生化學(xué)第13章基因表達(dá)調(diào)控

1、目錄目錄第第13章章基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控Regulation of Gene Expression目錄目錄第一節(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Basic Conceptions of Gene Expression Regulation目錄目錄一、基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程一、基因表達(dá)是指基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程 基因（基因（genegene）負(fù)載特定遺傳信息的）負(fù)載特定遺傳信息的DNADNA片段。是片段。是結(jié)構(gòu)功能單位，包括調(diào)節(jié)序列、編碼序列、內(nèi)含結(jié)構(gòu)功能單位，包括調(diào)節(jié)序列、編碼序列、內(nèi)含子等子等DNADNA區(qū)域。區(qū)域。 基因組基因組(genome)(genome)

2、 來(lái)自一個(gè)生物體的一整套遺傳物質(zhì)。來(lái)自一個(gè)生物體的一整套遺傳物質(zhì)。是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程，即：生成具是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程，即：生成具有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過(guò)程。有生物學(xué)功能產(chǎn)物的過(guò)程。 基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expression)(gene expression) 基因表達(dá)是受調(diào)控的。基因表達(dá)是受調(diào)控的。目錄目錄二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性二、基因表達(dá)具有時(shí)間特異性和空間特異性（一）時(shí)間特異性（一）時(shí)間特異性 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱(chēng)之為基因表達(dá)的時(shí)間定的時(shí)間順序發(fā)生，稱(chēng)之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性特異性(tem

3、poral specificity)(temporal specificity)。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段特異性特異性(stage specificity)(stage specificity)。目錄目錄（二）空間特異性（二）空間特異性 基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布基因表達(dá)伴隨時(shí)間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱(chēng)細(xì)胞或組織特異性所以空間特異性又稱(chēng)細(xì)胞或組織特異性(cell (cell or tissue specificity)or tissu

4、e specificity)。 在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱(chēng)之為基因表達(dá)的不同組織空間順序出現(xiàn)，稱(chēng)之為基因表達(dá)的空間特異性空間特異性(spatial specificity)(spatial specificity)。目錄目錄三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異三、基因表達(dá)的方式及調(diào)節(jié)存在很大差異按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：按對(duì)刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為： 基本（或組成性）表達(dá)基本（或組成性）表達(dá) 誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)目錄目錄（一）基本（或組成性）表達(dá)（一）基本（或組成性）表達(dá) 某些基因在一個(gè)個(gè)體的

5、幾乎所有細(xì)胞某些基因在一個(gè)個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為管家基因中持續(xù)表達(dá)，通常被稱(chēng)為管家基因(housekeeping gene)(housekeeping gene)。 無(wú)論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)無(wú)論表達(dá)水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類(lèi)基或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類(lèi)基因 表 達(dá) 被 視 為 組 成 性 基 因 表 達(dá)因 表 達(dá) 被 視 為 組 成 性 基 因 表 達(dá)(constitutive gene exp

6、ression)。目錄目錄目錄目錄（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏誘導(dǎo)和阻遏 在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因稱(chēng)為可誘導(dǎo)基因因(inducible gene)(inducible gene)。 可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程，稱(chēng)為誘導(dǎo)稱(chēng)為誘導(dǎo)(induction)(induction)。 如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答是被抑制，這種基因是可阻遏基因因是可阻遏基因(r

7、epressible gene)(repressible gene)。可阻遏基?？勺瓒艋?表 達(dá) 產(chǎn) 物 水 平 降 低 的 過(guò) 程 稱(chēng) 為 阻 遏因 表 達(dá) 產(chǎn) 物 水 平 降 低 的 過(guò) 程 稱(chēng) 為 阻 遏(repression)(repression)。目錄目錄 在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無(wú)論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一因，無(wú)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)致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinate (coordinate expression)expression)，這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為協(xié)調(diào)

8、調(diào)節(jié)(coordinate regulation)(coordinate regulation)。目錄目錄四、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、四、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長(zhǎng)、發(fā)育所必需發(fā)育所必需（一）以適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖（一）以適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化的。通過(guò)一定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使的。通過(guò)一定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長(zhǎng)和增殖。地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長(zhǎng)和增殖。 目錄目錄（二）以維持細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育（二）以維持細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育

9、在多細(xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，在多細(xì)胞個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育的不同階段，或同一生長(zhǎng)發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白或同一生長(zhǎng)發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類(lèi)和含量存在很大差異，這質(zhì)分子分布、種類(lèi)和含量存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。 目錄目錄第二節(jié)第二節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理Basic Principles of Gene Expression Regulation目錄目錄一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性一、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因激活基因激活拷貝數(shù)拷貝數(shù)重排重排甲基化程度甲基化程

10、度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解降解蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始目錄目錄二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白二、基因轉(zhuǎn)錄激活受到轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)與啟動(dòng)子相互作用的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，基因表達(dá)的調(diào)節(jié)與基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)生物個(gè)體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境，以及細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白有關(guān)。（一）特異（一）特異DNADNA序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性序列決定基因的轉(zhuǎn)錄活性（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可以增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白可

11、以增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性目錄目錄目錄目錄原核生物原核生物 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 操縱子操縱子(operon) 機(jī)制機(jī)制特異特異DNA序列序列編碼序列編碼序列 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列 操縱序列操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)目錄目錄雅各布雅各布 (F.Jacob) (F.Jacob) 1920-1920-法國(guó)人法國(guó)人 莫諾莫諾(J.L.Monod) (J.L.Monod) 1910-1976 1910-1976 法國(guó)人法國(guó)人 雷沃夫雷沃夫(A.M.Lwoff)(A.M.Lwoff) 1902-1994 1902-1994 法國(guó)人法國(guó)人 1961 1961年提出了年

12、提出了“信使核糖核酸信使核糖核酸”（mRNAmRNA）和）和“操縱子操縱子”概念，闡概念，闡明了明了RNARNA在遺傳過(guò)程中的信息傳遞在遺傳過(guò)程中的信息傳遞作用和乳糖操縱子在蛋白質(zhì)生物作用和乳糖操縱子在蛋白質(zhì)生物合成中的調(diào)節(jié)控制機(jī)制。合成中的調(diào)節(jié)控制機(jī)制。 發(fā)現(xiàn)酶和細(xì)菌發(fā)現(xiàn)酶和細(xì)菌合成中的遺傳調(diào)合成中的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制節(jié)機(jī)制. . 1965年三人榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理獎(jiǎng)年三人榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理獎(jiǎng) 目錄目錄是是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異的特異DNA序列。序列。1 1、啟動(dòng)序列、啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGAT

13、TTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列圖圖13-1 13-1 五種五種E.coliE.coli啟動(dòng)序列的共有序列啟動(dòng)序列的共有序列目錄目錄2 2、操縱序列、操縱序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時(shí)，會(huì)阻礙RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，或是RNA聚聚合酶不能沿合酶不能沿DNA

14、向前移動(dòng)向前移動(dòng) ，阻礙轉(zhuǎn)錄。，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白目錄目錄3 3、其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白、其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：例如： 激活蛋白激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的可結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合，增強(qiáng)結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。聚合酶活性。 有些基因在沒(méi)有激活蛋白存在時(shí)，有些基因在沒(méi)有激活蛋白存在時(shí)，RNA聚聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列。合酶很少或完全不能結(jié)合啟動(dòng)序列。目錄目錄真核生物真核生物1、順式作用元件、順式作用元件(cis-acting e

15、lement)可影響自身基因表達(dá)活性的可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列序列RNA聚合酶聚合酶BADNA編碼序列編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNARNA聚合酶聚合酶BADNA轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)mRNA圖圖13-2 順式作用元件順式作用元件目錄目錄 不同真核生物的順式作用元件中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些不同真核生物的順式作用元件中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如共有序列，如TATA盒、盒、CAAT盒等，這些共有盒等，這些共有序列是序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。 根據(jù)順式作用元件在基因中的位置、轉(zhuǎn)錄激活根據(jù)順式作用元件在基因中的位置、轉(zhuǎn)錄激活作用的性質(zhì)及發(fā)揮作用的方式分

16、為作用的性質(zhì)及發(fā)揮作用的方式分為 ：?jiǎn)?dòng)子、：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等。增強(qiáng)子、沉默子等。目錄目錄 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因-GCGC-CAAT-TATA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列真核生物啟動(dòng)子保守序列目錄目錄（二（二) ) 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白為三類(lèi)：原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白為三類(lèi)： 特異因子特異因子決定決定RNARNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異識(shí)別和結(jié)合能力。如列的特異識(shí)別和結(jié)合能力。如因子。因子。 阻遏蛋白阻遏蛋白結(jié)合特異結(jié)合特異DNADNA序列序列操縱序列

17、，抑制操縱序列，抑制基因轉(zhuǎn)錄基因轉(zhuǎn)錄, ,負(fù)性調(diào)節(jié)。負(fù)性調(diào)節(jié)。 激活蛋白激活蛋白結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的結(jié)合啟動(dòng)序列鄰近的DNADNA序列，促進(jìn)序列，促進(jìn)RNARNA聚合酶與啟動(dòng)序列結(jié)合，增強(qiáng)聚合酶與啟動(dòng)序列結(jié)合，增強(qiáng)RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。如如: :分解物基因激活蛋白分解物基因激活蛋白(Catabolite gene (Catabolite gene activator protein, CAP)activator protein, CAP) 調(diào)節(jié)蛋白的共性調(diào)節(jié)蛋白的共性 ：DNADNA結(jié)合蛋白。結(jié)合蛋白。目錄目錄2 2、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(shí)別

18、、結(jié)合自身還有蛋白質(zhì)因子可特異識(shí)別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱(chēng)順式作用。稱(chēng)順式作用。 由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過(guò)與另一基因的特異的順式作用元件相過(guò)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(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱(chēng)互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱(chēng)為反式作用。為反式作用。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) (trans-acting factor) cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)CbA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA圖圖13

19、-3 反式與順式作用蛋白反式與順式作用蛋白目錄目錄（三）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過(guò)與（三）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過(guò)與DNA或與蛋白質(zhì)或與蛋白質(zhì)相互作用對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)相互作用對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié) （轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用的基本形式（轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的作用的基本形式 ）目錄目錄目錄目錄A space-filling representation of a CAP homodimer bound to DNA. Base pairs recognized by the protein are shown in green, and amino acid side chains that bind to these base pai

20、rs are shown in red. Note the bending of the DNA around the protein A ribbon representation with subunits shown in white and light blue. The helix-turn-helix DNA-binding motif is shown in red. Bound molecules of cAMP are shown in dark blue.CAP同源二聚體同源二聚體目錄目錄目錄目錄（四）（四）RNA聚合酶與基因的啟動(dòng)序列聚合酶與基因的啟動(dòng)序列/啟動(dòng)子啟動(dòng)子相

21、結(jié)合相結(jié)合1、原核啟動(dòng)序列、原核啟動(dòng)序列/真核啟動(dòng)子與真核啟動(dòng)子與RNA聚合酶活聚合酶活性性 RNA聚合酶與其的親和力，影響轉(zhuǎn)錄。聚合酶與其的親和力，影響轉(zhuǎn)錄。真核真核RNA聚合酶的活性與啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)聚合酶的活性與啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子有關(guān)。因子有關(guān)。目錄目錄是是RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的特異的特異DNA序列。序列。啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATy

22、rlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列圖圖13-1 13-1 五種五種E.coliE.coli啟動(dòng)序列的共有序列啟動(dòng)序列的共有序列Pribnow盒盒目錄目錄啟動(dòng)子及RNA聚合酶結(jié)合區(qū)目錄目錄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一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下表一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下表達(dá)，然后通過(guò)達(dá)，然后通過(guò)DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相蛋白質(zhì)相互作用影響互作用影響RNA聚合酶活性。如原核聚合酶活性。如原核因子。因子。外界信號(hào)刺激引起調(diào)節(jié)蛋白分子構(gòu)象改變。外界信號(hào)刺激引起調(diào)節(jié)蛋白分子構(gòu)象改變。目錄目錄第三節(jié)第三

23、節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)Regulation of Gene Expression in Prokaryote 目錄目錄調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始。調(diào)節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉(zhuǎn)錄起始。一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點(diǎn)（一）（一）因子決定因子決定RNA聚合酶識(shí)別特異性聚合酶識(shí)別特異性 在轉(zhuǎn)錄起始階段，在轉(zhuǎn)錄起始階段，因子識(shí)別特異啟動(dòng)序因子識(shí)別特異啟動(dòng)序列；不同的列；不同的因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，因子決定特異基因的轉(zhuǎn)錄激活，決定決定mRNA、rRNA和和tRNA基因的轉(zhuǎn)錄?；虻霓D(zhuǎn)錄。 目錄目錄（二）操縱子模型的普遍性（二）操縱子模型的普遍性 原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成

24、簇原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位單位操縱子（操縱子（operon）。一個(gè)操縱子只含一）。一個(gè)操縱子只含一個(gè)啟動(dòng)序列（個(gè)啟動(dòng)序列（promoter）及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼）及數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)錄的編碼基因。通常，這些編碼基因可轉(zhuǎn)錄出多順?lè)醋踊?。通常，這些編碼基因可轉(zhuǎn)錄出多順?lè)醋觤RNA。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過(guò)調(diào)控單。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過(guò)調(diào)控單個(gè)啟動(dòng)基因的活性來(lái)完成的。個(gè)啟動(dòng)基因的活性來(lái)完成的。 目錄目錄（三）原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)（三）原核操縱子受到阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié) 原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋

25、白參原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的開(kāi)、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。與的開(kāi)、關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。 當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時(shí)，當(dāng)阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合或解聚時(shí)，就會(huì)發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。就會(huì)發(fā)生特異基因的阻遏或去阻遏。目錄目錄二、操縱子調(diào)控模式在原核基因轉(zhuǎn)錄起始二、操縱子調(diào)控模式在原核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)中具有普遍性的調(diào)節(jié)中具有普遍性（一）乳糖操縱子（一）乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列啟動(dòng)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： 透酶透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA目錄目錄nlacZ編碼編碼-半

26、乳糖苷酶，此酶由半乳糖苷酶，此酶由500kd的四聚體的四聚體構(gòu)成，它可以切斷乳糖的半乳糖苷鍵，而產(chǎn)生半構(gòu)成，它可以切斷乳糖的半乳糖苷鍵，而產(chǎn)生半乳糖。乳糖。nlacY編碼透酶，這種酶是一種分子量為編碼透酶，這種酶是一種分子量為30kDd膜膜結(jié)合蛋白，它構(gòu)成轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，將半乳糖苷運(yùn)入到結(jié)合蛋白，它構(gòu)成轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，將半乳糖苷運(yùn)入到細(xì)胞中。細(xì)胞中。nlacA編碼乙酰基轉(zhuǎn)移酶，其功能是將乙酰編碼乙酰基轉(zhuǎn)移酶，其功能是將乙酰-輔酶輔酶A上的乙?；D(zhuǎn)移到上的乙?；D(zhuǎn)移到-半乳糖苷上。半乳糖苷上。目錄目錄mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)沒(méi)有乳糖存在時(shí)（二）乳糖操縱子受阻遏蛋白和（二

27、）乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAPCAP的雙重調(diào)節(jié)的雙重調(diào)節(jié)阻遏基因阻遏基因1 1、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)、阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)目錄目錄mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶圖圖13-4 lac 13-4 lac 操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)目錄目錄+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無(wú)葡萄糖，無(wú)葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)2、CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP目錄目錄3 3、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)、

28、協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) 當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。發(fā)揮作用。 如無(wú)如無(wú)CAP存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序存在，即使沒(méi)有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。列結(jié)合，操縱子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。 單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì) lac 操縱子的阻遏作操縱子的阻遏作用稱(chēng)分解代謝阻遏用稱(chēng)分解代謝阻遏(catabolic repression)。 目錄目錄mRNA低半乳糖時(shí)低半乳糖時(shí)高半乳糖時(shí)

29、高半乳糖時(shí) 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-polOOOO目錄目錄三、原核生物具有不同的轉(zhuǎn)錄終止三、原核生物具有不同的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)機(jī)制（一）不依賴(lài)（一）不依賴(lài)RhoRho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止（二）依賴(lài)（二）依賴(lài)RhoRho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止常見(jiàn)于噬菌體中，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不清楚。常見(jiàn)于噬菌體中，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不清楚。 兩段富含兩段富含GC的反向重復(fù)序列，中間間隔的反向重復(fù)序列，中間間隔若干核苷酸；若干核苷酸； 下游含一系列下游含一系列T序列。序列。 終止子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：終止子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：目錄目錄四、原核生物在翻譯水平受到四、原核生物在翻

30、譯水平受到多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié) （一）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動(dòng)序列或啟動(dòng)序列（一）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動(dòng)序列或啟動(dòng)序列周?chē)M(jìn)行自我調(diào)節(jié)周?chē)M(jìn)行自我調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合mRNA靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體識(shí)別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯。識(shí)別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯。 調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身，抑制自身的合成，稱(chēng)自我控制的合成，稱(chēng)自我控制(autogenous control)。 目錄目錄（二）反義（二）反義RNA結(jié)合結(jié)合mRNA翻譯起始部位的翻譯起始部位的互補(bǔ)序列對(duì)翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié)互補(bǔ)序列對(duì)翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié) 可調(diào)節(jié)基因表達(dá)的可調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RN

31、A稱(chēng)為調(diào)節(jié)稱(chēng)為調(diào)節(jié)RNA。 細(xì)菌中含有與特定細(xì)菌中含有與特定mRNA翻譯起始部位互翻譯起始部位互補(bǔ)的補(bǔ)的RNA，通過(guò)與，通過(guò)與mRNA雜交阻斷雜交阻斷30S小小亞基對(duì)起始密碼子的識(shí)別及與亞基對(duì)起始密碼子的識(shí)別及與SD序列的結(jié)序列的結(jié)合，抑制翻譯起始。這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為反義控合，抑制翻譯起始。這種調(diào)節(jié)稱(chēng)為反義控制制(antisense control)。目錄目錄mRNA53UAC AGC AUC AUG GCU ACC反義反義RNA AUG UCG UAG UAC目錄目錄第四節(jié)第四節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)Regulation of Gene Expression in Eukaryote目

32、錄目錄一、真核基因組具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、真核基因組具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（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(lèi)動(dòng)物基因組哺乳類(lèi)動(dòng)物基因組DNA 約約 3109堿基對(duì)。堿基對(duì)。 人編碼基因約人編碼基因約4萬(wàn)個(gè)，編碼序列僅占總長(zhǎng)的萬(wàn)個(gè)，編碼序列僅占總長(zhǎng)的1%。 rDNA等重復(fù)基因約占等重復(fù)基因約占5%10%。目錄目錄（二）真核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋樱ǘ┱婧嘶蜣D(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋訂雾樂(lè)醋?monocistron) 即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)即一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)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）真核基因組含有大量的重復(fù)序列（三）真核基

33、因組含有大量的重復(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目錄目錄HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1 (H4)LDH2(H3M) LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5 (M4)乳酸脫氫酶的同工酶乳酸脫氫酶的同工酶目錄目錄 真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在有不被轉(zhuǎn)錄的非真核結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)存在有不被轉(zhuǎn)錄的非編碼序列，往往是基因表達(dá)的調(diào)控區(qū)。在編編碼序列，往往是基因表達(dá)的調(diào)控區(qū)。在編碼基因內(nèi)部尚有內(nèi)含子（碼基因內(nèi)部尚有內(nèi)含子（intron）、外顯子）、外顯子（ex

34、on）之分，因此真核基因是不連續(xù)的。）之分，因此真核基因是不連續(xù)的。 （四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，（四）真核基因中存在非編碼序列和間隔區(qū)，故：具有不連續(xù)性故：具有不連續(xù)性目錄目錄二、真核基因表達(dá)調(diào)控更為復(fù)雜二、真核基因表達(dá)調(diào)控更為復(fù)雜（一）真核細(xì)胞內(nèi)含有多種（一）真核細(xì)胞內(nèi)含有多種RNA聚合酶聚合酶真核真核RNA聚合酶有三種，即聚合酶有三種，即RNA pol I、II及及 III，分別負(fù)責(zé)三種，分別負(fù)責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 TATA盒結(jié)合蛋白（盒結(jié)合蛋白（TBP）是三種聚合酶）是三種聚合酶所共有的。所共有的。目錄目錄nRNA pol II中轉(zhuǎn)錄因子中轉(zhuǎn)錄因子D（TFII D ）起

35、核心）起核心作用。作用。nTFII D是一種由是一種由TATA盒結(jié)合蛋白（盒結(jié)合蛋白（TBP）和和TBP相關(guān)因子（相關(guān)因子（TAF）組成的多蛋白復(fù)合）組成的多蛋白復(fù)合物。物。目錄目錄（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生（二）處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化明顯變化1. 對(duì)核酸酶敏感對(duì)核酸酶敏感2. 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DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后在；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)錄方向活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。白結(jié)合位點(diǎn)附近。目錄目錄3

36、. DNA堿基的甲基化修飾變化堿基的甲基化修飾變化 真核真核DNA約有約有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化， 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 富含富含Lys組蛋白水平降低組蛋白水平降低 H2AH2B二聚體不穩(wěn)定性增加二聚體不穩(wěn)定性增加 組蛋白組蛋白H3、H4發(fā)生乙?；?、甲基化或發(fā)生乙?；?、甲基化或磷酸化修飾磷酸化修飾目錄目錄DNA Methylation and Transcription5353目錄目錄 組蛋白修飾對(duì)于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括組蛋白修飾對(duì)于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直兩種相

37、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(gè)平臺(tái)。他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個(gè)平臺(tái)。這些理論構(gòu)成了這些理論構(gòu)成了“組蛋白密碼組蛋白密碼”的假說(shuō)。的假說(shuō)。目錄目錄組蛋白組蛋白氨基酸殘基位點(diǎn)氨基酸殘基位點(diǎn)修飾類(lèi)型修飾類(lèi)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乙酰化乙?；せ罴せ頗3Ser-10磷酸化磷酸化

38、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?；阴；诵◇w裝配核小體裝配H4Lys-16乙?；阴；疐ly X激活激活組蛋白修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響組蛋白修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響 目錄目錄 基因的基因的轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄活性DNADNA去甲基化、去甲基化、增強(qiáng)子和某增強(qiáng)子和某些蛋白質(zhì)因子些蛋白質(zhì)因子染色質(zhì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散結(jié)構(gòu)松散基因的基因的轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄活性與與DNA的的結(jié)合能力結(jié)合能力下降下降 組蛋白被磷酸化、

39、組蛋白被磷酸化、甲基化、甲基化、 乙?；阴；刃揎椀刃揎?結(jié)構(gòu)松散的區(qū)域，基因的轉(zhuǎn)錄活性高。結(jié)構(gòu)松散的區(qū)域，基因的轉(zhuǎn)錄活性高。目錄目錄（三）在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（三）在真核基因表達(dá)調(diào)控中以正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) 采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確：一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確：一個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件的結(jié)合足可阻斷件的結(jié)合足可阻斷RNARNA聚合酶的結(jié)合，因此聚合酶的結(jié)合，因此同時(shí)采用幾個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件一般不會(huì)改變特同時(shí)采用幾個(gè)負(fù)性調(diào)節(jié)元件一般不會(huì)改變特異性；相反，如果采用多種正性調(diào)節(jié)元件、異性；相反，如果采用多種正性調(diào)節(jié)元件、正性調(diào)節(jié)蛋白可提高基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特異性正性調(diào)節(jié)蛋白可提高基因表達(dá)調(diào)節(jié)的

40、特異性和精確性。和精確性。 采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)：在正性調(diào)節(jié)中，大多采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)：在正性調(diào)節(jié)中，大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，所以是沒(méi)有活性的；數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，所以是沒(méi)有活性的；只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白時(shí)，相關(guān)靶基因只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白時(shí)，相關(guān)靶基因即可被激活。即可被激活。目錄目錄（四）在真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（四）在真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜 真核細(xì)胞有細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，真核細(xì)胞有細(xì)胞核及胞漿等區(qū)間分布，轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同細(xì)胞部位進(jìn)行，轉(zhuǎn)錄在轉(zhuǎn)錄與翻譯在不同細(xì)胞部位進(jìn)行，轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核，翻譯在細(xì)胞漿。因此，轉(zhuǎn)錄與

41、翻細(xì)胞核，翻譯在細(xì)胞漿。因此，轉(zhuǎn)錄與翻譯產(chǎn)物的分布、定位等環(huán)節(jié)均可以被調(diào)控。譯產(chǎn)物的分布、定位等環(huán)節(jié)均可以被調(diào)控。目錄目錄三、三、RNA Pol I和和Pol III轉(zhuǎn)錄體系的轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單（一）（一）RNA Pol I轉(zhuǎn)錄體系轉(zhuǎn)錄體系 RNA Pol I的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNA前體，經(jīng)剪前體，經(jīng)剪接修飾生成除接修飾生成除5S rRNA外的各種外的各種rRNA。 啟動(dòng)子元件包括：核心元件啟動(dòng)子元件包括：核心元件(core element)或或核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子(core promoter)和上游控制元件和上游控制元件(upstream control elem

42、ent, UCE)。 目錄目錄 rDNA gene-45 +20-156 -107core elementupstream control elementrRNA RNA polupstream binding factor 1, UBF-1selectivity factor 1, SL-1RNA pol目錄目錄（二）（二）RNA Pol III轉(zhuǎn)錄體系轉(zhuǎn)錄體系 RNA Pol III的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：多種小分子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：多種小分子RNA，包括包括tRNA、5S rRNA和一部分小核和一部分小核RNA。 啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游，稱(chēng)內(nèi)部控制區(qū)啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游，稱(chēng)內(nèi)部控制區(qū)(interna

43、l control regions, ICR)。 目錄目錄control of transcription for RNA pol TGGCNNAGTGGGGTTCGANNCCTGGCNNAGTGGGGTTCGANNCCtRNA +1TGGCNNAGTGGtDNA geneGGTTCGANNCCTGGCNNAGTGGGGTTCGANNCCTF CRNA pol TF B目錄目錄5s rRNA +15s rDNA geneRNA pol TF ATF CTF B目錄目錄（一）真核基因順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性（一）真核基因順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性1. 啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)真核基

44、因啟動(dòng)子是真核基因啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合位聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周?chē)囊唤M轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一點(diǎn)周?chē)囊唤M轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒四、四、RNA Pol II轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜調(diào)節(jié)非常復(fù)雜目錄目錄CCAT盒盒GC盒盒TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酵母酵母圖圖13-7 真核基因啟動(dòng)子的典型結(jié)構(gòu)真核基因啟動(dòng)子的典型結(jié)構(gòu)目錄目錄2. 增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的

45、時(shí)間、指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 3. 沉默子沉默子(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(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。目錄目錄 The action of enhancer does not have strict The action of enhancer does not have strict direction. directi

46、motergene53GCGAGCTACGT.ACGenhancergene53TCG.AGCGGCA.TGCA 目錄目錄 其他調(diào)其他調(diào)控元件控元件增強(qiáng)子增強(qiáng)子或或 沉默子沉默子CAAT盒盒 GC盒盒 TATA 盒盒結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因+1調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平?jīng)Q定基因表達(dá)的決定基因表達(dá)的時(shí)空特異性等。時(shí)空特異性等。激素，金屬離子，激素，金屬離子，小分子化合物等小分子化合物等反應(yīng)元件。反應(yīng)元件。決定基因決定基因表達(dá)的基表達(dá)的基礎(chǔ)水平礎(chǔ)水平 與與RNA poly II 結(jié)合，決定轉(zhuǎn)錄結(jié)合，決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的精確定位起始點(diǎn)的精確定位使轉(zhuǎn)錄使轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)或增強(qiáng)或減弱減弱維持基本的表達(dá)水平

47、維持基本的表達(dá)水平目錄目錄（二）反式作用因子是真核細(xì)胞中重要的轉(zhuǎn)錄（二）反式作用因子是真核細(xì)胞中重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白調(diào)控蛋白1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類(lèi)（按功能特性）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類(lèi)（按功能特性）基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一聚合酶結(jié)合啟動(dòng)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(lèi)別。轉(zhuǎn)錄的類(lèi)別。目錄目錄特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因?yàn)閭€(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的

48、時(shí)間、空間特異性表達(dá)。的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。 轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子 轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子目錄目錄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目錄目錄最常見(jiàn)的最常見(jiàn)的DNADNA結(jié)合域：結(jié)合域：1. 鋅指鋅指(zinc finger)C CysH His常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒目錄目錄ZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZnZn目錄目錄2. 2. a-a-螺旋螺旋常結(jié)合常結(jié)合C

49、AAT盒盒堿性螺旋堿性螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈 目錄目錄basic helix-turn helix，bHTH3.4nm213+213213213213213 -phage Cro目錄目錄basic leucine zipper，bZIPCOOHNH2COOHNH218152229361815222936LeucineresidueCNCOHCH2CHCH3CH3目錄目錄亮氨酸拉鏈結(jié)合亮氨酸拉鏈結(jié)合DNA目錄目錄（三）（三）mRNA轉(zhuǎn)錄激活需要轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄激活需要轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成的形成真核真核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，形成轉(zhuǎn)

50、錄起始復(fù)合物。形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。PolTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP DNATATAEBPTBP圖圖13-9 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成 甾類(lèi)激素-受體復(fù)合物作用于增強(qiáng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄目錄目錄五、五、RNA Pol II轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)機(jī)制轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚尚不清楚（一）（一）HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)病毒蛋白病毒蛋白Tat與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5端特異端特異RNA序列結(jié)序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、合，并與宿主蛋白質(zhì)、RNA Pol II相互作用，阻止相互作用，阻止HIV基因組轉(zhuǎn)錄

51、的提早終止?；蚪M轉(zhuǎn)錄的提早終止。 在應(yīng)激條件下暫時(shí)性停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄在應(yīng)激條件下暫時(shí)性停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，啟動(dòng)一套能夠提高細(xì)胞生存能力的蛋白和翻譯，啟動(dòng)一套能夠提高細(xì)胞生存能力的蛋白質(zhì)即熱休克蛋白質(zhì)即熱休克蛋白(heat shock protein)的表達(dá)。的表達(dá)。 目錄目錄六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)也是六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)也是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)（一）（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)加工成熟的調(diào)節(jié)（二）（二）mRNA運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)加工過(guò)程包括加帽、加尾、剪接、堿加工過(guò)程包括加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯等?；揎椇途庉嫷?。 通

52、過(guò)與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白體復(fù)合物通過(guò)與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白體復(fù)合物(ribonucleoprotein, RNP)進(jìn)行。進(jìn)行。 hnRNA轉(zhuǎn)錄后剪接原肌球蛋白基因可變剪接目錄目錄七、基因表達(dá)在翻譯水平以及翻譯七、基因表達(dá)在翻譯水平以及翻譯后階段仍然可以受到調(diào)節(jié)后階段仍然可以受到調(diào)節(jié) （一）對(duì)翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過(guò)磷（一）對(duì)翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過(guò)磷酸化修飾進(jìn)行酸化修飾進(jìn)行蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度蛋白質(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(guò)磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起上取決于起始水平，通過(guò)磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子（始因子（eukaryotic initiation factor,