真核生物基因表達(dá)調(diào)控

1、Chapter7. 基因的表達(dá)與調(diào)控基因的表達(dá)與調(diào)控 - -真核基因表達(dá)調(diào)控模式真核基因表達(dá)調(diào)控模式本章所講述內(nèi)容：本章所講述內(nèi)容：1 1、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性；、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性；2 2、真核基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；、真核基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；3 3、反式作用因子的調(diào)控作用；、反式作用因子的調(diào)控作用；4 4、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式；、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式；5 5、其他水平的基因調(diào)控；、其他水平的基因調(diào)控；本節(jié)課所講述內(nèi)容：本節(jié)課所講述內(nèi)容：真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性: : 1 1、簡述真核生物基因表達(dá)調(diào)控總論；、簡述真核生物基因表達(dá)調(diào)控總

2、論；2 2、真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)；、真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)；3、基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；4 4、真核生物、真核生物DNADNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控水平上的基因表達(dá)調(diào)控; ;5 5、DNADNA甲基化與基因活性的調(diào)控甲基化與基因活性的調(diào)控; ;真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)(2) DNA順序重復(fù)順序重復(fù)(3) 基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性(interrupted gene)n在一個(gè)結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的各個(gè)外顯子并不連續(xù)排列在一起，而常常被長度不等的內(nèi)含子所隔離

3、，形成鑲嵌排列的斷裂方式。所以，真核基因有時(shí)被稱為斷裂基因(interrupted gene)。n目前尚不清楚內(nèi)含子的生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，只有真核生物具有切除基因中內(nèi)含子，產(chǎn)生功能型mRNA和蛋白質(zhì)的能力，原核生物一般不具有這種本領(lǐng)。n如果要在原核細(xì)胞里表達(dá)真核基因，必須首先構(gòu)建切除內(nèi)含子的重組基因，才有可能得到所研究的蛋白質(zhì)。(4)存在許多基因家族(genefamily)簡單多基因家族簡單多基因家族復(fù)雜多基因家族復(fù)雜多基因家族 復(fù)雜多基因家族一般由幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。 海膽的組蛋白基因家族串聯(lián)單位中的每

4、一個(gè)基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順反子RNA，這些RNA都沒有內(nèi)含子，而且各基因在同一條DNA鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。研究還表明，在一個(gè)特定的細(xì)胞中，并不是所有串聯(lián)的單位都得到轉(zhuǎn)錄。胚胎發(fā)育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯(lián)單位被轉(zhuǎn)錄，暗示可能存在具有不同專一性的組蛋白亞類和發(fā)育調(diào)控機(jī)制。(5)存在串聯(lián)重復(fù)基因7.1.3 真核生物真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控水平上的基因表達(dá)調(diào)控 7.1.3.1“開放開放”型活性染色質(zhì)（型活性染色質(zhì)（active chromatin）結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響 真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會

5、在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由DNA。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，DNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。 用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被DNA酶I所降解。雞成紅細(xì)胞（erythroblast）染色質(zhì)中，-血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)中被DNA酶I優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是-血紅蛋白基因。 存在于“燈刷型”染色體（lamp brush）上的環(huán)形結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)。“燈刷型”染色體只有在兩棲類動物卵細(xì)胞

6、發(fā)生減數(shù)分裂時(shí)才能被觀察到，它是染色體充分伸展時(shí)的一種形態(tài)。高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環(huán)”狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)還能看到RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄。1 . 1 . 基因的擴(kuò)增基因的擴(kuò)增（amplification） 兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增非洲爪蟾的染色體上有約450拷貝編碼18Sr RNA和28S rRNA的DNA，在卵母細(xì)胞中它們的拷貝數(shù)擴(kuò)大了1000倍.一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的rDNA就沒有用了，將被逐漸降解。受精之后，染色體DNA開始復(fù)制，并通過有絲分裂的方式，不斷擴(kuò)大細(xì)胞群體。在此期間，多余的rDNA繼續(xù)被

7、降解，直到分裂產(chǎn)生幾百個(gè)細(xì)胞時(shí)，rDNA的過剩現(xiàn)象就不復(fù)存在了。 7.1.3.2基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增 基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，它使細(xì)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，是基因活性調(diào)控的一種方式。 7.1.3.3基因重排基因重排將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟過程中的重排以及酵母的交配型轉(zhuǎn)變.w 通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因和T-細(xì)胞受體基因的表達(dá)，前者是由B淋巴細(xì)胞合成的，而后者則由T-淋巴細(xì)胞合成?？贵w有100萬種以上，一種淋巴細(xì)胞只產(chǎn)生一種

8、抗體免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成V、C和J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時(shí)，通過染色體內(nèi)DNA重組把4個(gè)相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。 本節(jié)課所講述內(nèi)容：本節(jié)課所講述內(nèi)容：真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性：真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性：1 1、真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是、真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是什么？什么？ 2 2、真核生物基因調(diào)控根據(jù)其性質(zhì)可分為哪兩大類？、真核生物基因調(diào)控根據(jù)其性質(zhì)可分為哪兩大類？3 3、什么？什么？4 4、相對于原核生物，真核基因組的一般構(gòu)

9、造特點(diǎn)是什么？、相對于原核生物，真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)是什么？5 5、基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)？、基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)？6 6、真核生物、真核生物DNADNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控：掌握幾個(gè)概念：開放性活性染色體水平上的基因表達(dá)調(diào)控：掌握幾個(gè)概念：開放性活性染色體對基因轉(zhuǎn)錄的影響；基因擴(kuò)增；基因重排；真核基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；對基因轉(zhuǎn)錄的影響；基因擴(kuò)增；基因重排；真核基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；本節(jié)課所講述內(nèi)容：本節(jié)課所講述內(nèi)容：1 1、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性: : DNADNA甲基化與基因活性的調(diào)控甲基化與基因活性的調(diào)控; ; 2 2、真核基因的轉(zhuǎn)錄；、真核基因的轉(zhuǎn)錄；

10、3 3、7.1.4 DNA甲基化與基因活性的調(diào)控甲基化與基因活性的調(diào)控DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。大量研究表明，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。研究證實(shí)，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導(dǎo)致了人體1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。DNA甲基化修飾現(xiàn)象廣泛存在于多種有機(jī)體中。實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)過程不但與DNA復(fù)制起始及錯誤修正時(shí)的定位有關(guān)，還通過改變基因的表達(dá)參與細(xì)胞的生長、發(fā)育過

11、程及染色體印跡、X染色體失活等的調(diào)控。7.1.4.1DNA的甲基化的甲基化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（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。因?yàn)楦叩壬顲pG二核苷酸序列中的C通常是甲基化的，極易自發(fā)脫氨，生成胸腺嘧啶。由于這些CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。 真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為日常型甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶，前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲

12、基胞嘧啶相對應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(qiáng)，對半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。后者催化未甲基化的CpG成為mCpG，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。7.1.4.2DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合效率。研究表明，當(dāng)組蛋白H1與含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復(fù)合體時(shí)，DNA的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時(shí)會發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過渡。由于Z-D

13、NA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。有實(shí)驗(yàn)用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的5端和3端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)。對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動子被增強(qiáng)時(shí)（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)榧谆瘜D(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與Me

14、CPl（methyl CpG-binding protein l）結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，甲基化CpG的密度和啟動子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。7.1.4.3DNA甲基化與甲基化與X染色體失活染色體失活X染色體失活是發(fā)育過程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。雌性胎生哺乳類動物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活，以確保與只有一條X染色體的雄性個(gè)體內(nèi)X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X染色體失活，這個(gè)信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代細(xì)胞，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條X染色體失活。nx染色體失活或里昂化（lyonization）。是指雌性哺乳類細(xì)胞中兩條X染色體的其中之一失去活性的現(xiàn)象

15、，過程中X染色體會被包裝成異染色質(zhì)，進(jìn)而因功能受抑制而沉默化。n里昂化可使雌性不會因?yàn)閾碛袃蓚€(gè)X染色體而產(chǎn)生兩倍的基因產(chǎn)物，因此可以像雄性般只表現(xiàn)一個(gè)X染色體上的基因。對胎盤類，如老鼠與人類而言，所要去活化的X染色體是以隨機(jī)方式選出；對于有袋類而言，則只有源自父系的才會發(fā)生x染色體失活。n所有老鼠細(xì)胞中的父系X染色體，都會在胚胎發(fā)育早期過程中的雙細(xì)胞到四細(xì)胞階段，經(jīng)歷因銘印而失去活性的過程。其中屬于胚外組織（extraembryonictissue，未來的胎盤）中的X染色體，將會持續(xù)保留x染色體失活狀態(tài)，因此在此部位只有母系X染色體具有活性。n而屬于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（innercellmass，未來的

16、胚胎）的X染色體，將會在囊胚（blastocyst）時(shí)期再度恢復(fù)活性，此時(shí)這些部位內(nèi)的兩條染色體皆有作用。之后兩條染色體的其中之一，將會獨(dú)立且隨機(jī)地失去活性，而且包括此細(xì)胞后代的X染色體在內(nèi)，其活性將再也不會恢復(fù)。7.2 真核基因的轉(zhuǎn)錄真核基因的轉(zhuǎn)錄 順式元件：順式元件： (1) (1) 核心啟動子成分，如核心啟動子成分，如TATATATA框；框； (2 (2）上游啟動子成分，如）上游啟動子成分，如CAATCAAT框框, ,GCGC框框; ;（3 3）遠(yuǎn)上游順序）遠(yuǎn)上游順序 ：如增強(qiáng)子，酵母的：如增強(qiáng)子，酵母的UASUAS（ upstreamactivatorsequences）等。等。（4

17、4）特殊細(xì)胞中的啟動子成分：如淋巴細(xì)胞中的）特殊細(xì)胞中的啟動子成分：如淋巴細(xì)胞中的 Oct(Oct(octamer）和和BB。 真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的，受大量特定的順式作用元件（cis-acting element，又稱順式作用元件）和反式作用因子（transacting factor，又稱跨域作用因子）的調(diào)控，真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。 一個(gè)完整的基因，不但包括編碼區(qū)（coding region），還包括5和3端長度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)的過程中起著重要作用。所以，“基因基因”的分子生物學(xué)定義

18、是：產(chǎn)的分子生物學(xué)定義是：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列所必需的全部核苷酸序列。增強(qiáng)子及其對轉(zhuǎn)錄的影響增強(qiáng)子及其對轉(zhuǎn)錄的影響增強(qiáng)子是指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)元件，增強(qiáng)子通常具有下列性質(zhì)：1、增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍。2、增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)，不論增強(qiáng)子以什么方向排列（53或35），甚至和基因相距3kb，或在基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；3、大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)

19、所必需的；4、增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說明只有特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）參與才能發(fā)揮其功能；5、沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)；6、許多增強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。EnhancerGene53direction of transcriptionEnhancerEnhancer增強(qiáng)子的作用原理是什么呢？增強(qiáng)子的功能是可以累加的。SV40增強(qiáng)子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強(qiáng)子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個(gè)有效的增強(qiáng)子。因此，要使一個(gè)增強(qiáng)子失活必須在多個(gè)位

20、點(diǎn)上造成突變。對SV40增強(qiáng)子而言，沒有任何單個(gè)的突變可以使其活力降低10倍。真核生物啟動子和增強(qiáng)子是由若干DNA序列元件組成的，由于它們常與特定的功能基因連鎖在一起，因此被稱為順式作用元件。這些序列組成基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū)，影響基因的表達(dá)。在轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程中，除了需要調(diào)控區(qū)外，還需要反式作用因子。 一般認(rèn)為，如果某個(gè)蛋白是體外轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中起始RNA合成所必需的，它就是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分。根據(jù)各個(gè)蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個(gè)復(fù)合物分為3部分： 反式作用因子反式作用因子是能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。 n參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的RNA聚合酶亞基

21、，不具有基因特異性。n與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基因特異性。n與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因?yàn)樗谢虼蟛糠只虻膯訁^(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個(gè)（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。反式作用因子可以分為3類； (1) 通用反式作用因子通用反式作用因子，主要識別啟動子的核心啟動成分，如TBP； （2）特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子，如淋巴細(xì)胞中的Oct-2； （3）和反應(yīng)性元件反應(yīng)性元件（response elenents）相結(jié)合的反式作用因子。 如HSEHSE（熱休克反應(yīng)元件，heat shock res

22、ponse element）， GREGRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件glucocorticoid response element）； MREMRE（金屬反應(yīng)元件，metal response element）； TRETRE（腫瘤誘導(dǎo)劑反應(yīng)元件，tumorgenic agent response element);螺旋轉(zhuǎn)角螺旋鋅指結(jié)構(gòu)亮氨基拉鏈螺旋環(huán)螺旋最初在噬菌體的阻遏蛋白中發(fā)現(xiàn)的一種DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。在阻遏蛋白氨基端有5段螺旋，每段螺旋之間折轉(zhuǎn)成一定角度相連接，其中兩段負(fù)責(zé)同DNA結(jié)合。螺旋3由9個(gè)氨基酸組成，與前面的由7個(gè)氨基酸組成的。螺旋2形成一個(gè)角度。螺旋3通過氨基酸側(cè)鏈同DNA堿基之

23、間的氫鍵同DNA序列相結(jié)合，所以,螺旋被稱為識別螺旋(recognition helix)。螺旋2則是通過氫鍵同DNA的磷酸骨架相接觸。這種相互作用對于同DNA結(jié)合是必需的，但并不控制對靶序列識別的專一性。 是一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，由重復(fù)的半胱氨酸和組氨酸或重復(fù)的半胱氨酸在一個(gè)金屬鋅離子四周形成一個(gè)四面體的排列。長約30個(gè)aa，其中4個(gè)氨基酸（Cys或2個(gè)Cys，兩個(gè)His）與一個(gè)Zinc原子相結(jié)合。與Zinc結(jié)合后鋅指結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。基序因在鋅結(jié)合位點(diǎn)上突出的氨基酸環(huán)的形狀如同手指，所以稱為“指狀”結(jié)構(gòu)。這種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域是同DNA或RNA結(jié)合的部位。單個(gè)的鋅指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X

24、3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His 3.亮氨酸拉鏈亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在雙螺旋的一側(cè)，所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側(cè)。當(dāng)2個(gè)蛋白質(zhì)分子平行排列時(shí)，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈” 。由于這類蛋白質(zhì)都以二聚體形式與DNA結(jié)合，兩個(gè)蛋白質(zhì)螺旋上的亮氨酸一側(cè)是形成拉鏈型二聚體的基礎(chǔ)。然而，亮氨酸拉鏈區(qū)并不能直接結(jié)合DNA，只有肽鏈氨基端2030個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合。在“拉鏈”式的蛋白質(zhì)分子中，亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同DNA結(jié)合。不形成二聚體，該堿性區(qū)對DNA的親和力明顯降低。所以，這類蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體

25、作為基礎(chǔ)的。該調(diào)控區(qū)長約該調(diào)控區(qū)長約50個(gè)個(gè)aa殘基，同殘基，同時(shí)具有時(shí)具有DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩個(gè)親脂性個(gè)親脂性-螺旋，兩個(gè)螺旋之間由螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNA結(jié)合功能是結(jié)合功能是由一個(gè)較短的富堿性氨基酸區(qū)所決由一個(gè)較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。定的。 在在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為為 堿性堿性HLH（bHLH，protein）。）。 bHLH又分為兩類。又分為兩類。 A類是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括類是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動物的哺乳動物的E12/E

26、47（可和免疫球可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅蠅da（daughterless,性別控制的總性別控制的總開關(guān)基因）的產(chǎn)物；開關(guān)基因）的產(chǎn)物； B類是組織特異性表達(dá)的蛋白，包類是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動物的括哺乳動物的MyoD(肌漿蛋白肌漿蛋白（myogen）基因的轉(zhuǎn)錄因子基因的轉(zhuǎn)錄因子 果蠅的果蠅的AC-S（achaete-scute 無剛無剛毛基因的產(chǎn)物）毛基因的產(chǎn)物）4.螺旋一環(huán)一螺旋（HLH）DNA結(jié)合蛋白的共同特性：（1）具有一些與DNA結(jié)合的螺旋區(qū)，（2）能形成二聚體，（3）有一個(gè)共同的基序。基序由4050個(gè)氨基酸組成，含有2個(gè)兩親的

27、(amphipathic，既有極性基也有非極性基)螺旋，由2個(gè)長度不等的連接區(qū)(環(huán))相連。通過兩條螺旋對應(yīng)位置上的疏水性氨基酸殘基之間的相互作用，可以生成同源二聚體或異源二聚體。每個(gè)螺旋區(qū)長15一16個(gè)氨基酸，其中有幾個(gè)氨基酸殘基是保守的。兩個(gè)螺旋區(qū)之間的環(huán)使兩個(gè)螺旋區(qū)可以彼此獨(dú)立地相互作用。復(fù)習(xí)上復(fù)習(xí)上節(jié)課所講述內(nèi)容：節(jié)課所講述內(nèi)容：1 1、DNADNA甲基化抑制轉(zhuǎn)錄的機(jī)理甲基化抑制轉(zhuǎn)錄的機(jī)理; ; 2 2、DNADNA甲基化與甲基化與X X染色體失活；染色體失活；3 3、增強(qiáng)子通常具有下列性質(zhì)；增強(qiáng)子通常具有下列性質(zhì)； 4 4、反式作用因子的概念；、反式作用因子的概念；5 5、轉(zhuǎn)錄激活蛋白

28、結(jié)構(gòu)域與、轉(zhuǎn)錄激活蛋白結(jié)構(gòu)域與DNADNA結(jié)合的幾種形式；結(jié)合的幾種形式； 6 6、結(jié)論：真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子、結(jié)論：真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實(shí)現(xiàn)的；復(fù)雜的相互作用來實(shí)現(xiàn)的； 本節(jié)課所講述內(nèi)容：本節(jié)課所講述內(nèi)容：1 1、蛋白質(zhì)磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá)；、蛋白質(zhì)磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá)；2 2、激素及其影響；、激素及其影響；3 3、熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)；、熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)；4 4、金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控；、金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控；7.4.1 蛋白質(zhì)磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá)蛋白質(zhì)磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及

29、基因表達(dá) 蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。 蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細(xì)胞信號的傳遞過程中占有極其重要的地位。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達(dá)2000個(gè)左右的蛋白質(zhì)激酶和1000個(gè)左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。 細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使胞外信號順利通過

30、質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，或使受體發(fā)生寡聚化而被激活。一般情況下，受體分子活化細(xì)胞功能的途徑有兩條：一是受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性，胞內(nèi)信號通過酪氨酸激酶途徑得到傳遞；二是配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過G蛋白介異的效應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生介質(zhì)，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號。1 蛋白質(zhì)磷酸化在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用蛋白質(zhì)磷酸化在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用(1). 在胞內(nèi)介導(dǎo)胞外信號時(shí)具有專一應(yīng)答特點(diǎn)。與信號傳遞有關(guān)的蛋白激酶類主要受控于胞內(nèi)信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacyl glycerol）等，這種共價(jià)修飾調(diào)節(jié)方式顯然比變構(gòu)調(diào)節(jié)較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響。(2).蛋白質(zhì)的

31、磷酸化與脫磷酸化控制了細(xì)胞內(nèi)已有的酶“活性”。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對外界刺激做出更迅速的反應(yīng)。(3).對外界信號具有級聯(lián)放大作用；(4).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細(xì)胞對外界信號的持續(xù)反應(yīng)。被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸絲氨酸、蘇氨酸蘇氨酸和酪氨酸酪氨酸。組氨酸組氨酸和賴氨賴氨酸酸殘基也可能被磷酸化。2. 真核細(xì)胞主要跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑真核細(xì)胞主要跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑3. 蛋白激酶的種類與功能蛋白激酶的種類與功能根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的

32、酪氨酸殘基。第三類是“雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificity protein kinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。細(xì)胞受刺激以后，通過蛋白質(zhì)磷酸化及一系列級聯(lián)放大過程將胞外信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號，從而引起廣泛的生理反應(yīng)。根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物來分又可分成兩大類：信使依賴性蛋白質(zhì)激酶（messenger-dependent protein kinase），包括胞內(nèi)第二信使或調(diào)節(jié)因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個(gè)亞類；非信使依賴型蛋白激酶。4. 受受cAMP調(diào)控的調(diào)控的A激酶激酶被A激酶磷酸化的蛋白質(zhì)其N端上游往往存在兩個(gè)或兩個(gè)以上堿性氨

33、基酸，特異氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改變了這一蛋白的酶活性。這一酶活性代表了絕大多數(shù)細(xì)胞中cAMP所引起的全部反應(yīng)。PKA全酶由4個(gè)亞基組成(R2C2）包括兩個(gè)相同的調(diào)節(jié)亞基（R）和兩個(gè)相同的催化亞基（C）。全酶的分子量為150-170kD。 C亞基具有催化活性，R亞基具有調(diào)節(jié)功能，有兩個(gè)cAMP結(jié)合位點(diǎn)。R亞基對C亞基具有抑制作用，所以，R和C聚合后的全酶（R2C2）無催化活性。R亞基與cAMP的結(jié)合導(dǎo)致C亞基解離并表現(xiàn)出催化活性。激素與其受體在肌肉細(xì)胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團(tuán)傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，

34、最終將糖原磷酸化，進(jìn)入糖酵解并提供ATP。5. C激酶與激酶與PIP2、IP3和和DAG磷酸肌醇級聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使是磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的兩個(gè)酶解產(chǎn)物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。C激酶（PKC）是依賴于Ca2+的蛋白質(zhì)激酶。由于IP3所引起的細(xì)胞質(zhì)Ca2+濃度升高，導(dǎo)致C激酶從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到靠原生質(zhì)膜內(nèi)側(cè)處，并被DAG和Ca2+的雙重影響所激活。 C激酶的活性也受磷脂酰絲氨酸的影響，原因是后者大大提高了C激酶對于Ca2+的親和力，從而使得C激酶能被生理水平的Ca2+離子所活化。C激酶主要實(shí)施對絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)調(diào)節(jié)結(jié)

35、域。6. CaM激酶及激酶及MAP激酶激酶Ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要通過鈣調(diào)蛋白激酶（CaM-kinase）來實(shí)現(xiàn)，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平。MAP激酶（mitogen-activated proteinkinase, MAP-kinase，又稱為extracellular-signal-regulated kinase，ERKS）活性受許多外源細(xì)胞生長、分化因子的誘導(dǎo)，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。MAP-激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個(gè)氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。科學(xué)家把能同時(shí)催化這兩個(gè)氨基酸殘基磷酸化的酶稱為MAP-激酶-

36、激酶，它的反應(yīng)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，后者能同時(shí)被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，從而在信息傳導(dǎo)中發(fā)揮功能。7. 酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶對于許多生長因子受體的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息傳遞過程中起著重要作用。表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子（IGF）、成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）、神經(jīng)生長因子（NGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（VEGF）受體都擁有定位于胞內(nèi)的酪氨酸激酶功能區(qū)域和膜外區(qū)。具有受體功能的酪氨酸蛋白激酶(receptor protein tyrosine kin

37、ase, RPTK)。包括三個(gè)結(jié)構(gòu)域：胞外的配體結(jié)合區(qū)，細(xì)胞內(nèi)部具有酪氨酸蛋白激酶活性的區(qū)域和連接這兩個(gè)區(qū)域的跨膜結(jié)構(gòu)。8. 蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達(dá)蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達(dá)處于信號傳遞鏈終端的蛋白質(zhì)磷酸化既能對許多酶蛋白及生理代謝過程起直接的調(diào)節(jié)作用，又能通過使轉(zhuǎn)錄因子磷酸化來調(diào)節(jié)基因活性。7.4.2 激素及其影響激素及其影響 許多類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質(zhì)激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調(diào)控作用都是通過啟始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。靶細(xì)胞具有專一的細(xì)胞質(zhì)受體，可與激素形成復(fù)合物，導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)甚至化學(xué)性質(zhì)的變化。經(jīng)修飾的受體與激素復(fù)合物通過核膜進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并與染色質(zhì)的特

38、定區(qū)域相結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉。研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)存在的許多糖皮質(zhì)類激素應(yīng)答基因都有一段大約20bp的順式作用元件（激素應(yīng)答元件，簡稱HRE），該序列具有類似增強(qiáng)子的作用，其活性受激素制約。 靶細(xì)胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細(xì)胞中沒有或很少有這類受體，這是激素調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組織特異性的根本原因。 所有固醇類激素的受體蛋白分子都有相同的結(jié)構(gòu)框架，包括保守性極高的、位于分子中央的DNA結(jié)合區(qū)，位于C端的有較強(qiáng)同源性的激素結(jié)合區(qū)和保守性較小的N端。該區(qū)的具體功能不詳，但它的存在保證了轉(zhuǎn)錄的高效進(jìn)行。研究還發(fā)現(xiàn)，如果糖皮質(zhì)激素受體蛋白激素結(jié)合區(qū)的某個(gè)部分丟失，就變成一種永久型的活性分子，即無需激素誘

39、導(dǎo)也有激活基因轉(zhuǎn)錄的作用?？茖W(xué)家認(rèn)為，激素、受體與順式作用元件的結(jié)合位點(diǎn)三者缺一不可，其中無論是受體蛋白與激素的結(jié)合，還是激素本身，都不是與DNA結(jié)合并激活轉(zhuǎn)錄所必須的。其實(shí)，通常情況下，受體蛋白中激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域妨礙了DNA結(jié)合區(qū)及轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)發(fā)揮生理功能，只有與相應(yīng)激素結(jié)合后才能打破這種障礙。 激素受體對各自特定的激素具有高度特異的識別能力及親和力，激素到達(dá)靶細(xì)胞時(shí)能迅速與受體結(jié)合生成激素-受體復(fù)合物，誘導(dǎo)生理生化效應(yīng)。(1)受體流動假說。當(dāng)激素與受體結(jié)合時(shí)，激素-受體復(fù)合物可在膜內(nèi)移動并與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，激活環(huán)化酶，引發(fā)后續(xù)效應(yīng)。(2)中介物假說。研究腺苷酸環(huán)化酶和胰高血糖素受體發(fā)現(xiàn)，受體

40、與酶之間可能通過膜脂耦聯(lián)在一起。(3)鄰位互調(diào)假說。根據(jù)GTP能影響激素與受體結(jié)合并進(jìn)而影響腺苷酸環(huán)化酶活性的現(xiàn)象，認(rèn)為該酶系統(tǒng)至少存在3個(gè)活性部位，即激素-受體結(jié)合部位、Mg2+-ATP作用中心和核苷酸調(diào)節(jié)部位。激素與其受體的作用假說激素與其受體的作用假說7.4.3 熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá) 現(xiàn)代分子生物學(xué)上把能與某個(gè)（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列稱為應(yīng)答元件（response element），如熱激應(yīng)答元件（heat shock response element，HSE），糖皮質(zhì)應(yīng)答元件（glucocorticoid response e

41、lement，GRE），金屬應(yīng)答元件（metal response element，MRE）等等，這些應(yīng)答元件與細(xì)胞內(nèi)專一的轉(zhuǎn)錄因子相互作用，協(xié)調(diào)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。 許多生物在最適溫度范圍以上，能受熱誘導(dǎo)合成一系列熱休克蛋白（heat shock protein）。受熱后，果蠅細(xì)胞內(nèi)Hsp70mRNA水平提高1000倍，就是因?yàn)闊峒ひ蜃樱╤eat shock factor，HSF）與hsp70基因TATA區(qū)上游60bp處的HSE相結(jié)合，誘發(fā)轉(zhuǎn)錄起始。真核細(xì)胞的熱休克蛋白可能具有機(jī)體保護(hù)功能并在細(xì)胞的正常生長和發(fā)育中起重要作用，HSP70的主要功能是參與蛋白質(zhì)的代謝，而泛素的的主要功能是清除細(xì)胞內(nèi)

42、的變性蛋白質(zhì)。HSP還常與具有不同功能的多種蛋白質(zhì)形成天然復(fù)合物，參與有關(guān)蛋白質(zhì)折疊、亞基的組裝、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸以及降解等過程。熱休克蛋白參與靶蛋白活性和功能的調(diào)節(jié)，卻不是靶蛋白的組成部分，因此，一般稱它為分子伴侶或伴侶蛋白（chaperonine）。hsp基因中內(nèi)含子數(shù)量都很少，至今為止尚未發(fā)現(xiàn)hsp70基因中有內(nèi)含子，而人hsp90、果蠅hsp82、人hsp27、雞hsp108和泛素等都只有少量內(nèi)含子。hsp的這一基本特征保證了它們一旦起始轉(zhuǎn)錄不需剪接就可產(chǎn)生出成熟mRNA以適應(yīng)hsp大量快速表達(dá)的需要，防止嚴(yán)重的熱休克影響mRNA前體的剪接。7.4.4 金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控金屬硫蛋白基因

43、的多重調(diào)控 金屬硫蛋白（metallothionein，MT）基因，其5端調(diào)控區(qū)有著十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，包含許多調(diào)控元件，可以同時(shí)受幾種轉(zhuǎn)錄因子的影響。作為細(xì)胞內(nèi)多余重金屬離子的螯合蛋白，這個(gè)基因平時(shí)就有本底水平的表達(dá)，還能受重金屬離子（如鎘）或糖皮質(zhì)的誘導(dǎo)而高效表達(dá)。該基因5端調(diào)控區(qū)除了含有TATA區(qū)和GC區(qū)外，還有兩個(gè)序列類似于增強(qiáng)子的本底水平調(diào)控元件（basal level element，BLE），它們共同參與了該基因本底水平的表達(dá)。 金屬離子對該基因轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)是由數(shù)個(gè)MRE序列介導(dǎo)的。人金屬硫蛋白基因5上游-40-160處含有4個(gè)MRE序列。雖然單一MRE序列足以引發(fā)重金屬離子誘導(dǎo)的基因

44、表達(dá)，多個(gè)MRE序列被認(rèn)為有利于該基因大量表達(dá)。位于MT基因5上游-240-260bp處的GRE，是固醇類激素受體的結(jié)合位點(diǎn)。刪除這個(gè)區(qū)域不影響基因的本底水平表達(dá)和受金屬離子誘導(dǎo)的特性，但不再對激素誘導(dǎo)作出反應(yīng)。與TRE序列一樣，GRE也屬于增強(qiáng)子范疇。復(fù)習(xí)上復(fù)習(xí)上節(jié)課所講述的主要內(nèi)容：節(jié)課所講述的主要內(nèi)容：1 1、蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化 蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。 蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的

45、生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。 2、 細(xì)胞表面的三類受體示意圖3 3、蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細(xì)胞對外界信號的持續(xù)反應(yīng)。 被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸絲氨酸、蘇氨酸蘇氨酸和酪氨酸酪氨酸。4 4、真核細(xì)胞主要跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑真核細(xì)胞主要跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑6、蛋白激酶的種類與功能蛋白激酶的種類與功能根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。第三類是“雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specific

46、ity protein kinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。細(xì)胞受刺激以后，通過蛋白質(zhì)磷酸化及一系列級聯(lián)放大過程將胞外信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號，從而引起廣泛的生理反應(yīng)。7、根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物來分又可將蛋白激酶分成兩大類：（1）信使依賴性蛋白質(zhì)激酶（messenger-dependent protein kinase），包括胞內(nèi)第二信使或調(diào)節(jié)因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個(gè)亞類；（2）非信使依賴型蛋白激酶。8、 激素及其基因調(diào)控激素及其基因調(diào)控 許多類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質(zhì)激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調(diào)控作用都是

47、通過啟始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。靶細(xì)胞具有專一的細(xì)胞質(zhì)受體，可與激素形成復(fù)合物，導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)甚至化學(xué)性質(zhì)的變化。經(jīng)修飾的受體與激素復(fù)合物通過核膜進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并與染色質(zhì)的特定區(qū)域相結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉。 靶細(xì)胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細(xì)胞中沒有或很少有這類受體，這是激素調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組織特異性的根本原因。 激素受體對各自特定的激素具有高度特異的識別能力及親和力，激素到達(dá)靶細(xì)胞時(shí)能迅速與受體結(jié)合生成激素-受體復(fù)合物，誘導(dǎo)生理生化效應(yīng)。學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容：學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容：真核生物其他水平上的基因調(diào)控：真核生物其他水平上的基因調(diào)控：1 1、RNARNA的加工成熟；的加工成熟；2 2、翻譯水平的調(diào)控；

48、、翻譯水平的調(diào)控；7.5 其他水平上的基因調(diào)控其他水平上的基因調(diào)控 7.5.1 RNA的加工成熟的加工成熟 各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是RNA，無論是rRNA、tRNA還是mRNA，初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過加工，才能成為有生物功能的活性分子。7.5.1.1rRNA和和tRNA的加工成熟的加工成熟rRNA加工有兩個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是分子內(nèi)的切割，另一個(gè)是化學(xué)修飾。真核生物的rRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，先產(chǎn)生一個(gè)45S的前體rRNA，然后被核酸酶逐漸降解，形成成熟的18S、28S和5.8SrRNA。rRNA基因轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核仁內(nèi)進(jìn)行，初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45S前體rRNA很快就會被加工降解，生成不同相對分子質(zhì)量的成熟rRNA。

49、rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿堿基基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖核糖甲基化。tRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)也可能先生成前體tRNA，然后再進(jìn)行加工成熟。一般認(rèn)為，tRNA基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先經(jīng)過核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接成為成熟tRNA（4S）。7.5.1.2mRNA的加工成熟的加工成熟編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。這類基因產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄后要進(jìn)行一系列的加工變化，才能成為成熟的有生物功能的mRNA。這些加工主要包括在mRNA的5末端加“帽子”，在其3末端加上多聚（A），進(jìn)行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修飾等。由于mRNA的這些結(jié)構(gòu)

50、與它作為蛋白質(zhì)合成模板的功能有密切關(guān)系，所以是基因表達(dá)的重要調(diào)控環(huán)節(jié)。 與rRNA、tRNA相同，編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄時(shí)首先生成前體pre-mRNA（或稱核不均一RNA，hnRNA），然后再加工剪接為成熟mRNA。hnRNA確定是確定是mRNA前體的前體的證據(jù)證據(jù)在真核生物細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)存在代謝十分活躍、平均相對分子質(zhì)量為2107，長度不均一的RNA，而細(xì)胞質(zhì)中mRNA的平均相對分子質(zhì)量僅為1.5106。hnRNA很不穩(wěn)定，半衰期只有515min，而真核生物mRNA的半衰期一般都比較長，這說明hnRNA不可能是轉(zhuǎn)錄的最終產(chǎn)物，而只能是中間產(chǎn)物。用放射性同位素作脈沖標(biāo)記證明，75%被標(biāo)記的RNA是

51、hnRNA。這些標(biāo)記的RNA大部分位于核內(nèi)，只有10%進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，所以認(rèn)為它們是mRNA的前體。hnRNA占細(xì)胞全部RNA的3%，說明它一經(jīng)誕生就立即加工變化，不會長久積累下來。hnRNA3末端也帶有多聚（A）。加入dAR（脫氧腺嘌呤核苷）抑制多聚（A）的生物合成，hnRNA和mRNA的合成都受到抑制。7.5.1.3真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄方式分為兩大類：即簡單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。這兩種轉(zhuǎn)錄方式雖然最終都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，但它們的轉(zhuǎn)錄后加工方式是不同的。(1)簡單轉(zhuǎn)錄單位。簡單轉(zhuǎn)錄單位。這類基因只編碼產(chǎn)生一個(gè)多肽，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有時(shí)需

52、要加工，有時(shí)則不需要加工。這類基因轉(zhuǎn)錄后加工有3種不同形式第一種簡單轉(zhuǎn)錄單位，如組蛋白基因，它們沒有內(nèi)含子，因此不存在轉(zhuǎn)錄后 加工問題，其mRNA3末端沒有多聚（A），但有一個(gè)保守的回文序列作為轉(zhuǎn)錄終止信號。第二種簡單轉(zhuǎn)錄單位包括腺病毒蛋白IX，-干擾素和許多酵母蛋白質(zhì)基因，它們沒有內(nèi)含子，所編碼的mRNA不需要剪接，但需要加多聚（A）。第三種簡單轉(zhuǎn)錄單位包括-和-珠蛋白基因及許多細(xì)胞蛋白基因，這些基因雖然都有內(nèi)含子，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工剪接，還要加多聚（A），但它們只產(chǎn)生一個(gè)有功能的mRNA，所以仍然是簡單轉(zhuǎn)錄單位。(2)復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。含有復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位的主要是一些編碼組織和發(fā)育特

53、異性蛋白質(zhì)的基因，它們除了含有數(shù)量不等的內(nèi)含子以外，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過多種不同方式加工成兩個(gè)或兩個(gè)以上的mRNA。Exon 1Exon 2Exon 3Exon 4Transcript 1Transcript 2Different proteins利用多個(gè)5端轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)或剪接位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。 PS 外顯子 S PL 外顯子 L 外顯子 2 外顯子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp327bp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

54、用不同啟動子產(chǎn)生兩個(gè)不同的 mRNA利用多個(gè)加多聚（A）位點(diǎn)和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。雖無剪接，但有多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)或加多聚（A）位點(diǎn)的基因。雖然原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的蛋白質(zhì)編碼區(qū)和3末端都相同，不同的5末端卻導(dǎo)致了分泌型和胞內(nèi)型蛋白的產(chǎn)生，其中分泌型蔗糖酶是可調(diào)節(jié)的，而胞內(nèi)型則是組成型的。7.5.2 7.5.2 翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控1、mRNA的穩(wěn)定性與基因表達(dá)調(diào)控的穩(wěn)定性與基因表達(dá)調(diào)控真核生物能否長時(shí)間、及時(shí)地利用成熟的mRNA分子翻譯出蛋白質(zhì)以供生長、發(fā)育的需要，是與mRNA的穩(wěn)定性以及屏蔽狀態(tài)的解除密切相關(guān)的。原核生物mRNA的半衰期很短，平均大約3分鐘。高等真核生物迅速生長的

55、細(xì)胞中mRNA的半衰期平均約為3小時(shí)。在高度分化的終端細(xì)胞中許多mRNA極其穩(wěn)定，有的壽命長達(dá)幾天或十幾天，加上強(qiáng)啟動子的轉(zhuǎn)錄，使一些終端細(xì)胞特有的蛋白質(zhì)合成達(dá)到驚人的水平。復(fù)習(xí)上節(jié)課所講述內(nèi)容：復(fù)習(xí)上節(jié)課所講述內(nèi)容：RNA的加工成熟：的加工成熟：各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是物都是RNA，無論是無論是rRNA、tRNA是是mRNA，初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過加工，才能成為有生物功能的活性分子。初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過加工，才能成為有生物功能的活性分子。1 1、rRNA加工有兩個(gè)內(nèi)容？真核生物的加工有兩個(gè)內(nèi)容？真核生物的rRNA基因是如何轉(zhuǎn)錄的？基因是如何轉(zhuǎn)錄的？2、 rRNA的化學(xué)修飾？的化學(xué)

56、修飾？ 3、mRNA的加工成熟？的加工成熟？4、真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性：知道簡單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位；、真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性：知道簡單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位；5、大致了解大致了解翻譯水平的調(diào)控；翻譯水平的調(diào)控；本節(jié)課所講述內(nèi)容：本節(jié)課所講述內(nèi)容：1、English Review Chapter 7;2、第八章：疾病與人類健康第八章：疾病與人類健康 第一節(jié)：腫瘤與癌癥第一節(jié)：腫瘤與癌癥English Review:Control Of Expression In EukaryotesEukaryotes Have Large Complex GeneomesEukaryoti

57、c DNA Must be PackagedHighly Packaged DNA Cannot be ExpressedOnly a Subset of Genes is Expressed at any Given TimeDNACytoplasmNucleusGAAAAAAExportDegradationetc.GAAAAAAControl of Gene ExpressionGAAAAAARNAProcessingmRNARNATranscriptionNuclearporesRibosomeTranslationPackagingModificationTransportationDegradationLogical Expression Control PointsIncreasingcostThe logical place to c