第十四章基因的表達與調(diào)控

基因

gene基因是遺傳信息的功能單位?；虮磉_就是將基因所攜帶的遺傳信息釋放出來指導(dǎo)生物體性狀表達的過程。基因表達的過程是十分復(fù)雜的，具有不同的形式和精確的調(diào)控。第一頁，共一百二十三頁?！?

基因的概念基因的概念是不斷發(fā)展的。Mendel 遺傳因子

inherited

factor1909 丹麥人Johnson 用gene取代了Mendel的inherited

factor，一直應(yīng)用至今。第二頁，共一百二十三頁。經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念1、基因是不連續(xù)的顆粒狀因子，在Chr上有固定的位置，呈直線排列，具有相對的穩(wěn)定性。2、基因作為一個功能單位控制性狀的表達。第三頁，共一百二十三頁。經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念3、基因以整體進行突變，是突變的最小單位。4、基因在交換中不再被分割，是重組的最小單位。第四頁，共一百二十三頁。經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念5、基因能自我復(fù)制，在有機體內(nèi)通過有絲分裂有規(guī)律地傳遞，在上下代之間能

通過減數(shù)分裂和受精作用有規(guī)律地傳遞。第五頁，共一百二十三頁。突變單位交換單位基因既是一個結(jié)構(gòu)單位，又是一個功能單位。倒底基因是什么物質(zhì)構(gòu)成的，基因的本質(zhì)是什么，經(jīng)典遺傳學(xué)無法回答這個問題。結(jié)構(gòu)單位第六頁，共一百二十三頁。分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念1、一個基因就是DNA分子上的一段序列2、每一個基因都攜帶有特殊的遺傳信息，這些遺傳信息：mRNA 多肽鏈；rRNA或tRNA；對其他基因的活動起調(diào)控作用。第七頁，共一百二十三頁。3、基因在結(jié)構(gòu)上還可以劃分為若干個小單位。①突變單位（突變子

muton）：發(fā)生突變的最小單位。最小的突變子是一個bp。②重組單位（重組子recon）：可交換的最小單位。最小的重組單位也可以只是一個bp。③功能單位（順反子

cistron，又叫作用子）：基因中指導(dǎo)一條多肽鏈的合成DNA序列，平均大小約為500-1500bp。第八頁，共一百二十三頁。順反子與經(jīng)典概念的功能單位相當(dāng)，是遺傳信息的最小功能單位。第九頁，共一百二十三頁?，F(xiàn)代概念與經(jīng)典概念的比較基因是功能單位，不是結(jié)構(gòu)單位一個基因內(nèi)包含了大量的突變單位和重組單位共同點：基因是遺傳功能的最小單位第十頁，共一百二十三頁?；蚋拍畹倪M一步發(fā)展結(jié)構(gòu)基因（structural

gene）：編碼多肽鏈或RNA分子的基因調(diào)控基因（regulator

gene）：參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因表達的基因，包括控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄起始和產(chǎn)物合成速率的基因，能影響其他基因活性的一類基因。第十一頁，共一百二十三頁。重疊基因（overlapping

gene）：同一個DNA序列可以參與編碼兩個以上的RNA或多肽鏈。不連續(xù)基因（split

gene）：在真核生物中，一個基因的編碼序列（exon）是不連續(xù)的，被若干個非編碼序列（intron）分割，這類結(jié)構(gòu)斷裂的基因稱為不連續(xù)基因，又稱斷裂基因（interrupted

gene）。第十二頁，共一百二十三頁。跳躍基因（jumping

gene）：可以在基因組內(nèi)移動位置的基因。假基因（pseudogene）：不產(chǎn)生有功能產(chǎn)物的基因。第十三頁，共一百二十三頁?；虻淖饔门c性狀的表達在生物體內(nèi)，大部分遺傳性狀都是直接或間接通過蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來的。DNA

→

RNA

→

protein第十四頁，共一百二十三頁。一個基因

→ 一種酶

→ 一個生化反應(yīng)一個基因 →一個mRNA →一條多肽鏈第十五頁，共一百二十三頁。人類鐮刀形紅血球貧血癥每個血紅蛋白分子有四條多肽鏈： 兩條相同的α鏈，141aa兩條相同的β鏈，146aa

正常的血紅蛋白HbA編碼正常的βA鏈。正常的紅血球是球形的。當(dāng)HbA突變?yōu)镠bcHbs編碼多肽鏈βCβS使紅血球呈鐮刀形，引起貧血病。第十六頁，共一百二十三頁。作

用

子βADNAmRNA密碼子βS氨基酸DNAmRNA密碼子βC氨基酸DNAmRNA密碼子氨基酸GTACATCATGTACTTGAAACTTGACCTGGAGAACTTGAACTTAAATTTGUACAUCUUACUCCUGAAGAAAAAvalhisleuthrprogluglulysGTA

CATGUAvalAAA

TTTAAAlys第十七頁，共一百二十三頁。豌豆株高高莖豌豆（T

T）×

矮莖豌豆（t

t）↓F1為高（Tt）高莖豌豆中有赤霉素，而矮莖豌豆中沒有。赤霉素能促進細胞伸長，表現(xiàn)為高莖。赤霉素的合成需要一種酶T基因就編碼合成赤霉素的酶等位基因t的核苷酸序列與T不同，不能編碼合成赤霉素所需要的那種酶。第十八頁，共一百二十三頁。一個基因

→ 一個mRNA

→ 一條多肽鏈仍然顯得太簡單?；虿粌H可以作為mRNA轉(zhuǎn)錄的模板，也可以作為rRNA和tRNA轉(zhuǎn)錄的模板。有些基因只對其它基因的作用進行調(diào)控。多肽鏈的合成與停止更主要的是受制于基因作用的調(diào)控系統(tǒng)。第十九頁，共一百二十三頁。A

model

for

the

multistep

production

of

colon

cancerVilli茸毛

benign良性的

adenoma腺瘤

epithelium上皮Proliferate增生擴散第二十頁，共一百二十三頁?！? 原核生物基因表達的調(diào)控一個個體的各類細胞都是按照一定的規(guī)律和一定的時空順序，關(guān)閉一些基因，

開啟另一些基因，并不斷地進行嚴格的

調(diào)控，以保證個體的發(fā)育得以順利進行。決定哪些基因表達、哪些基因不表達、表達速率的過程就是基因表達的調(diào)控。第二十一頁，共一百二十三頁。一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控單細胞的原核生物對環(huán)境條件具有高度的適應(yīng)性，可以迅速調(diào)節(jié)各種基因的表達水平，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件。第二十二頁，共一百二十三頁。原核生物主要是在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控基因的表達。當(dāng)需要某種基因產(chǎn)物時，就大量合成這種mRNA，當(dāng)不需要這種基因產(chǎn)物時就抑制這種mRNA的轉(zhuǎn)錄，就是讓相應(yīng)的基因不表達。第二十三頁，共一百二十三頁。通常所說的基因不表達，并不是說這個基因就完全不轉(zhuǎn)錄為mRNA，而是轉(zhuǎn)錄的水平很低，維持在一個基礎(chǔ)水平（本底水平）?；虮磉_完全關(guān)閉的情況使極為少見的。第二十四頁，共一百二十三頁。順式調(diào)控元件和反式作用因子在基因轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控都是特定的蛋白質(zhì)分子和特定的DNA序列相互作用的結(jié)果。起調(diào)控作用的DNA序列稱為順式調(diào)控元件。與這些DNA序列相互作用的蛋白質(zhì)稱為反式作用因子。第二十五頁，共一百二十三頁。反式作用因子也是基因產(chǎn)物。所以，基因表達調(diào)控是非等位基因之間相互作用的結(jié)果。第二十六頁，共一百二十三頁。啟動子和終止子與RNA轉(zhuǎn)錄起始相關(guān)的順式調(diào)控元件稱為啟動子與轉(zhuǎn)錄終止有關(guān)的順式調(diào)控元件稱為終止子。第二十七頁，共一百二十三頁。原核生物的啟動子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄起始是基因表達的關(guān)鍵階段。與轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)的順式調(diào)控元件稱為啟動子(promoter)。啟動子是位于結(jié)構(gòu)基因上游的DNA序列，

100bp到200bp不等。是轉(zhuǎn)錄起始階段RNA聚合酶識別、結(jié)合的特異序列，其本身并不被轉(zhuǎn)錄。第二十八頁，共一百二十三頁。原核生物啟動子由兩個元件組成1、－10序列（Pribnow

box）轉(zhuǎn)錄起始點上游－10位置，consensus

sequence是TATAPuATG2、－35序列（Sextama

box）RNA聚合酶所覆蓋的區(qū)域，共有序列是TTGACA，位于－35位置。是RNA聚合酶對轉(zhuǎn)錄模板的初始識別位點，決定啟動子的強度。3、－10區(qū)和－35區(qū)間的距離兩個元件之間的距離卻至關(guān)重要;相距17bp時，轉(zhuǎn)錄效率最高。第二十九頁，共一百二十三頁。在原核生物中，當(dāng)幾種酶參與同一個代謝途徑時，往往編碼這幾個酶的基因同時被轉(zhuǎn)錄為一個mRNA，稱為多順反子

mRNA。而真核生物基因都是轉(zhuǎn)錄成單順反子

mRNA的。單順反子和多順反子第三十頁，共一百二十三頁。原核生物中基因的組織形式幾個作用相關(guān)的基因在染色體上串連排列在一起，由同一個調(diào)控系統(tǒng)來控制。這樣的一個整體稱為一個操縱元(operon)。第三十一頁，共一百二十三頁。lacZ

β—半乳糖苷酶，將乳糖分解成半乳糖和葡萄糖lacY半乳糖滲透酶，幫助細菌從培養(yǎng)基中攝取乳糖lacA半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶乳糖操縱元第三十二頁，共一百二十三頁。合成調(diào)節(jié)與降解調(diào)節(jié)基因表達產(chǎn)物有的用于降解代謝途徑，有的用于合成代謝途徑。這兩種代謝途徑的調(diào)控方式是不同的。在降解代謝途徑中，反應(yīng)底物（被降解的物質(zhì)）決定參與降解反應(yīng)的酶是否需要合成。在合成代謝途徑中，由合成反應(yīng)的終產(chǎn)物調(diào)節(jié)合成酶基因的表達。第三十三頁，共一百二十三頁。正調(diào)控和負調(diào)控第三十四頁，共一百二十三頁?？刂普{(diào)節(jié)蛋白的合成？控制調(diào)節(jié)蛋白的活性？調(diào)節(jié)蛋白狀態(tài)靶基因轉(zhuǎn)錄狀態(tài)激活蛋白結(jié)合激活蛋白不結(jié)合ONOFF

（正調(diào)控）阻遏蛋白結(jié)合阻遏蛋白不結(jié)合OFFON

（負調(diào)控）第三十五頁，共一百二十三頁。正調(diào)控（positive

regulation）

如果調(diào)節(jié)蛋白不與啟動子DNA序列（順式調(diào)控元件）結(jié)合時，基因是關(guān)閉的，當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白與啟動子結(jié)合時基因開始表達，這

種調(diào)控系統(tǒng)稱為正調(diào)控。正調(diào)控系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)蛋白稱為誘導(dǎo)蛋白（inducer）。誘導(dǎo)蛋白與基因啟動子DNA序列結(jié)合，激活基因啟動轉(zhuǎn)錄。第三十六頁，共一百二十三頁。負調(diào)控（negative

regulation）

在調(diào)節(jié)蛋白不與啟動子（順式調(diào)控元件）結(jié)合時，基因是表達的；當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白與啟動子結(jié)合時，基因的表達被關(guān)閉，這樣的調(diào)控機制稱為負調(diào)控。負調(diào)控系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)蛋白稱為阻遏蛋白（repressor）。阻遏蛋白分子與啟動子結(jié)合，阻礙RNA聚合酶的工作，使基因處于關(guān)閉狀態(tài)第三十七頁，共一百二十三頁。乳糖、半乳糖核葡萄糖第三十八頁，共一百二十三頁。大腸桿菌乳糖代謝需要兩種酶：(1)β-半乳糖苷酶(2)β-半乳糖苷透性酶β-半乳糖苷酶第三十九頁，共一百二十三頁。Two

physiologically

important

reactions

catalyzed

by

β-galactosidase?

2003

John

Wiley

and

Sons

Publishers異乳糖第四十頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元的負調(diào)控第四十一頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元的負調(diào)控第四十二頁，共一百二十三頁。Cyclic

AMPATP在腺苷酸環(huán)化酶的作用下轉(zhuǎn)變成環(huán)式AMP(cyclicadenosinemonophosphate,cAMP)。第四十三頁，共一百二十三頁。The

adenyl

cyclase-catalyzed

synthesis

of

cyclicAMP

(cAMP)

from

ATP?

2003

John

Wiley

and

Sons

Publishers第四十四頁，共一百二十三頁。cAmp-CAPCatabolite

activating

protein,

CAP代謝激活蛋白，是cAmp的受體蛋白(cyclic

Amp

receptor

protein,

CRP)cAmp-CAP復(fù)合物，是lac操縱元的正調(diào)控因子第四十五頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元的正調(diào)控第四十六頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元的表達調(diào)控實際上是正調(diào)控和負調(diào)控協(xié)同作用的。第四十七頁，共一百二十三頁。Lac

repressor,CRP

and

Lacoperon第四十八頁，共一百二十三頁。乳糖操縱子的雙調(diào)控系統(tǒng)受乳糖與阻遏蛋白監(jiān)控的、可誘導(dǎo)的負調(diào)控系統(tǒng);受cAMP與CAP調(diào)節(jié)的、可誘導(dǎo)的正調(diào)控系統(tǒng)。葡萄糖通過調(diào)節(jié)cAMP的合成間接監(jiān)控這一過程。以此保證大腸桿菌靈活、經(jīng)濟、有效地適應(yīng)外界環(huán)境，只有在必需的時候（只有乳糖，沒有葡萄糖）才啟動乳糖操縱子的表達。第四十九頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元模型的三個基本假定1、調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白是可以在細胞中擴散的反式調(diào)控因子；2、操縱子（o）是調(diào)控序列，不編碼蛋白質(zhì)；3、操縱子（o）是順式調(diào)控元件，鄰近受其控制的結(jié)構(gòu)基因。第五十頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元的組成型突變第五十一頁，共一百二十三頁。乳糖操縱元不同基因型在有無乳糖存在時的表現(xiàn)型第五十二頁，共一百二十三頁。翻譯水平的調(diào)控基因表達的調(diào)控可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)，也可以調(diào)控翻譯環(huán)節(jié)。第五十三頁，共一百二十三頁。E.coli核糖體蛋白質(zhì)合成的反饋調(diào)控機制(feedback

regulation)。E.coli有7個操縱元與核糖體蛋白質(zhì)合成有關(guān)。每一種操縱元轉(zhuǎn)錄的mRNA都能夠被同一操縱元編碼的蛋白質(zhì)識別，并能夠與其結(jié)合。如果某種核糖體蛋白質(zhì)在細胞中過量積累，它們將與其自身的mRNA結(jié)合，阻止這些mRNA進一步翻譯成蛋白質(zhì)。第五十四頁，共一百二十三頁?！?

真核生物基因表達的調(diào)控第五十五頁，共一百二十三頁。真核生物和原核生物的比較一、高等真核生物基因組遠比原核生物基因組大E.coli

4.6×106

bp，4288個基因，平均每個基因約

1100bp。真核生物啤酒酵母

1.2×107bp，5885個基因，平均每個基因約2000bp擬南芥 1×108

bp水稻

3.89×108

bp人

3.3×109

bp小麥

1.6×1010

bp第五十六頁，共一百二十三頁。真核生物和原核生物的比較二、真核生物有復(fù)雜的染色體結(jié)構(gòu)DNA與組蛋白等結(jié)合形成染色質(zhì)，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可以調(diào)控基因表達基因組分散在多個染色體上第五十七頁，共一百二十三頁。真核生物和原核生物的比較三、在真核生物中，不同組織的細胞在功能上是高度分化的在動物胰臟細胞中不會產(chǎn)生視網(wǎng)膜色素，而在視網(wǎng)膜細胞中也會不產(chǎn)生胰島素。真核細胞具有選擇性激活和抑制基因表達的機制。第五十八頁，共一百二十三頁。真核生物和原核生物的比較四、真核生物細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上是分開的轉(zhuǎn)錄在細胞核中翻譯在細胞質(zhì)中第五十九頁，共一百二十三頁。真核生物可以在多個層次上對基因表達進行調(diào)控DNA水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控翻譯后調(diào)控第六十頁，共一百二十三頁。第六十一頁，共一百二十三頁。—

DNA水平的調(diào)控DNA水平上的調(diào)控是通過改變基因組中有關(guān)基因的數(shù)量和結(jié)構(gòu)順序而控制基因的表達。包括基因擴增基因丟失基因重排基因的化學(xué)改變其中有些改變是可逆的第六十二頁，共一百二十三頁。1、基因劑量基因產(chǎn)物的需要量大，基因的拷貝數(shù)就多組蛋白是染色質(zhì)的組成成分，需要量大，多數(shù)物種的基因組含有數(shù)百個組蛋白基因拷貝第六十三頁，共一百二十三頁。2、基因擴增兩棲動物蟾蜍的卵母細胞很大，是正常體細胞的100倍，需要合成大量蛋白質(zhì)，所以需要大量核糖體。rRNA基因數(shù)目遠遠不能滿足需要。在卵母細胞發(fā)育過程中，rRNA基因數(shù)目臨時增加4000倍。卵母細胞的前體同其它細胞一樣，含有

600個18S和28SrRNA基因?；驍U增后

rRNA基因拷貝數(shù)高達2×106。第六十四頁，共一百二十三頁。基因擴增常發(fā)生在異常的細胞中。人類癌細胞中的許多致癌基因，經(jīng)大量擴增后高效表達，導(dǎo)致細胞生長失控。癌基因擴增的速度與病癥的發(fā)展及癌細胞擴散程度高度相關(guān)。第六十五頁，共一百二十三頁。3、基因丟失馬蛔蟲2n＝2，但染色體上有多個著絲粒。第一次卵裂是橫裂，產(chǎn)生上下2個子細胞。第二次卵裂時，一個子細胞仍進行橫裂，保持完整的基因組，而另一個子細胞卻進行縱向分裂，丟失部分染色體。一部分細胞總是保留完整的基因組，將來發(fā)育為生殖細胞；丟失了部分染色體的細胞分化為體細胞。第六十六頁，共一百二十三頁。馬蛔蟲受精卵的早期分裂第六十七頁，共一百二十三頁。4、基因重排基因重排(gene

rearrangement)是指DNA分子中核苷酸序列的重新排列。序列重排可以形成新的基因，也可以調(diào)節(jié)基因的表達。重排是由基因組中特定的遺傳信息決定的，重排后的基因序列轉(zhuǎn)錄成mRNA，翻譯成新

的蛋白質(zhì)。

盡管基因組中的DNA序列重排并不是一種普通方式，但它是有些基因調(diào)控的重要機制，在真核生物細胞生長發(fā)育中起關(guān)鍵作用。第六十八頁，共一百二十三頁。酵母交配型轉(zhuǎn)換酵母菌有兩種交配型，分別a和α。單倍體a和α之間配合才能產(chǎn)生二倍體a/α，經(jīng)減數(shù)分裂及產(chǎn)孢過程形成單倍體四分子，其中a和α的孢子的比例為2：2。如果單獨培養(yǎng)基因型a或α的孢子，由于僅有與親代相同的交配型基因型，所以形成的孢子之間不能發(fā)生交配。第六十九頁，共一百二十三頁。酵母菌的交配型轉(zhuǎn)換有一種同宗配合交配類型，其細胞可轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的交配類型，使細胞之間可發(fā)生交配。第七十頁，共一百二十三頁。HO內(nèi)切核酸酶將MATa基因內(nèi)的一段24bp的雙鏈DNA切開，另一種核酸外切酶在雙鏈DNA的切口合成一段突出的3′單鏈尾端序列（約500bp），

MATa基因用這一段單鏈系列插入到MATα基因的同源序列中，以HMLα序列為模板，合成一段新的HMLα基因序列，再通過重組使HMLα整合到

MATa序列中，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)換，由MATa轉(zhuǎn)換成MATα。第七十一頁，共一百二十三頁。動物抗體重排人體可產(chǎn)生108以上不同的抗體分子?？贵w是蛋白質(zhì)，每一種特異抗體具有不同的氨基酸序列。人類基因組中編碼蛋白質(zhì)的基因大概只有

30000個左右。編碼抗體分子需要的基因是人體基因總數(shù)的

1000倍!可能嗎？第七十二頁，共一百二十三頁?？贵w的基本結(jié)構(gòu)第七十三頁，共一百二十三頁?？贵w的基本結(jié)構(gòu)第七十四頁，共一百二十三頁。在人類基因組中，所有抗體的重鏈和輕鏈都不是由固定的完整基因編碼的，而是由不同基因片段經(jīng)重排后形成的完整基因編碼的。完整的重鏈基因由VH、D、J和C四個基因片斷組合而成完整的輕鏈基因由VL、J和C

3個片段組合而成。第七十五頁，共一百二十三頁。完整的重鏈基因由VH、D、J和C四個基因片斷組合而成人的第14號染色體上具有86個重鏈變異區(qū)片段（VH），30個多樣區(qū)片段（diverse，D），9個連接區(qū)片段（jioning，J）以及

11個恒定區(qū)片段（C）。第七十六頁，共一百二十三頁。人類抗體重鏈基因結(jié)構(gòu)第七十七頁，共一百二十三頁。輕鏈基因分為3個片段，變異區(qū)（VL），連接區(qū)(J)和恒定區(qū)(C)。人類的輕鏈分為2型：κ型（Kappa，κ）

κ輕鏈基因位于第2染色體上，λ型（Lambda，λ）λ輕鏈基因位于第22染色體上。第七十八頁，共一百二十三頁?？贵w輕鏈的形成過程第七十九頁，共一百二十三頁。人類基因組中抗體基因片斷第八十頁，共一百二十三頁。產(chǎn)生免疫球蛋白分子多樣性的遺傳控制重鏈和輕鏈的不同組合，κ、λ、H；在重鏈中，V、D、J和C片段的組合；κ輕鏈中V和C的組合；λ輕鏈中V、J和C的組合；基因片段之間的連接點也可以在幾個bp的范圍內(nèi)移動。因此，可以從約300個抗體基因片段中產(chǎn)生109

數(shù)量級的免疫球蛋白分子。第八十一頁，共一百二十三頁。5、DNA的甲基化在真核生物DNA分子中，少數(shù)胞嘧啶堿基第5碳上的氫可以在甲基化酶的催化下被一個甲基取代，使胞嘧啶甲基化

(methylation)。甲基化多發(fā)生在5′－CG－3′二核苷酸對上。有時CG二核苷酸對上的兩個C都甲基化，稱為完全甲基化，只有一個C甲基化稱為半甲基化。甲基化酶可識別半甲基化DNA分子，使另一條鏈上的胞嘧啶也甲基化。第八十二頁，共一百二十三頁。甲基化可以調(diào)控基因表達DNA的甲基化可以引起基因的失活?；钴S表達的基因都是甲基化不足的基因。表達活性與甲基化程度呈負相關(guān)。甲基化的程度可以在轉(zhuǎn)錄的充分激活和完全阻遏之間起調(diào)節(jié)作用。

把甲基化和未甲基化的病毒DNA或細胞核基因分別導(dǎo)入活細胞，已甲基化的基因不表達，而未甲基化的能夠表達。第八十三頁，共一百二十三頁。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控盡管真核生物基因表達的調(diào)控可以在多個層次上進行，但是最主要、最經(jīng)濟的調(diào)控仍然是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。第八十四頁，共一百二十三頁。真核基因表達調(diào)控的順式作用元件順式作用元件(cis-acting

element)是指DNA分子上對基因表達有調(diào)節(jié)活性的特定核苷酸序列。順式作用元件多位于基因上游或內(nèi)含子中，只影響同一DNA分子上的基因。真核基因的順式作用元件按其功能可以分為： 啟動子增強子靜止子第八十五頁，共一百二十三頁。真核生物啟動子第八十六頁，共一百二十三頁。增強子的結(jié)構(gòu)增強子（enhancer）又稱強化子（transcriptional

enhancer），是一種遠端調(diào)控元件，通常位于－700～－1000bp處，所以又稱為上游激活序列(upstream

activator

sequence,

UAS)。增強子區(qū)的跨度一般有100－200bp，和啟動子一樣，由一個或多個各具特征的DNA序列組成，常由8－12bp的核心序列和其他序列相間排列。增強子也要通過與特定的蛋白質(zhì)因子(轉(zhuǎn)錄因子)結(jié)合而實現(xiàn)其對轉(zhuǎn)錄的增強作用。第八十七頁，共一百二十三頁。增強子的功能與轉(zhuǎn)錄激活子（增強子結(jié)合蛋白）結(jié)合，改變DNA分子的構(gòu)型；使DNA彎曲形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使增強子與啟動子直接接觸，以便于轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的形成第八十八頁，共一百二十三頁。Organization

of

the

alpha

globin

gene

subfamily(a)

on

chromosome

16

and

the

beta

globin

gene

subfamilyon

chromosome

11.

Also

shown

is

the

internal

organization

of

the

α1gene

and

the

βgene.

Each

gene

contaiexons(E-Ⅰ，E-

Ⅱ，

E-

Ⅲ)

and

two

introns.The

numbers

below

the

exon

indicate

the

amino

acids

in

the

geproduct

encoded

by

each

exon.第八十九頁，共一百二十三頁。轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的組裝第九十頁，共一百二十三頁。轉(zhuǎn)錄復(fù)合體示意圖（示增強子）第九十一頁，共一百二十三頁。增強子競爭控制基因表達第九十二頁，共一百二十三頁。靜止子類似增強子但起負調(diào)控作用的順式作用元件。有人稱為沉默基因。靜止子與相應(yīng)的反式作用因子結(jié)合后，可以使正調(diào)控系統(tǒng)失去作用。第九十三頁，共一百二十三頁。典型的真核生物基因結(jié)構(gòu)示意圖第九十四頁，共一百二十三頁。真核基因調(diào)控的反式作用因子不論是啟動子還是增強子都必須與特定的蛋白質(zhì)的相互作用才能調(diào)控基因的表達真核生物的RNA聚合酶不能直接啟動轉(zhuǎn)錄。必須事先有一套轉(zhuǎn)錄因子裝配到啟動子上，

RNA聚合酶才能啟動轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子一般并不是RNA聚合酶的組成分。第九十五頁，共一百二十三頁。真核生物的RNA聚合酶第九十六頁，共一百二十三頁。反式作用因子的功能反式作用因子通過不同的途徑發(fā)揮調(diào)控作用：與順式調(diào)控元件相互作用；與配基結(jié)合；與其它蛋白質(zhì)相互作用。第九十七頁，共一百二十三頁。DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)特征DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域大多在100bp以下。大體上有3種主要結(jié)構(gòu)特征：α螺旋－轉(zhuǎn)角－α螺旋(helix-turn-helix,

HTH)結(jié)構(gòu)鋅指(zinc

finger)結(jié)構(gòu)亮氨酸拉鏈(leucine

zipper)結(jié)構(gòu)第九十八頁，共一百二十三頁。α螺旋－轉(zhuǎn)角－α螺旋第九十九頁，共一百二十三頁。鋅指(zinc

finger)結(jié)構(gòu)第一百頁，共一百二十三頁。鋅指(zinc

finger)結(jié)構(gòu)第一百零一頁，共一百二十三頁。由Cys-His與鋅離子形成的鋅指結(jié)構(gòu)A.模式圖

B.與DNA結(jié)合第一百零二頁，共一百二十三頁。亮氨酸拉鏈(leucine

zipper)結(jié)構(gòu)第一百零三頁，共一百二十三頁。二聚體形成的拉鏈第一百零四頁，共一百二十三頁。與其它蛋白質(zhì)因子結(jié)合結(jié)構(gòu)域反式作用因子需與其它蛋白質(zhì)分子結(jié)合之后才能起作用。第一百零五頁，共一百二十三頁。選擇性啟動子有些真核生物基因具有兩個或兩個以上的啟動子，用于在不同細胞中表達。不同啟動子可產(chǎn)生不同的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和不同的蛋白質(zhì)編碼序列。果蠅的乙醇脫氫酶基因是一個典型的例子。第一百零六頁，共一百二十三頁。成蟲轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和加工第一百零七頁，共一百二十三頁。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控在真核生物中，蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物必須經(jīng)過加工才能成為成熟的mRNA分子。加工過程包括三個方面： 加帽加尾去掉內(nèi)含子。內(nèi)含子剪切過程在基因表達的調(diào)控中具有重要意義。第一百零八頁，共一百二十三頁。mRNA的剪接大多數(shù)真核生物基因是不連續(xù)的，外顯子與內(nèi)含子相間排列而轉(zhuǎn)錄的時候外顯子和內(nèi)含子是一起轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄以后必須降內(nèi)含子切除，才能形成成熟的mRNA分子這個過程成為剪接（splicing）第一百零九頁，共一百二十三頁。選擇性剪接同一初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同細胞中可以用不同方式切割加工，形成不同的成熟

mRNA分子，使翻譯成的蛋白質(zhì)在含量或組成上都可能不同。第一百一十頁，共一百二十三頁。第一百一十一頁，共一百二十三頁。翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控也是十分重要的。阻遏蛋白與mRNA結(jié)合，可以阻止蛋白質(zhì)的翻譯。

鐵蛋白的功能是在細胞內(nèi)貯存鐵。鐵蛋