分子生物学第八章-2省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

Contents真核生物基因结构与转录活性真核基因转录机器主要组成蛋白质磷酸化对基因转录调控蛋白质乙酰化对蛋白表示影响激素与热激蛋白对基因表示影响其它水平上表示调控第1页

细胞是生命活动基本单位。细胞经过DNA复制和细胞分裂将本身所固有遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。它们还不停地“感知”环境改变，并对其作出特定应答。细胞应答能够分为3个阶段：外界信息“感知”，即由细胞膜到细胞核内信息传递,染色质水平上基因活性调控,特定基因表示，即从DNA→RNA→蛋白质遗传信息传递过程。第2页

蛋白质磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在信息传导调整方式，几乎包括全部生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞生长发育、神经递质合成与释放甚至癌变等等。第3页能与受体呈特异性结合生物活性分子则称配体(ligand)。受体定义是细胞膜上或细胞内能尤其识别生物活性分子并与之结合成份。它能把识别和接收信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引发生物学效应特殊蛋白质。第4页受体分类：当前已知受体种类达百余种。

按部位分类：细胞膜受体和细胞内受体。按结构分类：单体蛋白受体、跨膜复合蛋白受体。按效应分类：离子通道偶联受体、G蛋白偶联受体、蛋白激酶偶联受体。

按功效分类：神经递质类受体、激素类受体、自体活性物质类受体。第5页G蛋白:

受体与配体结合后即与膜上偶联蛋白结合，使其释放活性因子，再与效应器发生反应。因为这些偶联蛋白结构和功效极为类似，且都能结合GTP或GDP，所以通常称G蛋白，即鸟苷酸调整蛋白（guaninenucleotideregulatoryprotein）

Gprotein细胞表面受体经过与其对应配体作用后，可经不一样种类G蛋白偶联，分别发挥不一样生物学效应。第6页G蛋白种类和结构：

已发觉有40各种，结构相同，均为异源性三聚体，由α、β、γ亚基组成.第7页

细胞表面受体与配体分子高亲和力特异性结合，能诱导受体蛋白构象改变，使胞外信号顺利经过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。受体分子活化细胞功效路径主要有两条：一是受体本身或受体结合蛋白含有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号经过酪氨酸激酶路径得到传递；二是配体与细胞表面受体结合，经过G蛋白介异效应系统产生介质，活化丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸激酶，从而传递信号。第8页存在于细胞质膜上受体，依据其结构和转换信号方式又分为三大类：离子通道受体，G蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体。膜受体(membranereceptor)第9页P308第10页真核细胞主要跨膜信号传导路径第11页第12页蛋白质磷酸化和GTP结合蛋白参加信号转导过程第13页依赖于cAMP蛋白激酶称为A激酶（PKA），它能把ATP分子上末端磷酸基团加到某个特定蛋白质丝氨酸或苏氨酸残基上。8.3.1受cAMP水平调控A激酶第14页受cAMP水平调控A激酶非活性状态PKA全酶由4个亚基R2C2所组成，分子量约为150-170，调整亚基与cAMP相结合，引发构象改变并释放催化亚基，后者随即成为有催化活性单体.第15页不一样细胞对cAMP信号路径反应速度不一样：

●在肌肉细胞1秒钟之内可开启糖原降解为葡糖1-磷酸（图），而抑制糖原合成。第16页

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cAMP合成并活化A激酶，后者再将活化磷酸基团传递给无活性磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解过程并提供ATP。cAMP活化糖原磷酸化酶示意图第17页●在一些分泌细胞中，需要几个小时，激活PKA进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调整相关基因表示。许多转录因子都能够经过cAMP介导蛋白质磷酸化过程而被激活，因为这类基因5’端大都拥有一个或数个cAMP应答元件（CRE）。

CRE（cAMPresponseelement，cAMP应答元件）是DNA上调整区域。(TGACGTCA)

CRE结合蛋白(cAMPresponseelementboundprotein,CREB)第18页cAMP信号与基因表示该信号路径包括反应链可表示为p311：激素→G蛋白耦联受体→激活G蛋白→激活腺苷酸环化酶→cAMP→活化依赖cAMP蛋白激酶A→释放催化亚基进入核内→底物（CREB）磷酸化→激活基因转录第19页cAMP信号与基因表示该信号路径包括反应链可表示为p311：激素→G蛋白耦联受体→激活G蛋白→激活腺苷酸环化酶→cAMP→活化依赖cAMP蛋白激酶A→释放催化亚基进入核内→底物（CREB）磷酸化→激活基因转录第20页Contents真核生物基因结构与转录活性真核基因转录机器主要组成蛋白质磷酸化对基因转录调控蛋白质乙酰化对蛋白表示影响激素与热激蛋白对基因表示影响其它水平上表示调控第21页1.组蛋白乙酰化及去乙酰化1.1.组蛋白基本组成：组蛋白是组成核小体基本成份，核小体是组成染色质基本结构单元。{组蛋白：H1H2AH2BH3H4非组蛋白}核小体{DNA蛋白质染色体第22页核小体是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成八聚体和由大约200bpDNA组成。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体外面。每个核小体只有一个H1。核小体组成念珠状结构，有一条细丝连着一串直径为10nm球状体。核小体第23页1.2.关键组蛋白乙酰化与去乙酰化关键组蛋白朝向外部N-端部分被称为”尾巴”,可被组蛋白乙酰基转移酶和乙酰基去乙酰化酶修饰，加上或去掉乙酰基团。图：组蛋白N端”尾巴”主要修饰位点第24页1.3.组蛋白乙酰基转移酶（HAT）当前已发觉HAT有两类：一类与转录相关另一类与核小体组装以及染色质结构相关。第25页1.4.组蛋白去乙酰化酶（HDAC）组蛋白去乙酰化酶负责去除组蛋白上乙酰基团。第26页2.组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表示影响p320组蛋白乙酰化状态与基因表示相关。组蛋白N端“尾巴”上赖氨酸残基乙酰化中和了组蛋白尾巴正电荷，降低了它与DNA亲和性，造成核小体构象发生有利于转录调整蛋白与染色质相结合改变，从和提升了基因转录活性。相反，组蛋白去乙酰化与基因活性阻遏相关。第27页Contents真核生物基因结构与转录活性真核基因转录机器主要组成蛋白质磷酸化对基因转录调控蛋白质乙酰化对蛋白表示影响激素与热激蛋白对基因表示影响其它水平上表示调控第28页1.激素对靶基因影响许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及普通代谢性激素（如胰岛素）调控作用都是经过起始基因转录而实现。8.5激素与热激蛋白对基因表示影响P323几个常见疏水性小分子激素结构式第29页1.激素对靶基因影响体内存在许多糖皮质类激素应答基因都有一段大约20bp顺式作用元件（激素应答元件，简称HRE），该序列含有类似增强子作用，其活性受激素制约。激素元件序列糖皮质GRETGGTACANNNTGTTCG雌激素EREGGTCANNNTGTCC甲状腺素TRECAGGGACGTGACCGCA第30页固醇类激素受体蛋白分子有相同结构框架，包含保守性极高并位于分子中央DNA结合区，位于C端激素结合区和保守性较低N端。N端功效不详，但它存在确保了转录高效进行。第31页保守性极高DNA结合区，位于C端激素结合区和保守性较低N端。图示不一样激素受体DNA结合区第32页类固醇激素经过胞内受体调整生理过程靶细胞中含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或极少有这类受体。研究表明，激素，受体，顺式作用元件结合位点三者缺一不可。第33页2.热激蛋白诱导基因表示能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表示DNA上游序列称为应答元件。应答元件主要有：热激应答元件（HSE）糖皮质应答元件（GRE）金属应答元件（MRE）应答元件与细胞内专一转录因子相互作用，协调相关基因转录。调控因子应答元件DNA序列结合蛋白热激HSECNNGAANNTCCNNGHSF镉MRECGNCCCGGNCNC？佛波酯TRETGACTCAAP1血清SRECCATATTAGGSRF第34页2.热激蛋白诱导基因表示许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（heatshockprotein，HSP），又称热激蛋白。受热后，果蝇细胞内Hsp70mRNA水平提升1000倍，就是因为热激因子（heatshockfactor，HSF）与hsp70基因TATA区上游60bp处HSE（热激应答元件）相结合，诱发转录起始。第35页不受热或其它环境胁迫时，HSF（热激因子）主要以单体形式存在于细胞质和核内。单体HSF没有DNA结合能力。第36页受热激或其它环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与HSF竞争结合Hsp70，从而释放HSF，使之形成三体并输入核内。HSF三体能与HSE（热激应答元件）特异结合，促进基因转录。第37页HSF这种能力可能还受磷酸化水平影响。热激后，HSF不但形成三体，还会快速被磷酸化。HSF与HSE特异性结合，引发包含Hsp70在内许多热激应答基因表示，大量产生Hsp70蛋白。伴随热激温度消失，细胞内出现大量游离Hsp70蛋白，它们与HSF相结合，形成没有DNA结合能力单体并脱离DNA。第38页Contents真核生物基因结构与转录活性真核基因转录机器主要组成蛋白质磷酸化对基因转录调控

蛋白质乙酰化对蛋白表示影响激素与热激蛋白对基因表示影响其它水平上表示调控第39页8.6其它水平上表示调控8.6.1RNA加工成熟1、rRNA和tRNA加工成熟第40页rRNA加工有两个内容，一个是分子内切割，另一个是化学修饰。真核生物rRNA基因转录时先产生一个45S前体rRNA，然后前体rRNA很快就会被加工降解，生成不一样相对分子质量成熟rRNA。第41页rRNA化学修饰：甲基化原核生物：碱基甲基化真核生物：核糖甲基化tRNA基因转录时也可能先生成前体tRNA，然后再进行加工成熟。普通认为，tRNA基因初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷修饰，生成4.5S前体tRNA，再行剪接成为成熟tRNA（4S）。第42页编码蛋白质基因转录产生mRNA。这类基因产物在转录后要进行一系列加工改变，才能成为成熟有生物功效mRNA。编码蛋白质基因转录时首先生成前体pre-mRNA(或称核不均一RNA，hnRNA)，然后再加工剪接为成熟mRNA。这些加工主要包含在mRNA5'末端加"帽子"，在其3'末端加上poly(A)，进行RNA剪接以及核苷酸甲基化修饰等。因为mRNA这些结构与它作为蛋白质合成模板功效有亲密关系，所以是基因表示主要调控步骤。2、mRNA加工成熟第43页3、真核生物基因转录后加工多样性

真核生物基因能够按其转录方式分为两大类：即简单转录单位和复杂转录单位。(1)简单转录单位。这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不一样形式：第44页简单转录单位转录后加工有3种不一样形式第一个简单转录单位，如组蛋白基因，它们没有内含子，所以不存在转录后加工问题，其mRNA3’末端没有poly(A)，但有一个保守回文序列作为转录终止信号第45页简单转录单位转录后加工有3种不一样形式第二种简单转录单位包含腺病毒蛋白IX、α-干扰素和许多酵母蛋白质基因，它们没有内含子，所编码mRNA不需要剪接，但需要加poly(A)。第46页简单转录单位转录后加工有3种不一样形式第三种简单转录单位包含α和β-珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因，这些基因即使都有内含子，需要进行转录后加工剪接，还要加poly(A)，但它们只产生一个有功效mRNA，所以依然是简单转录单位。第47页(2)复杂转录单位。含有复杂转录单位主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质基因，它们除了含有数量不等内含子以外，其原始转录产物能经过各种不一样方式加工成两个或两个以上mRNA。第48页①利用多个5’端转录起始位点或剪接位点产生不一样蛋白质。第49页②利用多个加多聚（A）位点和不一样剪接方式产生不一样蛋白质。

前mRNA不一样剪接方式造成了不一样组织中不一样降钙素样蛋白第50页③虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点基因。

第51页mRNA有效性调控真核生物能否长时间、及时地利用成熟mRNA分子翻译出蛋白质以供生长、发育需要，是与mRNA稳定性亲密相关。原核生物mRNA半衰期很短，平均大约3min。高等真核生物快速生长细胞中mRNA半衰期平均约为3h。在高度分化终端细胞中许多mRNA极其稳定，有寿命长达几天或十几天，加上强开启子转录，使一些终端细胞特有蛋白质合成到达惊人水平。第5