分子生物學(xué)：基因表達的調(diào)控

1、1 基因表達的調(diào)控基因表達的調(diào)控 Gene Regulation 2基因基因 gene 基因是遺傳信息的功能單位?；蚴沁z傳信息的功能單位。 基因表達就是將基因所攜帶的遺傳信息釋基因表達就是將基因所攜帶的遺傳信息釋放出來指導(dǎo)生物體性狀表達的過程。放出來指導(dǎo)生物體性狀表達的過程。 基因表達的過程是十分復(fù)雜的，具有不同基因表達的過程是十分復(fù)雜的，具有不同的形式和精確的調(diào)控。的形式和精確的調(diào)控。3基因概念的進一步發(fā)展基因概念的進一步發(fā)展 結(jié)構(gòu)基因（結(jié)構(gòu)基因（structural genestructural gene）：）： 編碼多肽鏈或編碼多肽鏈或RNARNA分子的基因分子的基因調(diào)控基因（調(diào)控基因

2、（regulator generegulator gene）：）： 參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因表達的基因，參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因表達的基因， 包括控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始和產(chǎn)物合成速率的基因，包括控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始和產(chǎn)物合成速率的基因，能影響其他基因活性的一類基因。能影響其他基因活性的一類基因。4 重疊基因（重疊基因（overlapping geneoverlapping gene）：）： 同一個同一個DNADNA序列可以參與編碼兩個以上序列可以參與編碼兩個以上的的RNARNA或多肽鏈?；蚨嚯逆湣?不連續(xù)基因（不連續(xù)基因（split genesplit gene）：）： 在真核生物中，一個基因的編碼序列在真核生

3、物中，一個基因的編碼序列（exonexon）是不連續(xù)的，被若干個非編碼）是不連續(xù)的，被若干個非編碼序列（序列（intronintron）分割，這類結(jié)構(gòu)斷裂的）分割，這類結(jié)構(gòu)斷裂的基因稱為不連續(xù)基因，又稱斷裂基因基因稱為不連續(xù)基因，又稱斷裂基因（interrupted geneinterrupted gene）。）。5跳躍基因（跳躍基因（jumping genejumping gene）：可以在基）：可以在基因組內(nèi)移動位置的基因。因組內(nèi)移動位置的基因。 假基因（假基因（pseudogenepseudogene）：不產(chǎn)生有功能）：不產(chǎn)生有功能產(chǎn)物的基因。產(chǎn)物的基因。6 一個基因一個基因 一個一個m

4、RNA 一條多肽鏈一條多肽鏈 仍然顯得太簡單。仍然顯得太簡單。 基因不僅可以作為基因不僅可以作為mRNA轉(zhuǎn)錄的模板，也可轉(zhuǎn)錄的模板，也可以作為以作為rRNA和和tRNA轉(zhuǎn)錄的模板。轉(zhuǎn)錄的模板。 有些基因只對其它基因的作用進行調(diào)控。有些基因只對其它基因的作用進行調(diào)控。 多肽鏈的合成與停止更主要的是受制于基因多肽鏈的合成與停止更主要的是受制于基因作用的調(diào)控系統(tǒng)。作用的調(diào)控系統(tǒng)。 7Genome891011基因表達（gene expression） 是指基因組中結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、是指基因組中結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程，合成蛋白質(zhì)，進而發(fā)翻譯等過程，合成蛋白質(zhì)，進而發(fā)揮其特定的生物學(xué)功能的全過程。揮

5、其特定的生物學(xué)功能的全過程。1213RNA 的合成 4種NTP、DNA模板、RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄單位：結(jié)構(gòu)基因、啟動子、終止子 按堿基配對原則, 沿5-3方向 真核生物有三型RNA聚合酶 分為起始階段、延長階級和終止階段 轉(zhuǎn)錄后的產(chǎn)物經(jīng)加工成為成熟的RNA14蛋白質(zhì)的合成 合成體系：氨基酸、mRNA、tRNA、核糖體、某些酶與蛋白質(zhì)因子、ATP、GTP、Mg mRNA編碼區(qū)的三個相鄰核苷酸組成密碼子 tRNA起接合器作用，核糖體是合成場所和裝配機 核糖體循環(huán)：起始、肽鏈延長和終止 翻譯后加工：折疊、共價修飾、水解和亞單位的聚合15基因表達及其調(diào)控的特點 看家基因看家基因（housekeeping

6、 gene）在一個在一個生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達的生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達的基因?；?。 組成性基因表達組成性基因表達（constitutive gene expression）看家基因的表達方式，較看家基因的表達方式，較少受環(huán)境影響，在個體各生長階段的幾少受環(huán)境影響，在個體各生長階段的幾乎全部組織中持續(xù)表達或變化很小。乎全部組織中持續(xù)表達或變化很小。16 誘導(dǎo)表達誘導(dǎo)表達（induction expression）有一有一些基因表達極易受環(huán)境影響，在特定些基因表達極易受環(huán)境影響，在特定環(huán)境信號刺激下，基因的表達開放或環(huán)境信號刺激下，基因的表達開放或增強。增強。 阻遏表達阻遏表

7、達（repression expression）在在特定環(huán)境信號刺激下，基因的表達關(guān)特定環(huán)境信號刺激下，基因的表達關(guān)閉或減弱。閉或減弱。17 時間特異性時間特異性（temporal specificity）在在多細胞生物，從受精卵到組織、器官多細胞生物，從受精卵到組織、器官形成的各個發(fā)育階段，相應(yīng)的基因嚴形成的各個發(fā)育階段，相應(yīng)的基因嚴格按照一定的時間順序開啟或關(guān)閉。格按照一定的時間順序開啟或關(guān)閉。 空間特異性空間特異性（spatial specificity）在個在個體生長全過程，某基因產(chǎn)物在不同組體生長全過程，某基因產(chǎn)物在不同組織空間順序出現(xiàn)?？椏臻g順序出現(xiàn)。18 協(xié)調(diào)表達協(xié)調(diào)表達（coo

8、rdinated expression）功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達。又稱協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)共同表達。又稱協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（coordinated regulation）19基因表達的調(diào)控（gene regulation ） 是指各種細胞中相同的遺傳信息，是指各種細胞中相同的遺傳信息，有規(guī)律的選擇性、程序性、適度的有規(guī)律的選擇性、程序性、適度的表達以適應(yīng)機體生長、發(fā)育、繁殖表達以適應(yīng)機體生長、發(fā)育、繁殖以及環(huán)境變化的需要，發(fā)揮其生理以及環(huán)境變化的需要，發(fā)揮其生理功能的調(diào)節(jié)和控制。功能的調(diào)節(jié)和控制。20基因表達調(diào)控的生理意義 適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖

9、 維持個體發(fā)育與分化維持個體發(fā)育與分化21Gene Regulation-overexpression-tumor22基因表達調(diào)控的基本原理 基因表達的多級調(diào)控基因表達的多級調(diào)控 基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本因素基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本因素 特異特異DNA序列序列 調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作蛋白質(zhì)相互作用用 RNA聚合酶聚合酶23Transcription5 GATCTGACTGACATAGACATAGAT 3 coding (= non-template) strand3 CTAGACTGACTGTATCTGTATCTA 5 template strand 5

10、GAUCUGACUGACAUAGACAUAGAU 3 mRNA 24 基因表達的調(diào)控基因表達的調(diào)控 Prokaryotic expression Eukaryotic Expression25原核生物基因表達的調(diào)控原核生物基因表達的調(diào)控26一 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（一）影響轉(zhuǎn)錄的因素 啟動子啟動子 因子因子 阻遏蛋白阻遏蛋白 正調(diào)控蛋白正調(diào)控蛋白 倒位蛋白倒位蛋白 RNA聚合酶抑制物聚合酶抑制物 衰減子衰減子27操縱子操縱子調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)信息區(qū)信息區(qū)啟動子啟動子操縱基因操縱基因28啟 動 子 決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈：決定轉(zhuǎn)錄方向及模板鏈： E. coli的啟動子長約的啟動子長約40-60bp，至少包括三

11、個功能區(qū)。，至少包括三個功能區(qū)。 起始部位（起始部位（initiation site） 1 結(jié)合部位（結(jié)合部位（binding site） -10bp，RNA聚合聚合酶與之結(jié)合酶與之結(jié)合 識別部位（識別部位（recognition site） -35bp，因子因子與之結(jié)合與之結(jié)合 29因子 不同的因子不同的因子可以競爭性的結(jié)合可以競爭性的結(jié)合RNA聚合酶聚合酶,環(huán)境變化可由到產(chǎn)生特定的環(huán)境變化可由到產(chǎn)生特定的因子，從而打開一套特定的基因。因子，從而打開一套特定的基因。阻遏蛋白（阻遏蛋白（repressor） 與與DNA結(jié)合后都是抑制轉(zhuǎn)錄，這種結(jié)合后都是抑制轉(zhuǎn)錄，這種基因表達調(diào)控的方式稱為負調(diào)控

12、?；虮磉_調(diào)控的方式稱為負調(diào)控。30正調(diào)控蛋白 與與DNA結(jié)合后結(jié)合后促進轉(zhuǎn)錄促進轉(zhuǎn)錄，這種基因表達，這種基因表達調(diào)控的方式稱為調(diào)控的方式稱為正調(diào)控正調(diào)控。 CAP蛋白蛋白(catabolic gene activator protein，CAP) 分解代謝物基因活化蛋白分解代謝物基因活化蛋白 ntrC蛋白蛋白 是大腸桿菌氮代謝基因激活蛋白，是大腸桿菌氮代謝基因激活蛋白，其自身活性可通過其自身活性可通過ntrB使其磷酸化（有活性）使其磷酸化（有活性）和去磷酸化（無活性）而被調(diào)節(jié)和去磷酸化（無活性）而被調(diào)節(jié)31consensusTATA (Pribnow) boxE. coli Promoter

13、s 32倒位蛋白（inversion protein） 是一種位點特異的重組酶。沙門菌是一種位點特異的重組酶。沙門菌H1和和H2鞭毛蛋白分別由兩個基因編碼，在一個細鞭毛蛋白分別由兩個基因編碼，在一個細菌克隆中以表達一種鞭毛抗原為主。菌克隆中以表達一種鞭毛抗原為主。衰減子（衰減子（attenuator） 又稱弱化子，位于操縱子中第一個結(jié)構(gòu)基又稱弱化子，位于操縱子中第一個結(jié)構(gòu)基因之前，是一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的序列。因之前，是一段能減弱轉(zhuǎn)錄作用的序列。33RNA聚合酶抑制物聚合酶抑制物 細菌在缺乏氨基酸的環(huán)境中，細菌在缺乏氨基酸的環(huán)境中，RNA聚合酶活性降低，聚合酶活性降低，RNA（rRNA,tRNA

14、）合成減少或停止）合成減少或停止 這種現(xiàn)象稱為嚴謹反應(yīng)（這種現(xiàn)象稱為嚴謹反應(yīng)（stringent response）34Positive vs. Negative Regulation 35Allosteric EffectorsBinding can also be required for binding of repressor (e.g. Trp) or can block an activator.36（二） 轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機制 乳糖操縱子調(diào)控的機制乳糖操縱子調(diào)控的機制 阿拉伯糖操縱子的調(diào)控機制阿拉伯糖操縱子的調(diào)控機制 色氨酸操縱子的調(diào)控機制色氨酸操縱子的調(diào)控機制371.乳糖操縱子（la

15、c operon）結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 三個結(jié)構(gòu)基因三個結(jié)構(gòu)基因Z、Y、A，分別編碼，分別編碼-半乳半乳糖苷酶糖苷酶(-galactosidase)、透酶、透酶(permease)和和半乳糖苷乙?；赴肴樘擒找阴；?galactoside acetylase) 其上游還有一個啟動子（其上游還有一個啟動子（P）和一個操縱基）和一個操縱基因（因（O） 啟動子上游還有一個啟動子上游還有一個CAP蛋白結(jié)合位點蛋白結(jié)合位點38Regulation of Gene ExpressionIPTG also induces Splits lactose lactosetransport?（異丙基硫代半乳糖苷）半

16、乳糖39.阻遏蛋白基因阻遏蛋白基因I有自己的啟動子有自己的啟動子PI，編碼阻遏蛋白，編碼阻遏蛋白I。 I與與 操縱基因（操縱基因（O)結(jié)合后，使結(jié)合后，使O關(guān)閉。關(guān)閉。 半乳糖和半乳糖和IPTG能結(jié)合能結(jié)合，使其構(gòu)象發(fā)生改變，因而去阻遏，加速轉(zhuǎn)錄。，使其構(gòu)象發(fā)生改變，因而去阻遏，加速轉(zhuǎn)錄。.在啟動子上有一個代謝物基因激活蛋白（在啟動子上有一個代謝物基因激活蛋白（CAP）。）。 CAP是二聚體，分子內(nèi)有是二聚體，分子內(nèi)有DNA結(jié)合區(qū)和結(jié)合區(qū)和cAMP結(jié)合位點。結(jié)合位點。 但無葡萄糖時，但無葡萄糖時，cAMP濃度增高，與濃度增高，與CAP結(jié)合，刺激轉(zhuǎn)錄；結(jié)合，刺激轉(zhuǎn)錄； 當(dāng)有葡萄糖時，當(dāng)有葡萄糖時

17、，cAMP濃度降低，轉(zhuǎn)錄下降。濃度降低，轉(zhuǎn)錄下降。乳糖操縱子學(xué)說乳糖操縱子學(xué)說4041cAMPAMPACAdenylate cyclase and CAP mediate glucose repression of LacAdenylate cyclase (AC) is an enzyme that synthesizes cyclic AMP (cAMP) from ATPHigh glucose adenylate cyclase is inhibited (indirectly, via a catabolic product)Therefore cAMP levels are LOW

18、Absence of glucose adenylate cyclase is NOT repressedTherefore cAMP levels are HIGHcAMP forms a complex with the CAP protein, which allows it to then bind to the CAP site upstream of the Lac operon. Binding of the CAP protein is required to allow RNA polymerase to bind to the lac promoter and turn o

19、n transcription. In the absence of CAP binding, there is no (or very little) transcription of the lactose operon, even in the presence of lactose.glucose42CAP Binding Bends DNAvThis DNA bending results in more efficient RNA polymerase binding43CAP mediates glucose repression of LacPromotes transcrip

20、tion44調(diào)控機制 I基因編碼產(chǎn)生阻遏蛋白，阻遏蛋白為四基因編碼產(chǎn)生阻遏蛋白，阻遏蛋白為四聚體，在沒有乳糖的條件下，阻遏基因聚體，在沒有乳糖的條件下，阻遏基因與操縱基因結(jié)合。當(dāng)有乳糖存在時，經(jīng)與操縱基因結(jié)合。當(dāng)有乳糖存在時，經(jīng)透酶作用進入細胞，在透酶作用進入細胞，在-半乳糖苷酶催半乳糖苷酶催化下轉(zhuǎn)變成半乳糖，后者作為誘導(dǎo)劑化下轉(zhuǎn)變成半乳糖，后者作為誘導(dǎo)劑（inducer）與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋）與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白與操縱基因解聚，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。白與操縱基因解聚，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。45Lactose Glucose- +- -+ -+ +LacICAP-cAMPFour States of

21、 the Lac Operon462.阿拉伯糖操縱子（ara operon）結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 B、A、D，分別編碼異構(gòu)酶，分別編碼異構(gòu)酶（isomerase）、激酶（）、激酶（kinase）、表位酶）、表位酶（epimerase），催化阿拉伯糖轉(zhuǎn)變?yōu)椋呋⒗寝D(zhuǎn)變?yōu)?-磷磷酸木酮糖酸木酮糖 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū) 由啟動子（由啟動子（P）、起始區(qū)（）、起始區(qū)（I）和操）和操縱基因（縱基因（O）構(gòu)成）構(gòu)成47CAP48調(diào)控機制 C基因是調(diào)節(jié)基因，編碼調(diào)控蛋白基因是調(diào)節(jié)基因，編碼調(diào)控蛋白AraC， AraC蛋白單獨存在時，結(jié)合到蛋白單獨存在時，結(jié)合到araO1和和araO2，表現(xiàn)出負

22、調(diào)控；阿拉伯糖使，表現(xiàn)出負調(diào)控；阿拉伯糖使AraC蛋白變構(gòu)，結(jié)合到蛋白變構(gòu)，結(jié)合到araI上，表現(xiàn)正上，表現(xiàn)正調(diào)控。在調(diào)控。在ara操縱子基因表達調(diào)控中，操縱子基因表達調(diào)控中，CAP蛋白的調(diào)控作用不顯著。蛋白的調(diào)控作用不顯著。49The Arabinose Operon This loop prevents RNA transcription (NOT true for all loops)No Arabinose present, operon OFFArabinose present, Glucose absent, operon ON50調(diào)控作用 有葡萄糖，有或無阿拉伯糖：關(guān)閉有葡萄糖，

23、有或無阿拉伯糖：關(guān)閉 無葡萄糖，無阿拉伯糖：關(guān)閉無葡萄糖，無阿拉伯糖：關(guān)閉 無葡萄糖，有阿拉伯糖：開放無葡萄糖，有阿拉伯糖：開放513.色氨酸操縱子（trp operon）結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 E.coli的色氨酸操縱子有五個結(jié)構(gòu)基因的色氨酸操縱子有五個結(jié)構(gòu)基因E、D、C、B、A基因編碼三種酶，用于合基因編碼三種酶，用于合成色氨酸，成色氨酸， 上游調(diào)控區(qū)由啟動子（上游調(diào)控區(qū)由啟動子（P）和操縱基因）和操縱基因（O）組成）組成 R基因編碼阻遏蛋白基因編碼阻遏蛋白5253Genomic Organization of the Trp Operon 54調(diào)控機制 阻遏型操縱子及衰減機制。衰減子位于結(jié)阻遏

24、型操縱子及衰減機制。衰減子位于結(jié)構(gòu)基因構(gòu)基因E和操縱基因和操縱基因O之間的之間的L基因中?；蛑?。L基基因的部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼因的部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼14個氨基酸，其中個氨基酸，其中含兩個相鄰的色氨酸密碼子，這兩個相鄰含兩個相鄰的色氨酸密碼子，這兩個相鄰的色氨酸密碼子及原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯的色氨酸密碼子及原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯的偶聯(lián)是產(chǎn)生衰減的基礎(chǔ)。的偶聯(lián)是產(chǎn)生衰減的基礎(chǔ)。調(diào)控作用調(diào)控作用 將環(huán)境中的色氨酸消耗完，然后開始自身將環(huán)境中的色氨酸消耗完，然后開始自身合成。合成。55Control of Gene Expression in the Trp Operon1) The enzyme catal

25、yzing the first step in the pathway is inhibited by Trp (feedback control).2) In the presence of Trp, a repressor protein binds to an operator upstream of the Trp operon and shuts off transcription3) Attenuation. There is a 160 base pair region in the Trp mRNA that causes transcription to terminate

26、prematurely if Trp is present. 56Trranscriptional Control57Attenuation Control58二 翻譯水平的調(diào)控 SD序列（序列（Shine-Dalgarno sequence） 原核細胞多順反子原核細胞多順反子mRNA上的一段序列，上的一段序列，位于起始密碼子上游位于起始密碼子上游 SD序列與起始密碼子的距離、蛋白質(zhì)對序列與起始密碼子的距離、蛋白質(zhì)對SD序列的作用，影響翻譯的起始序列的作用，影響翻譯的起始 mRNA二級結(jié)構(gòu)隱蔽二級結(jié)構(gòu)隱蔽SD序列的作用序列的作用59 mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 mRNA的降解速度是翻譯調(diào)控的一個

27、的降解速度是翻譯調(diào)控的一個重要因素重要因素 mRNA的穩(wěn)定與其序列和結(jié)構(gòu)（即一的穩(wěn)定與其序列和結(jié)構(gòu)（即一級結(jié)構(gòu)與次級結(jié)構(gòu)）有關(guān)級結(jié)構(gòu)與次級結(jié)構(gòu)）有關(guān)60 翻譯產(chǎn)物對自身翻譯的影響翻譯產(chǎn)物對自身翻譯的影響 核糖體蛋白核糖體蛋白 50種蛋白質(zhì)分布于不同操縱種蛋白質(zhì)分布于不同操縱子各自編碼一種可結(jié)合于子各自編碼一種可結(jié)合于mRNA多順反多順反子上游特定部位的蛋白質(zhì)，阻止核蛋白子上游特定部位的蛋白質(zhì)，阻止核蛋白體結(jié)合體結(jié)合 翻譯終止因子翻譯終止因子RF2調(diào)節(jié)自身的翻譯調(diào)節(jié)自身的翻譯 前前25個密碼子與后個密碼子與后315個密碼子間的個密碼子間的UGAC在在無無RF2時框移時框移61 小分子小分子RNA

28、的調(diào)控作用的調(diào)控作用 調(diào)整基因表達產(chǎn)物的類型調(diào)整基因表達產(chǎn)物的類型 mRNA干擾性干擾性互補互補RNA（mRNA interfering complementary RNA，micRNA） 低水平表達基因的調(diào)控低水平表達基因的調(diào)控 小分子小分子RNA阻遏阻遏物在翻譯水平嚴格控制低水平基因表達物在翻譯水平嚴格控制低水平基因表達62首醫(yī)頌首醫(yī)頌五十年前 涼水河畔 輕舟一葉 菜戶營邊 一片菜園建校之端 露宿風(fēng)餐 崢嶸創(chuàng)業(yè) 天翻地覆 地覆天翻 今日校園 春鳥啾啾 夏蟬囀囀 秋草芊芊 冬雪綿綿大學(xué)首醫(yī) 莘莘學(xué)人 英才濟濟 攀峰登原 科學(xué)發(fā)展 教書育人 大德大醫(yī) 大醫(yī)大愛 桃李芬芳 花香滿天 教育教學(xué) 創(chuàng)

29、新拓展 三尺講臺 一米前線 冠上加冠科研攻尖 教授挑燈 博士夜戰(zhàn) 論文篇篇 巨著卷卷民主辦學(xué) 開放理念 勤勉治學(xué) 無私奉獻 捷報頻傳黨引方向 一帆引航 帆帆向前 反腐倡廉 學(xué)術(shù)規(guī)范 喜看今朝 北有安貞 南有天壇 宣武同仁 美名盛傳老兵百萬 新生萬千 醫(yī)學(xué)資源 世界領(lǐng)先 國際斐然轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué) 步步爭先 力爭前沿 病魔來犯 患者無患小醫(yī)醫(yī)病 大醫(yī)醫(yī)人 小師治學(xué) 大師治心 大醫(yī)精誠醫(yī)患同心 醫(yī)者流汗 患者心疼 患者病痛 醫(yī)者心酸 首醫(yī)校友 榮光燦燦 海內(nèi)海外 鴻圖大展 蜚聲天邊江山可移 日月可撼 青山常在 藍圖不變 夢幻家園故國今朝 大河悠悠 小河潺潺 風(fēng)清月明 天和日暖來日中華 大江濤濤 碧水條條 人

30、文醫(yī)學(xué) 盛世空前日月無壽 人生有限 青春璨璨 聞雞舞劍 跋涉險灘 來日首醫(yī) 一枝獨秀 枝枝葉繁 統(tǒng)領(lǐng)風(fēng)騷 塞北江南 63 真核生物基因表達的調(diào)控真核生物基因表達的調(diào)控6465一、真核細胞基因表達的特點一、真核細胞基因表達的特點 真核基因組比原核基因組大得多真核基因組比原核基因組大得多 原核基因組的大部分序列都為編碼基因，而哺原核基因組的大部分序列都為編碼基因，而哺乳類基因組中只有乳類基因組中只有10%的序列編碼蛋白質(zhì)、的序列編碼蛋白質(zhì)、rRNA、tRNA等，其余等，其余90%的序列，包括大量的序列，包括大量的重復(fù)序列功能至今還不清楚，可能參與調(diào)控的重復(fù)序列功能至今還不清楚，可能參與調(diào)控 真核生

31、物編碼蛋白質(zhì)的基因是不連續(xù)的，轉(zhuǎn)錄真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因是不連續(xù)的，轉(zhuǎn)錄后需要剪接去除內(nèi)含子，這就增加了基因表達后需要剪接去除內(nèi)含子，這就增加了基因表達調(diào)控的層次調(diào)控的層次 66 原核生物的基因編碼序列在操縱子中，多順反子原核生物的基因編碼序列在操縱子中，多順反子mRNA使得幾個功能相關(guān)的基因自然協(xié)調(diào)控制；使得幾個功能相關(guān)的基因自然協(xié)調(diào)控制；而真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條而真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，即，即mRNA是單順反子（是單順反子（monocistron），許多功能相關(guān)的蛋白、即使是一種蛋白的不同，許多功能相關(guān)的蛋白、即使是一種蛋白的不同亞基也將涉及到多個基因

32、的協(xié)調(diào)表達亞基也將涉及到多個基因的協(xié)調(diào)表達67 真核生物真核生物DNA在細胞核內(nèi)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)在細胞核內(nèi)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色質(zhì)，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)直接影響著基因表成染色質(zhì)，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)直接影響著基因表達；達； 真核生物的遺傳信息不僅存在于核真核生物的遺傳信息不僅存在于核DNA上，還上，還存在線粒體存在線粒體DNA上，核內(nèi)基因與線粒體基因的上，核內(nèi)基因與線粒體基因的表達調(diào)控既相互獨立而又需要協(xié)調(diào)。表達調(diào)控既相互獨立而又需要協(xié)調(diào)。 68圖圖18-5 18-5 真核生物基因表達的多層次復(fù)雜調(diào)控真核生物基因表達的多層次復(fù)雜調(diào)控69二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與真核基因表達密切相關(guān)二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與真核基因表達密

33、切相關(guān)活性染色質(zhì)活性染色質(zhì) (active chromatin)(active chromatin)具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)超敏位點（超敏位點（hypersensitive site)hypersensitive site)當(dāng)染色質(zhì)活化后，常出現(xiàn)一些對核酸酶當(dāng)染色質(zhì)活化后，常出現(xiàn)一些對核酸酶（如（如DNase I）高度敏感的位點）高度敏感的位點（一）轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)對核酸酶極為敏感（一）轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)對核酸酶極為敏感 70(二二) 轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生改變轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生改變 組蛋白結(jié)構(gòu)及其化學(xué)修飾組蛋白結(jié)構(gòu)及其化學(xué)修飾（a a）組蛋白與）組蛋白與DNADNA

34、組成的核小體；（組成的核小體；（b b）組蛋白的氨基端伸出核）組蛋白的氨基端伸出核小體，形小體，形 成組蛋白尾巴；（成組蛋白尾巴；（c c）四種組蛋白組成的八聚體）四種組蛋白組成的八聚體71 組蛋白修飾對于基因表達影響的機制也包括組蛋白修飾對于基因表達影響的機制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個平臺。他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個平臺。這些理論構(gòu)成了這些理論構(gòu)成了

35、“組蛋白密碼組蛋白密碼”的假說。的假說。72組蛋白組蛋白氨基酸殘基位點氨基酸殘基位點修飾類型修飾類型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色質(zhì)濃縮染色質(zhì)濃縮H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙?；阴；せ罴せ頗3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙?；阴；乐狗乐筁ys-9的甲基化的甲基化H3Lys-79甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默H4Arg-3甲基化甲基化H4Lys-5乙?；阴；b配裝配H4Lys-12乙酰化乙?；b配裝配H4Lys-16乙酰化乙?；诵◇w裝配核小體裝配H4Lys-16乙酰化乙?；疐ly

36、 X激活激活組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響 73（三三） CpG島甲基化水平降低島甲基化水平降低 CpG島（島（CpG island) ：甲基化胞嘧啶在基因組中并：甲基化胞嘧啶在基因組中并不是均勻分布，有些成簇的非甲基化不是均勻分布，有些成簇的非甲基化CG存在于整個存在于整個基因組中，人們將這些基因組中，人們將這些GC含量可達含量可達60%，長度為，長度為300-3000bp的區(qū)段的區(qū)段 表觀遺傳（表觀遺傳（epigenetic inheritance) ：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的影響可以遺傳給子代細胞，其機制是細基因表達的影響可以遺傳給子代細

37、胞，其機制是細胞內(nèi)存在著具有維持甲基化作用的胞內(nèi)存在著具有維持甲基化作用的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，甲基轉(zhuǎn)移酶，可以在可以在DNA復(fù)制后，依照親本復(fù)制后，依照親本DNA鏈的甲基化位置鏈的甲基化位置催化子鏈催化子鏈DNA在相同位置上發(fā)生甲基化在相同位置上發(fā)生甲基化74三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位順式作用元件順式作用元件 指可影響自身基因表達活性的指可影響自身基因表達活性的DNADNA序列序列75圖圖18-718-7順式作用元件順式作用元件A A、B B分別代表同一基因中的兩段特異分別代表同一基因中的兩段特異DNADNA序列。序列。B

38、 B序列通過一定機制影序列通過一定機制影響響A A序列，并通過序列，并通過A A序列控制該基因的轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。序列控制該基因的轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。A A、B B序列就是調(diào)節(jié)這個基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件序列就是調(diào)節(jié)這個基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件76（一）真核生物啟動子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)遠較原核（一）真核生物啟動子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)遠較原核生物復(fù)雜生物復(fù)雜真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件。個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒77CC

39、AAT盒盒GC盒盒TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點高等真核生物高等真核生物上游激活序上游激活序列（列（UAS）TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點酵母酵母真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)78（二）增強子是能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式（二）增強子是能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件調(diào)控元件增強子的功能及其作用特征如下：增強子的功能及其作用特征如下： 與被調(diào)控基因位于同一條與被調(diào)控基因位于同一條DNA鏈上，屬于鏈上，屬于順式作用元件順式作用元件。 是組織特異性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合部位是組織特異性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合部位 不僅能夠在基因的上游或下游起作用，而且不僅能夠在基因的上游或下游起作用，而且還可以遠距離

40、實施調(diào)節(jié)作用還可以遠距離實施調(diào)節(jié)作用 作用與序列的方向性無關(guān)作用與序列的方向性無關(guān) 需要有啟動子才能發(fā)揮作用需要有啟動子才能發(fā)揮作用79（三）沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄（三）沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄 沉默子是一類基因表達的負性調(diào)控元件，沉默子是一類基因表達的負性調(diào)控元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用阻遏作用80四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor, TF）。）。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)

41、節(jié)因子由其編碼基因表達絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由其編碼基因表達后，進入細胞核，通過識別、結(jié)合特異的順式后，進入細胞核，通過識別、結(jié)合特異的順式作用元件而增強或降低相應(yīng)基因的表達。作用元件而增強或降低相應(yīng)基因的表達。轉(zhuǎn)錄因子也被稱為反式作用蛋白或反式作用因轉(zhuǎn)錄因子也被稱為反式作用蛋白或反式作用因子。子。81真核基因的調(diào)節(jié)蛋白真核基因的調(diào)節(jié)蛋白 還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達，調(diào)節(jié)自身基因的表達，稱順式作用。稱順式作用。 由某一基因表達產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通由某一基因表達產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式

42、作用元件相過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達。這種調(diào)節(jié)作用稱互作用，調(diào)節(jié)其表達。這種調(diào)節(jié)作用稱為為反式作用。反式作用。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 82圖圖18-8 18-8 反式與順式作用蛋白反式與順式作用蛋白83通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）（按功能特性）通用轉(zhuǎn)錄

43、因子通用轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子84特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。的時間、空間特異性表達。 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852. 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（二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域86最常見的最常見的DNA結(jié)合域：結(jié)合域：1. 鋅指模體鋅指模體(zinc f

44、inger)常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒C=半胱氨酸；半胱氨酸；H=組氨酸；組氨酸；F=苯苯丙氨酸；丙氨酸；L=亮氨酸；亮氨酸；Y=酪氨酸；酪氨酸；Zn=鋅離子鋅離子圖圖18-9鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)872. 2. 堿性螺旋堿性螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋（basic helix-loop-helix,bHLH)（a）獨立的堿性螺旋）獨立的堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋模體結(jié)構(gòu)示螺旋模體結(jié)構(gòu)示意圖；（意圖；（b）bLHL模體二聚體與模體二聚體與DNA結(jié)合結(jié)合的示意圖。兩個的示意圖。兩個 -螺旋的堿性區(qū)分別嵌入螺旋的堿性區(qū)分別嵌入DNA雙螺旋的大溝內(nèi)雙螺旋的大溝內(nèi)常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒88常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒3.

45、 3.堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈( (basic leucine zipper, Bzip) （a）堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)示意圖；（）堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)示意圖；（b）bZIP模體與模體與DNA結(jié)合的示意圖結(jié)合的示意圖。兩個。兩個 -螺旋上的亮氨酸殘基彼此接近，形成了類似拉鏈的結(jié)構(gòu)，而富含堿性螺旋上的亮氨酸殘基彼此接近，形成了類似拉鏈的結(jié)構(gòu)，而富含堿性氨基酸殘基的區(qū)域與氨基酸殘基的區(qū)域與DNA骨架上的磷酸基團結(jié)合骨架上的磷酸基團結(jié)合89五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的動態(tài)構(gòu)成是五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的動態(tài)構(gòu)成是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式（一）啟動序列（一）啟動序列/啟動子與啟動子與RNA聚合酶活

46、性聚合酶活性（二）調(diào)節(jié)蛋白與（二）調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性聚合酶活性啟動序列或啟動子的核苷酸序列會影響其與啟動序列或啟動子的核苷酸序列會影響其與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率轉(zhuǎn)錄起始的頻率真核真核RNA聚合酶聚合酶II不能單獨識別、結(jié)合啟動不能單獨識別、結(jié)合啟動子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子與子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶聚合酶II形成形成一個功能性的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。一個功能性的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。90圖圖18-12 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成 真核真核RNA聚合酶聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成

47、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。PolTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP DNATATAEBPTBP91六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能（一）（一）mRNA穩(wěn)定性的影響真核生物基因表達穩(wěn)定性的影響真核生物基因表達1. 5 -端的帽子結(jié)構(gòu)可以增加端的帽子結(jié)構(gòu)可以增加mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性2. 3 -端的端的poly(A)尾結(jié)構(gòu)防止尾結(jié)構(gòu)防止mRNA降解降解 RNA無論是在核內(nèi)進行加工、由胞核運至胞漿，還無論是在核內(nèi)進行加工、由胞核運至胞漿，還是在胞漿內(nèi)停留（至降解），都是通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形是在胞漿內(nèi)停留（至降解），都是通過與

48、蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白顆粒成核蛋白顆粒(ribonucleoprotein, RNP)進行的。進行的。 92 與原核基因表達調(diào)節(jié)一樣，某些小分子與原核基因表達調(diào)節(jié)一樣，某些小分子RNA也可調(diào)節(jié)真也可調(diào)節(jié)真核基因表達。核基因表達。 這些這些RNA都是非編碼都是非編碼RNA（noncoding RNA, ncRNA）。）。如：具有催化活性的如：具有催化活性的RNA（核酶）、細胞核小分子（核酶）、細胞核小分子RNA （snRNA）以及核仁小分子）以及核仁小分子RNA（snoRNA） 目前人們廣泛關(guān)注的非編碼目前人們廣泛關(guān)注的非編碼RNA有有miRNA和和siRNA。 小分子小分子RNA對基因表達的調(diào)節(jié)

49、十分復(fù)雜，對基因表達的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜， （二）一些非編碼小分子（二）一些非編碼小分子RNA可引起轉(zhuǎn)錄后可引起轉(zhuǎn)錄后基因沉默基因沉默93（三）（三）mRNA前體的選擇性剪接可以調(diào)節(jié)真前體的選擇性剪接可以調(diào)節(jié)真核生物基因表達核生物基因表達 真核生物基因所轉(zhuǎn)錄出的真核生物基因所轉(zhuǎn)錄出的mRNA前體含有交替前體含有交替連接的內(nèi)含子和外顯子。通常狀態(tài)下，連接的內(nèi)含子和外顯子。通常狀態(tài)下，mRNA前體經(jīng)過剔除內(nèi)含子序列后成為一個成熟的前體經(jīng)過剔除內(nèi)含子序列后成為一個成熟的mRNA，并被翻譯成為一條相應(yīng)的多肽鏈。但，并被翻譯成為一條相應(yīng)的多肽鏈。但是，參與拼接的外顯子可以不按照其在基因組是，參與拼接的外顯子可

50、以不按照其在基因組內(nèi)的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不完全內(nèi)的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不完全被切除，由此產(chǎn)生了選擇性剪接被切除，由此產(chǎn)生了選擇性剪接94七、真核基因表達在翻譯以及翻譯后七、真核基因表達在翻譯以及翻譯后仍可受到調(diào)控仍可受到調(diào)控（一）對翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過磷（一）對翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過磷酸化修飾進行酸化修飾進行蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度上取蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度上取決于起始水平，通過磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子決于起始水平，通過磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子（eukaryotic initiation factor, eIF）的活性對起）的活性對起始

51、階段有重要的控制作用。始階段有重要的控制作用。1 1翻譯起始因子翻譯起始因子eIF-2eIF-2的磷酸化抑制翻譯起始的磷酸化抑制翻譯起始 952 2eIF-4EeIF-4E及及eIF-4EeIF-4E結(jié)合蛋白的磷酸化激活翻譯起始結(jié)合蛋白的磷酸化激活翻譯起始 帽結(jié)合蛋白帽結(jié)合蛋白eIF-4E與與mRNA帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合是翻帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合是翻譯起始的限速步驟，磷酸化修飾及與抑制物蛋譯起始的限速步驟，磷酸化修飾及與抑制物蛋白的結(jié)合均可調(diào)節(jié)白的結(jié)合均可調(diào)節(jié)eIF-4E的活性。的活性。磷酸化的磷酸化的eIF-4E與帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合力是非磷酸化與帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合力是非磷酸化 的的eIF-4E的的4倍，因而可提高翻譯的效

52、率。倍，因而可提高翻譯的效率。96（二）（二）RNA結(jié)合蛋白參與了對翻譯起始的調(diào)節(jié)結(jié)合蛋白參與了對翻譯起始的調(diào)節(jié) RNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（RNA binding protein, RBP），），是指那些能夠與是指那些能夠與RNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)。特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)。 基因表達的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)都有基因表達的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)都有RBP的參與，如的參與，如前述轉(zhuǎn)錄終止、前述轉(zhuǎn)錄終止、RNA剪接、剪接、RNA轉(zhuǎn)運、轉(zhuǎn)運、RNA胞胞漿內(nèi)穩(wěn)定性控制以及翻譯起始等。漿內(nèi)穩(wěn)定性控制以及翻譯起始等。 97（三）對翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)可以快速（三）對翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)可以快速調(diào)控基因表達調(diào)控基因表達

53、新合成蛋白質(zhì)的半衰期長短是決定蛋白質(zhì)生物新合成蛋白質(zhì)的半衰期長短是決定蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的重要影響因素。因此，通過對新生肽學(xué)功能的重要影響因素。因此，通過對新生肽鏈的水解和運輸，可以控制蛋白質(zhì)的濃度在特鏈的水解和運輸，可以控制蛋白質(zhì)的濃度在特定的部位或亞細胞器保持在合適的水平。定的部位或亞細胞器保持在合適的水平。 許多蛋白質(zhì)需要在合成后經(jīng)過特定的修飾才具許多蛋白質(zhì)需要在合成后經(jīng)過特定的修飾才具有功能活性。通過對蛋白質(zhì)的可逆的磷酸化、有功能活性。通過對蛋白質(zhì)的可逆的磷酸化、甲基化、?；揎棧梢赃_到調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功甲基化、?；揎?，可以達到調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用，是基因表達的快速調(diào)節(jié)方式。能的作用，

54、是基因表達的快速調(diào)節(jié)方式。 98是一大家族小分子非編碼單鏈?zhǔn)且淮蠹易逍》肿臃蔷幋a單鏈RNA，長度約，長度約20-25個個堿基，由一段具有發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)，長度為堿基，由一段具有發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)，長度為7090個堿基的單個堿基的單鏈鏈RNA 前體前體(pre-miRNA)經(jīng)經(jīng)Dicer酶剪切后形成。酶剪切后形成。這些成熟的這些成熟的miRNA 與其他蛋白質(zhì)一起組成與其他蛋白質(zhì)一起組成RNA誘導(dǎo)誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（的沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex, RISC），），通過與其靶通過與其靶mRNA 分子的分子的3 端非翻譯區(qū)域（端非翻譯區(qū)域（3 UTR）互）互補匹配，再以目前

55、尚不清楚的機制抑制該補匹配，再以目前尚不清楚的機制抑制該mRNA 分子的分子的翻譯。翻譯。 （四）小分子（四）小分子RNA對基因表達的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜對基因表達的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜1微小微小RNA (microRNA, miRNA)99 其長度一般為其長度一般為2025個堿基；個堿基； 在不同生物體中普遍存在；在不同生物體中普遍存在； 其序列在不同生物中具有一定的保守性；其序列在不同生物中具有一定的保守性； 具有明顯的表達階段特異性和組織特異性；具有明顯的表達階段特異性和組織特異性； miRNA 基因以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種基因以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中，大多位于基因間隔區(qū)。

56、形式存在于基因組中，大多位于基因間隔區(qū)。 nmiRNA的特點：的特點：100 是細胞內(nèi)一類雙鏈?zhǔn)羌毎麅?nèi)一類雙鏈RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在特定情況下通過一定酶切機制，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谔囟ㄇ闆r下通過一定酶切機制，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ㄩL度具有特定長度(2123個堿基個堿基)和特定序列的小片段和特定序列的小片段RNA。 雙鏈雙鏈siRNA參與參與RISC組成，與特異的靶組成，與特異的靶mRNA完完全互補結(jié)合，導(dǎo)致靶全互補結(jié)合，導(dǎo)致靶mRNA降解，阻斷翻譯過程。降解，阻斷翻譯過程。 由由siRNA介導(dǎo)的基因表達抑制作用被稱為介導(dǎo)的基因表達抑制作用被稱為RNA干涉干涉(RNA int

57、erference，RNAi)。2小干擾小干擾RNA (small interfering RNA, siRNA)101 30bp 雙鏈雙鏈RNA（dsRNA）水解生成水解生成21-23nt siRNA 5335 RISC形成形成 識別特異序列識別特異序列并使其降解并使其降解RNA干擾干擾作用機制作用機制102siRNAmiRNA前體前體內(nèi)源或外源長雙鏈內(nèi)源或外源長雙鏈RNA誘導(dǎo)誘導(dǎo)產(chǎn)生產(chǎn)生內(nèi)源發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物內(nèi)源發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)雙鏈分子雙鏈分子單鏈分子單鏈分子功能功能降解降解mRNA阻遏其翻譯阻遏其翻譯靶靶mRNA 結(jié)合結(jié)合需完全互補需完全互補不需完全互補不需完全互補生物學(xué)效

58、應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染發(fā)育過程的調(diào)節(jié)發(fā)育過程的調(diào)節(jié)siRNA 和和miRNA的差異比較的差異比較103（五）長鏈非編碼（五）長鏈非編碼RNA在基因表達調(diào)控在基因表達調(diào)控中的作用不容忽視中的作用不容忽視 長鏈非編碼長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一類轉(zhuǎn)錄本長）是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過度超過200個核苷酸的個核苷酸的RNA分子，不直接參與分子，不直接參與基因編碼和蛋白質(zhì)合成，但是可在表觀遺傳水基因編碼和蛋白質(zhì)合成，但是可在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達。平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達。104真核生物和原核生物的比較真核生物和原核生物的比

59、較 在真核生物中，不同組織的細胞在功能在真核生物中，不同組織的細胞在功能上是高度分化的上是高度分化的在動物胰臟細胞中不會產(chǎn)生視網(wǎng)膜色素，而在動物胰臟細胞中不會產(chǎn)生視網(wǎng)膜色素，而在視網(wǎng)膜細胞中也會不產(chǎn)生胰島素。在視網(wǎng)膜細胞中也會不產(chǎn)生胰島素。真核細胞具有選擇性激活和抑制基因表達的真核細胞具有選擇性激活和抑制基因表達的機制。機制。105真核生物和原核生物的比較真核生物和原核生物的比較 真核生物細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空真核生物細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上是分開的間上是分開的 轉(zhuǎn)錄在細胞核中轉(zhuǎn)錄在細胞核中 翻譯在細胞質(zhì)中翻譯在細胞質(zhì)中106 DNA水平的調(diào)控 染色質(zhì)丟失染色質(zhì)丟失 低等生物及動物紅細胞，不可低等生物及動物紅細胞，不可逆逆 基因擴增基因擴增 基因重排基因重排 基因片段改變原銜接順序，重排基因片段改變原銜接順序，重排為完整的轉(zhuǎn)錄單位為完整的轉(zhuǎn)錄單位107 DNA DNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控DNA水平上的調(diào)控是通過改變基因組中有關(guān)基因的數(shù)量和結(jié)構(gòu)順序而控制基因的表達。包括基因擴增 基因丟失 基因重排 基因的化學(xué)改變 其中有些改變是可逆的108基因擴增常發(fā)生在異常的細胞中?；驍U增常發(fā)生在異常的細胞中。人類癌細胞中的許多致癌基因，經(jīng)大量人類癌細胞中的許多致癌基因，經(jīng)大量擴增后高效表