*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,长江大学 生命科学学院,*,第八章 基因的表达与调控（下）,真核基因表达调控模式,2024/11/19,1,第八章 基因的表达与调控（下）真核基因表达调控模式20,1,第八章 基因的表达与调控（下）,真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组成，每个细胞基因组中蕴藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组有,3109bp,，为大肠杆菌总,DNA,的,800,倍，噬菌体的,10,万倍左右！,真核生物染色质被包裹在细胞核内，基因的转录（核内）和翻译（细胞质内）被核膜所隔开，核内,RNA,的合成与转运，细胞质中,RNA,的剪接和加工等都属于真核生物基因调控的范围。,2024/11/19,2,第八章 基因的表达与调控（下）真核生物（除酵母、藻类和,2,第八章 基因的表达与调控（下）,2024/11/19,3,真核基因的表达调控的特点：,原核细胞,环境因素对调控起决定性的作用。群体中每一个细胞对环境变化的反应是直接的和一致的。,真核细胞,基因表达调控最明显的特征是在特定时间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的，环境因素在其中作用不大。,第八章 基因的表达与调控（下）2023/10/63真核基因,3,第八章 基因的表达与调控（下）,2024/11/19,4,真核生物基因调控可分为两大类：,第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节；,第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生长、分化、发育的进程。,根据基因调控发生的先后次序，又可分为：,转录水平调控,转录后水平调控（,RNA,加工成熟过程的调控，翻译水平的调控，蛋白质加工水平的调控）。,第八章 基因的表达与调控（下）2023/10/64真核生物,4,第八章 基因的表达与调控（下）,2024/11/19,5,研究基因调控的三个主要内容：,诱发基因转录的信号？,基因调控在哪一步（模板,DNA,的转录、,mRNA,的成熟或蛋白质合成）实现的？,不同水平基因调控的分子机制什么？,第八章 基因的表达与调控（下）2023/10/65研究基因,5,第八章 基因的表达与调控（下）,2024/11/19,6,内容：,真核生物的基因结构与转录活性,真核基因转录机器的主要组成,真核生物的基因转录的调控,蛋白质磷酸化对基因转录的调控,蛋白质乙酰化对基因表达的影响,激素与热激蛋白对基因表达的影响,第八章 基因的表达与调控（下）2023/10/66内容：,6,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,7,真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及,DNA,的空间结构方面存在的差异,:,在真核细胞中，成熟,mRNA,为单顺反子,mRNA,，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。,真核细胞,DNA,与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分,DNA,是裸露的。,高等真核细胞,DNA,中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间存在不被翻译的内含子。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/67真核,7,2024/11/19,8,真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行,DNA,片段重排，能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。,在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始位点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制,RNA,聚合酶对它的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，它们可能远离核心启动子达几百个甚至上千个碱基对。,真核生物的,RNA,在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。原核生物中不存在这样严格的空间间隔。,许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。,2023/10/68真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要,8,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,9,1.,基因家族,在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并以多顺反子的方式进行转录。而真核细胞中的,DNA,是单顺贩子结构，很少置于同一启动子之下的操纵子。,真核细胞中许多相关的基因长按功能成套组合，被称为,基因家族,。同一家族的成员有时紧密排列在一起，成为一个,基因簇,；更多时候，分散在同一染色体不同部位，甚至位于不同染色体上，具有各自不同的表达调控模式。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/691.,9,2024/11/19,10,2023/10/610,10,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,11,1.1.,简单多基因家族,简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。,细菌中所有,rRNA,和部分,tRNA,都来自这个分子量为,30S,（约,6500,个核苷酸）的前,rRNA,。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6111,11,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,12,1.1.,简单多基因家族,在真核生物中，前,rRNA,转录产物的分子量为,45S,，（约有,14 000,个核苷酸），包括,18S,，,28S,和,5.8S,三个主要,rRNA,分子。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6121,12,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,13,1.2.,复杂多基因家族,复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。,海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为,6 000bp,的片段中，分别被间隔序列所隔开。这,5,个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达,1 000,次。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6131,13,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,14,1.3.,发育调控的复杂多基因家族,血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体，由,22,组成的四聚体加上一个血红素辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。在生物个体发育的不同阶段出现几种不同形式的,和,亚基。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6141,14,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,15,2.,真核基因的断裂结构,2.1,外显子与内含子,内含子,是指存在于原始转录物或基因组,DNA,中，但不存在于成熟,mRNA,、,rRNA,或,tRNA,中的那部分核苷酸序列。大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成的。,基因中的内含子数量和大小都不同。胶原蛋白基因长约,40kb,，至少有,40,个内含子，其中短的只有,50bp,，长的可达到,2000bp,。,少数基因，如组蛋白及,型、,型干扰素基因，根本不带内含子。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6152,15,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,16,2.2,外显子与内含子的连结区,断裂结构的一个重要特点是外显子,-,内含子连接区的高度保守性和特异性碱基序列。,序列分析表明，几乎每个内含子,5,端起始的两个碱基都是,GT,，而,3,端最后两个碱基总是,AG,，由于这两个碱基的高度保守性和广泛性，有人把它称为,GT-AG,法则。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6162,16,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,17,2.3,外显子与内含子的可变调控,真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生不同的,mRNA,，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因，如肌红蛋白重链基因虽有,41,个外显子，却能精确地剪接成一个成熟的,mRNA,，我们称这种方式为,组成型剪接,。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟的,mRNA,，编码一个多肽。,有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的多聚位点而使原始转录物具有不同的二级结构，产生不同的,mRNA,分子。同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同,mRNA,的过程称为,选择性剪接,。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6172,17,2024/11/19,18,2023/10/618,18,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,19,3.,真核生物,DNA,水平上的基因表达调控,在个体发育过程中，,DNA,会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的发育。,DNA,水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括,基因丢失、扩增、重排和移位,等。这与转录和翻译水平的调控是不同的，这种调控使基因组发生了改变。,成熟红细胞能产生大量的可翻译成熟珠蛋白的,mRNA,，它的前体细胞是不产生珠蛋白的。这种变化是由于基因本身或者是基因的拷贝数发生了永久性变化所调控的。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6193,19,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,20,3.1.,基因扩增,基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。,非洲爪蟾的卵母细胞中原有,rRNA,基因（,rDNA,）约,500,个拷贝，在减数分裂粗线期，基因开始迅速复制，到双线期拷贝数约为,200,万个，扩增近,4000,倍，可用于合成,1012,个核糖体。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6203,20,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,21,3.2.,基因重排与变换,将一个基因从远离启动子的地方移到较近的位点从而启动转录，被称为,基因重排,。,免疫球蛋白的肽链主要由可变区（,V,区）、恒定区（,C,区）以及两者之间的连接区（,J,区）组成，,V,、,C,和,J,基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染色体内,DNA,重组把,4,个相隔较远的基因片段连接在一起，产生具有表达活性的免疫球蛋白基因。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6213,21,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,22,3.2.,基因重排与变换,免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6223,22,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,23,4. DNA,甲基化与基因调控,4.1 DNA,的甲基化,DNA,甲基化能引起染色质结构、,DNA,构象、,DNA,稳定性及,DNA,与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，,CpG,二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体,1/3,以上由于碱基转换而引起的遗传病。,DNA,甲基化主要形成,5-,甲基胞嘧啶（,5-mC,）和少量的,N6-,甲基腺嘌呤（,N,6,-mA,）及,7-,甲基鸟嘌呤（,7-mG,）。真核生物中，,5-,甲基胞嘧啶主要出现在,CpG,、,CpXpG,、,CCA/TGG,和,GATC,中。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6234,23,2024/11/19,24,2023/10/624,24,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,25,4.2. DNA,甲基化抑制基因转录机制,对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可以恢复,其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6254,25,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,26,4.2. DNA,甲基化抑制基因转录机制,DNA,的甲基化还会提高突变频率。真核生物中,5-mC,主要出现在,5,-CpG-3,序列中，,5-mC,脱氨后生成的胸腺嘧啶（,T,），不易被识别和矫正。因此，特定部位的,5-mC,脱氨基反应，将在,DNA,分子中引入可遗传的转化（,C,T,）。若位点突变发生在,DNA,功能区域，就可能造成基因表达的紊乱。在多种癌细胞中，,p53,基因第,273,位密码子含,CpG,序列， 常由,CGT,突变为,CAT,或,TGT,（,Arg,His,或,Cys,）。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6264,26,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,2024/11/19,27,4.3. DNA,甲基化与染色体失活,雌性哺乳动物体细胞的两条,X,染色体中会有一条发生随机失活这是一种基因剂量补偿的机制。,以后的研究表明在给定的体细胞有丝分裂谱系中，有一条,X,染色体是完全失活并呈异染色质状态，而另一个细胞谱系中同一条,X,染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。,X,染色体的,Xq13.3,区段有一个,X,失活中心（,X-inaction center,，,Xic,），,X-,失活从,Xic,区段开始启动，然后扩展到整条染色体。,第一节 真核生物的基因结构与转录活性2023/10/6274,27,2024/11/19,28,X,染色体失活过程模式图,2023/10/628X染色体失活过程模式图,28,第二节 真核基因转录机器的主要组成,2024/11/19,29,真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量特定的,顺式作用元件,（,cis-acting element,）和,反式作用因子,（,transacting factor,，又称跨域作用因子）调控。真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。,第二节 真核基因转录机器的主要组成2023/10/629,29,第二节 真核基因转录机器的主要组成,1.,真核基因的转录,一个完整的基因，不但包括编码区（,coding region,），还包括,5,和,3,端长度不等的特异性序列，它们虽然不编码氨基酸，却在基因表达的过程中起着重要作用。所以，,“,基因,”,的分子生物学定义是：,产生一条多肽链或功能,RNA,所必需的全部核苷酸序列。,2024/11/19,30,第二节 真核基因转录机器的主要组成1. 真核基因的转录202,30,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,31,第二节 真核基因转录机器的主要组成,1.1.,启动子,真核基因启动子由核心启动子和上游启动子两个部分组成，是在基因转录起始位点（,+1,）及其,5,上游大约,100,200bp,以内的一组具有独立功能的,DNA,序列，每个元件长度约为,7,20bp,，,是决定,RNA,聚合酶,II,转录起始点和转录频率的关键元件。,核心启动子,：是指保证,RNA,聚合酶,II,转录正常起始所必需的、最少的,DNA,序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游,-25,-30bp,处的,TATA,盒。,核心启动子确定转录起始位点并产生基础水平的转录。,上游启动子元件,包括通常位于,-70bp,附近的,CAAT,盒（,CCAAT,）和,GC,盒（,GGGCGG,）等，,能通过,TFIID,复合物调节转录起始的频率，提高转录效率。,2024/11/19,32,第二节 真核基因转录机器的主要组成1.1. 启动子2023,32,第二节 真核基因转录机器的主要组成,2.,增强子对转录的影响,增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的,DNA,序列，最早发现于,SV40,早期基因的上游，有两个长,72bp,的正向重复序列。,增强子通常具有下列特性：,增强效应十分明显。,增强效应与其位置和取向无关。,大多为重复序列（,50bp,）。,其增强效应有严密的组织和细胞特异性。,无基因专一性，可在不同的基因组合上表现增强效应；,许多增强子还受外部信号的调控。,2024/11/19,33,第二节 真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响,33,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,34,第二节 真核基因转录机器的主要组成,2.,增强子对转录的影响,增强子的功能受,DNA,双螺旋空间构象的影响。增强子可能有如下,3,种作用机制,:,影响模板附近,DNA,双螺旋结构，导致,DNA,双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化基因转录。,将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于,DNA,拓扑异构酶改变,DNA,双螺旋结构的张力，促进,RNA,聚合酶,n,在,DNA,链上的结合和滑动。,增强子区可以作为反式作用因子或,RNA,聚合酶且进入染色质结构的 “入口”。,2024/11/19,35,第二节 真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响,35,第二节 真核基因转录机器的主要组成,3.,反式作用因子,真核生物启动子和增强子是由若干,DNA,序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为,顺式作用元件,。这些序列组成基因的调控区，影响基因的表达。在转录过程中，还需要转录作用因子。,转录复合物中，根据各个蛋白质成分在转录中的作用，能将整个复合物分为,3,部分：,参与所有或某些转录阶段的,RNA,聚合酶亚基，不具有基因特异性。,与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具基因特异性。,与特异调控序列结合的转录因子。,2024/11/19,36,第二节 真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子202,36,第二节 真核基因转录机器的主要组成,3.,反式作用因子,反式作用因子,：反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。,这些因子有两种独立的活性：首先它们特异地与,DNA,结合位点相结合，然后激活转录。这些活性可以独立分配给特定的蛋白结构域，分别称作,DNA,结合结构域,和,激活结构域,。,转录激活功能是与其,DNA,结合活性相分离的，它们在蛋白质的不同区域。,2024/11/19,37,第二节 真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子202,37,第三节 真核生物的转录的调控,真核生物的转录和原核转录的不同点：,(1),原核只有一种,RNA,聚合酶，而真核细,胞有三种聚合酶；,(2),启动子的结构特点不同，真核有三种,不同的启动子和有关的元件；,(3),真核的转录有很多蛋白质因子的介入。,2024/11/19,长江大学 生命科学学院,38,第三节 真核生物的转录的调控真核生物的转录和原核转录的不同,38,一 真核的,RNA,聚合酶,表,1,真核生物的三种,RNA,聚合酶的特点,RNA Pol,位置 产物 对,-,鹅膏蕈的敏,Pol ,核仁,28s,18s,5.8s rRNAs,不敏感,Pol ,核质,hnRNA,mRNA,某些,SnRNA,高度敏感,Pol ,核质,tRNA,5SrRNA,某些,SnRNAs,片段特异，中等 敏感,2024/11/19,39,一 真核的RNA聚合酶 表,39,表 转录的抑制剂,抑制剂,靶酶,抑制作用,利福霉素,细菌全酶,和,亚基结合，抑制起始,链霉溶菌素,细菌核心酶,和,亚基结合，抑制起始,放射线素,D,真核,Pol,和,DNA,结合，阻止延伸,-,鹅膏蕈,真核,Pol,和,RNA Pol,结合,2024/11/19,40,表 转录的抑制剂抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌全酶和亚基结,40,CTD（C末端结构域）为重复的七肽序列Tyr Ser Pro Thr Ser Pro Ser。CTD序列可以丝氨酸和酪氨酸上磷酸化，与聚合酶的移动有关。,CTD（C末端结构域）为重复的七肽序列Tyr Ser ,41,二,. RNA,聚合酶,1,、核糖体基因,RNA,聚合酶,主要负责,rRNA,在分裂间期的连续合成。以人的,rRNA,基因为例，有,5,簇,rRNA,重复基因，每簇有,40,个拷贝，每个拷贝产生,45S,的,rRNA,转录物。,45S,的,rRNA,随后被切割成,28,，,18,，,5.8S,的,rRNA,各一个。这为产生足量的,rRNA,所必需。,二. RNA聚合酶1、核糖体基因,42,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,43,2,、核仁组织区,每个,rRNA,簇为一个,核仁组织区,核仁的结构：,颗粒区，前体,rRNA,，核糖体亚基；,纤维区，,rRNA,，核糖核黄素蛋白复合体；,染色区，,DNA,。,2、核仁组织区,44,3,、,RNA,聚合酶,的启动元件,UCE,：,upstream control element,3、 RNA聚合酶的启动元件,45,4,、,RNA,聚合酶,的启动因子,UBF,：,uptream binding factor,SL1: selectivity factor,TBP:TATA binding factor,TAF1:TBP-associate factor,4、 RNA聚合酶的启动因子,46,5,、,RNA,聚合酶,起始转录模型,5、RNA聚合酶起始转录模型,47,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,48,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,49,RNA,聚合酶,小结：,转录元件,转录因子,UCE,核心元件,UBF,SL1,TBP,TAF1,RNA聚合酶小结：转录元件转录因子UCEUBF,50,UCE,：,upstream control element,UBF,：,uptream binding factor,SL1: selectivity factor,TBP: TATA binding factor,TAF1:TBP-associate factor,UCE：upstream control element,51,UCE,UBF,SL1,TBP,TAF1,UCE,52,三,. RNA,聚合酶,1,、,RNA,聚合酶,存在核质中，与,RNA,聚合酶,相同。,RNA,聚合酶,转录,5SrRNA,的前体、,tRNA,以及其他的,snRNA,和胞质,RNA,的转录。,三. RNA聚合酶1、 RNA聚合酶存在核质中，与RN,53,2,、,tRNA,基因的转录,A,框,5-TGGCNNAGTGG-3,对应,D,环,B,框,5-GGTTCGANNCC-3,对应,T,C,环,2、 tRNA基因的转录,54,转录因子,( transcription factor),1)TF,B,TBP,BRF: TF,B-related factor,B,2)TF,C,转录因子( transcription factor),55,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,56,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,57,3,、,5S rRNA,转录,转录元件：,A,框,C,框,转录因子：,1) TF,B : TBP, BRF, B,2) TF,A,3) TF,C,3、5S rRNA转录转录元件：,58,表,RNA pol ,启动子的转录因子的结构和功能,因子 结构 功能,TFA 38Kda,有,9,个锌指 结合于,1,型内部启动子,(5sRNA,基因,),的,C,框，,使,C,结合在,C,框下游，辅助, B,定位结合,TFB,含,TBP,和另外二种蛋白定位因子，使,Pol,结合在起始位点上,TFC,含,A,和,B,有,5,个亚基,B,结合,型内部启动子,(tRNA,基因,),的,B,框，,起增强子的作用。,A,结合,A,框，起启动子,的作用；辅助, B,定位结合,TBP,是,B,D,SL1,的亚基和特异,DNA,序列及,RNA Pol,结合，使,Pol,结合,在正确的位点上,表 RNA pol 启动子的转录因子的结构和功能,59,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,60,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,61,4,、,snRNA,的转录起始,TATA框,PSE: proximal sequence element,OCT: octamer element,4、snRNA的转录起始TATA框,62,RNA,聚合酶,小结,调控元件,TATA,OCT,PSE,A,框,A,框,B,框,C,框,+1,tRNA,转录,5S rRNA,转录,snRNA,转录,RNA聚合酶小结调控元件TATAOCTPSEA框A框B框C,63,RNA,聚合酶,因子（,transcription factor TF,）,1,）,TF,A,2,）,TF,B :,TBP,：,TATA binding factor,BRF,：,TF,B-related factor,B,3,）,TF,C,RNA聚合酶因子（transcription factor,64,四,. RNA,聚合酶,1,、,RNA,聚合酶,位于核质中，负责,mRNA,和一些,snRNA,的转录。转录后的,mRNA,需要进一步的复杂加工，包括,5,加帽，,3,的,poly A,尾以及剪接内含子。,四. RNA聚合酶 1、 RNA聚合酶 位于核质中,65,2,、,RNA,聚合酶,调控元件,1,）启动子内的元件,TATA,框,-25-35bp,的位置,7,个碱基序列,TATA(A/T)A(A/T,与,TBP,结合,CAAT,盒,-75,附近,GC,区 大约在,-100-200,处 的,20-50bp,的,DNA,元件。,2,）增强子,2、 RNA聚合酶调控元件,66,3,、,RNA,聚合酶,转录因子,因子 功能,TFA,稳定,TFD,和,DNA,的结合，激活,TBP,亚基,TFB,结合模板链（,-10,+10,），起始,Pol,结合， 和,TFE/F,相互作用,TFD TBP,亚基识别,TATA,，将聚合酶组入复合体中，,TAF,识别特殊启动子,TFE,结合在,Pol,的前部，使复合体的保护区延伸到下游,TFF,大亚基具解旋酶活性,小亚基和,Pol,结合，,TFH,具激酶活性，可以磷酸化,PolC,端的,CTD,，使,Pol,逸出，延伸,TFJ,在,TFF,后加入复合体,3、 RNA聚合酶转录因子,67,4,、,RNA,聚合酶,转录过程,4、RNA聚合酶转录过程,68,基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式,69,真核生物的转录小结,1、元件,RNA,聚合酶,元,件,核心元件,UCE,TATA,CAAT,GC,OCT,增强子,TATA,OCT,PSE,A,框,A,框,B,框,C,框,+1,真核生物的转录小结1、元件RNA聚合酶核心元件TATA,70,真核生物的转录小结,2、因子,RNA,聚合酶,因,子,UBF,SL1,TBP,TAF ,TFA,TFB,TFD,TFE,TFF,TFH,TFJ,TF,B,TBP,BRF,B,TF,A,TF,C,真核生物的转录小结2、因子RNA聚合酶UBFTFAT,71,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,细胞是生命活动的基本单位。细胞通过,DNA,的复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。它们还不断地“感知”环境变化，并对其作出特定的应答。,细胞应答可以分为,3,个阶段：,外界信息的“感知”，即由细胞膜到细胞核内的信息传递,染色质水平上的基因活性调控,特定基因的表达，即从,DNARNA,蛋白质的遗传信息传递过程。,2024/11/19,72,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞是生命活动的基本,72,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,2024/11/19,73,蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2023/10/673,73,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,2024/11/19,74,真核细胞主要跨膜信号传导途径,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2023/10/674真,74,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,细胞表面受体与配体分子的高亲和力特异性结合，能诱导受体蛋白构象变化，使胞外信号顺利通过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。,受体分子活化细胞功能的途径主要有两条,：,一是受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号通过酪氨酸激酶途径得到传递；,二是配体与细胞表面受体结合，通过,G,蛋白介异的效应系统产生介质，活化丝氨酸,/,苏氨酸或酪氨酸激酶，从而传递信号。,2024/11/19,75,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面受体与配体分,75,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,细胞表面的三类受体示意图,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面的三类受体示意图,76,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,2024/11/19,77,蛋白质磷酸化和,GTP,结合蛋白参与的信号转导过程,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2023/10/677蛋,77,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,已发现蛋白激酶基因,2000,余个和,1000,个左右蛋白质去磷酸化酶基因。根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基可分为：,丝氨酸,/,苏氨酸型；酪氨酸型；组氨酸型。,根据是否有调节物参与蛋白激酶活性可分为两大类：,信使依赖型（又分胞内信使、调节因子依赖型和激素或生长因子依赖型）,非信使依赖型。,2024/11/19,78,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控已发现蛋白激酶基因200,78,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,1.,受,cAMP,水平调控的,A,激酶,依赖于,cAMP,的蛋白激酶称为,A,激酶（,PKA,），它能把,ATP,分子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。,被,A,激酶磷酸化的氨基酸,N,端上游往往存在两个或两个以上碱性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（,X-Arg-Arg-X-Ser-X,）改变了这一蛋白的酶活性。,在不同的细胞中，,A,激酶的反应底物不一样，所以，,cAMP,能在不同靶细胞中诱发不同的反应。,2024/11/19,79,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控,79,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,1.,受,cAMP,水平调控的,A,激酶,非活性状态的,PKA,全酶由,4,个亚基,R2C2,所组成，分子量约为,150-170,，调节亚基与,cAMP,相结合，引起构象变化并释放催化亚基，后者随即成为有催化活性的单体,.,2024/11/19,80,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控,80,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,1.,受,cAMP,水平调控的,A,激酶,糖原代谢时，激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质,cAMP,的合成,2024/11/19,81,并活化,A,激酶，后者再将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解,.,过程并提供,ATP,。,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控,81,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,已经证实，许多转录因子都可以通过,cAMP,介导的蛋白质磷酸化过程而被激活，因为这类基因的,5,端大都拥有一个或数个,cAMP,应答元件（,CRE,），基本序列为,TGACGTCA,。,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控已经证实，许多转录因子都,82,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,2. C,激酶与,PIP,2,、,IP,3,和,DAG,该蛋白激酶活性是依赖于,Ca,2+,的，故称,C,激酶（,PKC,）。,IP3,引起细胞质,Ca,2+,浓度升高，导致,C,激酶从胞质转运到靠近原生质膜内侧处，并被,DAG,和,Ca,2+,的双重影响所激活。,DAG,提高了,C,激酶对于,Ca,2+,的亲和力。,C,激酶是一个,7.710,4,的蛋白质，主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，具有一个催化结构域和一个调节结构域。与,DNA,结合以后还能解除调节区所造成的抑制作用，提高酶活性。,2024/11/19,83,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2. C激酶与PIP2、,83,2024/11/19,84,激酶信号传递及基因表达示意图,2023/10/684激酶信号传递及基因表达示意图,84,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,3. CaM,激酶及,MAP,激酶,Ca,2+,的细胞学功能主要通过,钙调蛋白激酶（,CaM-kinase,）,来实现的，它们也是一类丝氨酸,/,苏氨酸激酶，但仅应答于细胞内,Ca,2+,水平。,MAP,激酶（,MAP-kinase,，,ERKS,）,活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导。,MAP-,激酶活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化。,2024/11/19,85,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控3. CaM激酶及MAP,85,3. CaM,激酶及,MAP,激酶,能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶被称为,MAP-,激酶,-,激酶，它的反应底物是,MAP,激酶。,MAP-,激酶,-,激酶本身能被,MAP-,激酶,-,激酶,-,激酶所磷酸化激活，后者能同时被,C,激酶或酪氨酸激酶家族的,Ras,蛋白等激活，从而在信息传导中发挥功能。,2024/11/19,86,3. CaM激酶及MAP激酶2023/10/686,86,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,4.,酪氨酸激酶（,PTK,）途径,包括,跨膜受体家族,与,胞质非受体家族,两大类。,受体类由胞外结合配体结构域、跨膜结构域和细胞质激酶结构域组成，其,PTK,活性受胞外结构域与配体的调节。配体与受体结合可诱导受体蛋白的二聚化，将受体胞质区酪氨酸残基磷酸化。,非受体酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶结构域序列外，还有数个前体所不具备的保守区。,2024/11/19,87,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控4. 酪氨酸激酶（PTK,87,因为,Src,亚家族非受体酪氨酸激酶以及许多,PTK,作用底物分子都存在被称为,Src,同源结构域（,SH,）的序列。所以又将激酶功能区称为,SH1,，而将另外两个区分别命名为,SH2,和,SH3,。,SH2,由约,100,个氨基酸残基组成，能与带有磷酸酪氨酸的蛋白质结合，,SH3,由约,60,个氨基酸残基组成，参与将前者定为于质膜内侧或与细胞骨架蛋白相互作用，与,SH2,结合无关。,2024/11/19,88,因为Src亚家族非受体酪氨酸激酶以及许多PTK作用底物分子都,88,在正常细胞中，,pp60,c-Src,上的,Tyr,527,被磷酸化并以头尾相连的缔合方式折入同一分子的,SH2,结构域中，从而抑制了,PTK,活性。,pp60,c-Src,与靶分子,PI3,激酶，,rasGAP,等的缔合作用均涉及,pp60,c-Src,SH2,结构域与,PI3,激酶及,rasGAP,分子上酪氨酸磷酸化区的结合。,2024/11/19,89,在正常细胞中，pp60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以,89,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,5.,蛋白质磷酸化与细胞分裂调控,细胞通过,p53,及,p21,蛋白控制,CDK,（,cyclin-dependent protein kinase,）活性，调控细胞分裂的进程。,P21,蛋白过量时，大量周期蛋白（,cyclin,）,E-CDK2,复合物与,P21,蛋白相结合，使,CDK2,丧失磷酸化,PRb,蛋白的功能。没有被磷酸化的,PRb,蛋白与转录因子,E2F,相结合并使后者不能激活与,DNA,合成有关的酶，导致细胞不能由,G1,期进入,S,期，细胞分裂受阻。,2024/11/19,90,第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控5. 蛋白质磷酸化与细胞,90,如果细胞中,P53,基因活性降低，,P21,蛋白含量急剧下降，周期蛋白,E-CDK2,复合物就能有效地将,PRb,蛋白磷酸化。此时，,PRb,蛋白不能与,E2F,相结合，后者发挥转录调控因子的作用， 激 活,2024/11/19,91,许多与,DNA,合成有关的基因表达，细胞从,G1,期进入,S,期，开始分裂。,如果细胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急剧下降，周期蛋,91,CDK,活性受双重调控,没有周期蛋白，,CDK,无活性。,随着周期蛋白的合成和积累，逐步形成周期蛋白,-CDK,复合物。,CDK,上的酪氨酸位点被磷酸化，掩盖了其,ATP,结合位点，,ATP,不能有效地与之相结合，,CDK,仍然无活性。,CDK,蛋白,T-,环中的苏氨酸位点被磷酸化，并将其酪氨酸位点上的磷酸基团去掉，其才能发挥生物学活性。,同时，,CDK,蛋白还能使细胞中的磷酸酯酶磷酸化，以加速脱去自身酪氨酸位点上的磷酸基团。,有生物活性的周期蛋白,-CDK,复合物能将,DBRP,磷酸化，激活泛素连接酶，把大量泛素加到周期蛋白上并使之迅速降解，,CDK,失活，新的周期开始。,2024/11/19,92,CDK活性受双重调控2023/10/692,92,2024/11/19,93,2023/10/693,93,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响,1.,组蛋白的乙酰化及去乙酰化,1.1.,组蛋白的基本组成：组蛋白是组成核小体的基本成分，核小体是组成染色质的基本结构单元。,1.2.,核心组蛋白的乙酰化与去乙酰化,2024/11/19,94,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1. 组蛋白的乙酰化及去,94,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响,1.3.,组蛋白乙酰基转移酶（,HAT,）,2024/11/19,95,目前已发现的,HAT,有两类：,一类与转录有关,另一类与核小体组装以及染色质的结构有关,。,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1.3. 组蛋白乙酰基转,95,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响,1.4.,组蛋白去乙酰化酶（,HDAC,）,2024/11/19,96,组蛋白去乙酰化酶负责去除组蛋白上的乙酰基团。,目前研究比较深入的是人类中的,HDAC1,和酵母中的,Rpd3,。它们都形成很大的复合体发挥作用。,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1.4. 组蛋白去乙酰化,96,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响,2.,组蛋白的乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响,组蛋白乙酰化的状态与基因表达有关。组蛋白,N,端“尾巴”上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它与,DNA,的亲和性，导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，从和提高了基因转录的活性。,相反，组蛋白去乙酰化与基因活性的阻遏有关。,组蛋白乙酰基转移酶和去乙酰化酶只能有选择地影响一部分基因的转录。,2024/11/19,97,第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响2. 组蛋白的乙酰化及去,97,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响,1.,激素对靶基因的影响,许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及一般代谢性激素（如胰岛素）的调控作用都是通过起始基因转录而实现的。,2024/11/19,98,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响1. 激素对靶基因的影,98,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响,1.,激素对靶基因的影响,体内存在的许多糖皮质类激素应答基因都有一段大约,20bp,的顺式作用元件（激素应答元件，简称,HRE,），该序列具有类似增强子的作用，其活性受激素制约。靶细胞中含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体。,2024/11/19,99,激素,元件,序列,糖皮质,GRE,TGGTACANNNTGTTCG,雌激素,ERE,GGTCANNNTGTCC,甲状腺素,TRE,CAGGGACGTGACCGCA,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响1. 激素对靶基因的影,99,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响,1.,激素对靶基因的影响,固醇类激素的受体蛋白分子有相同的结构框架，包括保守性极高并位于分子中央的,DNA,结合区，位于,C,端的激素结合区和保守性较低的,N,端。如果糖皮质激素受体蛋白激素结合区的某个部分丢失，就变成一种永久型的活性分子。,2024/11/19,100,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响1. 激素对靶基因的影,100,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响,2.,热激蛋白诱导的基因表达,能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的,DNA,上游序列称为应答元件。应答元件主要有：,热激应答元件（,HSE,）,糖皮质应答元件（,GRE,）,金属应答元件（,MRE,）,应答元件与细胞内专一的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。,2024/11/19,101,调控因子,应答元件,DNA,序列,结合蛋白,热激,HSE,CNNGAANNTCCNNG,HSF,镉,MRE,CGNCCCGGNCNC,？,佛波酯,TRE,TGACTCA,AP1,血清,SRE,CCATATTAGG,SRF,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响2. 热激蛋白诱导的基,101,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响,2.,热激蛋白诱导的基因表达,许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（,heat shock protein,）。受热后，果蝇细胞内,Hsp70 mRNA,水平提高,1 000,倍，就是因为热激因子（,heat shock factor,，,HSF,）与,hsp70,基因,TATA,区上游,60bp,处的,HSE,相结合，诱发转录起始。,2024/11/19,102,第六节 激素与热激蛋白对基因表达的影响2. 热激蛋白诱导的基,102,2024/11/19,103,热休克蛋白调控的基因表达机制,2023/10/6103热休克蛋白调控的基因表达机制,103,2.,热激蛋白诱导的基因表达,不受热或其他环境胁迫时，,HSF,主要以单体的形式存在于细胞质和核内。单体,HSF,没有,DNA,结合能力，,Hsp70,可能参与了维持,HSF,的单体形式。,受热激或其他环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与,HSF,竞争结合,Hsp70,，从而释放,HSF,，使之形成三体并输入核内。,HSF,的三体能与,HSE,特异结合，促进基因转录。,HSF,的这种能力可能还受磷酸化水平的影响。热激后，,HSF,不但形成三体，还会迅速被磷酸化。,HSF,与,HSE,的特异性结合，引起包括,Hsp70,在内的许多热激应答基因表达，大量产生,Hsp70,蛋白。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离,Hsp70,蛋白，它们与,HSF,相结合，形成没有,DNA,结合能力的单体并脱离,DNA,。,2024/11/19,104,2. 热激蛋白诱导的基因表达2023/10/6104,104,