基因表達(dá)調(diào)控醫(yī)學(xué)課件教學(xué)課件

1、第十八章 基因表達(dá)調(diào)控 Regulation of Gene Expression2021/7/91神經(jīng)元淋巴細(xì)胞2021/7/92第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控基本概念與特點 基因(gene)：編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的、負(fù)載遺傳信息的基本單位。一、基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程 除了某些以RNA為基因組的RNA病毒外，基因通常是指染色體或基因組的一段DNA序列。 基因包括編碼序列（外顯子）、調(diào)控序列和間隔序列（內(nèi)含子）。2021/7/93 基因(gene)的功能：利用堿基的不同排列荷載遺傳信息。 通過復(fù)制將遺傳信息穩(wěn)定、忠實地遺傳給子代細(xì)胞，在這一過程中為適應(yīng)環(huán)境變化，可能會發(fā)生基因突變

2、。 作為基因表達(dá)的模板，使其所攜帶的遺傳信息通過各種RNA和蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)有序合成而表現(xiàn)出來。 2021/7/94真核基因的基本結(jié)構(gòu)2021/7/95基因組（genome）一個生物體內(nèi)所有遺傳信息的總和。人類基因組細(xì)胞核染色體DNA2800Mb線粒體DNA16.6kb編碼蛋白基因序列基因外序列約25%約75%外顯子內(nèi)含子約1%約24%基因間序列中度至高度重復(fù)序列2個rRNA基因22個tRNA基因13個蛋白編碼基因圖13-42021/7/96 基因表達(dá)（gene expression）是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程。rRNA、tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄過程也屬基因表達(dá)。 生物基因組中只有部分基因表達(dá)，其表達(dá)水

3、平會隨時間、環(huán)境而變化?；虮磉_(dá)是受調(diào)控的。DNARNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制2021/7/97二、基因表達(dá)具有時間特異性和空間特異性（一）時間特異性 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性。（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)。又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。2021/7/98 基因表達(dá)的時間、空間特異性由特異的基因啟動子和（或）增強(qiáng)子與調(diào)節(jié)蛋白相互作用決定。三、基因表達(dá)的方式存在多樣性基因表達(dá)調(diào)控（regulation of gene expression）就是指細(xì)胞或生物體在接受內(nèi)外環(huán)境信

4、號刺激時或適應(yīng)環(huán)境變化的過程中在基因表達(dá)水平上做出應(yīng)答的分子機(jī)制，即位于基因組內(nèi)的基因如何被表達(dá)成為有功能的蛋白質(zhì)（或RNA），在什么組織表達(dá)，什么時候表達(dá)，表達(dá)多少等。 2021/7/99（一）基本表達(dá)(constitutive gene expresstion)指在一個生物個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，不受環(huán)境條件的影響的基因表達(dá)。這類基因表達(dá)稱為基本表達(dá)(或組成性)基因表達(dá)，這些基因通常被稱為管家基因(housekeeping gene)。其基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對生命過程必需的或必不可少的，且較少受環(huán)境因素的影響。這類基因表達(dá)只受啟動序列或啟動子與RNA聚合酶相互作用的影響，不受其它機(jī)制調(diào)

5、節(jié)。2021/7/9109、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022/7/142022/7/14Thursday, July 14, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022/7/142022/7/142022/7/147/14/2022 9:22:10 PM11、人總是珍惜為得到。2022/7/142022/7/142022/7/14Jul-2214-Jul-2212、人亂于心，不寬余請。2022/7/142022/7/142022/7/14Thursday, July 14, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022/7/142022/7/142022/7/1

6、42022/7/147/14/202214、抱最大的希望，作最大的努力。14 七月 20222022/7/142022/7/142022/7/1415、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。七月 222022/7/142022/7/142022/7/147/14/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022/7/142022/7/1414 July 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2022/7/142022/7/142022/7/142022/7/142021/7/911（二）適應(yīng)性表達(dá)(adaptiveexpression)誘導(dǎo)(induction)：指在特定環(huán)境信號

7、刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加。這種基因稱為可誘導(dǎo)基因。 如： DNA損傷修復(fù)酶基因激活阻遏(repression)：指在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被抑制，基因表達(dá)產(chǎn)物減少。這種基因稱為可阻遏基因。如： 大腸桿菌的色氨酸合成酶系有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏。 2021/7/9129、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022/7/142022/7/14Thursday, July 14, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022/7/142022/7/142022/7/147/14/2022 9:22:10 PM11、人總是珍惜為得到。2022/7/14

8、2022/7/142022/7/14Jul-2214-Jul-2212、人亂于心，不寬余請。2022/7/142022/7/142022/7/14Thursday, July 14, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022/7/142022/7/142022/7/142022/7/147/14/202214、抱最大的希望，作最大的努力。14 七月 20222022/7/142022/7/142022/7/1415、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。七月 222022/7/142022/7/142022/7/147/14/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022/7/

9、142022/7/1414 July 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2022/7/142022/7/142022/7/142022/7/142021/7/913在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinate expression)。這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation) 。（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)2021/7/914四、基因表達(dá)受順式作用元件和反式作用因子共同調(diào)節(jié) 順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列位于真

10、核基因轉(zhuǎn)錄區(qū)前后，對基因表達(dá)起調(diào)控作用的區(qū)域，因其是緊鄰的DNA序列，又稱旁側(cè)序列，包括啟動子、上游調(diào)控元件、增強(qiáng)子、加尾信號和一些細(xì)胞信號反應(yīng)元件等。 反式作用因子2021/7/915五、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性 基因表達(dá)調(diào)控是在多級水平上進(jìn)行的復(fù)雜事件，轉(zhuǎn)錄起始是基因表達(dá)的基本控制點。細(xì)胞核核孔DNA 初級RNA轉(zhuǎn)錄物mRNAmRNA蛋白質(zhì)失活蛋白質(zhì)1轉(zhuǎn)錄控制2RNA加工控制翻譯控制34蛋白質(zhì)活性控制細(xì)胞質(zhì)2021/7/916（一）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖（二）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以維持細(xì)胞分化與個體發(fā)育突變六、基因表達(dá)調(diào)控是生物體生長和發(fā)育的基礎(chǔ)2021/7/91

11、7第二節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)控 原核基因組的結(jié)構(gòu)特點： 基因組中很少有重復(fù)序列； 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因為連續(xù)編碼，且多為單拷貝基因，但編碼rRNA的基因仍然是多拷貝基因； 結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例（約占50%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組； 許多結(jié)構(gòu)基因在基因組中以操縱子為單位排列2021/7/918一、操縱子是原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單位編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)RNA-pol(2) 操縱子(operon)通常由2個以上的編碼序列與啟動序列、操縱序列以及其他調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成。2021/7/919RNA轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)-10區(qū)TTGAC

12、ATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列圖18-1 五種E.coli啟動序列的共有序列啟動序列2021/7/920當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動 ，阻遏轉(zhuǎn)錄。原核阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)RNA-pol阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)

13、操縱元件2021/7/921原核操縱子調(diào)節(jié)序列是還有一種特異DNA序列可結(jié)合激活蛋白(activator) ，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強(qiáng)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。正性調(diào)節(jié)編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)CAPRNA-pol(2)CAP：分解（代謝）物基因激活蛋白 轉(zhuǎn)錄特異DNA序列2021/7/922 原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白分為三類：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白。編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)特異因子CAP阻遏蛋白 D

14、NA調(diào)節(jié)序列本身并不行使功能，這些序列必須被基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白識別和結(jié)合才能發(fā)揮作用。2021/7/923二、乳糖操縱子是典型的誘導(dǎo)型調(diào)控（一）乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 通透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列調(diào)節(jié)基因ZYAOPDNAIPI2021/7/924mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPRNA-pol 沒有乳糖存在時，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)1. 阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因（二）乳糖操縱子受到阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié) 圖18-2 lac操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)抑制轉(zhuǎn)錄啟動2021/7/925mRNA阻遏蛋白IDNAZYA

15、OPRNA-pol啟動轉(zhuǎn)錄乳糖半乳糖-半乳糖苷酶 有乳糖存在時，lac操縱子即可被誘導(dǎo)。作為誘導(dǎo)劑結(jié)合阻遏蛋白mRNA 圖18-2 lac操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)2021/7/926+ + + + 轉(zhuǎn)錄 無葡萄糖及cAMP濃度高時2. CAP的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPcAMP 有葡萄糖及cAMP濃度低時cAMP與CAP結(jié)合受阻lac操縱子表達(dá)下降RNA-pol2021/7/9273. 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；ZYAOPDNAIPI(a)有葡萄糖，無乳糖阻遏蛋白CAPRNA-pol抑制轉(zhuǎn)錄啟動圖18-3 lac操縱子的調(diào)節(jié)2021/7/928當(dāng)乳糖

16、存在時，去阻遏；但因有葡萄糖存在，CAP不能發(fā)揮作用，仍幾無轉(zhuǎn)錄活性。(b)有葡萄糖，有乳糖ZYAOPDNAIPICAP阻遏蛋白誘導(dǎo)劑很少的mRNA轉(zhuǎn)錄圖18-3 lac操縱子的調(diào)節(jié)3. 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)2021/7/929當(dāng)葡萄糖不存在，乳糖存在時，既去阻遏； CAP又能發(fā)揮作用，對lac有強(qiáng)的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)。(c)無葡萄糖，有乳糖ZYAOPDNAIPICAP阻遏蛋白誘導(dǎo)劑大量的mRNA轉(zhuǎn)錄RNA-pol3. 協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)圖18-3 lac操縱子的調(diào)節(jié)2021/7/930三、色氨酸操縱子通過轉(zhuǎn)錄衰減的方式阻遏基因表達(dá)色氨酸操縱子阻遏蛋白RNA聚合酶mRNA基因打開低濃度色氨酸高濃度色氨酸色氨酸基因關(guān)閉啟動序列

17、轉(zhuǎn)錄起始-35+12021/7/931兩種終止調(diào)節(jié)方式：衰減和抗終止依賴Rho ()因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止主要轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制四、原核基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄終止階段有不同的調(diào)控機(jī)制五、原核基因表達(dá)在翻譯水平的調(diào)節(jié)2021/7/932第三節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)控一、真核基因表達(dá)的特點 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大； 真核基因組含有大量的重復(fù)序列； 真核基因具有不連續(xù)性； 真核生物mRNA是單順反子； 真核生物DNA在細(xì)胞核內(nèi)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色質(zhì)； 真核生物的遺傳信息不僅存在于核DNA上，還存在線粒體DNA上，核內(nèi)基因與線粒體基因的表達(dá)調(diào)控既相互獨立而又需要協(xié)調(diào)。 2021/7/933圖18-5 真

18、核生物基因表達(dá)的多層次復(fù)雜調(diào)控2021/7/934二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與真核基因表達(dá)密切相關(guān) 活性染色質(zhì) (active chromatin)具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì) 超敏位點（hypersensitive site)當(dāng)染色質(zhì)活化后，常出現(xiàn)一些對核酸酶（如DNase I）高度敏感的位點（一）轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)對核酸酶極為敏感 2021/7/935(二) 轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生改變 （a）（b）（c）圖18-6 組蛋白結(jié)構(gòu)及其化學(xué)修飾2021/7/936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

19、3Ser-10磷酸化激活H3Lys-14乙?；乐筁ys-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乙酰化核小體裝配H4Lys-16乙?；疐ly X激活表18-1 組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響 2021/7/937（三） CpG島甲基化水平降低CpG島（CpG island) ：甲基化胞嘧啶在基因組中并不是均勻分布，有些成簇的非甲基化CG存在于整個基因組中，人們將這些GC含量可達(dá)60%，長度為300-3000bp的區(qū)段表觀遺傳（epigenetic inheritance) ：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達(dá)的影響可

20、以遺傳給子代細(xì)胞，其機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)存在著具有維持甲基化作用的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，可以在DNA復(fù)制后，依照親本DNA鏈的甲基化位置催化子鏈DNA在相同位置上發(fā)生甲基化2021/7/938三、基因組中的順式作用元件圖18-7 順式作用元件2021/7/939（一）真核生物啟動子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)遠(yuǎn)較原核生物復(fù)雜真核基因啟動子是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2021/7/940CCAAT盒GC盒TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點高等真核生物上游激活序列（UAS）TATA盒轉(zhuǎn)錄起始點酵母真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)2021/7/941（二）增強(qiáng)子

21、是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件 增強(qiáng)子的功能及其作用特征如下： 與被調(diào)控基因位于同一條DNA鏈上，屬于順式作用元件。是組織特異性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合部位。不僅能夠在基因的上游或下游起作用，而且還可以遠(yuǎn)距離實施調(diào)節(jié)作用作用與序列的方向性無關(guān)需要有啟動子才能發(fā)揮作用（三）沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄2021/7/942四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor, TF）。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由其編碼基因表達(dá)后，進(jìn)入細(xì)胞核，通過識別、結(jié)合特異的順式作用元件而增強(qiáng)或降低相應(yīng)基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子也被稱為反式作用蛋白或反式作用

22、因子。2021/7/943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(dá)的蛋白質(zhì)因子。這種調(diào)節(jié)作用稱為順式作用（順式調(diào)節(jié)） 。由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件的識別、結(jié)合反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)作用稱為反式調(diào)節(jié)。 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白(轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子) 反式作用蛋白或反式作用因子 順式作用蛋白2021/7/944 轉(zhuǎn)錄因子(transcription factors,TF)的分類（一）通用轉(zhuǎn)錄因子是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。為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間

23、、空間特異性表達(dá)。（二）特異轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子2021/7/945（三）轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特點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2021/7/9461. 轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域主要有以下幾種（1）鋅指模體(zinc finger)常結(jié)合GC盒C=半胱氨酸；H=組氨酸；F=苯丙氨酸；L=亮氨酸；Y=酪氨酸；Zn=鋅離子圖18-9 鋅指結(jié)構(gòu)2021/7/947（2）堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix-loop-helix,bHLH)（a）獨立的堿性螺旋-環(huán)-螺旋模體結(jié)構(gòu)示意圖；（b）bLHL模體二聚體與DNA結(jié)

24、合的示意圖。兩個-螺旋的堿性區(qū)分別嵌入DNA雙螺旋的大溝內(nèi)常結(jié)合CAAT盒圖18-10 堿性螺旋-環(huán)-螺旋2021/7/948（3）堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper, Bzip) 常結(jié)合CAAT盒（a）堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)示意圖；（b）bZIP模體與DNA結(jié)合的示意圖。兩個-螺旋上的亮氨酸殘基彼此接近，形成了類似拉鏈的結(jié)構(gòu)，而富含堿性氨基酸殘基的區(qū)域與DNA骨架上的磷酸基團(tuán)結(jié)合圖18-11 堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)2021/7/949DNA-蛋白質(zhì)相互作用2021/7/950（四）二聚化是常見的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用方式2021/7/951五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的動態(tài)構(gòu)成是

25、轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式（一）啟動序列/啟動子與RNA聚合酶活性（二）調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性啟動序列或啟動子的核苷酸序列會影響其與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率真核RNA聚合酶II不能單獨識別、結(jié)合啟動子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶II形成一個功能性的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。2021/7/952圖18-12 轉(zhuǎn)錄激活因子參與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成PolTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP DNATATAEBPTBPTFHTBP輔因子增強(qiáng)子結(jié)合蛋白2021/7/953六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核mRNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）mRNA穩(wěn)定性的影響真核生物基因表達(dá)5-端的帽

26、子結(jié)構(gòu)可以增加mRNA的穩(wěn)定性3-端的poly(A)尾結(jié)構(gòu)防止mRNA降解 RNA無論是在核內(nèi)進(jìn)行加工、由胞核運至胞漿，還是在胞漿內(nèi)停留（至降解），都是通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白顆粒(ribonucleoprotein, RNP)進(jìn)行的。 2021/7/954（二）一些非編碼小分子RNA可引起轉(zhuǎn)錄后基因沉默與原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)一樣，某些小分子RNA也可調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)。這些RNA都是非編碼RNA（noncoding RNA, ncRNA）。如：具有催化活性的RNA（核酶）、細(xì)胞核小分子RNA （snRNA）以及核仁小分子RNA（snoRNA）目前人們廣泛關(guān)注的非編碼RNA有miRNA和siRNA

27、。小分子RNA對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜， 2021/7/955（三）mRNA前體的選擇性剪接可以調(diào)節(jié)真核生物基因表達(dá)真核生物基因所轉(zhuǎn)錄出的mRNA前體含有交替連接的內(nèi)含子和外顯子。通常狀態(tài)下，mRNA前體經(jīng)過剔除內(nèi)含子序列后成為一個成熟的mRNA，并被翻譯成為一條相應(yīng)的多肽鏈。但是，參與拼接的外顯子可以不按照其在基因組內(nèi)的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不完全被切除，由此產(chǎn)生了選擇性剪接。2021/7/956七、真核基因表達(dá)在翻譯以及翻譯后仍可受到調(diào)控（一）對翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過磷酸化修飾進(jìn)行蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度上取決于起始水平，通過磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子（eukaryo

28、tic initiation factor, eIF）的活性對起始階段有重要的控制作用。1翻譯起始因子eIF-2的磷酸化抑制翻譯起始 2021/7/9572eIF-4E及eIF-4E結(jié)合蛋白的磷酸化激活翻譯起始 帽結(jié)合蛋白eIF-4E與mRNA帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合是翻譯起始的限速步驟，磷酸化修飾及與抑制物蛋白的結(jié)合均可調(diào)節(jié)eIF-4E的活性。磷酸化的eIF-4E與帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合力是非磷酸化 的eIF-4E的4倍，因而可提高翻譯的效率。2021/7/958（二）RNA結(jié)合蛋白參與了對翻譯起始的調(diào)節(jié)RNA結(jié)合蛋白（RNA binding protein, RBP），是指那些能夠與RNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)。

29、 基因表達(dá)的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)都有RBP的參與，如前述轉(zhuǎn)錄終止、RNA剪接、RNA轉(zhuǎn)運、RNA胞漿內(nèi)穩(wěn)定性控制以及翻譯起始等。 2021/7/959（三）對翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)可以快速調(diào)控基因表達(dá)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。因此，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(xì)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。通過對蛋白質(zhì)的可逆的磷酸化、甲基化、?；揎?，可以達(dá)到調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用，是基因表達(dá)的快速調(diào)節(jié)方式。 2021/7/960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

30、環(huán)結(jié)構(gòu)，長度為7090個堿基的單鏈RNA 前體(pre-miRNA)經(jīng)Dicer酶剪切后形成。這些成熟的miRNA 與其他蛋白質(zhì)一起組成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex, RISC），通過與其靶mRNA 分子的3 端非翻譯區(qū)域（3 UTR）互補匹配，再以目前尚不清楚的機(jī)制抑制該mRNA 分子的翻譯。 （四）小分子RNA對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜1微小RNA (microRNA, miRNA)2021/7/961其長度一般為2025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(dá)階段特異性和組織特異性；miRNA

31、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)。 miRNA的特點：2021/7/962是細(xì)胞內(nèi)一類雙鏈RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在特定情況下通過一定酶切機(jī)制，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ㄩL度(2123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(dá)抑制作用被稱為RNA干涉(RNA interference，RNAi)。2小干擾RNA (small interfering RNA, siRNA)2021/7/963 30bp 雙鏈RNA（d

32、sRNA）水解生成21-23nt siRNA 5335 RISC形成 識別特異序列并使其降解圖18-13 RNA干擾作用機(jī)制2021/7/964siRNAmiRNA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)表18-2 siRNA 和miRNA的差異比較2021/7/965（五）長鏈非編碼RNA在基因表達(dá)調(diào)控中的作用不容忽視長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200個核苷酸的RNA分子，不直接參與基因編碼和蛋白質(zhì)合成，但是可在表觀遺傳

33、水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)。2021/7/966真核生物細(xì) 菌 細(xì)菌和真核生物基因轉(zhuǎn)錄激活機(jī)制主要差別的總結(jié)。另外，真核DNA包裝成核小體（未顯示）?；蛘{(diào)控序列RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控蛋白啟動子TATA框RNA聚合酶基因調(diào)控序列調(diào)控蛋白啟動序列轉(zhuǎn)錄起始2021/7/9671、試述原核生物和真核生物基因組的特點。4、試比較原核生物和真核生物基因轉(zhuǎn)錄激活機(jī)制。3、以乳糖操縱子為例介紹原核生物的操縱子調(diào)控模式。2、基因轉(zhuǎn)錄激活的基本要素有哪些？思考題2021/7/968 增強(qiáng)子（激活蛋白結(jié)合部位）激活蛋白轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始TATA框轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子RNA聚合酶增 強(qiáng) 子2021/7/969 TATA盒 CAAT盒 GC盒 增強(qiáng)子 順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因-GCGC-CAAT-TATA轉(zhuǎn)錄起