分子生物學(xué)課件第八章1

1、第八章第八章 基因的表達(dá)與調(diào)控基因的表達(dá)與調(diào)控( (下下) ) 真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響 激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響 其它水平上的表達(dá)調(diào)控其它水平上的表達(dá)調(diào)控contents 基因組很小，大多只有一條染色體 結(jié)構(gòu)簡煉 存在轉(zhuǎn)錄單元多順反子原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點 有重疊基因真核基因組結(jié)構(gòu)特點 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大真核

2、基因組結(jié)構(gòu)龐大 主要由多細(xì)胞組成，每個細(xì)胞基主要由多細(xì)胞組成，每個細(xì)胞基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量及基因數(shù)量都大大高于原核生物。因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量及基因數(shù)量都大大高于原核生物。人類細(xì)胞單倍體基因組有人類細(xì)胞單倍體基因組有3 3109bp109bp，為大腸桿菌總，為大腸桿菌總dnadna的的800800倍，噬菌體的倍，噬菌體的1010萬倍左右萬倍左右3 310109 9bpbp、染色質(zhì)、染色質(zhì)、 單順反子單順反子 基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性 斷裂基因（斷裂基因（interrupted gene）、）、內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)、 外顯子外顯子(exon) 非編碼區(qū)較多非編碼區(qū)較多 多于編碼序列多

3、于編碼序列(9:1) 含有大量重復(fù)序列含有大量重復(fù)序列真核基因的表達(dá)調(diào)控的特點：真核基因的表達(dá)調(diào)控的特點：原核細(xì)胞原核細(xì)胞環(huán)境因素對調(diào)控起決定性的作用。群體中每環(huán)境因素對調(diào)控起決定性的作用。群體中每一個細(xì)胞對環(huán)境變化的反應(yīng)是直接的和一致的。一個細(xì)胞對環(huán)境變化的反應(yīng)是直接的和一致的。真核細(xì)胞真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控最明顯的特征基因表達(dá)調(diào)控最明顯的特征是能在特定時間，是能在特定時間，特定的細(xì)胞中激活特定的基因，實現(xiàn)特定的細(xì)胞中激活特定的基因，實現(xiàn)“預(yù)定預(yù)定”的、有序的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育，并使生物的組織和器官保的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育，并使生物的組織和器官保持正常功能。持正常功能。這是生命活

4、動規(guī)律決定的，環(huán)境因素在其這是生命活動規(guī)律決定的，環(huán)境因素在其中作用不大。中作用不大。真核生物基因調(diào)控達(dá)到了原核生物所不可能有的深度和廣度真核生物基因調(diào)控可分為兩大類：真核生物基因調(diào)控可分為兩大類：第一類第一類是是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降，或細(xì)胞周期不同階段酶活性的調(diào)節(jié)；升降，或細(xì)胞周期不同階段酶活性的調(diào)節(jié)；第二類第二類是是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的，是真核基因調(diào)控的精精髓部分髓部分，決定了真核細(xì)胞生

5、長、分化、發(fā)育的進(jìn)程。，決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的進(jìn)程。根據(jù)基因調(diào)控發(fā)生的先后次序，又可分為：根據(jù)基因調(diào)控發(fā)生的先后次序，又可分為：轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（rnarna加工成熟過程的調(diào)控，翻譯水平的加工成熟過程的調(diào)控，翻譯水平的調(diào)控，蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控）。調(diào)控，蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控）。研究基因調(diào)控的研究基因調(diào)控的三個主要內(nèi)容：三個主要內(nèi)容：誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號是什么？是什么？基 因 調(diào) 控 在 哪 一 步基 因 調(diào) 控 在 哪 一 步（模板（模板dnadna的轉(zhuǎn)錄、的轉(zhuǎn)錄、mrnamrna的成熟或蛋白的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？質(zhì)合成）實

6、現(xiàn)的？不同水平基因調(diào)控的不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制什么？分子機(jī)制什么？真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響蛋白質(zhì)乙酰化對蛋白表達(dá)的影響 激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響 其它水平上的表達(dá)調(diào)控其它水平上的表達(dá)調(diào)控contents真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及dna的空間結(jié)構(gòu)方面存在以下幾個方面的差異 p282 試說明真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄，翻譯

7、及dna的空間結(jié)構(gòu)方面存在的主要差異，表現(xiàn)在哪些方面？ 武漢大學(xué)2003年分子生物學(xué)碩士入學(xué)試題 8.1 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 在真核細(xì)胞中，一條成熟的mrna鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。 真核細(xì)胞dna與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分dna是裸露的。 高等真核細(xì)胞dna中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，一些由幾個或幾十個堿基組成的dna序列，在整個基因組中重復(fù)幾百次甚至上百萬次。大部分真核細(xì)胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。 真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進(jìn)行dna片段重排，還能在需要時增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷

8、貝數(shù)。這種能力在原核生物中極為罕見。 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較大，它在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較大，它們可能遠(yuǎn)離啟動子達(dá)幾百個甚至上千個堿基對，這些們可能遠(yuǎn)離啟動子達(dá)幾百個甚至上千個堿基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因5上游區(qū)上游區(qū)dna構(gòu)構(gòu)型來影響它與型來影響它與rna聚合酶的結(jié)合能力。聚合酶的結(jié)合能力。 在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上可直接動子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上可直接促進(jìn)或抑制促進(jìn)或抑制rna聚合酶與它的結(jié)合。聚合酶

9、與它的結(jié)合。 真核生物的rna在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經(jīng)過復(fù)雜的成熟和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。真核生物的基因組中有很多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因按功能成套組合，這些基因被稱為基因家族。 同一家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇(gene cluster) 。如：編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都如：編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都屬于基因家族屬于基因家族8.1.1 基因家族（基因家族（gene family)更多時候，同一家族的成員分散在同一染色

10、體不同部位，甚更多時候，同一家族的成員分散在同一染色體不同部位，甚至位于不同染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。至位于不同染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。1、簡單多基因家族簡單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。在大腸桿菌中，在大腸桿菌中，16s16s，23s23s和和5s rrna5s rrna基因聯(lián)基因聯(lián)合合 成一個轉(zhuǎn)錄單元，成一個轉(zhuǎn)錄單元，各種各種rrnarrna分子都是從分子都是從這個轉(zhuǎn)錄單位上剪切這個轉(zhuǎn)錄單位上剪切下來的。下來的。細(xì)菌中所有細(xì)菌中所有rrnarrna和部和部分分trnatrna都來自這個分都來自這個分子量為子量為30s30s（約（約65006500個個核

11、苷酸）的前核苷酸）的前rrnarrna。在真核生物中，前在真核生物中，前rrna轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45s，（約有，（約有14 000個核苷酸），包括個核苷酸），包括18s，28s和和5.8s三個主要三個主要rrna分子。分子。至少至少100100處被甲基化處被甲基化2、復(fù)雜多基因家族 復(fù)雜多基因家族一般由復(fù)雜多基因家族一般由幾個相關(guān)基因家族幾個相關(guān)基因家族構(gòu)成，基構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉(zhuǎn)錄單因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉(zhuǎn)錄單位?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。位?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。 海膽組蛋白基因家族：海膽組蛋白基因

12、家族：編碼不同組蛋白的基因處于一個約編碼不同組蛋白的基因處于一個約為為6 000bp6 000bp的片段中，分別被間隔序列所隔開。這的片段中，分別被間隔序列所隔開。這5 5個基因個基因組成的串聯(lián)單位在整個海膽基因組中可能重復(fù)多達(dá)組成的串聯(lián)單位在整個海膽基因組中可能重復(fù)多達(dá)1 0001 000次。次。3. 發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族v血紅蛋白是所有動物體血紅蛋白是所有動物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由，由2222組成的四聚體組成的四聚體加上一個血紅素輔基（結(jié)加上一個血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。血紅蛋白。v在生物個體

13、發(fā)育的不同在生物個體發(fā)育的不同階段出現(xiàn)幾種不同形式的階段出現(xiàn)幾種不同形式的和和亞基。亞基。這是由于在發(fā)育這是由于在發(fā)育不同階段，編碼不同階段，編碼和和亞基亞基的基因不同，編碼的基因不同，編碼和和亞亞基的基因是受發(fā)育調(diào)控的基的基因是受發(fā)育調(diào)控的。 p2858.1.2 真核基因的斷裂結(jié)構(gòu) 真核基因的編碼序列在dna分子上是不連續(xù)的，為非編碼序列所隔開，形成鑲嵌排列的斷裂方式，因此，真核基因也被稱為斷裂基因。其中編碼的序列稱為外顯子，非編碼序列稱內(nèi)含子。外顯子外顯子(exon)(exon) ：真核細(xì)胞基因：真核細(xì)胞基因dnadna中的編碼序列，這些序列中的編碼序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成被轉(zhuǎn)錄成rnarn

14、a并進(jìn)而翻譯為蛋白質(zhì)。并進(jìn)而翻譯為蛋白質(zhì)。內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)(intron) ：真核細(xì)胞基因：真核細(xì)胞基因dnadna中的間插序列，這些序中的間插序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成列被轉(zhuǎn)錄成rnarna，但隨即被剪除而不翻譯。，但隨即被剪除而不翻譯。 哺乳動物二氫葉酸還原酶基因，全長哺乳動物二氫葉酸還原酶基因，全長25-31kb左右，但其左右，但其6個外顯子總長只有個外顯子總長只有2kb。v基因中的內(nèi)基因中的內(nèi)含子數(shù)量和大含子數(shù)量和大小都不同小都不同。膠原蛋白基因膠原蛋白基因長約長約40kb40kb，至，至少有少有4040個內(nèi)含個內(nèi)含子，其中短的子，其中短的只有只有50bp50bp，長，長的可達(dá)

15、到的可達(dá)到2000bp2000bp。2、外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)外顯子外顯子- -內(nèi)含子連接區(qū)內(nèi)含子連接區(qū)指外顯子和內(nèi)含子的交界或稱邊界序指外顯子和內(nèi)含子的交界或稱邊界序列，它有列，它有兩個重要特征兩個重要特征： 內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性 連接區(qū)序列很短，高度保守，連接區(qū)序列很短，高度保守，每個內(nèi)含子每個內(nèi)含子5 5 端起始的兩個端起始的兩個堿基都是堿基都是gtgt，而，而3 3 端最后兩個堿基總是端最后兩個堿基總是agag，稱為稱為gt-aggt-ag法法則，是則，是rnarna剪接的信號序列。剪接的信號序列。v斷裂結(jié)構(gòu)的一個重要特點是斷裂結(jié)構(gòu)的

16、一個重要特點是外顯子外顯子-內(nèi)含子連接區(qū)的高內(nèi)含子連接區(qū)的高度保守性和特異性堿基序列。度保守性和特異性堿基序列。t3、外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控 組成型剪接：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mrna的過程。 選擇性剪接：同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mrna的過程。 ps 外顯子 s pl 外顯子 l 外顯子 2 外顯子 3 dna 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始轉(zhuǎn)錄本： 在唾腺中轉(zhuǎn)錄 成熟 mrna： 1663nt 初始轉(zhuǎn)錄本： 在肝中轉(zhuǎn)錄 成熟 mrna： 1773nt 圖 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同

17、啟動子產(chǎn)生兩個不同的 mrna8.1.3 真核生物真核生物dna水平上的基因表達(dá)調(diào)控水平上的基因表達(dá)調(diào)控在個體發(fā)育過程中，在個體發(fā)育過程中，dna會發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因會發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物的發(fā)育。表達(dá)和生物的發(fā)育。dna水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，包括基因包括基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等。丟失、擴(kuò)增、重排和移位等。這與轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的調(diào)控這與轉(zhuǎn)錄和翻譯水平的調(diào)控是不同的，是不同的，這種調(diào)控使基因組發(fā)生了改變。這種調(diào)控使基因組發(fā)生了改變。例如：例如： 成熟紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的成熟紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可

18、翻譯出成熟珠蛋白的mrnamrna，但它的前體細(xì)胞是不產(chǎn)生珠蛋白的。這種變化是由于但它的前體細(xì)胞是不產(chǎn)生珠蛋白的。這種變化是由于基因基因本身或者是基因的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性本身或者是基因的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化所調(diào)控的。變化所調(diào)控的?；驍U(kuò)增：基因擴(kuò)增：基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。要，是基因活性調(diào)控的一種方式。v非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中原有非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中原有rrnarrna基因（基因（rdnar

19、dna）約）約500500個個拷貝，在減數(shù)分裂粗線期，基因開始迅速復(fù)制，到雙線期拷貝，在減數(shù)分裂粗線期，基因開始迅速復(fù)制，到雙線期拷貝數(shù)約為拷貝數(shù)約為200200萬個，擴(kuò)增近萬個，擴(kuò)增近40004000倍，可用于合成倍，可用于合成10101212個核個核糖體，滿足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白質(zhì)的需要。糖體，滿足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白質(zhì)的需要?；蛑嘏排c變換基因重排與變換將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到較近的位將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到較近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，被稱為點從而啟動轉(zhuǎn)錄，被稱為基因重排基因重排。例如：例如：p 291 fig 8-11 b 免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（免疫球蛋

20、白的肽鏈主要由可變區(qū)（v v區(qū)）、恒定區(qū)（區(qū)）、恒定區(qū)（c c區(qū)）區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（以及兩者之間的連接區(qū)（j,dj,d區(qū)）組成，區(qū)）組成，v v、c c和和j j、d d基因片基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)育分化時，通過染色體內(nèi)dnadna重組把重組把4 4個相隔較遠(yuǎn)的基因片個相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，產(chǎn)生具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。段連接在一起，產(chǎn)生具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。8.1.4 dna甲基化與基因活性的調(diào)控：甲基化與基因活性的調(diào)控：1 1、dnadna的甲基化的甲基化v

21、dna甲基化主要形成甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5-mc）和少量的和少量的n6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤（n6-ma）及）及7-甲基鳥甲基鳥嘌呤（嘌呤（7-mg）。）。dnadna甲基化甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一；是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一；dnadna甲基化甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基去甲基化化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。dnadna甲基化甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、dnadna構(gòu)象、構(gòu)象、dnadna穩(wěn)定性及穩(wěn)定性及dnadna與蛋白質(zhì)相互作用方式與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。的改變，從而

22、控制基因表達(dá)。研究證實研究證實，cpgcpg二核苷酸中胞嘧啶的甲基化二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導(dǎo)致導(dǎo)致了人體了人體1/31/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在cpg序列、cpxpg、cca/tgg和gatc中。 cpg二核苷酸通常成串出現(xiàn)在dna上，這段序列被稱為cpg島 。2 2、dnadna甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制dna甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域dna構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與dna的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)dna的結(jié)合效率。 啟動區(qū)dna分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)。對于弱啟

23、動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。性。當(dāng)這一類啟動子被增強(qiáng)時（帶有增強(qiáng)子），即使不去當(dāng)這一類啟動子被增強(qiáng)時（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。即使增強(qiáng)后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。p294 fig8-14 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響蛋白質(zhì)乙?；?/p>

24、對蛋白表達(dá)的影響 激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響 其它水平上的表達(dá)調(diào)控其它水平上的表達(dá)調(diào)控contents真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，受大量真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，受大量特定的特定的順式作用元件（順式作用元件（cis-acting elementcis-acting element）和）和反式作用因子（反式作用因子（transacting factortransacting factor）調(diào)控。真）調(diào)控。真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實現(xiàn)的

25、。來實現(xiàn)的。8.2 8.2 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成8.2.1 真核基因的轉(zhuǎn)錄一個完整的基因，不但包括編碼區(qū)（一個完整的基因，不但包括編碼區(qū)（coding coding regionregion），還包括），還包括5 5和和3 3端長度不等的特異性端長度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)的序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)的過程中起著重要作用。所以，過程中起著重要作用。所以，“基因基因”的分子生的分子生物學(xué)定義是：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能物學(xué)定義是：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能rnarna所必需所必需的全部核苷酸序列。的全部核苷酸序列。順式作用元件定義：

26、定義：影響影響自身基因自身基因表達(dá)活性的表達(dá)活性的非編碼非編碼dna序列。序列。 例：例： 啟動子、增強(qiáng)子等啟動子、增強(qiáng)子等（1）啟動子：在dna分子中，rna聚合酶能夠識別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。真核基因啟動子由真核基因啟動子由核心啟動子和上游啟動子核心啟動子和上游啟動子兩個部兩個部分組成，是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點（分組成，是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點（+1+1）及其）及其55上上游大約游大約100100200bp200bp以內(nèi)的一組具有獨立功能的以內(nèi)的一組具有獨立功能的dnadna序列。序列。核心啟動子：核心啟動子：是指保證是指保證rnarna聚合酶聚合酶iiii轉(zhuǎn)錄正常起始所轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的

27、、最少的必需的、最少的dnadna序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點及轉(zhuǎn)錄起始位點上游起始位點上游-25-25 -30bp-30bp處的處的tatatata盒。盒。上游啟動子：上游啟動子：包括通常位于包括通常位于-70bp-70bp附近的附近的caatcaat盒盒（ccaatccaat）和）和gcgc盒（盒（gggcgggggcgg）等。等。（2）增強(qiáng)子增強(qiáng)子：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的dnadna序列。序列。 sv40sv40的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄起始位點上游約的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄起始位點上游約200 bp200 bp處處

28、有兩段長有兩段長72 bp72 bp的正向重復(fù)序列的正向重復(fù)序列。若把增強(qiáng)子上兩個若把增強(qiáng)子上兩個72bp72bp重復(fù)序列同時刪除，基因表達(dá)水平會降重復(fù)序列同時刪除，基因表達(dá)水平會降低很多。低很多。增強(qiáng)子特點： 增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)，不論增強(qiáng)子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個核心序列：（g）tgga/ta/ta/t（g），該序列是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時所必需的； 增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說明增強(qiáng)子只有

29、與特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能； 沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)； 許多增強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。（三）反式作用因子 1、定義：能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順定義：能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的率的蛋白質(zhì)，也稱蛋白質(zhì)，也稱轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子。 轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中，根據(jù)各個蛋白質(zhì)成分在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中，根據(jù)各個蛋白質(zhì)成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個復(fù)合物分為錄中的作用，能將整個復(fù)合物分為3部分：部分：1.

30、 1. 參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的rnarna聚合酶亞聚合酶亞基基，不具有基因特異性。，不具有基因特異性。2. 2. 與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子的輔助因子，不具基因特異性。不具基因特異性。3. 3. 與特異調(diào)控序列結(jié)合的與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子。研究較多的轉(zhuǎn)錄因子：tfd（tata box）、ctf（caat box）、sp1（gggcgg）、hsf（熱激蛋白啟動區(qū)）真核生物中真核生物中轉(zhuǎn)錄因子活轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)的主性調(diào)節(jié)的主要方式要方式p300這些轉(zhuǎn)錄因子有兩種獨立的活性：這些轉(zhuǎn)錄因子有兩種獨立的活性：1. 1. 首先它們特異地與

31、首先它們特異地與dnadna結(jié)合位點相結(jié)合；結(jié)合位點相結(jié)合；2. 2. 然后激活轉(zhuǎn)錄。然后激活轉(zhuǎn)錄。這些活性可以獨立分配給特定的蛋白結(jié)構(gòu)域，分別稱這些活性可以獨立分配給特定的蛋白結(jié)構(gòu)域，分別稱作作dnadna結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域和和激活結(jié)構(gòu)域激活結(jié)構(gòu)域。轉(zhuǎn)錄激活功能是與其轉(zhuǎn)錄激活功能是與其dnadna結(jié)合活性相分離的，它們在結(jié)合活性相分離的，它們在蛋白質(zhì)的不同區(qū)域。蛋白質(zhì)的不同區(qū)域。dna識別或結(jié)合域識別或結(jié)合域1. 螺旋螺旋-轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折-螺旋結(jié)構(gòu)（螺旋結(jié)構(gòu)（h-t-h）這類蛋白質(zhì)分子中有至這類蛋白質(zhì)分子中有至少兩個少兩個螺旋，中間形成螺旋，中間形成“轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折”。2、鋅指結(jié)構(gòu)配位鍵配位鍵2-9個

32、個定義：是一種常出現(xiàn)在dna結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元。是由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個cys（半胱氨酸）或2個cys和2個his（組氨酸）配位的zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀。 cys2 / cys2鋅指鋅指cys2 / his2鋅指鋅指見于見于甾體激素受體甾體激素受體見于見于sp1等等類固醇激素受體家族含有連續(xù)的兩個鋅指結(jié)構(gòu)類固醇激素受體家族含有連續(xù)的兩個鋅指結(jié)構(gòu)3、堿性-亮氨酸拉鏈 （bzip結(jié)構(gòu)） p303 當(dāng)來自同一個或不同多肽鏈的兩個-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個二聚體結(jié)構(gòu)時就形成了亮氨酸拉鏈。肽鏈氨基端含2030個富堿性氨基酸。v以 二 聚 體 形

33、 式 與dna結(jié)合，亮氨酸拉鏈區(qū)并不直接結(jié)合dna，肽鏈氨基端2030個富堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與dna結(jié)合，但以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)。4、堿性-螺旋-環(huán)-螺旋 （bhlh結(jié)構(gòu)）v在免疫球蛋白在免疫球蛋白輕鏈基輕鏈基因的增強(qiáng)子結(jié)合蛋白因的增強(qiáng)子結(jié)合蛋白e12與與e47中，羧基端中，羧基端100200個氨基酸殘基可形成個氨基酸殘基可形成兩個兩性兩個兩性螺旋，被非螺螺旋，被非螺旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)所隔開，蛋旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)所隔開，蛋白質(zhì)的氨基端則是堿性區(qū)白質(zhì)的氨基端則是堿性區(qū)，其，其dna結(jié)合特性與亮氨結(jié)合特性與亮氨酸拉鏈類蛋白相似。酸拉鏈類蛋白相似。vbhlh類蛋白只有類蛋白只有形成同源或異源二聚

34、形成同源或異源二聚體時，才具有足夠的體時，才具有足夠的dna結(jié)合能力。當(dāng)這結(jié)合能力。當(dāng)這類異源二聚體中的一類異源二聚體中的一方不含有堿性區(qū)（如方不含有堿性區(qū)（如id或或e12蛋白）時，蛋白）時，該二聚體明顯缺乏對該二聚體明顯缺乏對靶靶dna的親和力。的親和力。p305 fig8-22contents 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響 激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響 其它水平

35、上的表達(dá)調(diào)控其它水平上的表達(dá)調(diào)控細(xì)胞是生命活動的基本單位。細(xì)胞通過細(xì)胞是生命活動的基本單位。細(xì)胞通過dna的的復(fù)制和細(xì)胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親代傳復(fù)制和細(xì)胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親代傳至子代，實現(xiàn)增殖繁衍。它們還不斷地至子代，實現(xiàn)增殖繁衍。它們還不斷地“感知感知”環(huán)環(huán)境變化，并對其作出特定的應(yīng)答。境變化，并對其作出特定的應(yīng)答。細(xì)胞應(yīng)答可以分為細(xì)胞應(yīng)答可以分為3個階段：個階段：外界信息的外界信息的“感知感知”，即由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞，即由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞, ,染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控, ,特定基因的表達(dá)，即從特定基因的表達(dá)，即從dnar

36、nadnarna蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過程。過程。蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內(nèi)普是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。能與受體呈特異性結(jié)合的生物活性分子能與受體呈特異性結(jié)合的生物活性分子則稱則稱 配體配體(ligand)。受體的定義受體的定義是是細(xì)胞膜細(xì)胞膜上或上或細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)能特別識別生物活能特別識別生物活性分子并

37、與之結(jié)合的成分。它能把識別和接性分子并與之結(jié)合的成分。它能把識別和接受的信號正確無誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，受的信號正確無誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)。進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)。受體的分類：受體的分類： 目前已知受體種類達(dá)百余種。目前已知受體種類達(dá)百余種。按部位分類：細(xì)胞膜受體和細(xì)胞內(nèi)受體。按部位分類：細(xì)胞膜受體和細(xì)胞內(nèi)受體。按結(jié)構(gòu)分類：單體蛋白受體、跨膜復(fù)合蛋白受按結(jié)構(gòu)分類：單體蛋白受體、跨膜復(fù)合蛋白受體。體。按效應(yīng)分類：離子通道偶聯(lián)受體、按效應(yīng)分類：離子通道偶聯(lián)受體、g蛋白偶聯(lián)蛋白偶聯(lián)受體、蛋白激酶偶聯(lián)受體。受體、蛋白激酶偶聯(lián)受體。 按功能分類：神經(jīng)遞質(zhì)類

38、受體、激素類受體、按功能分類：神經(jīng)遞質(zhì)類受體、激素類受體、自體活性物質(zhì)類受體。自體活性物質(zhì)類受體。 細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使胞外信號順利合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使胞外信號順利通過質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，或使受體發(fā)生寡聚化而被通過質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，或使受體發(fā)生寡聚化而被激活。激活。受體分子活化細(xì)胞功能的途徑主要有兩條受體分子活化細(xì)胞功能的途徑主要有兩條：一是受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性，一是受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性，胞內(nèi)信號通過酪氨酸激酶途徑得到傳遞；胞內(nèi)信號通過酪氨酸激酶途徑得到

39、傳遞；二是配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過二是配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過g g蛋白介異的效應(yīng)系蛋白介異的效應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生介質(zhì)，活化絲氨酸統(tǒng)產(chǎn)生介質(zhì)，活化絲氨酸/ /蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號。傳遞信號。受體與配體結(jié)合后即與膜上的偶聯(lián)蛋白結(jié)合，使其釋放活受體與配體結(jié)合后即與膜上的偶聯(lián)蛋白結(jié)合，使其釋放活性因子，再與效應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)。由于這些偶聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)性因子，再與效應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)。由于這些偶聯(lián)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能極為類似，且都能結(jié)合和功能極為類似，且都能結(jié)合gtp或或gdp，所以通常稱，所以通常稱g蛋白，即鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白（蛋白，即鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白（guaninenucleotid

40、eregulatoryprotein）g protein細(xì)胞表面的受體通細(xì)胞表面的受體通過與其相應(yīng)配體作過與其相應(yīng)配體作用后，可經(jīng)不同種用后，可經(jīng)不同種類的類的g蛋白偶聯(lián)，分蛋白偶聯(lián)，分別發(fā)揮不同的生物別發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。學(xué)效應(yīng)。g蛋白的種類和結(jié)構(gòu)：蛋白的種類和結(jié)構(gòu)： 已發(fā)現(xiàn)有已發(fā)現(xiàn)有40多種，結(jié)構(gòu)相似，多種，結(jié)構(gòu)相似，均為異源性三聚體，由均為異源性三聚體，由、亞基構(gòu)成亞基構(gòu)成.存在于存在于細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜上的受體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和上的受體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換信號的方式又分為三大類：轉(zhuǎn)換信號的方式又分為三大類：離子通道受體離子通道受體，g蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體和和跨膜蛋白激酶受體跨膜蛋白激酶受

41、體。膜受體膜受體(membrane receptor)p308真核細(xì)胞主要跨膜信號傳導(dǎo)途徑真核細(xì)胞主要跨膜信號傳導(dǎo)途徑蛋白質(zhì)磷酸化和蛋白質(zhì)磷酸化和gtpgtp結(jié)合蛋白參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程結(jié)合蛋白參與的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程已發(fā)現(xiàn)蛋白激酶基因達(dá)2000多個，還有1000多個蛋白質(zhì)去磷酸化酶基因 根據(jù)底物蛋白被磷酸化殘基 絲氨酸/蘇氨酸型 酪氨酸型 組氨酸型 是否有調(diào)節(jié)物參與 信使依賴性（胞內(nèi)信使、調(diào)節(jié)因子、激素或生長因子） 非信使依賴型 表10、11依賴于依賴于campcamp的蛋白激酶稱為的蛋白激酶稱為a a激酶（激酶（pkapka），），它能它能把把a(bǔ)tpatp分子上的末端磷酸基團(tuán)加到某個特定蛋白分子上

42、的末端磷酸基團(tuán)加到某個特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。8.3.1 受受camp水平調(diào)控的水平調(diào)控的a激酶激酶受受camp水平調(diào)控的水平調(diào)控的a激酶激酶非活性狀態(tài)的非活性狀態(tài)的pka全酶由全酶由4個亞基個亞基r2c2所組成，分子量約為所組成，分子量約為150-170，調(diào)節(jié)亞基與，調(diào)節(jié)亞基與camp相結(jié)合，引起構(gòu)象變化并釋放相結(jié)合，引起構(gòu)象變化并釋放催化亞基，后者隨即成為有催化活性的單體催化亞基，后者隨即成為有催化活性的單體.8. 3. 1 受受camp水平調(diào)控的水平調(diào)控的a激酶激酶依賴于依賴于camp的蛋白激酶稱為的蛋白激酶稱為a激酶（激酶（pka），能把），能把a(bǔ)t

43、p上的末端磷酸基團(tuán)加到某個特定蛋白質(zhì)的絲氨上的末端磷酸基團(tuán)加到某個特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。酸或蘇氨酸殘基上。被被a激酶磷酸化的氨基酸激酶磷酸化的氨基酸n端上游往往存在兩個或兩端上游往往存在兩個或兩個以上堿性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（個以上堿性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（x-arg-arg-x-ser-x）改變了這一蛋白的酶活性。）改變了這一蛋白的酶活性。 不同細(xì)胞對camp信號途徑的反應(yīng)速度不同： 在肌肉細(xì)胞1秒鐘之內(nèi)可啟動糖原降解為葡糖1-磷酸（圖），而抑制糖原的合成 。糖原代謝時，激素與其受體在肌肉細(xì)胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)糖原代謝時，激素與其受體在肌肉細(xì)胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)

44、細(xì)胞質(zhì)campcamp的合成并活化的合成并活化a a激酶，后者再將活化磷酸基團(tuán)傳激酶，后者再將活化磷酸基團(tuán)傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進(jìn)入糖酵解過程并提供原磷酸化，進(jìn)入糖酵解過程并提供atpatp。camp活化糖原磷酸化酶示意圖活化糖原磷酸化酶示意圖 在某些分泌細(xì)胞中，需要幾個小時，激活的在某些分泌細(xì)胞中，需要幾個小時，激活的pka pka 進(jìn)入進(jìn)入細(xì)胞核，將細(xì)胞核，將crecre結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。許多轉(zhuǎn)錄因子都可以通過許多轉(zhuǎn)錄因子都可以通過camp介導(dǎo)

45、的蛋白質(zhì)磷酸化過介導(dǎo)的蛋白質(zhì)磷酸化過程而被激活，因為這類基因的程而被激活，因為這類基因的5端大都擁有一個或數(shù)個端大都擁有一個或數(shù)個camp應(yīng)答元件（應(yīng)答元件（cre）。）。 crecre（camp response elementcamp response element， campcamp應(yīng)答元應(yīng)答元件件）是是dnadna上的調(diào)節(jié)區(qū)域。上的調(diào)節(jié)區(qū)域。 (tgacgtca) crecre結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白( (camp response element bound camp response element bound protein,creb)protein,creb)camp信號與基因表達(dá)該

46、信號途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為p311：激素激素gg蛋白耦聯(lián)受體蛋白耦聯(lián)受體激活激活g g蛋白蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶激活腺苷酸環(huán)化酶camp camp 活化依賴活化依賴campcamp的的蛋白激酶蛋白激酶aa釋放催化亞基釋放催化亞基進(jìn)入核內(nèi)進(jìn)入核內(nèi) 底物（底物（crebcreb）磷酸化磷酸化激活基因轉(zhuǎn)錄激活基因轉(zhuǎn)錄camp信號與基因表達(dá)該信號途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為p311：激素激素gg蛋白耦聯(lián)受體蛋白耦聯(lián)受體激活激活g g蛋白蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶激活腺苷酸環(huán)化酶camp camp 活化依賴活化依賴campcamp的的蛋白激酶蛋白激酶aa釋放催化亞基釋放催化亞基進(jìn)入核內(nèi)進(jìn)入核內(nèi) 底物（底物（cre

47、bcreb）磷酸化磷酸化激活基因轉(zhuǎn)錄激活基因轉(zhuǎn)錄8. 3. 2 c激酶與激酶與pip2、ip3和和dagc激酶是一個激酶是一個7.7104的蛋白質(zhì)，能磷酸化絲氨酸和的蛋白質(zhì)，能磷酸化絲氨酸和蘇氨酸。具有一個催化結(jié)構(gòu)域和一個調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。蘇氨酸。具有一個催化結(jié)構(gòu)域和一個調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。因為該激酶活性依賴于因為該激酶活性依賴于ca2+，所以稱為，所以稱為c激酶激酶（pkc）。）。ip3和和dag是該途徑的主要活性分子，是該途徑的主要活性分子，g蛋白通過活化的受體調(diào)控磷酸肌醇酶系統(tǒng)的活性。蛋白通過活化的受體調(diào)控磷酸肌醇酶系統(tǒng)的活性。圖圖8-31 8-31 激酶信號傳遞與基因表達(dá)示意圖激酶信號傳遞與基因表達(dá)

48、示意圖 。ip3引起細(xì)胞質(zhì)引起細(xì)胞質(zhì)ca2+濃度濃度升高，導(dǎo)致升高，導(dǎo)致c激酶從胞質(zhì)激酶從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到靠近原生質(zhì)膜內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)運到靠近原生質(zhì)膜內(nèi)側(cè)處，并被處，并被dag和和ca2+激活。激活。dag激活激活c激酶是因為前激酶是因為前者提高了者提高了c激酶對于激酶對于ca2+的親和力。的親和力。磷酸肌醇級聯(lián)放大的細(xì)胞磷酸肌醇級聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使是磷脂酰肌醇內(nèi)信使是磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（二磷酸（pip2）的兩個）的兩個酶解產(chǎn)物：肌醇酶解產(chǎn)物：肌醇1，4，5-三磷酸（三磷酸（ip3）和二?；┖投；视停ǜ视停╠ag）。）。8. 3. 3 cam激酶及激酶及map激酶激酶ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要通過

49、鈣調(diào)蛋白激酶（的細(xì)胞學(xué)功能主要通過鈣調(diào)蛋白激酶（cam-kinase）來實現(xiàn)，也是一類絲氨酸）來實現(xiàn)，也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)ca2+水平。水平。map激酶（激酶（mitogen-activated protein kinase，map-kinase，又稱為，又稱為extracellular-signal-regulated kinase，erks）活性受許多外源細(xì)胞生長、分化因子的誘導(dǎo)，）活性受許多外源細(xì)胞生長、分化因子的誘導(dǎo)，也受到酪氨酸蛋白激酶及也受到酪氨酸蛋白激酶及g蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。圖圖8-32 ras8-32 r

50、as蛋白和蛋白和c c激酶激活絲氨酸激酶激活絲氨酸/ /蘇氨酸蘇氨酸“瀑布式瀑布式”磷酸化（級聯(lián)磷酸化），引起相磷酸化（級聯(lián)磷酸化），引起相關(guān)生理反應(yīng)圖示關(guān)生理反應(yīng)圖示 。map-激酶的活性取決于該激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個氨基酸之隔蛋白中僅有一個氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。能同時催化這都被磷酸化。能同時催化這兩個氨基酸殘基磷酸化的酶兩個氨基酸殘基磷酸化的酶稱為稱為map-激酶激酶-激酶，其反激酶，其反應(yīng)底物是應(yīng)底物是map激酶。激酶。map-激酶激酶-激酶本身能被激酶本身能被map-激酶激酶-激酶激酶-激酶所磷激酶所磷酸化激活，后者能同時被酸化

51、激活，后者能同時被c激酶或酪氨酸激酶家族的激酶或酪氨酸激酶家族的ras蛋白等激活，從而在信蛋白等激活，從而在信息傳導(dǎo)中發(fā)揮功能。息傳導(dǎo)中發(fā)揮功能。8. 3. 4 酪氨酸蛋白激酶（酪氨酸蛋白激酶（ptk）途徑）途徑包括跨膜受體家族與胞質(zhì)非受體家族兩大類。包括跨膜受體家族與胞質(zhì)非受體家族兩大類。受體類由胞外結(jié)合配體結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和受體類由胞外結(jié)合配體結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域組成，其細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域組成，其ptk活性受胞外活性受胞外結(jié)構(gòu)域與配體的調(diào)節(jié)。配體與受體結(jié)合可誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)域與配體的調(diào)節(jié)。配體與受體結(jié)合可誘導(dǎo)受體蛋白的二聚化，將受體胞質(zhì)區(qū)酪氨酸殘基受體蛋白的二聚化，將受體胞質(zhì)區(qū)酪氨

52、酸殘基磷酸化。磷酸化。c-src蛋白功能區(qū)劃分（蛋白功能區(qū)劃分（a）及第）及第416位、位、527位位酪氨酸殘基磷酸化或點突變以后對該蛋白質(zhì)功酪氨酸殘基磷酸化或點突變以后對該蛋白質(zhì)功能的影響（能的影響（b）。）。 src亞家族非受體酪氨酸激酶亞家族非受體酪氨酸激酶以及許多以及許多ptk作用底物分子作用底物分子都存在都存在src同源結(jié)構(gòu)域（同源結(jié)構(gòu)域（src homology domain，sh）。）。正常細(xì)胞中，正常細(xì)胞中，pp60c-src上的上的tyr527被磷酸化并以頭尾相被磷酸化并以頭尾相連的締合方式折入同一分子連的締合方式折入同一分子的的sh2結(jié)構(gòu)域中，從而抑制結(jié)構(gòu)域中，從而抑制了了

53、ptk活性?；钚浴p60c-src與靶與靶分子分子pi3激酶、激酶、rasgap等的等的締 合 作 用 均 涉 及締 合 作 用 均 涉 及 p p 6 0 c -srcsh2結(jié)構(gòu)域與結(jié)構(gòu)域與pi3激酶及激酶及rasgap分子上酪氨酸磷酸化分子上酪氨酸磷酸化區(qū)的結(jié)合。區(qū)的結(jié)合。圖圖8-34 src8-34 src激酶活化過程圖示激酶活化過程圖示 8. 3. 5 蛋白質(zhì)磷酸化與細(xì)胞分裂調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化與細(xì)胞分裂調(diào)控細(xì)胞通過細(xì)胞通過p53及及p21蛋白控制蛋白控制cdk（cyclin-dependent protein kinase）活性，調(diào)控細(xì)胞分）活性，調(diào)控細(xì)胞分裂的進(jìn)程。裂的進(jìn)程。圖圖8-

54、35 prb8-35 prb蛋白的磷酸化和去磷酸化過程控制了細(xì)蛋白的磷酸化和去磷酸化過程控制了細(xì)胞分裂的周期性胞分裂的周期性 p21蛋白過量時，周期蛋蛋白過量時，周期蛋白（白（cyclin）e-cdk2復(fù)復(fù)合物與合物與p21蛋白相結(jié)合，蛋白相結(jié)合，cdk2喪失磷酸化喪失磷酸化prb蛋蛋白的功能。未磷酸化的白的功能。未磷酸化的prb蛋白與轉(zhuǎn)錄因子蛋白與轉(zhuǎn)錄因子e2f結(jié)合使后者不能激活結(jié)合使后者不能激活dna合成酶基因表達(dá)，合成酶基因表達(dá)，細(xì)胞不能由細(xì)胞不能由g1期進(jìn)入期進(jìn)入s期，期，分裂受阻。分裂受阻。如果如果p53基因活性降低，基因活性降低，p21蛋白含量下降，周蛋白含量下降，周期蛋白期蛋白e

55、-cdk2復(fù)合物就能有效地將復(fù)合物就能有效地將prb蛋白蛋白磷酸化，與磷酸化，與e2f相脫離，使后者激活與相脫離，使后者激活與dna合合成有關(guān)的基因表達(dá)，細(xì)胞從成有關(guān)的基因表達(dá)，細(xì)胞從g1期進(jìn)入期進(jìn)入s期，引期，引發(fā)細(xì)胞分裂。發(fā)細(xì)胞分裂。 圖圖8-36cdk活性受磷酸化和蛋白質(zhì)水活性受磷酸化和蛋白質(zhì)水解通路直接調(diào)控。解通路直接調(diào)控。cdk活性受雙重調(diào)控活性受雙重調(diào)控（1 1）沒有周期蛋白，）沒有周期蛋白，cdk無活性。無活性。（2 2）隨著周期蛋白的合成和積累，逐步形）隨著周期蛋白的合成和積累，逐步形成周期蛋白成周期蛋白-cdk復(fù)合物。復(fù)合物。（3 3）cdk上的酪氨酸位點被磷酸化，掩上的酪氨

56、酸位點被磷酸化，掩蓋了其蓋了其atp結(jié)合位點，結(jié)合位點，atp不能有效地與不能有效地與之相結(jié)合，之相結(jié)合，cdk仍然無活性。仍然無活性。（4）cdk蛋白蛋白t-環(huán)中的蘇氨酸位點被磷酸環(huán)中的蘇氨酸位點被磷酸化，并將其酪氨酸位點上的磷酸基團(tuán)去掉，化，并將其酪氨酸位點上的磷酸基團(tuán)去掉，cdk蛋白才能發(fā)揮其生物學(xué)活性。蛋白才能發(fā)揮其生物學(xué)活性。（5）同時，）同時，cdk蛋白還能使細(xì)胞中的磷蛋白還能使細(xì)胞中的磷酸酯酶磷酸化，以加速脫去自身酪氨酸位酸酯酶磷酸化，以加速脫去自身酪氨酸位點上的磷酸基團(tuán)。點上的磷酸基團(tuán)。（6 6）有生物活性的周期蛋白）有生物活性的周期蛋白-cdk復(fù)合物能復(fù)合物能將將dbrp（d

57、estruction box recognizing protein）磷酸化，激活泛素連接酶，把大量）磷酸化，激活泛素連接酶，把大量泛素加到周期蛋白上并使之迅速降解，泛素加到周期蛋白上并使之迅速降解，cdk失活，新的周期開始。失活，新的周期開始。 contents 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響蛋白質(zhì)乙?；瘜Φ鞍妆磉_(dá)的影響 激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響 其它水平上的表達(dá)調(diào)控其它水平上的表達(dá)調(diào)控1.

58、 組蛋白的乙?；叭ヒ阴；M蛋白的乙?；叭ヒ阴；?.1. 組蛋白的基本組成：組蛋白是組成核小體的基本成分，組蛋白的基本組成：組蛋白是組成核小體的基本成分，核小體是組成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。核小體是組成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元。組蛋白： h1 h2a h2b h3 h4非組蛋白核小體dna蛋白質(zhì)染色體核小體是由核小體是由h2a、h2b、h3、h4各兩個分子生成的各兩個分子生成的八聚體八聚體和由和由大約大約200bpdna組成的。八聚體在中間，組成的。八聚體在中間，dna分子盤繞在外，分子盤繞在外，而而h1則在核小體的外面。每個核小體只有一個則在核小體的外面。每個核小體只有一個h1。核小體組成核小體

59、組成念珠狀結(jié)構(gòu)念珠狀結(jié)構(gòu)，有一條細(xì)絲連著一串直徑為，有一條細(xì)絲連著一串直徑為10nm的球的球狀體。狀體。核小體核小體1.2. 核心組蛋白的乙?；c去乙?；诵慕M蛋白的乙?；c去乙?；诵慕M蛋白朝向外部的核心組蛋白朝向外部的n-n-端部分被稱為端部分被稱為”尾巴尾巴”, , 可被組可被組蛋白蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶和乙酰基去乙?；敢阴；D(zhuǎn)移酶和乙?；ヒ阴；?修飾，加上或去修飾，加上或去掉乙?；鶊F(tuán)。掉乙?；鶊F(tuán)。圖：組蛋白圖：組蛋白n n端端”尾巴尾巴” ” 主要修飾位點主要修飾位點圖圖8-37 8-37 已知組蛋白已知組蛋白n-n-端端“尾巴尾巴”主要被修飾位主要被修飾位點點 1.3. 組蛋白乙?；?/p>

60、轉(zhuǎn)移酶（組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（hat）v目前已發(fā)現(xiàn)的目前已發(fā)現(xiàn)的hat有兩有兩類：類：n一類與轉(zhuǎn)錄有關(guān)一類與轉(zhuǎn)錄有關(guān)n另一類與核小體組裝以另一類與核小體組裝以及染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)及染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。hat并不是染色質(zhì)結(jié)合蛋白，但通過并不是染色質(zhì)結(jié)合蛋白，但通過蛋白相互作用影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。與蛋白相互作用影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的轉(zhuǎn)錄有關(guān)的hat催化亞基是酵母調(diào)催化亞基是酵母調(diào)控蛋白質(zhì)控蛋白質(zhì)gcn5，具有乙?；M蛋，具有乙?；M蛋白白h3和和h4的活性。的活性。1.4. 組蛋白去乙?；福ńM蛋白去乙?；福╤dac）v組蛋白去乙?；肛?fù)責(zé)組蛋白去乙酰化酶負(fù)責(zé)去除組蛋白上的乙?；鶊F(tuán)去除組蛋白上的乙酰