞内的过程。最早是

44、由最早是由Rodbell，Gilman等分别纯化，并将其命名，等分别纯化，并将其命名，获得了获得了1994年的诺贝尔奖。年的诺贝尔奖。 G蛋蛋白白的的分分子子开开关关1.1.受受cAMPcAMP程度调控的程度调控的A A激酶激酶P269P269 A激酶Protein Kinase A，PKA：依赖于cAMP的蛋白激酶。蛋白激酶蛋白激酶AProtein Kinase A，PKA：由两个催化亚基和：由两个催化亚基和两个调理亚基组成。两个调理亚基组成。活化的蛋白激酶活化的蛋白激酶A 催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，于是改动这些蛋白的活性，进一

45、步影响苏氨酸残基磷酸化，于是改动这些蛋白的活性，进一步影响到相关基因的表达。到相关基因的表达。腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶adenylate cyclase：是相对分子量为：是相对分子量为150KD 的的糖蛋白，跨膜糖蛋白，跨膜12 次。在次。在Mg2+或或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶的存在下，腺苷酸环化酶催化催化ATP 生成生成cAMPcAMP信号与基因表达膜上的受体与外源配基相结合，膜上的受体与外源配基相结合，引起受体构象上的变化，并与引起受体构象上的变化，并与GTP结合蛋白相结合，激活了与结合蛋白相结合，激活了与膜相关的腺苷酸环化酶膜相关的腺苷酸环化酶AC，导致胞内导致胞内cAMP浓度上升

46、，活化浓度上升，活化A激酶，释放催化亚基并进入核激酶，释放催化亚基并进入核内，实施底物磷酸化。被磷酸化内，实施底物磷酸化。被磷酸化的底物，如的底物，如CREB、CREM等，等，可作为转录激活因子诱发基因转可作为转录激活因子诱发基因转录。录。 v曾经证明，许多转录因子都可以经过曾经证明，许多转录因子都可以经过cAMP介介导的蛋白质磷酸化过程而被激活，由于这类基导的蛋白质磷酸化过程而被激活，由于这类基因的因的5端启动区大都拥有一个或数个端启动区大都拥有一个或数个cAMP应应对元件对元件cAMPresponse element,CRE，其根本序列是其根本序列是TGACGTCA。vCRE结合蛋白结合蛋

47、白(cAMP response element bound protein ,CREB)v该信号途径涉及的反响链可表示为：v激素G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录7.3.1蛋白质磷酸化、信号转导及基因蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达表达v1.受受cAMP程度调控的程度调控的A激酶激酶v2.C激酶与激酶与PIP2、IP3和和DAG v3.CaM激酶及激酶及MAP v4.酪氨酸激酶途径酪氨酸激酶途径v5.蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控G蛋白偶联蛋白偶联受体系统受体系统跨膜蛋白激酶跨膜蛋白激酶受体系统受体系统4，5-二磷

48、酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇PIP2磷脂酶磷脂酶CPLC-1，4，5-三磷酸肌醇三磷酸肌醇IP3二酰基甘油二酰基甘油DAG2. C激酶与激酶与PIP2、IP3和和DAG磷脂酰肌醇途径又称为磷脂酰肌醇途径又称为“双信使系统双信使系统(double messenger system)。 C激酶PKC是依赖于Ca2+的蛋白质激酶。由于IP3所引起的细胞质Ca2+浓度升高，导致C激酶从胞质转运到靠原生质膜内侧处，并被DAG和Ca2+的双重影响所激活。C激酶主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化构造域和一个调理结域。3.CaM激酶及激酶及MAPv钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin , Ca

49、M)为钙结合蛋白，为钙结合蛋白，由一条肽链组成，有四个由一条肽链组成，有四个Ca2+结合位点。与结合位点。与Ca2+结合后可激活结合后可激活CaM激酶激酶CaM-kinase ，再磷酸化多种功能蛋白质的丝、，再磷酸化多种功能蛋白质的丝、苏氨基酸残基。苏氨基酸残基。 vMAP激酶激酶mitogen-activated protein kinase, MAPK, 有丝分裂活化蛋白激酶活有丝分裂活化蛋白激酶活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导，性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导，也遭到酪氨酸蛋白激酶及也遭到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受体系统的蛋白受体系统的调控。调控。 vMAP-激酶的活性取决于该蛋

50、白中仅有一个氨激酶的活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基能否都被磷基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基能否都被磷酸化图酸化图8-32。 v把能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶把能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶称为称为MAP-激酶激酶-激酶激酶 MAPKK ，它的反，它的反响底物是响底物是MAP激酶。激酶。vMAP-激酶激酶-激酶本身能被激酶本身能被MAP-激酶激酶-激酶激酶-激激酶酶 MAPKKK所磷酸化，后者能同时被所磷酸化，后者能同时被C激酶或酪氨酸激酶家族的激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，蛋白等激活，从而在信息传导中发扬作用。从而在信息传导中发扬作用。 v图图8

51、-32 MAPKK MAPKKK MAPK4.酪氨酸激酶途径酪氨酸激酶途径TPKv酪氨酸激酶酪氨酸激酶 (tyrosine protein kinase, TPK)经过受体本身的酪氨酸激酶的激活来完成信经过受体本身的酪氨酸激酶的激活来完成信号的装导，不需求号的装导，不需求G蛋白。蛋白。 v跨膜受体型跨膜受体型TPK和胞质非受体型和胞质非受体型TPK受体类由胞外结合配体构造域、跨膜构造域和细胞质激酶构造域组成，受体类由胞外结合配体构造域、跨膜构造域和细胞质激酶构造域组成，其其TPK活性受胞外构造域与配体的调理。配体与受体结合可诱导受体蛋活性受胞外构造域与配体的调理。配体与受体结合可诱导受体蛋白的

52、二聚化，将受体胞质区酪氨酸残基磷酸化。白的二聚化，将受体胞质区酪氨酸残基磷酸化。非受体酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶构造域序列外，还有数非受体酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶构造域序列外，还有数个前体所不具备的保守区。个前体所不具备的保守区。一受体酪氨酸激酶receptor Tyrosine Kinase, receptor trKRPTKv酶蛋白以跨膜构造方式存在于细胞膜上酶蛋白以跨膜构造方式存在于细胞膜上;v胞外的部分是配体结合区，起受体的作用；胞外的部分是配体结合区，起受体的作用；v细胞质一侧的部分称为激酶活性区，具有酪氨酸激细胞质一侧的部分称为激酶活性区，具有酪氨酸激酶的活性酶的

53、活性v配体与受体结合可诱导受体蛋白的二聚化，将受体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，具有酪氨酸蛋白激酶活胞质区酪氨酸残基磷酸化，具有酪氨酸蛋白激酶活性。性。酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶包含包含6个亚家族：表个亚家族：表皮生长因子皮生长因子EGF、胰岛素、胰岛素样生长因子样生长因子IGF、神经生、神经生长因子长因子NGF、血小板衍生生长因血小板衍生生长因子子PDGF 、成、成纤维细胞生长因子纤维细胞生长因子FGF和血管内和血管内皮细胞生长因子皮细胞生长因子VEGF受体都受体都拥有定位于胞内的拥有定位于胞内的酪氨酸激酶功能区酪氨酸激酶功能区域和膜外区。域和膜外区。

54、各类受体酪氨酸激酶各类受体酪氨酸激酶 细胞外信号细胞外信号EGFEGF、PDGFPDGF等等具具PTK活性的受体活性的受体GRB2 PSOS PRas-GTP PRaf调理其他蛋白活性调理其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P细细胞胞核核反式作用因子反式作用因子调控基因表达调控基因表达细细胞胞膜膜二聚化二聚化 跨膜受体型TPK生长因子受体结合蛋白生长因子受体结合蛋白Grb2 5.蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控vCDKcyclin-dependent protein kinase周期蛋白依赖性蛋白激酶，简称CDK激酶 v蛋白质磷酸化参与细胞分裂的调控第四节 蛋白

55、质乙酰化对基因表达的影响1. 组蛋白的乙酰化及去乙酰化组蛋白的乙酰化及去乙酰化1.1. 组蛋白的根本组成：组蛋白是组成核小体的根本成分，核组蛋白的根本组成：组蛋白是组成核小体的根本成分，核小体是组成染色质的根本构造单元。小体是组成染色质的根本构造单元。1.2. 中心组蛋白的乙酰化与去乙酰化中心组蛋白的乙酰化与去乙酰化组蛋白的乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响组蛋白的乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响组蛋白乙酰化的形状与基因表达有关。组蛋白组蛋白乙酰化的形状与基因表达有关。组蛋白N端端“尾巴上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴尾巴上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它与的正电荷，降低

56、了它与DNA的亲和性，导致核小的亲和性，导致核小体构象发生有利于转录调理蛋白与染色质相结合体构象发生有利于转录调理蛋白与染色质相结合的变化，从和提高了基因转录的活性。的变化，从和提高了基因转录的活性。相反，组蛋白去乙酰化与基因活性的阻遏有关。相反，组蛋白去乙酰化与基因活性的阻遏有关。组蛋白乙酰基转移酶和去乙酰化酶只能有选择地影组蛋白乙酰基转移酶和去乙酰化酶只能有选择地影响一部分基因的转录。响一部分基因的转录。激素及其影响激素及其影响v许多类固醇激素如雌激素、孕激素、醛固许多类固醇激素如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素以及普通代谢性酮、糖皮质激素和雄激素以及普通代谢性激素如胰岛素的调控

57、作用都是经过起始激素如胰岛素的调控作用都是经过起始基因转录而实现的。基因转录而实现的。v靶细胞中还有大量激素受体蛋白，而非靶细靶细胞中还有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体，这是激素调理胞中没有或很少有这类受体，这是激素调理转录组织特异性的根本缘由。转录组织特异性的根本缘由。 1. 激素对靶基因的影响激素对靶基因的影响体内存在的许多糖皮质类激素应对基因都有一段大约体内存在的许多糖皮质类激素应对基因都有一段大约20bp的顺式作用元件激素应对元件，简称的顺式作用元件激素应对元件，简称HRE，该序列具有类似加强子的作用，其活性受，该序列具有类似加强子的作用，其活性受激素制约。靶细胞中

58、含有大量激素受体蛋白，而非激素制约。靶细胞中含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体。靶细胞中没有或很少有这类受体。激素元件序列糖皮质糖皮质GRETGGTACANNNTGTTCG雌激素雌激素EREGGTCANNNTGTCC甲状腺素甲状腺素TRECAGGGACGTGACCGCA1. 激素对靶基因的影激素对靶基因的影响响固醇类激素的受体蛋固醇类激素的受体蛋白分子有一样的构白分子有一样的构造框架，包括保守造框架，包括保守性极高并位于分子性极高并位于分子中央的中央的DNA结合区，结合区，位于位于C端的激素结端的激素结合区和保守性较低合区和保守性较低的的N端。端。v固醇类激素的受体蛋白分子

59、都有一样的构造固醇类激素的受体蛋白分子都有一样的构造框架，包括：框架，包括：v保守性极高的保守性极高的9442、位于分子中、位于分子中央的央的DNA结合区，结合区，v位于位于C端的有端的有5715同源性的激素结合同源性的激素结合区区v和保守性小于和保守性小于15的的N端。端。 科学家以为，激素、受体与顺式作用元件的结合位点三者缺一不可，其中无论是受体蛋白与激素的结合，还是激素本身，都不是与DNA结合并激活转录所必需的。 其实，通常情况下，受体蛋白中激素结合构造域妨碍了DNA结合区及转录调控区发扬生理功能，只需与相应激素结合后才干突破这种妨碍。类固醇激素与甲状腺素经过胞内类固醇激素与甲状腺素经过胞内受体调理生理过程受体调理生理过程能与某个类专注蛋白因子结合，从而控制基因特异表达能与某个类专注蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的的DNA上游序列称为应对元件。上游序列称为应对元件。应对元件与细胞内专注的转录因子相互作用，协调相关基因应对元件与细胞内专注的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。应对元件主要有：的转录。应对元件主要有：如热激应对元件如热激应对元件heat shock response element，HSE，糖皮质应对元件糖皮质应对元件glucocorticoi