第7章 真核基因表達(dá)調(diào)控-上

第七章真核基因表達(dá)調(diào)控緒論第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控第三節(jié)真核基因的轉(zhuǎn)錄第四節(jié)反式作用因子對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響第五節(jié)蛋白質(zhì)乙?；瘜?duì)基因表達(dá)的影響第六節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)控舉例第七節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄后表達(dá)調(diào)控的多樣性概述在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)：多層次無(wú)操縱子和衰減子個(gè)體發(fā)育復(fù)雜受環(huán)境影響較小概述瞬時(shí)調(diào)控：或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。發(fā)育調(diào)控：或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。概述轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（transcriptionalregulation）轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（posttranscriptionalregulation）RNA加工成熟過(guò)程的調(diào)控（RNAprocessing）翻譯水平調(diào)控（translationalregulation）蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控（regulationofproteinmaturation）緒論緒論概述研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答3個(gè)問(wèn)題：

①什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號(hào)？

②基因調(diào)控主要是在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實(shí)現(xiàn)的？

③不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是什么？第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)1.真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因表達(dá)方面的差異①在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見(jiàn)的多基因操縱子形式。

②真核細(xì)胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。

③高等真核細(xì)胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細(xì)胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。④真核生物能夠有序地根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。⑤在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，它們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過(guò)改變整個(gè)所控制基因5'上游區(qū)DNA構(gòu)型來(lái)影響它與RNA聚合酶的結(jié)合能力。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動(dòng)子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上可直接促進(jìn)或抑RNA聚合酶與它的結(jié)合。

第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)

⑥真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。

⑦許多真核生物的基因只有經(jīng)過(guò)復(fù)雜的成熟和剪接過(guò)程（maturationandsplicing），才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)

第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)

2.基因家族真核細(xì)胞的DNA是單順?lè)醋咏Y(jié)構(gòu)，很少有置于一個(gè)啟動(dòng)子的控制之下的操縱子。真核細(xì)胞中許多相關(guān)的基因常按功能成套組合，被稱為基因家族(genefamily)。2.基因家族2.1簡(jiǎn)單基因家族：基因一般以串連方式前后相連。2.2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(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。2.3發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族：在每個(gè)基因家族中，基因排列的順序就是它們?cè)诎l(fā)育階段的表達(dá)順序。(P284)第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)

在真核生物中，前rRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45S，包括18S，28S和5.8S三個(gè)主要rRNA分子。前rRNA分子中至少有100處被甲基化（主要是核糖的2-OH甲基化），原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也被特異性RNA酶切割降解，產(chǎn)生成熟rRNA分子。5SrRNA作為一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成轉(zhuǎn)錄。2.1簡(jiǎn)單基因家族

串聯(lián)單位中的每一個(gè)基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順?lè)醋覴NA，這些RNA都沒(méi)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。果蠅和海膽的組蛋白基因家族

2.2復(fù)雜多基因家族2.真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)2.1外顯子與內(nèi)含子2.2外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)2.3外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控組成型剪接：有些真核基因，能將原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物精確地剪接成一種成熟的mRNA，編碼一個(gè)多肽。選擇性剪接：同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mRNA地過(guò)程。第一節(jié)真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)

第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控1.“開(kāi)放”型活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響

真核基因的活性轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄進(jìn)行之前，染色質(zhì)常會(huì)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，從右旋變?yōu)樽笮停瑢?dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。DNA酶I超敏感位點(diǎn)，其存在是轉(zhuǎn)錄起始的必要條件，但不是充分條件。第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控?zé)羲⑷旧w為二減數(shù)分裂染色體，在燈刷染色體中兩對(duì)(四個(gè))染色單體通過(guò)交叉連在一起。存在于活性染色質(zhì)區(qū)的DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)2.基因的擴(kuò)增（amplification）

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)物以滿足生產(chǎn)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。

兩棲類和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增，非洲爪蟾的染色體上有約500拷貝編碼18SrRNA和28SrRNA的DNA（rDNA），在卵母細(xì)胞中它們的拷貝數(shù)擴(kuò)大了1000倍。第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控染色體外環(huán)狀DNA復(fù)制并環(huán)化染色體rDNA重復(fù)滾環(huán)復(fù)制擴(kuò)增成線狀并整合進(jìn)基因組兩棲類卵母細(xì)胞中基因擴(kuò)增的滾環(huán)模型。染色體的rDNA基因呈串聯(lián)排列，含有可轉(zhuǎn)錄部分黑色和不轉(zhuǎn)錄部分白色擴(kuò)增，涉及一個(gè)染色體外環(huán)狀拷貝的形成。該拷貝含有數(shù)目可變的重復(fù)，通過(guò)多輪的滾環(huán)復(fù)制而擴(kuò)增。3.基因重排與變換3.1將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距離它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。Ig的基因結(jié)構(gòu)κ鏈：Vκ(約100個(gè))、Jκ(5個(gè))、Cκ(1個(gè))λ鏈：Vλ(約30個(gè))、Jλ-Cλ(4個(gè))

H鏈：V基因(約95個(gè))D基因(27個(gè))可變區(qū)J基因(6個(gè))C基因(9個(gè))恒定區(qū)V區(qū)第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控Ig的結(jié)構(gòu)3.基因重排與變換3.2在很多真菌中其有性生殖的過(guò)程都需要不同交配型，如酵母的a型和α型的菌株相互接合才能產(chǎn)生二倍體的合子，相同的交配型之間是不能接合的。某些品系的酵母具有轉(zhuǎn)換交配型的能力，即從a型變成為α型，或從α型轉(zhuǎn)變?yōu)閍型，這一過(guò)程被稱為交配型轉(zhuǎn)換，有時(shí)也被稱為基因轉(zhuǎn)換。第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控HMLαMATaHMRa3號(hào)染色體HMLαHMRa核酸內(nèi)切酶HO切割雙鏈DNA基因轉(zhuǎn)換HMLαMATαHMRa酵母中的交配型轉(zhuǎn)換第二節(jié)DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控

沉默子──某些基因含有的一種負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。WXYαZ1Z2WXYaZ1Z2W＝723bpX＝704bpYα＝642bpZ1＝239bpZ2Z2＝88bpHMLαMATαW＝72