基因表達的概念及特點

基因表達的概念及特點概念：基因表達就是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。真核生物表達調(diào)控與原核生物的不同：（1）染色體結(jié)構(gòu)不同；（2）原核生物具有正調(diào)控和負調(diào)控并重的特點，真核生物目前已知的主要是正調(diào)控；（3）原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯是相偶聯(lián)的，真核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時空上是分開的；（4）多細胞的真核生物，在其個體發(fā)育過程中它們的基因表達在時間和空間上具有特異性，即細胞特異性或組織特異性表達。真核生物基因表達調(diào)控的特點基因表達的時、空特異性

時間特異性（temporalspecificity，階段特異性stagespecificity）：按功能需要，某一特定基因的表達嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性

空間特異性（specialspecificity，細胞或組織特異性tissuespecificity）：在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物按不同組織空間順序出現(xiàn)。多層次調(diào)控

DNA①轉(zhuǎn)錄調(diào)控

hnRNA②加工調(diào)控

mRNA③轉(zhuǎn)運調(diào)控

mRNA④⑤mRNA降解調(diào)控

蛋白質(zhì)失活mRNA⑥蛋白質(zhì)活性調(diào)控翻譯調(diào)控活性蛋白質(zhì)細胞核細胞質(zhì)真核生物基因表達調(diào)控染色體水平的調(diào)控DNA水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控一染色體水平的調(diào)控染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)是核小體。在細胞中的狀態(tài)：（1）緊密壓縮（2）被阻遏狀態(tài)（3）有活性狀態(tài)（4）被激活狀態(tài)異染色質(zhì)化組蛋白對基因活性的影響占先模型（pre-emptivemodel）:認(rèn)為基因能否轉(zhuǎn)錄取決于特定位置上組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子之間的不可逆競爭性結(jié)合。轉(zhuǎn)錄因子先結(jié)合在DNA的特定位點上，基因正常轉(zhuǎn)錄；反之，組蛋白先與DNA的特定位點結(jié)合，則形成核小體，轉(zhuǎn)錄停止。(2)動態(tài)模型（dynamicmodel）：認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子與組蛋白處于動態(tài)競爭之中，基因轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)必須經(jīng)歷結(jié)構(gòu)上的改變，即染色質(zhì)重塑。在染色質(zhì)重塑過程中，某些轉(zhuǎn)錄因子可以在結(jié)合DNA的同時使核小體解體。組蛋白的乙酰化-去乙?；鞍椎囊阴；腿ヒ阴；堑鞍谆钚哉{(diào)節(jié)的一種重要的形式，通過乙?；蛉ヒ阴；?，改變了染色質(zhì)結(jié)構(gòu)或是轉(zhuǎn)錄因子的活性，可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的活性。組蛋白的乙酰化和去乙酰化能打開或關(guān)閉某些基因，增強或抑制某些基因的表達。組蛋白的8個亞基上有32個潛在的乙?；稽c。（1）組蛋白乙?；瘜?dǎo)致組蛋白表面正電荷減少，組蛋白與DNA結(jié)合能力下降，引起核小體解聚并阻止核小體裝配，使得染色體處于松弛狀態(tài)，從而使轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶順利結(jié)合在DNA上，促進基因轉(zhuǎn)錄；（2）組蛋白乙酰化是許多轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白相互作用的一種“識別信號”，如H4組蛋白的乙酰化作用參與了指示和吸引TFIID到相應(yīng)的啟動子上，促進轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物的裝配；（3）細胞分裂期，組蛋白乙?；瘏⑴c細胞周期和細胞分裂的調(diào)控；（4）組蛋白去乙?；鸹蚓S持基因沉默。組蛋白乙?；?去乙?；纳锕δ芊墙M蛋白（NHP)非組蛋白大多數(shù)是磷蛋白，以磷酸化/去磷酸化修飾的方式調(diào)節(jié)細胞的代謝、生長、增殖和變異等，并能在核內(nèi)接受外來信號，構(gòu)成核內(nèi)信息轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，形成一條調(diào)節(jié)基因表達的重要途徑。核基質(zhì)(nucleamatrix)◆特點：（1）限定DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)域的大??；（2）各種核基質(zhì)蛋白之間相互作用，控制染色體組裝的程度，調(diào)節(jié)DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄；（3）可能存在著基因的某種增強元件；（4）可能有DNA復(fù)制的起始位點◆定義：核基質(zhì)是由3-30nm的微纖絲構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀骨架蛋白，主要成分包括DNA拓撲異構(gòu)酶、核基質(zhì)蛋白以及多種DNA結(jié)合蛋白，并含有少量RNA。染色質(zhì)丟失基因擴增基因重排其他染色體水平上的基因表達調(diào)控方式染色質(zhì)丟失典例：馬蛔蟲不帶著絲粒的片段在子代中將丟失體細胞染色體斷裂生殖細胞染色體不斷裂染色質(zhì)丟失：是細胞分化過程中，消除某個基因活性的方式之一,就是從細胞中除去這個基因。某些原生動物、昆蟲及甲殼綱動物細胞分化過程中就會有部分染色體丟失。受精卵2基因擴增時期rDNA核仁數(shù)卵母細胞約500拷貝單個減數(shù)分裂前期I數(shù)量猛增數(shù)百減數(shù)分裂雙線期約200萬拷貝很多典例：非洲爪蟾蜍基因擴增：是指某些基因的拷貝數(shù)特異性增加的現(xiàn)象，它使得細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要?；蛑嘏诺淅翰溉閯游锩庖咔虻鞍酌庖咔虻鞍谆蚨ㄎ换蛑嘏牛夯蚪M中不同位置的DNA可以通過剪接重組而連接在一起，產(chǎn)生具有新功能的基因?；蛑嘏湃薎g基因結(jié)構(gòu)注：（1）L：先導(dǎo)序列基因片段V：可變區(qū)基因片段D：多樣性區(qū)基因片段J：連接區(qū)基因片段C：恒定區(qū)基因片*：假基因

（2）內(nèi)含子區(qū)域所標(biāo)數(shù)字表示DNA長度（kb)

（3）每個CH基因用一個方框表示，實際上包括幾個外顯子二DNA水平上的調(diào)控DNA甲基化（DNAMethylation)

哺乳動物基因中的5‘--CG--3’序列中C—5的甲基化稱為CpG

甲基化。5‘--CG--3’序列是使處于表達狀態(tài)的基因位點處的染色體保持適當(dāng)包裝水平的重要化學(xué)修飾序列。當(dāng)基因序列中的CpG

密度達到10/100bp時稱為CpG

島。圖：持家基因的CpG島及其啟動子DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制甲基化(methylated)程度高，對基因轉(zhuǎn)錄抑制的調(diào)控能力越強。去甲基化(undermethylated)：基因轉(zhuǎn)錄激活雌性胎生哺乳動物細胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機失活（異染色質(zhì)化）；異染色質(zhì)中的CpG被高度甲基化，基因不轉(zhuǎn)錄。DNA甲基化與X染色體失活甲基化以兩種方式調(diào)控基因的表達（1）甲基化增強或減弱DNA與調(diào)節(jié)蛋白之間的相互作用；（2）甲基化改變DNA的正常構(gòu)型。三真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

順式作用元件(cis-actingelement）反式作用因子(trans-actingFactor)順式作用元件是指具有調(diào)節(jié)功能的特定DNA序列或影響自身基因表達活性的DNA序列，在基因的同一條DNA分子上；順式作用元件類型：（1）啟動子(promoter):3種類型；（2）增強子(enhancer)：（3）沉默子(silencer)：負性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用。（4）絕緣子(insulator,boundaryelement):在真核基因及其調(diào)控區(qū)的一段DNA序列。順式作用元件順式作用元件啟動子真核生物的啟動子分為3類，分別被三類RNA聚合酶所識別I類啟動子II類啟動子III類啟動子hnRNA是mRNA的前體，snRNA參與hnRNA到mRNA的過程順式作用元件核心啟動子上游元件TATA框起始密碼(Inr)下游啟動元件(DPE)TFIIB識別元件(BRE)II類啟動子順式作用元件I類啟動子：不同物種之間，I類啟動子的序列不保守，但其基本結(jié)構(gòu)是很保守的。I類啟動子包括兩個部分：圍繞轉(zhuǎn)錄起始為點的核心元件和-100bp處的上游調(diào)控元件順式作用元件III類啟動子位于基因的內(nèi)部增強子Enhancer

在遠離轉(zhuǎn)錄起始點（上游或下游）的一段可增強啟動子活性的調(diào)控元件，大小為100-200bp。最初在DNA病毒SV40的基因組中發(fā)現(xiàn)。特性：（1）加強相連基因從正確起始位點的轉(zhuǎn)錄活性（2）增強子無論是在下游或在上游均可激活轉(zhuǎn)錄（3）無論是在下游或在上游，可在遠離起始位點1Kb以上發(fā)揮作用（4）兩個啟動子串聯(lián)在一起時，增強子優(yōu)先激活距離最近的那一個順式作用元件增強子核心序列：(G)TGGA/TA/TA/T(G)順式作用元件增強子的作用機理：（1）為轉(zhuǎn)錄因子提供進入啟動子區(qū)的位點（2）改變?nèi)旧w的構(gòu)像沉默子(silencer)：負性調(diào)節(jié)元件，起阻遏作用。絕緣子(insulator,boundaryelement):

在真核基因及其調(diào)控區(qū)的一段DNA序列

。功能是阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上的傳遞，使染色質(zhì)的活性限定于結(jié)構(gòu)域之內(nèi)。順式作用元件反式作用因子反式作用因子：能夠識別DNA上的順式作用元件并與之結(jié)合的蛋白質(zhì)因子或復(fù)合物?！敉ㄓ没蚧巨D(zhuǎn)錄因子—RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子。如：TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE等?！籼禺愞D(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)—個別基因轉(zhuǎn)錄所必需的轉(zhuǎn)錄因子.如：OCT-2：在淋巴細胞中特異性表達，識別Ig基因的啟動子和增強子。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控需要順～反因子、蛋白質(zhì)之間的相互作用順式作用元件與反式作用因子的相互作