现代分子生物学第八章课件

1、现代分子生物学、指导人民教师：杨林松演绎人：徐楸能、1、交流PPT、8.1真核基因表达调控的概念与一般规律、8.1.1基因表达的基本概念染色体组：一个细胞球和细小病毒具有的所有遗传信息和基因定径套。 基因：指产生肽链或功能RNA所必需的DNA片断。 包括查询密码区域及其上下游区域。 及查询密码片段之间(外显子)的断断续续的剪接序列(内含子)基因表达：基因的转录、翻译，产生具有特异生物科学功能的蛋白质分子或RNA分子的过程。 基因表达调控：这一调控过程由内因和外源信号所调控。 2、学习交流PPT，8.1.2真核基因破坏结构，1 .外显子和内含子证实了目前大部分真核基因由蛋白质查询密码序列和非蛋白

2、质自查询密码序列两部分组成(表8-1 )。 编码序列被称为外显子，而非编码序列被称为内部。 在一个结构基因中，查询密码一个鸡蛋异质区域的各个外显子并不连续排列，往往由长度不同的内含子隔离，从而形成马赛克排列的破坏方式。 真核基因有时也被称为断裂基因。 3、学习交流PPT，高等真核基因核DNA序列的相应外显子部分可能小于10%，图8-1是哺乳动物二氢叶酸还原酶基因，全长为2.5，3.1 kb，外显子全长仅有6人。 少数基因没有内含子。 不知道内含子的大姨妈功能。 一些基因在完全除去内含子后，还能产生同样活性的mRN A的其他基因，例如SV40 T抗原基因，一旦除去内含子，成熟mRN A携带人胞质

3、溶胶的过程就完全被阻断。 4、学习交流PPT，发现只有真核生物具有切除化学基闪中的内含子，产生功能型mRNA和蛋白质的能力，而原核生物一般不具有这种能力。 在原核细胞中表达真核基因，首先必须建构切除内含子的重组基因，才能得到所研究的蛋白质。 5、沟通PPT，2 .外显子与内含子连接部真核基因破坏结构的另一重要特征是外显子内含子连接部的高度保守性和特异的盐化学基序列。 外显子内含子连接区是指两者的边界或边界排列，表示由于内含子的两端排列间没有宽的同源性，所以内含子的两端排列不互补，在回形针加工前，内含子的上游排列和下游排列不可能碱基对形成发夹式二次结构。 由于外显子内含子连接区的阵列是短的但保守

4、的，因此该阵列可能与拼接机构密切相关，并且是RNA拼接信号阵列。 6、学习交流PPT，序列分析显示，从内含子5个末端开始的两个盐化学基都是GT，3个末端的最后两个盐化学基总是AG，由于这两个盐化学基的高度保守性和通用性，称其为GT-AG定律，因内含子的两个末端的序列不同，可定向显示内含子的两个末端从剪切加工过程沿着内含子从左到古的原则出发，一般将内含子的5末端的接头排列称为左剪切部位，将3末端的接头排列称为右剪切部位，因此将前者称为供给体位点。 外显子内含子连接区的保守序列几乎存在于所有高等真核生物化学基闪中，提示存在共同的剪切加工机制。 但腺粒体基因和酵母tRNA基因不存在这种保守序列，提示

5、存在不同种类的剪切过程。 7、学习交流PPT.外显子和内含子的可变调控为基因转录，加工成熟mRNA分子时，内含子被剪切加工去除，成熟mRNA分子中残留的外显子被连接，最终被翻译成蛋白质。 因此，在反转录酶的作用下，该cDNA分子仅含有外显子，没有内含子。 像肌红蛋白重链基因这样的真核基因可以准确地截断成成熟的mRNA，我们称这种方式为构成型截断。 一个转录产物的构成型回形针产生一个成熟的mRNA，仅查询密码一个多肌。然而，许多真核基因的初级转录产物通过不同的拼接方式产生不同的mRNA，并可被翻译成不同的蛋白质。 另外，有些核基因在转录时选择不同的启动子，或在转录产物上选择不同的多种(a位点使一

6、次转录本具有不同的二级结构)，因此影响剪接过程，最终产生不同的mRNA分子。 学习、选择性切断交流PPT :同一基因的转录产物以不同切断方式形成不同mRNA的过程。 选择性剪切典型例子：学习小鼠淀粉酶基因表达的组织特异性变化、9、交流PPT，小鼠肝和唾液腺两个组织淀粉酶mRNA的查询密码序列完全相同，但5端起始部分的长度不同。 事实上，l外显子只是唾液腺淀粉酶基因内含子序列的一部分，在mRNA成熟过程中被切除。 实验证明，来自s外显子的转印生成物为来自l外显子的转印生成物的100倍以上。 一个基因的内含子构成另一个基因的外显子，形成基因的差异表达，是真核基因破坏结构的重要特征。 学习1.0、交

7、流PPT，8.1.3基因家族真核细胞的DNA为单顺反子结构，在启动子调控下操纵子较少。 真核细胞中的许多相关基因由能力集组合而成，被称为基因家族。 同一家族的成员有时紧密排列，成为基因簇，但更多的情况下，它们分散在同一染色体的不同部位，也位于不同的染色体上。 各自具有不同的表现控制模式。 学习1.1、交流PPT，1 .简单多基因家族的简单多基因家族的基因一般是串联的。 据染色体组分析显示，大肠菌群有7个这样的拷贝，每个拷贝只有tRNA基因的种类、数量和存在部位发生变化。 学习1.2、交流PPT，在真核生物中，前rRNA转录产物的沉降系数为45S (约1400核苷酸)，含有18s、28s和5.8

8、S三个主要分子。 前rRNA分子中至少有100处被甲基化(主要是核糖的2-OH甲基化)，一次转录产物也被特异性RN4酶催化剂切断分解。 产生成熟rRVA分子。 此过程以snoRNA的参与(图8-4) 5SrRNA为独自的转录单位，需要RNA多聚酶3而非RNA多聚酶I完成转录。 学习1.3、交流PPT果蝇tRNA基因家族具有两个海胆组蛋白家族所没有的特点：基因家族中含有三个tRNA lys基因，而基因家族中的各个基因则是向不同的方向转录的。 复杂多基因家族复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列划分，成为独立的转录单位。 海胆基因家族和果蝇tRNA基因家族(下图):1.4

9、、交流PPT，3 .学习发育调控的复杂多基因家族血色素是动物体内输送分子氧的主要运载体，在由2a2 b组成的四聚体中加入血红素辅助化学基(结合铁元素原子)来形成功能性血色素。 众所周知，所有动物种的血色素基因基本结构相同(图8-6 )。 但是，在生物个体发育的不同阶段，出现了几种不同形式的a和b亚单位。 学习1.5、交流PPT，人a一珠蛋白基因簇位于1.6号染色体的短臂上，占30 kb前后。 其中有胚胎期基因(表8-2 )。 一珠卵位于基因簇至1.1号染色体的短臂上，占50-60kb。 (图8-7 )，学习1.6、交流PPT，学习不同发育阶段的血色素亚型、1.7、交流PPT，胚胎期类-珠卵自最

10、初以2型出现。 以后将取代1型。 在胎儿期中有两种等分子数型链。 因此，胚胎型血色素包括两个2型链和两个2型链。 新生儿出生后，98%的血色素包括2个共计2个单位和2个子单位，2%的血色素包括2个2个单位和2个子单位。 每个遗传基因家族，基因排列的顺序是在发育阶段中的表达顺序(图88 )。 学习1.8、交流PPT，8.1.4基因表达方式和特点，1 .基因表达方式根据对刺激的反应模式，可分为组成表达和选择性表达两种。有些基因在个体的所有细胞球中继续表达，而这些个的基因是管家基因。 其表达模式也称为构成基因表达。 管家基因通常具有以下特征：细胞结构和查询密码代谢过程所必需的基因，如rRNA、肌红蛋

11、白、微管蛋白等，通常可保持高表达量。 由于这些个的特点，实验研究多以rRNA、肌红蛋白或微管蛋白基因作为RT-PCR的对照。 在特定的环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为诱导性基因。 如果基因被环境信号抑制，则该基因为可抑制的基因(repmssihle gene )。 基因表达调控多为这些个基因转录及翻译速度调节，其查询密码产物水平发生变化，影响其功能。1.9、交流PPT、2 .基因表达的时空专一性基因表达的时间专一性(temporal specificity )，即功能上，某些特定基因的表达以特定时间m的顺序严格发生。 多细胞生物基因表达的时间专一性也称为阶段专一

12、性。 基因表达的空间专一性是指个体生长过程中某个基因产物以不同组织的空间顺序出现，基因表达以时间顺序出现的分布差异，实际上是由细胞球在不同器官上的分布决定的。 因此，空间专一性也被称为细胞球或组织特异性。 空间特异性基因表达在动物、植物生长发育的各个阶段也普遍存在，如果蝇胚胎发育中形成许多调节体节的基因表达呈显着组织特异性等。 基因表达调控有助于维持细胞球的增殖分化，维持个体的生长发育，帮助机体更好地适应外界环境的变化。 学习2.0、交流PPT、8.1.5照片核基因表达调控的一般规律、真核生物和原核生物基因表达调控的较大差异，均由两者基本生活方式的差异决定。 原核生物一般是自由生活的单细胞球，

13、环境条件适宜，营养剂的供应如果是一盏茶，就可以无限增长、分裂，这些操纵系统就是在特定的环境下为细胞球创造高速增长的基础，或在细胞球受损时尽早修复。 这些个主要通过转录控制，开启或关闭某个基因的表达来适应环境条件(主要是营养水平的变化)。 环境因子往往是调控的衍生物，群体中各细胞球对环境变化的反应直接且基本一致。 学习2.1、交流PPT、主要步骤、2.2、交流PPT、真核生物(酵母、藻类和原生动物等单细胞球类除外)主要由多细胞球组成，每个真核细胞拥有的基因数a和总染色体组蕴藏的遗传信息最原核生物大，人细胞的单倍体基因组中3 x 109bP总dnn 真核生物染色体组DNA (大肠菌群总DNA的约8

14、00倍，噬菌体总DNA的约1.0万倍)有许多重复序列，将不翻译的序列插入基因内，影响照片核基因的表达。 真核生物的DNA与蛋白质(包括组蛋白和组蛋白)结合，形成非常复杂的凝集素结构。 姜黄素的构象变化、姜黄素中蛋白质的变化、姜黄素对DNA酶催化剂敏感程度的变化等，对基因表达有重要影响. 学习2.3、交流PPT。 同时，真核生物染色质被包在核内，基因转录(核内)和翻译(胞质溶胶内)由核膜隔离，核内RNA的合成和运输、胞质溶胶中RNA的剪切和加工等扩大了真核生物基因调控的范围，达到了原核生物不能有的深度和广度。 对大多数真核细胞来说，基因表达调控的最显着特征是能够在特定时间和特定细胞球激活特定基因

15、，实现“预定”的、有序的、不可逆的分化、发育过程，使生物组织和器官保持正常功能。学习2.4、交流PPT，真核生物基因调控可分为两类：第一类为瞬时调控或可逆调控，原核细胞相当于对环境条件变化的反应，当某基质或激发水平上升时，或包含细胞周期不同阶段梅活性调节在内的第二类为发育调控或不可逆调控学习2.5、交流PPT，基于基因调控在同一事件发生前后的顺序，可分为转录水平调控和转录后水平调控，前者可分为遗传水平的DNA调控和表观遗传水平的染色质调控，后者又可分为RNA加工成熟过程的调控、翻译水平学习2.6、交流PPT、8.2真核基因表达转录水平的调控，真核细胞与原核细胞在基因转录、反转、DNA空间结构上

16、存在如下差异： 1 .真核细胞中，成熟的mRNA链只能翻译一条多皮链， 原核生物常见的多基因操纵子形式是真核细胞中不常见.2.真核细胞的DNA与组蛋白和大量的非组蛋白相结合.仅露出很少的DNA。 3 .高等真核细胞DNA大部分没有转录，大多数真核细胞上仍存在未被翻译的内含子。 真核生物可以根据生长阶段的需要有规律地进行DNA片段的重排，也可以根据需要增加细胞球内某个基因的拷贝数。 这种能力在原核生物也极为罕见。 学习2.7、交流PPT，5 .真核生物基因转录控制区域大，可能离核心启动子有数百至数千个碱基对。 尽管这些个凋亡区可与蛋白质结合，但启动子区并非直接影响RNA多聚酶的受体，而是通过改变

17、整个调控基因5上游区的DNA构型而影响其与RNA多聚酶的结合能力。 6 .真核牛的RNA在核中合成，通过核膜到达胞质溶胶后被分解为蛋白质。 在原核生物中不存在这样严密的空间间隔。 7 .许多真核生物丛经过复杂的成熟和剪切过程才能很好地翻译成蛋白质。 2.8、交流PPT、8.2.1真核基因的一般结构特征是完整的真核基因，包括查询密码区、5和3末端长度不同的特异序列，虽然不查询密码氨基酸，但在基因表达过程中起着重要作用。 (下图)基因的分子生物学定义是产生多肽链和功能RNA所需的全部核苷酸序列。 学习2.9、交流PPT，基因转录调节的基本要素是顺式作用的原件、反式作用因子和RNA多聚酶。 学习3.

18、0、交流PPT，顺式作用的原创是指启动子和基因的调节序列。 主要包括启动子、增强子、沉默子等。 反式作用因子是指与顺式作用元件结合，能够控制基因表达的蛋白质和RNA。 RNA多聚酶是催化基因转录的最主要的酶催化剂。 学习3.1、交流PPT、3.2、交流PPT、3.3、交流PPT、3.4、交流PPT、3.5、交流PPT、3.6、交流PPT、3.7、交流PPT、8.2增强子及其对转录的影响、增强子是什么？ 指使与其连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列，最初在SV40的初始基因的上游发现了2个长度72 bp的正向重复序列。 增强子特性(1)的增强子效果明显。 (2)增强效果与其位置和取向无关。 (3)多为反复序列(50bp )。 (4)其增强