真核基因表達(dá)調(diào)控

關(guān)于真核基因表達(dá)調(diào)控2024/4/612024/4/62真核基因表達(dá)調(diào)控根據(jù)性質(zhì)分為兩種類型：

瞬時(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控：相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化所做出的反應(yīng)。包括：某種底物或激素水平升降時(shí)，表現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)酶或某些蛋白質(zhì)合成的變化；細(xì)胞周期不同階段中酶活性或濃度的調(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，決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。第2頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/63真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟第3頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/64第一節(jié)真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性

真核細(xì)胞和原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯、DNA空間結(jié)構(gòu)方面的主要差別：①mRNA與多肽鏈的數(shù)量關(guān)系;②基因組DNA存在的形式;③基因組DNA的結(jié)構(gòu);④DNA片段的重排及拷貝數(shù)的增加;⑤轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)的大小，距離轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的距離及作用的性質(zhì);⑥轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上的差別;⑦mRNA的加工。第4頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/65一、基因家族(genefamily)

原核生物中，功能相關(guān)的基因組成操縱子，以多順?lè)醋觤RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，整個(gè)體系在一個(gè)啟動(dòng)子的控制之下。

真核生物中，DNA是以單順?lè)醋拥男问酱嬖凇?/p>

單順?lè)醋?monocistronicmRNA)：只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為單順?lè)醋觤RNA。

多順?lè)醋樱╬olycistronicmRNA)：編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為多順?lè)醋觤RNA。第5頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/661、簡(jiǎn)單多基因家族

家族中的成員一般以串聯(lián)方式前后連接形成的多基因家族，稱為簡(jiǎn)單多基因家族。基因家族(genefamily)：真核細(xì)胞中，許多功能相關(guān)的基因成套組合，稱為基因家族?；虼兀╣enecluster)：同一基因家族中的成員緊密排列在一起，稱為一個(gè)基因簇。第6頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/67細(xì)菌中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過(guò)程分析第7頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/68脊椎動(dòng)物中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過(guò)程分析第8頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/695SrRNA由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄完成前rRNA（45S）甲基化主要在核糖的2-OH甲基化RNA酶降解18S、28S、5.8SrRNADNA由RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄完成真核生物中rRNA基因家庭各成員的成熟過(guò)程分析第9頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6102、復(fù)雜多基因家族

由幾個(gè)相關(guān)的多基因構(gòu)成，基因間由間隔序列隔開(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。6000bp,重復(fù)1000次左右第10頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6113、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族

血紅蛋白是所有動(dòng)物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由兩條

鏈和兩條

鏈組成的四聚體加上一個(gè)血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。

有功能的血紅蛋白基因的基本結(jié)構(gòu)：三個(gè)外顯子被兩個(gè)內(nèi)含子隔開(kāi)。第11頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/612類和類珠蛋白基因家族人在發(fā)育過(guò)程中的血紅蛋白類型第12頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/613第13頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6141、外顯子與內(nèi)含子二、真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)

斷裂基因（interruptedgene）：真核生物基因除了與mRNA相對(duì)應(yīng)的編碼序列外，還含有一些不編碼的序列插在編碼序列之間，這些非編碼序列在加工為成熟的mRNA時(shí)被去除。這樣的結(jié)構(gòu)基因稱為斷裂基因。第14頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/615

外顯子（exon）：基因中與mRNA一致的序列，即編碼序列，稱為外顯子。一個(gè)基因總是以外顯子為起點(diǎn)和終點(diǎn)。

內(nèi)含子（intron）：基因中編碼序列之間的介入序列，在原初轉(zhuǎn)錄物加工為mRNA時(shí)被去除，即非編碼序列，稱為內(nèi)含子。第15頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/616第16頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6172、外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)特點(diǎn):1）內(nèi)含子兩端序列不能互補(bǔ)；2）連接區(qū)序列高度保守（GT-AG法則）；第17頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6185，GTAG3,左剪接位點(diǎn)右剪接位點(diǎn)donorsiteacceptorsite第18頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6193、外顯子與內(nèi)含子的可變性組成性剪接：在高等真核生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成性地從mRNA前體中被剪接，這種剪接方式稱為組成性剪接。選擇性剪接：又叫變位剪接，指在剪接過(guò)程中可以有選擇性地越過(guò)某些外顯子或某個(gè)剪接位點(diǎn)進(jìn)行變位剪接，產(chǎn)生出不同mRNA的過(guò)程，這種剪接方式稱為變位剪接。第19頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/620小鼠淀粉酶基因的表達(dá)具有組織特異性。第20頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/621相同密碼子、不同起始位點(diǎn)產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的蛋白質(zhì)同一段DNA序列生成了兩條或兩條以上的mRNA鏈。第21頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/622不同起始位點(diǎn)、不同讀碼順序產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)第22頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/623不同外顯子的使用產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)第23頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/624三、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控

在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，用來(lái)合成RNA的DNA模板也會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物的發(fā)育。它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，可以消除或變換某些基因并改變他們的活性。調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)樗够蚪M發(fā)生了改變。第24頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/625轉(zhuǎn)錄之前，染色質(zhì)解旋或松弛自由DNA結(jié)構(gòu)基因暴露HMG蛋白結(jié)合啟動(dòng)子導(dǎo)致單鏈區(qū)形成，啟動(dòng)子暴露，產(chǎn)生DNaseⅠ超敏感位點(diǎn)DNA與RNA聚合酶和其它轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子結(jié)合1、“開(kāi)放型”活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響

HMG（high–mobilitygroup)蛋白，高速泳動(dòng)族蛋白，是染色體上一類低分子量非組蛋白。第25頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/626染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的動(dòng)力學(xué)模型

蛋白因子能夠利用ATP水解所提供的能量，將核心組蛋白八聚體從DNA鏈中置換。第26頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/627DNaseⅠhypersensitivesitesinthemaizeAdh1promoter.第27頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6282、基因擴(kuò)增

是指基因的拷貝數(shù)專一性大量增加，使細(xì)胞在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要。例如：非洲爪蟾卵母細(xì)胞中的rRNA基因(rDNA)rDNA以簡(jiǎn)單多基因家族形式形成中度重復(fù)序列第28頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6293、基因重排與變換

基因重排：將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距離很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式稱為基因重排。例如：小鼠免疫球蛋白免疫球蛋白由兩條重鏈（可變區(qū)V、連接區(qū)J、恒定區(qū)C）和兩條輕鏈（V、C）組成；V:variableC:constant第29頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/630第30頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/631第31頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/632四、DNA甲基化與基因活性的調(diào)節(jié)

DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化與表達(dá)。1、DNA甲基化DNA甲基化的主要形式5-甲基胞嘧啶（5–mC)7-甲基鳥(niǎo)嘌呤（7–mG）N6-甲基腺嘌呤（N6–mG）CpG通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。第32頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/633甲基化酶

日常型甲基化酶：在甲基化母鏈指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。

從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶：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。第33頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/634DNA甲基化DNA構(gòu)象變化導(dǎo)致影響蛋白質(zhì)與DNA的作用抑制轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合2、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理第34頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/635第35頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6363、甲基化與X染色體失活

雌性胚生哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中含有的兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活。并不是卵原細(xì)胞、卵母細(xì)胞。

人們將與X染色體失活有關(guān)的核心區(qū)命名為X染色體失活中心（X-chromosomeinactivationcenter,Xic)。在X染色體失活中心發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因Xist(Xi-specifictranscript)。該基因在失活的染色體上表達(dá)，而在具有活性的染色體上不表達(dá)。

失活染色體上大多數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，DNA序列都呈高度甲基化。第36頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/637Xist基因位點(diǎn)去甲基化表達(dá)Xist的RNA分子X(jué)ic區(qū)，使Xic區(qū)構(gòu)象變化結(jié)合各種蛋白因子結(jié)合導(dǎo)致X染色體失活X染色體失活的機(jī)理：第37頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/638Xist基因表達(dá)不表達(dá)甲基化有活性去甲基化失活第38頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/639真核基因和原核相比表達(dá)調(diào)控的一些特點(diǎn)1、在原核中正、負(fù)調(diào)控同等重要，真核中主要是正調(diào)控。2、真核基因的調(diào)控序列多，必須有多個(gè)激活物同時(shí)特異地結(jié)合上去才能啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。3、在真核中染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)基因的表達(dá)有明顯的調(diào)控作用。4、真核基因的表達(dá)有多種轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控機(jī)制，其中許多機(jī)制是原核所沒(méi)有的。5、真核生物具有調(diào)控組織特異性表達(dá)的機(jī)制。第39頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/640

真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，受大量特定的順式作用元件（cis-actingelement）和反式作用因子（trans-actingfactor，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(guò)順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第二節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成第40頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/641基因（gene）產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。一、真核基因的轉(zhuǎn)錄第41頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/642順式作用元件（cis-actingelements）

一般位于結(jié)構(gòu)基因的附近，由若干DNA序列元件組成，主要包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子，只能對(duì)同一條DNA鏈上的基因表達(dá)起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為順式作用（cis-action），這些DNA序列叫順式作用元件，一般不編碼蛋白質(zhì)。第42頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/643

順式作用元件一般位于基因附近，與之相連；一般通過(guò)與反式作用因子結(jié)合發(fā)揮功能。第43頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/644真核基因的啟動(dòng)子由核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子兩個(gè)部分組成，是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(+1)及其5′上游大約100-200

bp以內(nèi)的一組具有獨(dú)立功能的DNA序列，每個(gè)元件長(zhǎng)度約7-20bp，是決定RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。1、真核基因的啟動(dòng)子第44頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/645

①核心啟動(dòng)子（corepromoter)：是指保證RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游–25～-30bp處TATA盒。功能：確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。②上游啟動(dòng)子元件（upstreampromoterelement)：包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒等，通過(guò)TFIID復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄的效率。第45頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6462、轉(zhuǎn)錄模板包括從轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄終止處的全部DNA序列。3、RNA聚合酶II

由至少10—20個(gè)亞基組成，有些亞基也在I、Ⅲ中共用。其中2.4×105最大亞基的羧基末端含有由7個(gè)氨基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）組成的多磷酸化位點(diǎn)重復(fù)序列，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）。第46頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/647

4、RNA聚合酶II基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需的蛋白質(zhì)因子（以“TFII”表示）

RNA聚合酶II需與20種以上的蛋白質(zhì)因子結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。RNA聚合酶II起始的基因轉(zhuǎn)錄的終止位點(diǎn)的3′端都存在一個(gè)poly(A)

位點(diǎn)，該位點(diǎn)上游15~30bp處的保守序列AATAAA對(duì)于初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的切割及加poly(A)是必需的。第47頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/648poly(A)及AATAAA序列對(duì)于基因的轉(zhuǎn)錄和成熟意義重大，但RNA聚合酶II卻不在該位點(diǎn)終止轉(zhuǎn)錄，而是在其下游0.5~2kb序列。第48頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/649真核基因的結(jié)構(gòu)第49頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/650

真核啟動(dòng)子不總是單獨(dú)執(zhí)行功能，在一些情況下，啟動(dòng)子活性被另一組元件——增強(qiáng)子大幅提高。增強(qiáng)子（enhancer）：真核生物中提高啟動(dòng)子效率的順式作用元件，可以不同的方向，在相對(duì)于啟動(dòng)子的任何位置發(fā)揮作用。最顯著的特點(diǎn)：可在很遠(yuǎn)的距離起作用。二、增強(qiáng)子及其對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響第50頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/651增強(qiáng)子的特性：①增效效應(yīng)十分明顯。一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10—200倍，甚至增加上千倍。②增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān)。③大多為重復(fù)序列。一般長(zhǎng)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)所必需的。④其增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性。說(shuō)明增強(qiáng)子只有與特定蛋白質(zhì)相互作用才能發(fā)揮功能。⑤沒(méi)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)子受外部信號(hào)的調(diào)控。第51頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/652真核生物基因調(diào)控元件示意圖第52頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/653增強(qiáng)子的作用原理：（1）影響模板附近的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄；第53頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/654（2）將模板固定在細(xì)胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基質(zhì)上，有利于DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的張力，促進(jìn)RNA聚合酶II在DNA鏈上的結(jié)合和滑動(dòng)；（3）增強(qiáng)子區(qū)可以作為反式作用因子或RNA聚合酶II進(jìn)入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口”。第54頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/655增強(qiáng)子的作用方式

增強(qiáng)子通過(guò)結(jié)合蛋白與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置的作用來(lái)發(fā)揮功能。只有增強(qiáng)子靠近啟動(dòng)子時(shí)，才可以發(fā)揮作用。第55頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/656第三節(jié)反式作用因子

反式作用因子（trans-actingfactor）:指能直接或間接地識(shí)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)，也叫轉(zhuǎn)錄因子。

第56頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/657根據(jù)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中各個(gè)蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)錄中作用不同可分為三類：①RNA聚合酶亞基，不具有基因特異性；②轉(zhuǎn)錄起始或終止的輔助因子，不具有基因特異性；③與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。第57頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/658

目前研究最多的轉(zhuǎn)錄因子有：TATA區(qū)：TFⅡD；CAAT區(qū)：CTF；GGGCGG區(qū)：SP1；識(shí)別熱激蛋白啟動(dòng)區(qū)：HSF第58頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/659真核生物中轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)的主要方式第59頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/660堿基與氨基酸之間的作用一般沒(méi)有固定的搭配模式。蛋白與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域比較小，且結(jié)構(gòu)有一定特征，稱為結(jié)構(gòu)基元（structuralmotif）；結(jié)構(gòu)基元在與DNA結(jié)合中起著主要作用。第60頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/661一、反式作用因子中的DNA識(shí)別或結(jié)合域1、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，H-T-H）結(jié)構(gòu)

這一類蛋白質(zhì)分子中有至少兩個(gè)α螺旋，中間由短側(cè)鏈氨基酸殘基形成“轉(zhuǎn)折”，近羧基端的α螺旋中氨基酸殘基的替換會(huì)影響該蛋白質(zhì)在DNA雙螺旋大溝中的結(jié)合。第61頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/662接觸部位第三個(gè)α-螺旋與大溝N-端與小溝磷酸骨架沒(méi)有特異性堿基有特異性螺旋1螺旋2反向平行垂直于螺旋3螺旋—轉(zhuǎn)角—螺旋式樣形成第62頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/663定義：保守氨基酸殘基與鋅離子結(jié)合，使中間的氨基酸殘基回折成一種手指狀結(jié)構(gòu)，稱為鋅指。一個(gè)α-螺旋與一個(gè)反向平行β片層的基部以鋅原子為中心，通過(guò)一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組氨酸之間形成配位鍵相連接。2、鋅指（zincfinger)結(jié)構(gòu)第63頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/664鋅指與DNA的結(jié)合：C端形成α-螺旋，插入大溝與DNA結(jié)合，N端形成β-折疊；第64頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/665糖皮質(zhì)激素受體特異性雌激素受體特異性類固醇激素受體是以二聚體形式發(fā)揮其促進(jìn)轉(zhuǎn)錄作用的。它們的兩個(gè)鋅指的功能不同。第1個(gè)鋅指的右側(cè)是控制與DNA結(jié)合的，第2個(gè)鋅指的左側(cè)則是控制形成二聚體的能力的。第65頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6663、堿性—亮氨酸拉鏈（basic-Leucinezipper，bZIP)第66頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/667堿性區(qū)域插入DNA大溝，與DNA結(jié)合。第67頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/668-螺旋的一側(cè)集中了許多疏水氨基酸，疏水側(cè)面相互作用形成二聚體。-螺旋中亮氨酸頻繁出現(xiàn)，且趨于每7個(gè)氨基酸殘基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，使在形成-螺旋時(shí)，亮氨酸出現(xiàn)在-螺旋的疏水一側(cè)，并且直線排列。堿性—亮氨酸拉鏈：第68頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/669在拉鏈區(qū)的氨基端有約35個(gè)殘基的堿性區(qū)(富含賴氨酸和精氨酸)。此區(qū)的作用是與DNA結(jié)合，它也形成-螺旋。亮氨酸拉鏈區(qū)的作用是將一對(duì)與DNA結(jié)合的區(qū)域拉在一起，以結(jié)合兩個(gè)相鄰的DNA序列。第69頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/670堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活因子序列比較第70頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/671

bHLH蛋白是以二聚體與DNA結(jié)合并發(fā)揮作用的。4、堿性—螺旋—環(huán)—螺旋（basic-helix-loop-helix,bHLH)第71頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/672第72頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/673堿性-螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)（basichelix-loop-helix，bHLH）含40-50個(gè)氨基酸殘基，其中含兩個(gè)既親水又親脂的-螺旋（helix），-螺旋被不同長(zhǎng)度的連接區(qū)（loop）分開(kāi)。bHLH蛋白借兩個(gè)螺旋對(duì)應(yīng)面上疏水基團(tuán)相互作用形成同樣亞基或不同亞基構(gòu)成的二聚體。第73頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/674bHLH區(qū)使各亞基的兩個(gè)堿性區(qū)正確定向。與bHLH區(qū)相鄰的是強(qiáng)堿性的區(qū)域，它是與DNA結(jié)合必須的。第74頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6755、同源域蛋白

同源域：是指編碼60個(gè)保守氨基酸序列的DNA片段，廣泛存在于真核生物基因組內(nèi)，同源轉(zhuǎn)換基因與生物有機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育和分化密切相關(guān)。許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因編碼的蛋白具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨基酸序列很可能參與形成了DNA結(jié)合區(qū)。第75頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/676第76頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/677第77頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/678在真核生物中，反式作用因子的功能受蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用的調(diào)節(jié)變得精密、復(fù)雜，完整的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能通常以復(fù)合物的方式來(lái)完成，這就意味著并非每個(gè)轉(zhuǎn)錄因子都直接與DNA結(jié)合。是否具有轉(zhuǎn)錄活化域成為反式作用因子中唯一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。通常依賴于DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30—100個(gè)氨基酸殘基。二、反式作用因子中的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域第78頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/679轉(zhuǎn)錄活化有下列幾個(gè)特征性結(jié)構(gòu)：1、帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)。糖皮質(zhì)激素受體AP1家族的Jun及GAL4有酸性的螺旋結(jié)構(gòu)，能與TFIID復(fù)合物中某個(gè)通用基因或RNA聚合酶II本身結(jié)合，并有穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的作用。第79頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6802、富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)。Oct1/2，Jun、AP2、血清應(yīng)答因子（SRF）有相同的富含谷氨酰氨的結(jié)構(gòu)域。第80頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6813、富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)。CTF—NF1因子的羧基端富含脯氨酸（達(dá)20%—30%），很難形成α螺旋。第81頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/682細(xì)胞應(yīng)答分為3個(gè)階段：外界信息的“感知”，即由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞；染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控；特定基因的表達(dá)，即從DNA→RNA→蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過(guò)程。第三節(jié)蛋白質(zhì)磷酸化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控第82頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/683蛋白質(zhì)的磷酸化及去磷酸化第83頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/684第84頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/685由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞途徑:①細(xì)胞表面受體蛋白構(gòu)象變化;②細(xì)胞表面受體發(fā)生寡聚化。受體分子活化細(xì)胞功能的途徑：①受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性;②配體與受體結(jié)合，通過(guò)G蛋白，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶。第85頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/686一、受cAMP水平調(diào)控的A激酶

A激酶：指依賴于cAMP的蛋白激酶（PKA），其功能是將ATP分子上的末端磷酸基團(tuán)加到某個(gè)特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。第86頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/687cAMP第87頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/688許多轉(zhuǎn)錄因子的5′端啟動(dòng)子區(qū)有一個(gè)或數(shù)個(gè)cAMP應(yīng)答元件，其基本序列為：TGACGTCA。膜上受體結(jié)合外源配基引起受體構(gòu)象變化結(jié)合GTP結(jié)合蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶導(dǎo)致cAMP濃度升高活化A激酶釋放催化亞基進(jìn)入核內(nèi)活化轉(zhuǎn)錄因子作用過(guò)程：第88頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/689二、C激酶與PIP2，IP3和DAG

磷酸肌醇級(jí)聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使是磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol-4,5-diphosphate，PIP2)的兩個(gè)降解產(chǎn)物：肌醇-1,4,5-三磷酸（Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3）和二?；视停╠iacylglycerol，DAG）。第89頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/690膜上受體結(jié)合外源配基活化受體活化G蛋白激活磷酸酯酶-β磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)降解肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）二酰基甘油（DAG）提高Ca2+濃度C激酶激活磷酸化絲氨酸或蘇氨酸圖8-31第90頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/691三、CaM激酶及MAPCa2+的細(xì)胞學(xué)功能主要是通過(guò)鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）激酶來(lái)實(shí)現(xiàn)，也是一類絲氨酸或蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+的水平。

MAP激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAP-kinase)的活性受許多外源細(xì)胞生長(zhǎng)、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。第91頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/692MAP激酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是酪氨酸與絲氨酸殘基僅相隔一個(gè)氨基酸殘基。MAP激酶上酪氨酸與絲氨酸殘基的同時(shí)磷酸化使之具有活性，引起一系列生理反應(yīng)。MAP的磷酸化與活化示意圖第92頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/693MAPK作用機(jī)制：被激活后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，使一些轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生磷酸化，改變細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的狀態(tài)。另外，它也可以使一些其它的酶發(fā)生磷酸化使之活性發(fā)生改變。MAPK家族成員的底物大部分是轉(zhuǎn)錄因子、蛋白激酶等。第93頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/694MAPK調(diào)控的生物學(xué)效應(yīng)：參與多種細(xì)胞功能的調(diào)控，尤其是在細(xì)胞增殖、分化及凋亡過(guò)程中，是多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的共同作用部位。第94頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/695四、酪氨酸激酶途徑酪氨酸激酶（ProteinTyrosinekinase，PTK）催化蛋白質(zhì)分子中的酪氨酸殘基磷酸化。酪氨酸激酶跨膜受體家族胞質(zhì)非受體家族胞外配體結(jié)構(gòu)域跨膜結(jié)構(gòu)域細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域保守序列第95頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/696胞外配體結(jié)構(gòu)域結(jié)合配體受體二聚化導(dǎo)致使胞質(zhì)區(qū)酪氨酸殘基磷酸化跨膜受體家族作用機(jī)理：第96頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/697Src同源結(jié)構(gòu)域功能區(qū)SH1區(qū)：416位磷酸化活性提高調(diào)節(jié)區(qū)SH2區(qū)：結(jié)合蛋白SH3區(qū)：定位SH2抑制區(qū)527位磷酸化抑制其活性胞質(zhì)非受體家族作用機(jī)理第97頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/698五、蛋白質(zhì)磷酸化與細(xì)胞分裂調(diào)控p53基因編碼

p53蛋白激活物調(diào)節(jié)

p21蛋白表達(dá)大量p21蛋白結(jié)合細(xì)胞周期蛋白激酶E-CDK2復(fù)合物p21蛋白不足CDK2使得pRb蛋白磷酸化pRb蛋白不能與E2F結(jié)合與DNA合成有關(guān)的基因被激活，引發(fā)細(xì)胞分裂CDK2不能使pRb蛋白磷酸化pRb結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子E2F細(xì)胞分裂受阻第98頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/699第四節(jié)蛋白質(zhì)乙?；瘜?duì)基因表達(dá)的影響一、組蛋白的乙?；叭ヒ阴；?、組蛋白的基本組成2、核心組蛋白的乙?；叭ヒ阴；诵慕M蛋白的N端可發(fā)生乙酰化及去乙?；揎棥５?9頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/61003、組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶與轉(zhuǎn)錄有關(guān)與核小體的組裝及染色體結(jié)構(gòu)有關(guān)4、組蛋白的去乙?；购诵◇w相互靠近，抑制基因轉(zhuǎn)錄。第100頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6101二、組蛋白乙?；叭ヒ阴；瘜?duì)基因表達(dá)的影響組蛋白乙?；泻驼姾?，使核小體結(jié)構(gòu)松散抑制核小體的濃縮組蛋白乙?；岣呋虻霓D(zhuǎn)錄活性。第101頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6102三、p53乙?；瘜?duì)轉(zhuǎn)錄的影響p53蛋白調(diào)節(jié)p21蛋白的表達(dá)，當(dāng)p53蛋白乙?；笫古cDNA的結(jié)合區(qū)暴露，增強(qiáng)了與DNA的結(jié)合能力從而促進(jìn)p21基因的轉(zhuǎn)錄。第102頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6103第五節(jié)激素與熱激蛋白對(duì)基因表達(dá)的影響

一、激素對(duì)靶基因的影響類固醇激素（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(guò)起始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。第103頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6104

1、膜受體激素激素作為第一信使，通過(guò)與細(xì)胞表面質(zhì)膜受體結(jié)合，通過(guò)跨膜傳遞途徑將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。然后通過(guò)第二信使，將信號(hào)逐級(jí)放大，從而使激素的信號(hào)轉(zhuǎn)換為激活轉(zhuǎn)錄因子的信號(hào)，影響基因表達(dá)。第104頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6105激素透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)入結(jié)合細(xì)胞質(zhì)受體細(xì)胞核結(jié)合染色質(zhì)的特定區(qū)域?qū)е禄蜣D(zhuǎn)錄起始或關(guān)閉2、非膜受體激素第105頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6106二、熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)

大多數(shù)生物在最適溫度以上，能受熱誘導(dǎo)合成一系列熱休克蛋白，就是由于熱激因子（heatshockfactor,HSF)與hsp70基因TATA區(qū)上游60bp處的熱激應(yīng)答元件（heatshockresponseelement,HSE)相結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的起始。第106頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6107

應(yīng)答元件：能與某一個(gè)或某一類專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列。第107頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6108三、金屬硫蛋白基因表達(dá)的調(diào)控

金屬硫蛋白（metallothionein,MT)是細(xì)胞內(nèi)多余重金屬離子的螯合蛋白，在平時(shí)有本底水平的表達(dá)，還能受重金屬離子或糖皮質(zhì)的誘導(dǎo)而高效表達(dá)。第108頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/6109第六節(jié)其他水平上的基因調(diào)控一、RNA的加工成熟1、rRNA和tRNA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。rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖甲基化。第109頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/61102、mRNA的加工成熟編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA，mRNA加工主要包括在mRNA的5′末端加“帽子”，在其3′末端加上poly(A)，進(jìn)行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修飾等。第110頁(yè),共122頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/61113、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(jiǎn)單轉(zhuǎn)