真核生物基因表达调控.ppt

1、第八章：真核基因表达的调控，真核基因表达的控制。真核生物基因组的结构特征：真核生物基因组具有3109bp的巨大结构，染色质、核膜中断基因、单顺反子基因、内含子、外显子非编码区超过编码序列(9:1)，并含有大量重复序列。第一章概述，第2节。真核生物基因表达调控的特征。多级2。复杂的个体发展。积极调控占主导地位。转录和翻译是间隔进行的，根据它们的性质可以分为两类：1。瞬时调节或可逆调节，相当于原核细胞对环境条件变化的反应。瞬时调节包括在细胞周期的不同阶段，当某种底物或激素水平上升或下降时，对酶活性和浓度的调节。第二，发育调控或不可逆调控是真核基因调控的精髓，它决定了真核细胞生长、分化和发育的全过程

2、。根据同一事件中基因调控的顺序，可以分为：DNA水平调控转录水平调控转录后水平调控翻译水平调控蛋白质加工水平调控；真核基因表达调控的类型：核小体；1.定义：包装染色质的结构单位，染色质由包裹在组蛋白核周围的脱氧核糖核酸链组成。*组蛋白八聚体h2a与H2B、H3和H4有很强的亲和力，并在c端被疏水氨基酸结合；2.核小体结构，核心颗粒，连接区脱氧核糖核酸，核小体；*染色体结构的第一层，它构成染色质的基本结构单位；*，146bp的组蛋白八聚体核小体的核心颗粒直径约为10纳米，146 BP的核心脱氧核糖核酸缠绕在组蛋白八聚体上1.8次。单核体通常有200个碱基的脱氧核糖核酸。末端修剪首先将DNA的长度

3、减少到165个碱基，然后产生146个碱基的核心粒子。通过酶处理微球菌获得的核小体DNA的长度变化，连接DNA 100个碱基，平均55个碱基，核小体，组蛋白h1，核小体重复：核心接头DNA 200个碱基，染色体结构形成，(1)几个核小体首先形成念珠状结构，10 nm的纤维是一个连续的强核小体。高度有序的左手螺旋每圈包括六个核小体，30纳米纤维(直径30纳米)有一个螺线管。(2)第二层染色质结构30纳米细丝，a，组成，30纳米纤维，300纳米，b，体内存在状态，6.8:1，4033601，100033601，800033601，脱氧核糖核酸双螺旋，核团(10纳米纤维)，30纳米纤维，环一，环二，染

4、色体，脱氧核糖核酸水平的调节，基因丢失：在细胞分化过程中，一些原生动物，线虫，昆虫和其他体细胞蛔虫：只有一对染色体，染色体上有许多着丝粒。早期发育：只有一个着丝粒能保证正常的有丝分裂；特定阶段：在将来分化为体细胞的细胞中染色体断裂，许多小染色体形成。带有着丝粒的小染色体：它将在细胞分裂后期保持；没有着丝粒的小染色体：它丢失是因为它不能在细胞中正常分布。未来将成为生殖细胞的细胞没有染色体断裂。四膜虫：大核：营养核转录核：生殖核没有转录活性。大核由小核发育而来，发育过程中有许多染色质断裂，约10%的基因组DNA被删除。缺失序列的存在可能会抑制基因的正常表达。在高等生物中，基本上没有类似的基因丢失现

5、象全能性：红细胞、基因扩增、通过改变基因数量来调节基因表达产物的水平。为了在受精后为卵的发育保留大量的核糖体，爪蟾卵母细胞3360通常需要特异性地增加编码核糖体rRNA的滚环复制rDNA(rDNA):拷贝数为15002106，总量可达细胞DNA的75%。转录活跃区染色质的结构变化：染色质的两种状态：非活跃状态非活跃(沉默)状态:如异染色质活跃状态活跃状态:转录活跃区对核酸酶的敏感性增加，被转录的DNA甲基化程度降低；活跃转录的染色质通常缺乏组蛋白H1，而其他核心组蛋白被乙酰化或与泛素结合以修饰非常活跃的转录区域。例如，在许多真核生物中，没有核小体结构，这两种状态的相对稳定性是：如果核小体在启动

6、子上形成，转录因子和rRNA聚合酶不能结合。当形成稳定的初始复合物时，组蛋白将被排除在基因表达之外。转录因子或组蛋白是否首先与控制位点结合是一个非常重要的因素。一旦形成相对稳定的结构，它就不会由于转录因子和组蛋白游离成分之间浓度平衡的改变而改变。染色质重构是指基因转录被激活时核小体组蛋白替换和重排的过程。包括组蛋白八聚体在脱氧核糖核酸上的滑动，改变核小体表面特定序列的位置，改变组蛋白八聚体之间的距离，从脱氧核糖核酸上分离组蛋白八聚体，产生无核小体的游离脱氧核糖核酸间隙，染色质重建，染色质重建需要重建复合体的参与。重构复合体的中心是其ATPase亚单位、组蛋白修饰、组蛋白N末端尾部修饰，特别是H

7、3和H4，它们引发了染色质结构的改变。甲基化、乙酰化和磷酸化通常被认为与活性染色质有关，而甲基化不是一个统一的定律。乙酰化：乙酰化是可逆的，由相应的酶催化：组蛋白乙酰转移酶(HAT)脱乙酰酶：组蛋白脱乙酰酶(HDAC)，甲基化：大多数DNA甲基化位点是CpG岛，异染色质中的CpG序列通常是甲基化的，启动子区CpG岛的非甲基化是基因表达所必需的。1.基因调控的顺式作用成分：1 .启动子：位于转录起始位点附近的序列元件，具有相对固定的位置，是转录起始所必需的。启动子的一般模式是核心启动子，位于TATA盒上游的启动子成分(UPE)。除了CCAAT盒，其他成分因基因而异，而UPE控制转录起始频率，启动

8、子的强度取决于UPE的数量和类型。顺式作用元件的定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。2。增强子，定义：位于远离转录起始位点的序列元件，具有参与、激活和增强转录起始的功能。增强子特征：它与启动子的相对位置和方向无关，只要它存在于同一个DNA分子上，它就能发挥无基因特异性的作用，并能在具有严格组织特异性和细胞特异性的不同基因组合中表现出增强效果。感染真核细胞的病毒脱氧核糖核酸大多含有能被宿主细胞蛋白质激活的增强子。小鼠乳腺腺瘤病毒(MMTV)的DNA含有糖皮质激素基因增强子。MMTV病毒可以在类固醇激活的细胞(如乳腺上皮细胞)中繁殖。病毒具有宿主范围，因为它具有组织特异性和物种特异性增强

9、子。启动子和增强子的典型模式：启动子包含能结合转录因子的短序列元件(10bp)，其分布在转录起始位点上游约200bp的范围内，并且增强子可以与启动子分开几kb。含有几个紧密排列的序列元件的脱氧核糖核酸可以与转录因子结合，通过卷曲或重排在与启动子和增强子结合的转录因子之间产生相互作用。形成一个大的蛋白质复合体，增强子，增强子的主要作用机制：增加启动子附近转录激活子的浓度，如左图所示：当增强子和启动子位于线性DNA的两端时，增强子不作用于启动子；然而，当增强子和启动子位于两个独立的环状脱氧核糖核酸分子上时，它们之间没有相互作用。然而，当两个脱氧核糖核酸环形成一条链时，它们可以相互作用，绝缘体可以阻

10、断激活或失活效应通过的元素。它们同时具有一个或两个主要特征：当绝缘体位于增强子和启动子之间时，它可以阻止增强子对启动子的激活；当绝缘体位于活性基因和异染色质之间时，它可以保护活性基因免受异染色质延伸引起的失活效应。绝缘体在提高基因调控的准确性方面发挥作用。消音器：起到威慑作用的负面监管因素。3.应答元件：一组受共同调控的基因，每个基因都有相同的序列元件，这是诱导型转录因子识别靶基因的位点。例如，热休克反应元件(HSE)、血清反应元件(SRE)、糖皮质激素反应元件(GRE)、camp-蛋白激酶途径、组成、细胞外信息分子、受体、g蛋白、腺苷酸环化酶(AC)、cAMP、蛋白激酶a (PKA)、cAM

11、P的作用机制、PKA的活化、调节亚单位c的催化亚单位、目录、R、(cAMP依赖性蛋白激酶、PKA)、R:调节亚单位c:催化亚单位、cAMP、蛋白激酶A、PKA、1)物质代谢的调节肾上腺素对糖原代谢、肾上腺素的影响camp、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、cAMP、c 它可以与环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)相互作用来调节该基因的转录。(2)基因表达的调节、三磷酸腺苷、环磷酸腺苷、蛋清磷脂化、热休克基因：当温度升高

12、时，一些基因关闭，而热休克基因表达。原核生物和真核生物的基因是不同的。在细菌中，合成了一种新的因子，它引导核糖核酸聚合酶核酸酶识别热休克基因共有的不同于普通启动子的a -10序列；真核生物中的：热休克基因有一个共同的共有序列，被一个独立的转录因子HSTF所识别。该因子的激活使一组特定的(约20个)含有健康、安全和环境的基因开始转录。金属硫蛋白基因单个基因受多种反应元件调控：金属硫蛋白可以与重金属结合，将重金属排出细胞外，保护细胞免受重金属污染。TRE:增强子元件，可与转录因子AP1相互作用，并介导对TPA(一种致癌物)的反应。MRE:启动子元件，金属诱导反应GRE:增强子元件，可与类固醇受体结

13、合并介导类固醇激素反应。2.转录因子：(1)转录因子的类型：转录基础因子：基础因子与核糖核酸聚合酶结合形成转录基础复合物转录激活因子：激活因子特异性识别短序列的转录因子，并结合到启动子或增强子位点。通过提高转录碱性复合物与启动子结合的效率来提高转录频率。组成：诱导基因连续表达：在特定的组织和特定的时间被激活或合成，结合到应答元件以辅助转录激活因子：共激活因子本身不结合到脱氧核糖核酸，连接转录激活因子和转录基本复合物，反式作用因子，1。定义：能直接或间接识别或结合各种顺式作用元件的核心序列并参与调节靶基因转录效率的蛋白质。TFD(TATA)，CTF(CAAT)，SP1(GGGCGG)，HSF(热

14、休克蛋白启动子区)，2，三部分：DNA结合域；转录激活域；连接区域、核糖核酸聚合酶和碱性转录因子与启动子结合。转录激活因子与启动子的远侧或增强子结合。一些辅助转录因子可以改变染色质结构，如p300/CBP，(2)转录因子的DNA结合域，螺旋-转-螺旋，H-T-H)锌指，碱性亮氨酸拉链，碱性螺旋/环/螺旋(bHLH)，锌指：有四个cys，或两个cys和两个his与一个Zn2配位，它们被称为cys-cys锌指和cys-his锌指。锌指本身含有23个氨基酸，锌指之间连接着78个氨基酸残基。三个锌指的蛋白质和脱氧核糖核酸组合的晶体结构图如下：每个锌指的氮端形成一个折叠，碳端形成一个螺旋。这三个螺旋只是

15、脱氧核糖核酸沟的一个圆。螺旋-转-螺旋：螺旋-转-螺旋(HTH)由两个短的螺旋片段组成，每个片段约79个氨基酸长，由一圈(约20aa长)分开。一个螺旋是识别螺旋，位于脱氧核糖核酸沟中，另一个螺旋与脱氧核糖核酸骨架接触。亮氨酸拉链的特征是每7个亮氨酸重复出现一次。当形成二聚体时，碱性区域对脱氧核糖核酸有很高的亲和力。螺旋-环-螺旋(HLH)包含两个两性螺旋，由1516个氨基酸组成。这两个螺旋被一个1024个残基的环分开。螺旋负责二聚体的形成。HLH基序附近的DNA结合序列含有碱性。(3)诱导型转录因子的调节：1 .调节基因级联一个基因的表达产物是下一个基因的转录因子。2.通过化学修饰改变转录因子的活性：最常见的化学修饰是磷酸化和去磷酸化。通过配体结合激活或失活