生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第16章 基因表達(dá)調(diào)控

1、Regulation of Gene Expression 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念 第二節(jié)第二節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基因表達(dá)調(diào)控的基本要素基本要素 第三節(jié)第三節(jié) 原核基因的表達(dá)調(diào)控原核基因的表達(dá)調(diào)控 第四節(jié)第四節(jié) 真核基因的表達(dá)調(diào)控真核基因的表達(dá)調(diào)控 第第 一一 節(jié)節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念 一、基因及基因表達(dá)的概念一、基因及基因表達(dá)的概念 基因組基因組* *( (genome) ) 指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁 殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸。殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸

2、。 個體或細(xì)胞所含的全套基因的總和。個體或細(xì)胞所含的全套基因的總和。 基因基因* *( (gene) ) 負(fù)載特定遺傳信息的負(fù)載特定遺傳信息的DNA片段片段( (或或RNA片段片段) ) DNA 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄 mRNA tRNA rRNA 小小RNA 翻翻 譯譯 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)( (多肽多肽) ) 無翻譯產(chǎn)物無翻譯產(chǎn)物 無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物無轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 如啟動基因、操縱基因如啟動基因、操縱基因 基因的分類基因的分類 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 n基因表達(dá)基因表達(dá)* *（gene expression）是指在一定調(diào)節(jié)是指在一定調(diào)節(jié) 因素的作用下，因素的作用下，DNA分分子上特定的基因被激活子上特定的基因

3、被激活 并轉(zhuǎn)錄生成特定的并轉(zhuǎn)錄生成特定的RNA，或或由此引起特異性蛋由此引起特異性蛋 白質(zhì)合成的過程。白質(zhì)合成的過程。 n基因表達(dá)的產(chǎn)物基因表達(dá)的產(chǎn)物* *： 1 1、蛋白質(zhì)（多數(shù)）、蛋白質(zhì)（多數(shù)） 2 2、RNA 基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄翻譯基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄翻譯 Question: tRNA、 rRNA 的轉(zhuǎn)錄過程是否是基因表達(dá)？的轉(zhuǎn)錄過程是否是基因表達(dá)？ 生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都生物基因組的遺傳信息并不是同時全部都 表達(dá)出來的。表達(dá)出來的。 基因基因是否表達(dá)、表達(dá)多少、表達(dá)時間和部是否表達(dá)、表達(dá)多少、表達(dá)時間和部 位位與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的需求相適應(yīng)；與內(nèi)外環(huán)與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的需求相適應(yīng)；與內(nèi)外環(huán)

4、 境的變化相適應(yīng)。境的變化相適應(yīng)。 基因表達(dá)是受調(diào)控的基因表達(dá)是受調(diào)控的 大腸桿菌基因組含有約大腸桿菌基因組含有約40004000個基因，一般情況個基因，一般情況 下只有下只有5 510%10%在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處在高水平轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其它基因有的處 于較低水平的表達(dá)，有的暫時不表達(dá)。于較低水平的表達(dá)，有的暫時不表達(dá)。 人的基因組約含有人的基因組約含有2.52.5萬個基因，但在一個組萬個基因，但在一個組 織細(xì)胞中通常只有一部分基因表達(dá)，多數(shù)基因處在織細(xì)胞中通常只有一部分基因表達(dá)，多數(shù)基因處在 沉靜狀態(tài)。沉靜狀態(tài)。 即使蛋白質(zhì)合成量比較多、基因開放比例較高即使蛋白質(zhì)合成量比較多、基因開放

5、比例較高 的肝細(xì)胞，一般也只有不超過的肝細(xì)胞，一般也只有不超過20%20%的基因處于表達(dá)的基因處于表達(dá) 狀態(tài)。狀態(tài)。 Hb 22 22 22 胚胎型胚胎型 胎兒型胎兒型 成人型成人型 如如: 如：不同組織器官形態(tài)、功能的差異如：不同組織器官形態(tài)、功能的差異 組成性基因表達(dá)也是相對的，而不是一成不組成性基因表達(dá)也是相對的，而不是一成不 變的，其表達(dá)強弱也是受一定機制調(diào)控的。變的，其表達(dá)強弱也是受一定機制調(diào)控的。 適應(yīng)性表達(dá)適應(yīng)性表達(dá)( (adaptive expression) )：指環(huán)境指環(huán)境 的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。 改變基因表達(dá)的情

6、況以適應(yīng)環(huán)境。改變基因表達(dá)的情況以適應(yīng)環(huán)境。 例如與適宜溫度下生活相比較，在冷或熱環(huán)例如與適宜溫度下生活相比較，在冷或熱環(huán) 境下適應(yīng)生活的動物，其肝臟合成的蛋白質(zhì)圖譜境下適應(yīng)生活的動物，其肝臟合成的蛋白質(zhì)圖譜 就有明顯的不同；長期攝取不同的食物，體內(nèi)合就有明顯的不同；長期攝取不同的食物，體內(nèi)合 成代謝酶類的情況也會有所不同。成代謝酶類的情況也會有所不同。 （二）（二）適應(yīng)性適應(yīng)性表達(dá)表達(dá) DNA損傷損傷 修復(fù)酶基因激活修復(fù)酶基因激活 乳糖乳糖 利用乳糖的三種酶表達(dá)利用乳糖的三種酶表達(dá) 1 1、誘導(dǎo)表達(dá)（、誘導(dǎo)表達(dá)（inductioninduction） 培養(yǎng)基中有充足的色氨酸時培養(yǎng)基中有充足的

7、色氨酸時: : 阻遏色氨酸合阻遏色氨酸合 成酶系的表達(dá)。成酶系的表達(dá)。 周圍有充足的葡萄糖時周圍有充足的葡萄糖時: :細(xì)菌的乳糖操縱子被細(xì)菌的乳糖操縱子被 阻遏、關(guān)閉。阻遏、關(guān)閉。 2、阻遏表達(dá)、阻遏表達(dá)(repression) 在一定機制控制下，功能上相關(guān)的一組基在一定機制控制下，功能上相關(guān)的一組基 因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、 共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)，這種調(diào)節(jié)稱為共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)協(xié)調(diào) 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)(coordinate regulation)。 如如: :控制糖原合成和分解

8、的關(guān)鍵酶的表達(dá)。控制糖原合成和分解的關(guān)鍵酶的表達(dá)。 （三）協(xié)調(diào)表達(dá)（三）協(xié)調(diào)表達(dá) 適應(yīng)環(huán)境的不斷變化，維持生物體的生存。適應(yīng)環(huán)境的不斷變化，維持生物體的生存。 多細(xì)胞生物進(jìn)行正常地分化、發(fā)育、多細(xì)胞生物進(jìn)行正常地分化、發(fā)育、 繁殖和代謝等生命活動。繁殖和代謝等生命活動。 基因表達(dá)調(diào)控的概念：基因表達(dá)調(diào)控的概念： 生物體內(nèi)基因表達(dá)的生物體內(nèi)基因表達(dá)的開啟開啟、關(guān)閉關(guān)閉和和表達(dá)強表達(dá)強 度度的直接調(diào)節(jié)。的直接調(diào)節(jié)。 基因表達(dá)調(diào)控是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必需。基因表達(dá)調(diào)控是生物適應(yīng)環(huán)境生存的必需。 第二第二 節(jié)節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本要素基因表達(dá)調(diào)控的基本要素 轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控最重要轉(zhuǎn)錄水平的基因表

9、達(dá)調(diào)控最重要* * 一、基因表達(dá)調(diào)控的多層次性一、基因表達(dá)調(diào)控的多層次性 1.1.特異的特異的DNA序列序列 原核生物原核生物: :啟動序列、操縱序列等啟動序列、操縱序列等 真核生物：真核生物： 2.2.調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 原核生物原核生物: :、 真核生物：真核生物： 3.3.RNA聚合酶聚合酶 操縱子調(diào)控模式操縱子調(diào)控模式 PromoterGene 1Gene 2Gene 3Terminator RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 -35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū) TTGACATTAACT TTTACATATGAT TTTACATATGTT TTGATATATAAT CTGACG TACTGT N17 N16 N1

10、7 N16 N16 N7 N7 N6 N7 N6 A A A A A trp tRNATyr lac recA Ara BAD TTGACA TATAAT 共有序列共有序列 啟動序列的共有序列：啟動序列的共有序列： 某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA 聚合酶聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性對一個或一套啟動序列的特異性 識別和結(jié)合能力。識別和結(jié)合能力。 共有序列中的任一堿基突變或變異都共有序列中的任一堿基突變或變異都 會影響會影響RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合及聚合酶與啟動序列的結(jié)合及 轉(zhuǎn)錄起始。因此，轉(zhuǎn)錄起始。因此，共有序列決定啟動序共有序列決定啟動序 列的轉(zhuǎn)錄活性大小

11、。列的轉(zhuǎn)錄活性大小。 與自身處于同與自身處于同 一一DNA分子中分子中 啟動子啟動子見轉(zhuǎn)錄章（復(fù)習(xí)）見轉(zhuǎn)錄章（復(fù)習(xí)） 增強子：增強子：能增強其能增強其上游上游或或下游下游基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄DNADNA序列序列 終止子：終止子：基因編碼區(qū)下游能促使基因編碼區(qū)下游能促使RNAP識別并終止識別并終止 RNA合成的合成的DNA序列序列 沉默子：沉默子：能抑制其能抑制其上游上游或或下游下游基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄DNA序列序列 順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起始點的上游順式作用元件并非都位于轉(zhuǎn)錄起始點的上游(5(5端端) ) 有些基因在沒有激活蛋白存在時有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA 聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟

12、動序列。聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。 啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列polpol 激活蛋白激活蛋白 啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列polpol激活蛋白激活蛋白 反式作用因子反式作用因子 真核細(xì)胞內(nèi)含有大量的能識別、結(jié)合特異性真核細(xì)胞內(nèi)含有大量的能識別、結(jié)合特異性 序列的序列的DNA結(jié)合蛋白，其結(jié)合蛋白，其主要功能主要功能是使基因是使基因開開 放放或或關(guān)閉關(guān)閉，稱為，稱為反式作用因子反式作用因子，通常是一類細(xì)，通常是一類細(xì) 胞核內(nèi)蛋白質(zhì)因子。胞核內(nèi)蛋白質(zhì)因子。 反式作用因子的作用：反式作用因子的作用： 能識別并結(jié)合順式作用元件能識別并結(jié)合順式作用元件,

13、,對基因的表達(dá)具有對基因的表達(dá)具有 正調(diào)控與負(fù)調(diào)控作用正調(diào)控與負(fù)調(diào)控作用。 小小RNA也可作為也可作為 3 3、RNA聚合酶聚合酶 DNA元件與調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄激活元件與調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄激活 的調(diào)節(jié)最終是由的調(diào)節(jié)最終是由RNA聚合酶活性聚合酶活性體現(xiàn)體現(xiàn) 的。的。 （1 1）啟動序列）啟動序列/ /啟動子與啟動子與RNA聚合酶活性聚合酶活性 啟動序列或啟動子核苷酸序列會影響其與啟動序列或啟動子核苷酸序列會影響其與RNA 聚合酶的親和力，從而直接影響轉(zhuǎn)錄起動和頻率。聚合酶的親和力，從而直接影響轉(zhuǎn)錄起動和頻率。 （2）調(diào)節(jié)蛋白與）調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性聚合酶活性 特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號刺激下在

14、細(xì)胞內(nèi)表特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號刺激下在細(xì)胞內(nèi)表 達(dá)，通過達(dá)，通過DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影蛋白質(zhì)相互作用影 響響RNA聚合酶活性，從而使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生改變，聚合酶活性，從而使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生改變， 出現(xiàn)表達(dá)水平變化。出現(xiàn)表達(dá)水平變化。 啟動序列啟動序列/啟動子有強弱之分！啟動子有強弱之分！ 第第 三三 節(jié)節(jié) 原核生物的基因表達(dá)調(diào)控原核生物的基因表達(dá)調(diào)控 基因組很小，大多只有一條染色體基因組很小，大多只有一條染色體 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單 轉(zhuǎn)錄單元為轉(zhuǎn)錄單元為多順反子多順反子 有重疊基因有重疊基因 一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點一、原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點* *： 原核生物

15、的多順反子原核生物的多順反子 真核生物的單順反子真核生物的單順反子 PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) PPP mG - 5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 只有一種只有一種RNA-pol，但是有很多種，但是有很多種因子因子 n典型的操縱子可分為典型的操縱子可分為控制區(qū)控制區(qū)和和信息區(qū)信息區(qū)兩部分。兩部分。 n控制區(qū)由各種控制區(qū)由各種調(diào)控基因調(diào)控基因所組成，而信息區(qū)則由所組成，而信息區(qū)則由 若干若干結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起構(gòu)成。串聯(lián)在一起構(gòu)成。 操縱子的結(jié)構(gòu)操縱子的結(jié)構(gòu) 控制區(qū)控制區(qū): :包括包括操縱序列操縱序列、啟動序列啟動序列、調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)序列序列等等 操縱子分為操縱子分為可可誘導(dǎo)型誘導(dǎo)型和和可阻遏型可阻遏型兩類

16、兩類 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū) cAMP-CAP結(jié)合位點結(jié)合位點 啟動序列啟動序列 操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 Y： 通透酶通透酶 A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶：乙?；D(zhuǎn)移酶 53 ZYAOP DNA I 阻遏蛋白基因阻遏蛋白基因 CAP CAP（降解產(chǎn)物激活蛋白）（降解產(chǎn)物激活蛋白） 三、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機制三、乳糖操縱子調(diào)節(jié)機制* （一一）乳糖操縱子乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) CAPCAP（降解產(chǎn)物激活蛋白）（降解產(chǎn)物激活蛋白） CAP是一種調(diào)節(jié)蛋白，必須與是一種調(diào)節(jié)蛋白，必須與cAMP結(jié)合才結(jié)合才 具有促轉(zhuǎn)錄活性。具有促轉(zhuǎn)錄活性。 CAP-cAMP復(fù)合物與

17、啟動子鄰近的特異復(fù)合物與啟動子鄰近的特異DNA 序列結(jié)合后，可促進(jìn)序列結(jié)合后，可促進(jìn)RNA-pol與啟動子的結(jié)與啟動子的結(jié) 合，增強酶活性。合，增強酶活性。 ZYAOP DNA CAP結(jié)結(jié) 合位點合位點 mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 I DNA ZYAOP pol 沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時 （二二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié) 阻遏基因阻遏基因 mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 有乳糖存在時有乳糖存在時 I DNA ZYAOP pol 啟動轉(zhuǎn)錄啟動轉(zhuǎn)錄 mRNA 乳糖乳糖半乳糖半乳糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 關(guān)于乳糖操縱子的啟動子結(jié)構(gòu)關(guān)于乳糖操縱子的啟動子結(jié)構(gòu) 1、不具有典型的、不具有典型

18、的TTGACA/TATAAA（-35/-10） 結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 2、乳糖操縱子的啟動子：、乳糖操縱子的啟動子：TTTACA / TATGTT 屬于屬于弱弱啟動子，被啟動子，被RNA-pol 結(jié)合后結(jié)合后 需要需要cAMP-CAP活化?；罨?（三三）乳糖操縱子乳糖操縱子的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié) + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 葡萄糖葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時 葡萄糖葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時 cAMP-CAP的激活機制的激活機制 CAP CAPCAP CAP CAP ZYAOP ICAP （乳糖存在）（乳糖存在） cAMP 分解物基因激活蛋白分解物基因激活蛋白 （四四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)

19、調(diào)節(jié) 當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP不發(fā)揮作用；不發(fā)揮作用； 如無如無CAP存在，即使無阻遏蛋白與操縱序列存在，即使無阻遏蛋白與操縱序列 結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)乳糖共同存在時，細(xì) 菌首先利用葡萄糖。菌首先利用葡萄糖。 葡萄糖對葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱操縱子的阻遏作用稱分解代分解代 謝阻遏謝阻遏(catabolic repression)。 葡萄糖分解代謝的降解物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活葡萄糖分解代謝的降解物

20、能抑制腺苷酸環(huán)化酶活 性，因而降低性，因而降低cAMPcAMP濃度濃度 mRNA 低半乳糖時低半乳糖時高半乳糖時高半乳糖時 葡萄糖低葡萄糖低 cAMPcAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高 cAMPcAMP濃度低濃度低 RNA-pol OO OO 第第 四四 節(jié)節(jié) 真核生物的基因表達(dá)調(diào)控真核生物的基因表達(dá)調(diào)控 一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點* （一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 哺乳類動哺乳類動 物基因組物基因組 DNA 約約 3 10 9 堿基對堿基對 編碼基因編碼基因約約 有有 2.5-3萬萬 個個 rDNA等重復(fù)基因等重復(fù)基因約約 占占 5% 10% （二）單順

21、反子二）單順反子 單順反子單順反子(monocistron) : 即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA 分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。 （三）重復(fù)序列三）重復(fù)序列 單拷貝序列（一次或數(shù)次）單拷貝序列（一次或數(shù)次） 高度重復(fù)序列（高度重復(fù)序列（106 次）次） 中度重復(fù)序列（中度重復(fù)序列（103 104次）次） 多拷貝序列多拷貝序列 （四）基因不連續(xù)性四）基因不連續(xù)性 -斷裂基因斷裂基因 n1 1RNA聚合酶活性受轉(zhuǎn)錄因子的影響聚合酶活性受轉(zhuǎn)錄因子的影響 n2 2染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控 n3 3正性調(diào)節(jié)占

22、主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) n4 4轉(zhuǎn)錄和翻譯過程分別進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯過程分別進(jìn)行 n5 5轉(zhuǎn)錄后加工修飾過程復(fù)雜轉(zhuǎn)錄后加工修飾過程復(fù)雜 （一）（一）RNA聚合酶聚合酶活性活性受轉(zhuǎn)錄因子的影響受轉(zhuǎn)錄因子的影響 真核生物中存在真核生物中存在RNA polpol、三種不三種不 同的同的RNA聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不同的聚合酶，分別負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄不同的RNA。 這些這些RNA聚合酶與聚合酶與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合形成復(fù)合 體，從而體，從而激活激活或或抑制抑制該酶的催化活性。該酶的催化活性。 RNA聚合酶不能直接與啟動子結(jié)合聚合酶不能直接與啟動子結(jié)合 （二）（二）染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變參與基因表達(dá)的調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

23、改變參與基因表達(dá)的調(diào)控 1. 1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感 2. DNA2. DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化 天然雙鏈天然雙鏈DNADNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在； 基因活化后基因活化后 RNA-pol 正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 阻礙核小阻礙核小 體結(jié)形成，體結(jié)形成， 有利轉(zhuǎn)錄。有利轉(zhuǎn)錄。 基因被激活后，雙鏈基因被激活后，雙鏈DNA解開成單鏈以利于轉(zhuǎn)解開成單鏈以利于轉(zhuǎn) 錄，從而形成一些對錄，從而形成一些對DNAase的超敏位點的超敏位點。 3. 3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化 真核真核DNADNA約有約有5%5%的胞嘧啶被甲基化的胞嘧啶被

24、甲基化 甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。 4. 4. 組蛋白變化組蛋白變化 （四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行 （五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工 （三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 真核基因基因組大，通過利用各種轉(zhuǎn)錄因子真核基因基因組大，通過利用各種轉(zhuǎn)錄因子 正性激活正性激活RNA聚合酶是真核基因調(diào)控的主要機聚合酶是真核基因調(diào)控的主要機 制。制。 更精確，更經(jīng)濟更精確，更經(jīng)濟 轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細(xì)胞部轉(zhuǎn)錄與翻譯過程分別存在于不同的亞細(xì)胞部 位，可分別進(jìn)行調(diào)控。位，可分別進(jìn)行調(diào)控。 三、真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控

25、* n真核生物基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控，是各真核生物基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控，是各 級調(diào)控中最重要的一步。級調(diào)控中最重要的一步。 n主要涉及主要涉及RNA聚合酶聚合酶，順式作用元件順式作用元件和和反式作反式作 用因子用因子三種因素的相互作用。三種因素的相互作用。 真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié) （一）順式作用元件一）順式作用元件 1. 啟動子啟動子 真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點聚合酶結(jié)合位點 周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄一個轉(zhuǎn)錄 起始點起始點以及以及一個以上的功能組件。一個以上的功能組件。 TATA盒盒 GC盒盒

26、 CAAT盒盒 2. 增強子增強子(enhancer) 指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、 空間特異性、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的空間特異性、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序序 列。列。 其作用特點：其作用特點：所在位置不固定所在位置不固定: :可位于結(jié)構(gòu)可位于結(jié)構(gòu) 基因的上游、下游或內(nèi)部；基因的上游、下游或內(nèi)部；可遠(yuǎn)距離作用可遠(yuǎn)距離作用 （距靶基因可近可遠(yuǎn)，遠(yuǎn)至幾十（距靶基因可近可遠(yuǎn)，遠(yuǎn)至幾十kbkb也同樣能發(fā)也同樣能發(fā) 揮作用）；揮作用）；無基因特異性（對各種基因均有無基因特異性（對各種基因均有 作用），作用），但有組織或細(xì)胞特異性。但有組織或細(xì)胞特異性。 3. 沉

27、默子沉默子(silencer) 某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異 蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏阻遏作用。作用。 沉默子與相應(yīng)的反式作用因子結(jié)合后，可以沉默子與相應(yīng)的反式作用因子結(jié)合后，可以 使正調(diào)控系統(tǒng)失去作用。使正調(diào)控系統(tǒng)失去作用。 （二）反式作用因子二）反式作用因子 1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類 （1）基本轉(zhuǎn)錄因子）基本轉(zhuǎn)錄因子 是是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋 白因子，決定三種白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及及 rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。 (2) (2)特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子 為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基 因的因的時間、空間時間、空間特異性表達(dá)。特異性表達(dá)。 轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子 轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子 2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu) DNA結(jié)合域結(jié)合域* 轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域 TF 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域 （二聚化