基因表達調(diào)控生物化學(xué)課件

基因表達調(diào)控RegulationofGeneExpression第十三章BiochemistryDepartmentDepartmentofBasicMedicalSciencesHangzhouNormalUniversityGuyisheng多媒體課件試用版第一節(jié)基因表達調(diào)控的基本概念一、基因表達的基本概念基因(gene)：遺傳的基本單位，是負載特定遺傳信息的DNA片斷?；蚪M(genome)：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?；虮磉_(geneexpression)：基因轉(zhuǎn)錄與翻譯的過程。2/10/20232DepartmentofBiochemistry廣義的基因表達是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個過程?；虮磉_調(diào)控(controlofgeneexpression)：生物體內(nèi)基因表達的開啟、關(guān)閉和表達強度的直接調(diào)節(jié)。是生物在長期進化過程中逐漸形成的精確而靈敏的生存能力和應(yīng)變能力，是生物賴以生存的根本之一。2/10/20233DepartmentofBiochemistry（二）空間特異性在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達的空間特異性(spatialspecificity)。即：同一基因在不同的組織器官內(nèi)表達不同又稱細胞特異性或組織特異性2/10/20235DepartmentofBiochemistry三、基因表達的方式（一）組成性表達(constitutivegeneexpression)

（基本表達）指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達。某些基因表達產(chǎn)物是細胞或生物體整個生命過程中都持續(xù)需要、必不可少的，這類基因可稱為管家基因(housekeepinggene)，這些基因中不少是在生物個體其它組織細胞、甚至在同一物種的細胞中都是持續(xù)表達的，可以看成是細胞基本的基因表達。組成性基因表達也不是一成不變的，其表達強弱也是受一定機制調(diào)控的。2/10/20236DepartmentofBiochemistry（二）誘導(dǎo)和阻遏表達

適應(yīng)性表達(adaptiveexpression)：指環(huán)境的變化容易使其表達水平變動的一類基因表達。

應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(induciblegene)

隨環(huán)境條件變化而基因表達水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressiblegene)。2/10/20237DepartmentofBiochemistry四、基因表達調(diào)控的生物學(xué)意義（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖環(huán)境是在不斷變化的。通過調(diào)控，可使生物體表達出合適的蛋白質(zhì)分子。（二）維持細胞分化和個體發(fā)育生長、發(fā)育的不同階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類和含量存在很大差異，這是調(diào)節(jié)細胞表型的關(guān)鍵。2/10/20239DepartmentofBiochemistry不同層次上的調(diào)控一、基因表達的多級調(diào)控

基因激活

轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控

轉(zhuǎn)錄后加工

翻譯調(diào)控

翻譯后加工轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控最為重要第二節(jié)基因表達調(diào)控的基本原理2/10/202310DepartmentofBiochemistry二、基因轉(zhuǎn)錄激活受轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白和啟動子相互作用的調(diào)節(jié)（一）特異DNA序列特異DNA序列主要指具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列。它們決定基因的轉(zhuǎn)錄活性。原核生物大多數(shù)基因表達調(diào)控是通過操縱子機制實現(xiàn)的。真核基因調(diào)控機制普遍涉及編碼基因兩側(cè)的DNA序列——順式作用元件。2/10/202311DepartmentofBiochemistry

操縱子（operon）：通常由2個以上的編碼序列與啟動序列（promotor）、操縱序列（operator）以及其它調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成。啟動序列（promotor）：RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。又稱啟動子。

各種原核啟動序列特定區(qū)域內(nèi)（通常在轉(zhuǎn)錄起始點上游-10及-35區(qū)域）存在共有序列（consensussequence）2/10/202313DepartmentofBiochemistry-35盒-10，TATA盒2/10/202314DepartmentofBiochemistry共有序列(consensussequence)決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。啟動子：指RNA聚合酶識別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。原核生物啟動子序列按功能的不同可分為三個部位，即起始部位、結(jié)合部位、識別部位。2/10/202315DepartmentofBiochemistry其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強RNA聚合酶活性。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)合啟動序列。2/10/202317DepartmentofBiochemistry2.真核生物不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)一些共有序列，如TATA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。

順式作用元件(cis-actingelement)——可影響自身基因表達活性的DNA序列BADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點補充2/10/202318DepartmentofBiochemistry（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白－增強或抑制轉(zhuǎn)錄活性原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白（DNA結(jié)合蛋白）分為三類：特異因子：決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。阻遏蛋白（repressor）：可結(jié)合特異DNA序列——操縱序列，阻遏基因轉(zhuǎn)錄。激活蛋白（activator）：可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強RNA聚合酶活性。分解（代謝）物基因激活蛋白（catabolitegeneactivatonprotein,CAP）就是一種激活蛋白。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)合啟動序列。2/10/202319DepartmentofBiochemistry順式作用蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達，稱順式作用。2/10/202321DepartmentofBiochemistrycDNAaDNAC順式調(diào)節(jié)mRNAC蛋白質(zhì)CBAmRNA蛋白質(zhì)AA反式調(diào)節(jié)補充2/10/202322DepartmentofBiochemistry（三）DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用－－轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)的方式

DNA-蛋白質(zhì)相互作用（DNA-proteininteraction）主要指反式作用因子和順式作用元件之間的特異識別。通常是非共價結(jié)合，被識別的DNA結(jié)合位點通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（protein-proteininteraction）某些調(diào)節(jié)蛋白在結(jié)合DNA前，需通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體(dimer)或多聚體(polymer)。二聚化同二聚體異二聚體2/10/202323DepartmentofBiochemistry一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點（一）因子決定RNA聚合酶識別特異性（二）操縱子模型的普遍性（三）阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)是重要因素第三節(jié)原核基因表達調(diào)節(jié)2/10/202325DepartmentofBiochemistryE.coli乳糖操縱子（lacoperon）包含：

三個結(jié)構(gòu)基因：Z

編碼-半乳糖苷酶、

Y編碼通透酶、A乙?；D(zhuǎn)移酶

一個操縱序列O

一個啟動序列P

一個調(diào)節(jié)基因I一個分解代謝物基因激活蛋白結(jié)合位點（catabolitegeneactivationprotein,CAP）（一）乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)二、原核生物轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)－操縱子調(diào)控模式2/10/202326DepartmentofBiochemistry當(dāng)沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，cAMP與CAP結(jié)合，這時CAP結(jié)合在lac啟動序列附近的CAP位點，可刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)有葡萄糖存在時，cAMP濃度較低，cAMP與CAP結(jié)合受阻，lac操縱子表達下降。（三）CAP的正性調(diào)節(jié)圖解2/10/202329DepartmentofBiochemistryLac阻遏蛋白負性調(diào)節(jié)與cAMP正性調(diào)節(jié)兩種機制協(xié)調(diào)合作單獨存在乳糖時，細菌利用乳糖作為能源。當(dāng)葡萄糖和乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖作為能源物質(zhì)。這時，葡萄糖通過降低cAMP濃度，阻礙cAMP與CAP結(jié)合而抑制lac操縱子轉(zhuǎn)錄，使細菌只能利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)圖解2/10/202330DepartmentofBiochemistry三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)大腸桿菌中存在兩種主要的轉(zhuǎn)錄終止機制：依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止大腸桿菌中存在兩種終止調(diào)節(jié)方式：衰減抗終止2/10/202331DepartmentofBiochemistry四、原核生物翻譯水平調(diào)節(jié)（一）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動序列或啟動序列周圍進行自我調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合mRNA靶位點，阻止核蛋白體識別翻譯起始區(qū)，阻斷翻譯調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，稱自我控制(autogenouscontrol)。2/10/202332DepartmentofBiochemistry（二）反義RNA對翻譯的調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)RNA－調(diào)節(jié)基因表達的RNA分子反義RNA含有與特定mRNA翻譯起始部位互補的序列，通過與mRNA雜交，阻斷30S小亞基對起始密碼的識別以及與SD序列的結(jié)合，抑制翻譯起始。稱為反義控制(antisensecontrol)。2/10/202333DepartmentofBiochemistry附：其它轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制轉(zhuǎn)錄衰減（attenuation）色氨酸操縱子是一種阻遏型操縱子當(dāng)有色氨酸結(jié)合阻遏蛋白時，阻遏蛋白構(gòu)象改變可結(jié)合O序列，阻斷基因轉(zhuǎn)錄基因重組SOS反應(yīng)衰減重組SOS2/10/202334DepartmentofBiochemistry一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點（一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大第四節(jié)真核基因表達調(diào)節(jié)哺乳類動物基因組DNA

約3×109堿基對人基因組編碼基因約有3～4個（2～2.5萬），其中60％存在可變剪接。編碼序列僅占總長的1%

rDNA等重復(fù)基因約占5%~10%2/10/202335DepartmentofBiochemistry（二）單順反子(monocistron)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。（三）重復(fù)序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（106次）中度重復(fù)序列（103~104次）多拷貝序列（四）基因不連續(xù)性2/10/202336DepartmentofBiochemistry二、真核基因表達調(diào)控特點（一）RNA聚合酶有三種，分別負責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄。（二）轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)明顯變化1.對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點附近。2/10/202337DepartmentofBiochemistry2.DNA拓撲結(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負超螺旋轉(zhuǎn)錄方向3.DNA堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達程度呈反比。2/10/202338DepartmentofBiochemistry4.組蛋白變化①富含Lys組蛋白水平降低②H2A,H2B二聚體不穩(wěn)定性增加③組蛋白H3、H4發(fā)生乙?；?、甲基化或磷酸化修飾④H3組蛋白巰基暴露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“組蛋白密碼”的假說。2/10/202339DepartmentofBiochemistry組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響組蛋白氨基酸殘基位點修飾類型功能H3Lys-4甲基化激活H3Lys-9甲基化染色質(zhì)濃縮H3Lys-9甲基化DNA甲基化所必需H3Lys-9乙?；せ頗3Ser-10磷酸化激活H3Lys-14乙酰化防止Lys-9的甲基化H3Lys-79甲基化端粒沉默H4Arg-3甲基化H4Lys-5乙?；b配H4Lys-12乙?；b配H4Lys-16乙?；诵◇w裝配H4Lys-16乙?；疐lyX激活2/10/202340DepartmentofBiochemistry（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進行（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜采用正性調(diào)節(jié)機制更精確：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調(diào)節(jié)的特異性和精確性。采用負性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟：在正性調(diào)節(jié)中，大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，所以是沒有活性的；只要細胞表達一組激活蛋白時，相關(guān)靶基因即可被激活。轉(zhuǎn)錄在細胞核，翻譯在細胞漿。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。2/10/202341DepartmentofBiochemistry三、RNApolⅠ和polⅢ的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（一）RNApolⅠ轉(zhuǎn)錄體系的控制RNAPolI的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNA前體，經(jīng)剪接修飾生成除5SrRNA外的各種rRNA。啟動子元件包括：核心元件(coreelement)或核心啟動子(corepromoter)和上游控制元件(upstreamcontrolelement,UCE)。轉(zhuǎn)錄因子包括：上游結(jié)合因子（UBF1）、選擇性因子1（SL1）2/10/202342DepartmentofBiochemistry（二）RNApolⅢ轉(zhuǎn)錄體系的控制RNAPolIII的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：多種小分子RNA，包括tRNA、5SrRNA和一部分小核RNA。啟動子位于轉(zhuǎn)錄起始點下游（即轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)），稱內(nèi)部控制區(qū)(internalcontrolregions,ICR)。轉(zhuǎn)錄起始需多種轉(zhuǎn)錄因子2/10/202343DepartmentofBiochemistry四、RNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)RNApolⅡ轉(zhuǎn)錄生成所有mRNA前體及大部分snRNA參與的DNA調(diào)控序列和轉(zhuǎn)錄因子復(fù)雜的多按功能特性，真核基因順式作用元件分為三種：啟動子、增強子、沉默子（一）順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性2/10/202344DepartmentofBiochemistry1.啟動子真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件。TATA盒GC盒CAAT盒2/10/202345DepartmentofBiochemistry2.增強子(enhancer)指遠離轉(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DNA序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)。增強子也由若干功能元件組成。酵母中的上游激活序列（UASs）。某些基因的負性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。3.沉默子(silencer)2/10/202346DepartmentofBiochemistry（二）反式作用因子－重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白1.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類

按功能特性分為：

基本轉(zhuǎn)錄因子（generaltranscriptionfactors）是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別主要參與RNA聚合酶與轉(zhuǎn)錄起始點附近的DNA特異序列形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。

特異轉(zhuǎn)錄因子（specialtranscriptionfactors

）為個別基因轉(zhuǎn)錄所需，決定該基因的時間、空間特異性表達。有轉(zhuǎn)錄激活因子和轉(zhuǎn)錄抑制因子兩種。2/10/202347DepartmentofBiochemistry2.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)包括三個結(jié)構(gòu)區(qū)域：

DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域2/10/202348DepartmentofBiochemistry最常見的DNA結(jié)合域1.鋅指(zincfinger)C——CysH——His常結(jié)合GC盒圖示2/10/202349DepartmentofBiochemistry2.堿性α-螺旋常結(jié)合CAAT盒2/10/202350DepartmentofBiochemistry3.堿性亮氨酸拉鏈

（bZIP）

堿性螺旋-環(huán)-螺旋

（bHLH）等圖示2/10/202351DepartmentofBiochemistry（三）mRNA轉(zhuǎn)錄激活－起始復(fù)合物形成polⅡTFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTBP真核RNA聚合酶Ⅱ在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物TATADNATBP相關(guān)因子EBP增強子結(jié)合蛋白2/10/202352DepartmentofBiochemistry真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)是復(fù)雜的、多樣的*不同的DNA元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式；*多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的DNA元件。*轉(zhuǎn)錄因子與DNA元件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負性調(diào)節(jié)之分。2/10/202353DepartmentofBiochemistry五、RNApolⅡ的轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)（一）HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)HIV基因的有效表達需要病毒蛋白Tat，它是一種抗終止蛋白。Tat與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5’特異RNA序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、RNApolⅡ相互作用，在延長中的RNA形成特定的二級結(jié)構(gòu)，阻止HIV基因組轉(zhuǎn)錄提早終止。2/10/202354DepartmentofBiochemistry（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)在應(yīng)激條件下，細胞作出一系列反應(yīng)，包括暫時性停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，啟動一套能夠提高細胞生存能力的蛋白質(zhì)即熱休克蛋白（heatshockprotein，HSP）的基因轉(zhuǎn)錄等。熱休克時，熱休克轉(zhuǎn)錄因子（HSTF）轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)－－基因快速誘導(dǎo)表達。2/10/202355DepartmentofBiochemistry六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)加工過程包括加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯等。（二）mRNA運輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白體復(fù)合物(ribonucleoprotein,RNP)進行。高等真核細胞mRNA半壽期較原核長，一般為幾小時；半壽期可影響蛋白質(zhì)合成量穩(wěn)定性可調(diào)節(jié)的mRNA，可能含有與特異蛋白質(zhì)相互作用的反應(yīng)元件，影響降解速度2/10/202356DepartmentofBiochemistry七、翻譯水平以及翻譯后階段的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)點主要在蛋白質(zhì)合成的起始和延長階段；以起始階段為主（一）翻譯起始因子（eIF）活性的調(diào)節(jié)磷酸化調(diào)節(jié)（二）RNA結(jié)合蛋白（RBP）的調(diào)節(jié)RBP是指那些能與RNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)RBP參與基因表達的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，如：轉(zhuǎn)錄終止、RNA剪切、RNA轉(zhuǎn)運、RNA胞漿穩(wěn)定性的控制、翻譯起始等等2/10/202357DepartmentofBiochemistry（三）對翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)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。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)過特定的修飾才具有功能活性。如磷酸化、甲基化、酰基化修飾、等等，可以達到調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用。2/10/202358DepartmentofBiochemistry（四）小分子RNA對基因表達的調(diào)節(jié)非編碼RNA（non-codingRNA,ncRNA）：微小RNA（microRNA,miRNA）小干擾RNA（smallinterferingRNA,siRNA）細胞核小分子RNA（snRNA）核仁小分子RNA（snoRNA）核酶（ribosome），等等RNA組學(xué)（RNomics）：研究細胞內(nèi)所有小分子RNA的種類、結(jié)構(gòu)和功能2/10/202359DepartmentofBiochemistry1．微小RNA(microRNA,miRNA)是一大家族小分子非編碼單鏈RNA，長度約20~25個堿基，由一段具有發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)、長度為70~90個堿基的單鏈RNA前體(pre-miRNA)經(jīng)Dicer酶剪切后形成。成熟的miRNA與其他蛋白質(zhì)一起組成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNA-inducedsilencingcomplex，RISC），通過與其靶mRNA分子的3’非編碼區(qū)域（3’-UTR）互補配對，抑制該mRNA翻譯。2/10/202360DepartmentofBiochemistrymiRNA的特點：其長度一般為20~25個堿基；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；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形式存在于基因組中，大多位于基因間隔區(qū)。2/10/202361DepartmentofBiochemistry2．小干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA)是細胞內(nèi)一類雙鏈RNA(double-strandedRNA，dsRNA)在特定情況下通過一定酶切機制，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ㄩL度(21~23個堿基)和特定序列的小片段RNA。雙鏈siRNA參與RISC組成，與特異的靶mRNA完全互補結(jié)合，導(dǎo)致靶mRNA降解，阻斷翻譯過程。由siRNA介導(dǎo)的基因表達抑制作用被稱為RNA干涉(RNAinterference，RNAi)。2/10/202362DepartmentofBiochemistry

>30bp雙鏈RNA（dsRNA）水解生成21-23ntsiRNA5’3’3’5’

RISC形成

識別特異序列并使其降解RNA干擾作用機制2/10/202363DepartmentofBiochemistrysiRNAmiRNA前體內(nèi)源或外源長雙鏈RNA誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)構(gòu)雙鏈分子單鏈分子功能降解mRNA阻遏其翻譯靶mRNA結(jié)合需完全互補不需完全互補生物學(xué)效應(yīng)抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染發(fā)育過程的調(diào)節(jié)siRNA和miRNA的差異比較2/10/202364DepartmentofBiochemistry操縱子模式圖I－調(diào)節(jié)基因P－啟動序列O－操縱序列（操縱基因）Z、Y、A－三種結(jié)構(gòu)基因2/10/202365DepartmentofBiochemistry（cis-actingelement）真核生物編碼基因兩側(cè)的DNA序列可影響自身基因的表達活性通常是非編碼序列包括啟動子、增強子、沉默子順式作用元件（cis-actingelement）2/10/202366DepartmentofBiochemistry基因產(chǎn)物特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的開啟或關(guān)閉稱為順式調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物特異識別、結(jié)合其它基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)其它基因的開啟或關(guān)閉稱為反式調(diào)節(jié)反式與順式2/10/202367DepartmentofBiochemistry乳糖水解2/10/202368DepartmentofBiochemistry阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié)圖解mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時阻遏基因2/10/202369DepartmentofBiochemistry有乳糖存在時mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶2/10/202370DepartmentofBiochemistryCAP的正性調(diào)節(jié)圖解++++轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，cAMP濃度高時有葡萄糖，cAMP濃度低時ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP2/10/202371DepartmentofBiochemistry協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)圖解mRNA低半乳糖時高半乳糖時葡萄糖低cAMP濃度高葡萄糖高cAMP濃度低RNA-polOOOO2/10/202372DepartmentofBiochemistry1.色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)E.coli色氨酸操縱子（lacoperon）包含：五個結(jié)構(gòu)基因一個操縱序列O一個啟動序列P一個調(diào)節(jié)基因