第8章真核基因表達(dá)調(diào)控

1、 第八章第八章 真核基因表達(dá)調(diào)控（下）真核基因表達(dá)調(diào)控（下） * 在真核細(xì)胞中，一條成熟的在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNAmRNA鏈只能翻譯鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。基因操縱子形式。 真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNADNA與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分合，只有一小部分DNADNA是裸露的。是裸露的。 高等真核細(xì)胞高等真核細(xì)胞DNADNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，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。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

2、有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進(jìn)行進(jìn)行DNADNA片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。基因的拷貝數(shù)。 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，它在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，它們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，這些們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個(gè)所控制基因調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個(gè)所控制基因55上游區(qū)上游區(qū)DNADNA構(gòu)構(gòu)型來影響它與型來影響它與RNARNA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，大都位于在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)

3、節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動(dòng)子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上可直啟動(dòng)子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上可直接促進(jìn)或抑制接促進(jìn)或抑制RNARNA聚合酶與它的結(jié)合。聚合酶與它的結(jié)合。 真核生物的真核生物的RNARNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過核在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)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。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程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。 所有動(dòng)物血紅蛋白基因的基

4、本結(jié)構(gòu)相同，但所有動(dòng)物血紅蛋白基因的基本結(jié)構(gòu)相同，但在個(gè)體發(fā)育不同時(shí)期卻出現(xiàn)不同形式的亞基。人在個(gè)體發(fā)育不同時(shí)期卻出現(xiàn)不同形式的亞基。人類發(fā)育階段中血紅蛋白組成的變化。類發(fā)育階段中血紅蛋白組成的變化。 8.1.2 真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)真核基因的斷裂結(jié)構(gòu) 。物物 種種外顯子數(shù)外顯子數(shù)/基基因因核基因平均長度核基因平均長度(kb)mRNA平均長平均長度度1.61.61.51.54.03.011.32.713.92.416.62.2 外顯子外顯子基因丟失基因丟失基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增基因重排基因重排DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控甲基化狀態(tài)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控抗體分子的形成抗體分子的形成Ti質(zhì)粒質(zhì)粒

5、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子 在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。整套的染色體。 目前，在高等真核生物（包括動(dòng)物、植物）中尚未發(fā)目前，在高等真核生物（包括動(dòng)物、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象?，F(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。二、基因擴(kuò)增：二、基因擴(kuò)增：

6、三、基因重排：三、基因重排：VV四、四、DNA的甲基化與基因調(diào)控：的甲基化與基因調(diào)控： 五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控：五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控：在結(jié)構(gòu)上：在結(jié)構(gòu)上：ABA “燈刷型燈刷型”染色體染色體B 存在于存在于“活性活性”染色質(zhì)區(qū)的染色質(zhì)區(qū)的DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)環(huán)狀結(jié)構(gòu) （1）核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子（2 2） 1、DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域連接區(qū)2-9個(gè)個(gè) Cys2 / Cys2鋅指鋅指Cys2 / His2鋅指鋅指見于甾體激素受體見于甾體激素受體見于見于SP1，TF A等等 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子SP1 （GC盒）盒） 、連續(xù)、連續(xù)的的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。

7、構(gòu)。 二聚體二聚體 亮氨酸之間相互作用形亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成成二聚體，形成“拉鏈拉鏈” ” 。 肽鏈氨基端肽鏈氨基端2030個(gè)富含個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合。結(jié)合。 定義：定義： 出現(xiàn)在出現(xiàn)在DNADNA結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元（種結(jié)構(gòu)基元（motifmotif）。當(dāng)來自同一個(gè)或不同多）。當(dāng)來自同一個(gè)或不同多肽鏈的兩個(gè)肽鏈的兩個(gè)-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個(gè)圈對(duì)圈的二聚體結(jié)構(gòu)殘基）相互作用形成一個(gè)圈對(duì)圈的二聚體結(jié)構(gòu)時(shí)就形成了亮氨酸拉鏈。時(shí)就形成了亮氨酸拉鏈。 bH

8、LH bHLH蛋白的蛋白的DNADNA結(jié)合能力分析結(jié)合能力分析 直接作出反應(yīng)直接作出反應(yīng) 通過細(xì)胞間復(fù)雜的信號(hào)傳遞通過細(xì)胞間復(fù)雜的信號(hào)傳遞系統(tǒng)來傳遞信息，從而調(diào)控機(jī)體活動(dòng)。系統(tǒng)來傳遞信息，從而調(diào)控機(jī)體活動(dòng)。外界環(huán)境變化時(shí)外界環(huán)境變化時(shí)特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì)特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì)信息物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞信息物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞與靶細(xì)胞的受體特異性結(jié)合與靶細(xì)胞的受體特異性結(jié)合受體對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng)受體對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)細(xì)胞間信息物質(zhì)細(xì)胞間信息物質(zhì)如生長因子、細(xì)胞因子、胰島素等在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：在

9、細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：CaCa2+2+、IPIP3 3、DAGDAG、cAMPcAMP、cGMPcGMP等。等。受體的定義受體的定義存在于存在于細(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(hào)的方式又分為三大類：轉(zhuǎn)換信號(hào)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)受體和跨膜蛋白激酶受體蛋白偶聯(lián)受體和跨膜蛋白激酶受體。（1 1）G G 蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體又稱七個(gè)跨膜又稱七個(gè)跨膜 螺旋受體螺旋受體/ /蛇型受體蛇型受體是一類和是一類和GTPGTP或或GDPGDP相結(jié)合、位于細(xì)胞膜相結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白，由胞漿面的外周蛋白，由 、 、 三

10、個(gè)亞基組成。三個(gè)亞基組成。有兩種構(gòu)象：有兩種構(gòu)象：非活化型；活化型非活化型；活化型霍亂毒素能催化ADP核糖基共價(jià)結(jié)合到Gs的亞基上，致使亞基喪失GTP酶的活性，結(jié)果GTP永久結(jié)合在Gs的亞基上，使亞基處于持續(xù)活化狀態(tài)，腺苷酸環(huán)化酶永久性活化。導(dǎo)致霍亂病患者細(xì)胞內(nèi)Na+和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。位于位于N端，具有轉(zhuǎn)錄活性端，具有轉(zhuǎn)錄活性含有鋅指結(jié)構(gòu)含有鋅指結(jié)構(gòu)位于位于C端，結(jié)合激素、熱休克蛋端，結(jié)合激素、熱休克蛋白，使受體二聚化，激活轉(zhuǎn)錄白，使受體二聚化，激活轉(zhuǎn)錄配體配體：類固醇激素、甲狀腺素等：類固醇激素、甲狀腺素等 細(xì)胞外信號(hào)細(xì)胞外信號(hào)EGF、PDGF等等具具PTK活性的受體活性的受

11、體GRB2 PSOS PRas-GTP PRaf調(diào)節(jié)其他蛋白活性調(diào)節(jié)其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P細(xì)細(xì)胞胞核核反式作用因子反式作用因子調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)細(xì)細(xì)胞胞膜膜二聚化二聚化 E2FP 細(xì)胞質(zhì)受體與細(xì)胞質(zhì)受體與激素形成復(fù)合物激素形成復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)和化三維結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化學(xué)性質(zhì)變化復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核與復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核與染色體特定區(qū)域結(jié)合染色體特定區(qū)域結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄關(guān)閉轉(zhuǎn)錄關(guān)閉 hnRNA確定是確定是mRNA前體的前體的證據(jù)證據(jù) 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

12、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) 基因利用不同啟動(dòng)子產(chǎn)生兩個(gè)不同的 mRNA 例：例：（TfRTfR）和鐵蛋白負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵和鐵蛋白負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。這兩個(gè)解毒。這兩個(gè)mRNAmRNA上存在相似的順式作用元件，稱為上存在相似的順式作用元件，稱為鐵應(yīng)答元件（鐵應(yīng)答元件（iron response elementiron response element，IREIRE）。）。 IRE與與IRE結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（IREBP）相互作用控制了這兩相互作用控制了這兩個(gè)個(gè)mRNA的翻譯效率。當(dāng)