1、 基因組很小，大多只有一條染色體 結構簡煉 存在轉錄單元多順反子原核生物基因組結構特點 有重疊基因第1頁/共118頁二、真核細胞與原核細胞在基因轉錄、翻譯及二、真核細胞與原核細胞在基因轉錄、翻譯及DNADNA的空間結構的空間結構方面存在以下幾個方面的差異方面存在以下幾個方面的差異 試說明真核細胞與原核細胞在基因轉錄，翻譯及DNA的空間結構方面存在的主要差異，表現在哪些方面？ 武漢大學2003年分子生物學碩士入學試題 第2頁/共118頁 在真核細胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。 真核細胞DNA與組蛋白和大量非組蛋白相結合，只有一小部分DN

2、A是裸露的。第3頁/共118頁 高等真核細胞DNA中很大部分是不轉錄的，大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內含子。 真核生物能夠有序地根據生長發育階段的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞內某些基因的拷貝數。第4頁/共118頁 在真核生物中，基因轉錄的調節區相對較大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿基對，這些調節區一般通過改變整個所控制基因5上游區DNA構型來影響它與RNA聚合酶的結合能力。 在原核生物中，轉錄的調節區都很小，大都位于啟動子上游不遠處，調控蛋白結合到調節位點上可直接促進或抑制RNA聚合酶與它的結合。第5頁/共118頁 真核生物的RNA在細胞核中合成，只有經轉

3、運穿過核膜，到達細胞質后，才能被翻譯成蛋白質，原核生物中不存在這樣嚴格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經過復雜的成熟和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質。第6頁/共118頁三、基本概念三、基本概念（一）基因家族（gene family)真核生物的基因組中有很多來源相同、結構相似、功能相關的基因，將這些基因稱為基因家族。 同一家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇(gene cluster) 。如：編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都屬于基因家族第7頁/共118頁1、簡單多基因家族簡單多基因家族中的基因一般以串聯方式前后相連。第8頁/共118頁The eukaryotic rib

4、osomal DNA repeating unit第9頁/共118頁2 2、復雜多基因家族、復雜多基因家族 復雜多基因家族一般由幾個相關基因家族構成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉錄單位。現已發現存在不同形式的復雜多基因家族。第10頁/共118頁Organization of histone genes in the animal genome第11頁/共118頁（二）斷裂基因（二）斷裂基因 基因的編碼序列在DNA分子上是不連續的，為非編碼序列所隔開，其中編碼的序列稱為外顯子，非編碼序列稱內含子。外顯子(Exon) ：真核細胞基因DNA中的編碼序 列，這些序列被轉錄成RNA并進而翻

5、譯為蛋白質。內含子(Intron) ：真核細胞基因DNA中的間插序列，這些序列被轉錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。 第12頁/共118頁第13頁/共118頁1 1、外顯子與內含子的連接區、外顯子與內含子的連接區 指外顯子和內含子的交界或稱邊界序列，它有兩個重要特征： 內含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性 連接區序列很短，高度保守，是RNA剪接的信號序列 5GTAG 3第14頁/共118頁2 2、外顯子與內含子的可變調控、外顯子與內含子的可變調控 組成型剪接：一個基因的轉錄產物通過剪接只能產生一種成熟的mRNA。 選擇性剪接：同一基因的轉錄產物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。 第15頁/共

6、118頁 PS 外顯子 S PL 外顯子 L 外顯子 2 外顯子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始轉錄本： 在唾腺中轉錄 成熟 mRNA： 1663nt 初始轉錄本： 在肝中轉錄 成熟 mRNA： 1773nt 圖 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同啟動子產生兩個不同的 mRNA第16頁/共118頁( (三三) )假基因假基因是基因組中因突變而失活的基因，無蛋白質產物。一般是啟動子出現問題。第17頁/共118頁根據其性質可分為兩大類：一是瞬時調控或稱為可逆性調控，它相當于原核細胞對環境條件變化所做出的反應。瞬時調控包括某種底物

7、或激素水平升降時，及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調節。二是發育調控或稱不可逆調控，是真核基因調控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發育的全部進程。根據基因調控在同一事件中發生的先后次序又可分為：DNA水平調控轉錄水平調控轉錄后水平調控翻譯水平調控蛋白質加工水平的調控四、真核生物基因表達調控的種類：第18頁/共118頁第一節第一節 DNADNA水平的調控水平的調控基因丟失基因丟失基因擴增基因擴增基因重排基因重排DNA甲基化狀態與調控甲基化狀態與調控染色體結構與調控染色體結構與調控抗體分子的形成Ti質粒轉座子第19頁/共118頁一、基因丟失一、基因丟失在細胞分化過程中，通過在細胞分化過程

8、中，通過丟掉某些基因丟掉某些基因而去除其而去除其活性。例如某些原生動物，線蟲、昆蟲、甲殼類活性。例如某些原生動物，線蟲、昆蟲、甲殼類動物，體細胞常丟掉部分或整條染色體，只保留動物，體細胞常丟掉部分或整條染色體，只保留將來分化產生生殖細胞的那套染色體。將來分化產生生殖細胞的那套染色體。例如在蛔蟲胚胎發育過程中，有例如在蛔蟲胚胎發育過程中，有2727DNADNA丟失。丟失。在高等動植物中，尚未發現類似現象。在高等動植物中，尚未發現類似現象。許多生物各類不同的細胞或細胞核都具有全能性許多生物各類不同的細胞或細胞核都具有全能性totipotencytotipotency第一節第一節 DNADNA水平的

9、調控水平的調控第20頁/共118頁二、基因擴增二、基因擴增 在沒有發生細胞分裂，整條染色體幾乎沒有復制的情在沒有發生細胞分裂，整條染色體幾乎沒有復制的情 況下，細胞內某些特定基因的拷貝數專一性增加的況下，細胞內某些特定基因的拷貝數專一性增加的現象現象1 1、為滿足正常的生長發育需要為滿足正常的生長發育需要 如兩棲類和昆蟲卵母細胞如兩棲類和昆蟲卵母細胞rRNArRNA基因基因的擴增的擴增: : 卵母卵母細胞中的細胞中的rDNArDNA拷貝數比體細胞中增加了拷貝數比體細胞中增加了40004000倍，倍，用于轉錄合成卵裂期所需要的用于轉錄合成卵裂期所需要的10121012個核糖體。個核糖體。 在果蠅

10、濾泡細胞中，編碼卵殼在果蠅濾泡細胞中，編碼卵殼蛋白蛋白的卵殼基因的擴的卵殼基因的擴增增2 2、外界環境因素引起基因擴增外界環境因素引起基因擴增 基因擴增與基因擴增與腫瘤形成及細胞衰老腫瘤形成及細胞衰老有關。在原發性有關。在原發性的視網膜細胞瘤中，含的視網膜細胞瘤中，含myc myc 原癌基因的原癌基因的DNADNA區段擴區段擴增增1010200200倍。許多致癌劑可誘導倍。許多致癌劑可誘導DNADNA擴增。擴增。 第21頁/共118頁基因組拷貝數增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現象。基因組拷貝數增加使可供遺傳重組的物質增多，這可能構成了加速基因進化、基因組重組和最終物種形成的一種方式。發育

11、或系統發生中的倍性增加在植物中普遍存在第22頁/共118頁DNA含量的發育控制利用流式細胞儀對從擬南芥不同發育階段的組織中分離到的間期細胞核進行分析，發現多倍體的DNA含量與組織的成熟程度成正比。對于一給定的物種，C是單倍體基因組中的DNA質量。第23頁/共118頁 將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉錄，這種方式被稱為基因重排。 通過基因重排調節基因活性的典型例子是免疫球蛋白結構基因的表達。三、基因重排：三、基因重排：第24頁/共118頁第25頁/共118頁第26頁/共118頁 基因重排基因重排 特異性調節特異性調節，發生在特殊的細胞類型中，發生在特殊的細胞類型中 例如：

12、釀酒酵母接合型例如：釀酒酵母接合型 哺乳動物免疫球蛋白編碼區的連接哺乳動物免疫球蛋白編碼區的連接 無序的無序的，發生在腫瘤細胞基因組中，發生在腫瘤細胞基因組中第27頁/共118頁1 1、釀酒酵母接合型的決定、釀酒酵母接合型的決定Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae 單倍體細胞單倍體細胞, a or , a or 接合型接合型 不同接合型的細胞可以接不同接合型的細胞可以接合合 相同接合型的細胞不能接相同接合型的細胞不能接合合MATa ,MATMATa ,MAT 接合型可互變接合型可互變aa 需要需要HOHO基因，編碼內切酶基因，編碼內切

13、酶第28頁/共118頁2 2、Cassette model Cassette model 匣子模型匣子模型（1 1）接合型互變的匣子模型）接合型互變的匣子模型 一個單倍體細胞中同時存在一個單倍體細胞中同時存在MATaMATa和和 MATMAT 在同一染色體上，活躍匣子在同一染色體上，活躍匣子 MATMAT 沉寂匣子沉寂匣子 HML, HMRHML, HMR第29頁/共118頁活躍匣子表達，活躍匣子表達，HMLHML和和HMRHMR保持沉默？保持沉默？Sir Sir (silent information regulator)(silent information regulator)，編碼阻遏

14、蛋白，編碼阻遏蛋白, ,其結合位點在其結合位點在HMLHML和和HMRHMR啟動子上游啟動子上游1500bp1500bp以外，在以外，在MATMAT上無結合位點上無結合位點 sirsir如何控制轉錄？如何控制轉錄？ 影響影響RNARNA聚合酶的結合聚合酶的結合 通過染色質濃縮，改變基因轉錄通過染色質濃縮，改變基因轉錄 DNase IDNase I超敏感位點不存在于超敏感位點不存在于HML/RHML/R上上第30頁/共118頁與活躍匣子不同類型的沉寂匣子可以取代活躍匣子，改變接合型3 接和型互變第31頁/共118頁 接合型的改變，實際上是接合型的改變，實際上是DNADNA序列的代換，依賴于序列同

15、源性序列的代換，依賴于序列同源性 與活躍匣子不同類型的沉寂匣子可以取代活躍匣子，改變接合型與活躍匣子不同類型的沉寂匣子可以取代活躍匣子，改變接合型 匣子匣子 W X Y Z1 Z2 totalW X Y Z1 Z2 total HML HML 723 704 723 704 747747 239 88 2501 239 88 2501 MAT MAT 723 704 723 704 747747 239 88 2501 239 88 2501 MAT MATa a 723 704 723 704 642642 239 88 2369 239 88 2369 HMR HMRa a 704 704

16、 642642 239 1585 239 1585第32頁/共118頁第33頁/共118頁四、四、DNA的甲基化與基因調控：的甲基化與基因調控：1 1、DNADNA的甲基化的甲基化第34頁/共118頁在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中 CpG二核苷酸通常成串出現在DNA上，CpG島 第35頁/共118頁 真核生物細胞內存在兩種甲基化酶活性：維持甲基轉移酶 重新甲基轉移酶 第36頁/共118頁第37頁/共118頁2 2、DNADNA甲基化抑制基因轉錄的機理甲基化抑制基因轉錄的機理DNA甲基化導致某些區域DNA構象變化，從而影響了蛋白質與DNA

17、的相互作用，抑制了轉錄因子與啟動區DNA的結合效率。 第38頁/共118頁第二節染色質水平上的基因活化調節按功能狀態的不同可將染色質分為活性染色質和非活性染色質，所謂活性染色質是指具有轉錄活性的染色質；非活性染色質是指沒有轉錄活性的染色質。活性染色質由于核小體構型發生構象的改變，往往具有疏松的染色質結構從而便于轉錄調控因子與順式調控元件結合和RNA聚合酶在轉錄模板上滑動。活性染色質第39頁/共118頁真核細胞中基因轉錄的模板是染色質而不是裸露的DNA，因此染色質呈疏松或緊密結構，即是否處于活化狀態是決定RNA聚合酶能否有效行使轉錄功能的關鍵。第40頁/共118頁第41頁/共118頁第42頁/共

18、118頁活性染色質的主要特點在結構上：活性染色質上具有DNaseI超敏感位點活性染色質上具有基因座控制區活性染色質上具有核基質結合區（MAR序列）第43頁/共118頁活性染色體結構變化1.對核酸酶敏感對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調節蛋活化基因常有超敏位點，位于調節蛋白結合位點附近。白結合位點附近。第44頁/共118頁2.DNA拓撲結構變化拓撲結構變化天然雙鏈天然雙鏈DNA均以負性超螺旋構象存在；均以負性超螺旋構象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋負超螺旋負超螺旋轉錄方向轉錄方向3.DNA堿基修飾變化堿基修飾變化真核真核DNA約有約有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶

19、被甲基化，甲基化范圍與基因表達程度呈反比。甲基化范圍與基因表達程度呈反比。第45頁/共118頁4.組蛋白變化組蛋白變化富含富含Lys組蛋白水平降低組蛋白水平降低H2A,H2B二聚體不穩定性增加二聚體不穩定性增加組蛋白修飾組蛋白修飾H3組蛋白巰基暴露組蛋白巰基暴露第46頁/共118頁活性染色質上具有DNaseI超敏感位點。每個活躍表達的基因都有一個或幾個超敏感位點，大部分位于基因5端啟動子區域。第47頁/共118頁活性染色質上具有核基質結合區（ matrix attachment region ，MAR）。MAR一般位于DNA放射環或活性轉錄基因的兩端。在外源基因兩端接上MAR，可增加基因表達水

20、平倍以10上，說明MAR在基因表達調控中有作用。是一種新的基因調控元件。第48頁/共118頁第49頁/共118頁第50頁/共118頁第三節第三節 轉錄水平的調控轉錄水平的調控 真核生物細胞中有成千上萬個基因表達，不同類型細胞由不同組合的基因表真核生物細胞中有成千上萬個基因表達，不同類型細胞由不同組合的基因表達。那么，每種細胞如何保證正確的基因組合表達？達。那么，每種細胞如何保證正確的基因組合表達？ 一種途徑是一種途徑是基因重復基因重復：基因有多個拷貝，不同類型細胞表達不同的拷貝，不：基因有多個拷貝，不同類型細胞表達不同的拷貝，不同拷貝的表達處于不同調控系統。同拷貝的表達處于不同調控系統。 另一

21、種途徑是另一種途徑是復合控制系統復合控制系統：真核生物單拷貝基因轉錄調控系統：真核生物單拷貝基因轉錄調控系統, ,網絡網絡第51頁/共118頁一、基因轉錄的順式調控元件一、基因轉錄的順式調控元件 cis-cis-elementelement 由若干可以區分的由若干可以區分的DNADNA序列組成，并與特定的功能基因相連，組成基序列組成，并與特定的功能基因相連，組成基因轉錄的調控區，通過與相應的反式作用因子結合，實現對基因轉錄的因轉錄的調控區，通過與相應的反式作用因子結合，實現對基因轉錄的調控。調控。 按照功能分為啟動子、增強子、沉默子按照功能分為啟動子、增強子、沉默子 按照調控水平分為基礎轉錄水

22、平的順式調控元件，如啟動子；特異誘導按照調控水平分為基礎轉錄水平的順式調控元件，如啟動子；特異誘導高效表達的順式調控元件，如增強子高效表達的順式調控元件，如增強子第52頁/共118頁1、啟動子UPE:upstreampromotorelementUAS:upstreamactivatingsequence第53頁/共118頁第54頁/共118頁 sv40第55頁/共118頁 促進轉錄，不具有啟動子專一性促進轉錄，不具有啟動子專一性 功能與方向，位置無關功能與方向，位置無關 遠距離發揮作用遠距離發揮作用 (100500bp(100500bp，10Kb)10Kb) 組織或細胞特異性組織或細胞特異性

23、 必須有兩個必須有兩個( (以上以上) )增強子成份增強子成份緊密相連，緊密相連，enhansonenhanson 增強子的特點第56頁/共118頁SV40至少有3個不連續的21bp的增強子成分A,B,C，6個增強子元第57頁/共118頁3 3、silencersilencer 負調控元件負調控元件, , 不受距離和方向限制，可對異源基因的表達起作用不受距離和方向限制，可對異源基因的表達起作用 對真核生物成簇基因的選擇性表達起重要作用對真核生物成簇基因的選擇性表達起重要作用 例如例如 酵母，酵母，mating typemating type - -珠蛋白珠蛋白基因簇基因簇 T T淋巴細胞激活所

24、需要的淋巴細胞激活所需要的CD4/CD8CD4/CD8基因基因Sawada S.,1994,A lineage-specific transcriptional Sawada S.,1994,A lineage-specific transcriptional silencer regulates CD4 gene expression during T silencer regulates CD4 gene expression during T lymphocyte development. Cell 77:917-929lymphocyte development. Cell 77:91

25、7-929 對細胞亞型成熟過程中特異性的選擇表達對細胞亞型成熟過程中特異性的選擇表達第58頁/共118頁二、基因轉錄的反式作用因子二、基因轉錄的反式作用因子調控蛋白質包括負調控因子（阻遏蛋白） 正調控因子（轉錄因子）原核生物調控蛋白種類較少（由于啟動子或 操作子結構簡單）真核生物調控蛋白種類較多，主要是轉錄因子第59頁/共118頁 DNA binding domain：100aa，氫鍵，大溝 transcription active domain：30-100aa regular domain：與其它因子或調控蛋白結合（一）TF結構特征第60頁/共118頁1 1、motif motif 基序，

26、基元，花式基序，基元，花式 構成任何一種特征序列或結構的基本單位，是超二級結構構成任何一種特征序列或結構的基本單位，是超二級結構 已發現已發現4 4種結構基元在種結構基元在DNADNA結合中起主要作用結合中起主要作用第61頁/共118頁補充內容補充內容多肽鏈的構象多肽鏈的構象 ， - - NN ， C C - - C C第62頁/共118頁 螺旋螺旋第63頁/共118頁- -折疊折疊第64頁/共118頁- turn, - turn, 轉角轉角 R1R1的的 C=OC=O與與R4R4的的 NHNH形成氫鍵形成氫鍵第65頁/共118頁（1 1） HTH, Helix-turn-helixHTH,

27、Helix-turn-helix 2 2個個 螺旋被一個螺旋被一個 轉角隔開轉角隔開 識別螺旋，與識別螺旋，與DNADNA在大溝中特異結合在大溝中特異結合 穿過大溝，與穿過大溝，與DNADNA非特異結合非特異結合第66頁/共118頁許多調控蛋白都有許多調控蛋白都有HTHHTH 阻遏蛋白與阻遏蛋白與crocro蛋白蛋白 CAPCAP 酵母接合型調控蛋白酵母接合型調控蛋白1 1，2 2 果蠅的觸角足基因果蠅的觸角足基因 AntpAntp 玉米的玉米的Kn1Kn1 水稻的水稻的OSH1 OSH1 第67頁/共118頁（2 2） Zinc fingerZinc fingerA. Cys2/His2,

28、A. Cys2/His2, 經典經典 23aa23aa Cys- XCys- X2-42-4- Cys-X- Cys-X3 3-Phe- X-Phe- X5 5 -Leu- X -Leu- X2 2 -His- X -His- X3 3 -His -His CysCys，HisHis與與ZnZn2+2+結合形成結合形成4 4面體結構，使中部的氨面體結構，使中部的氨基酸回折成環，凸出如手指基酸回折成環，凸出如手指 中部芳香族氨基酸保守，疏水中部芳香族氨基酸保守，疏水 串聯重復排列，兩指間串聯重復排列，兩指間7-8aa7-8aa 鋅指數目多少不等鋅指數目多少不等S395第68頁/共118頁SP1S

29、P1 zyj271第69頁/共118頁TF III ATF III A 344aa 344aa，NN端與端與DNADNA結合結合 9 9個鋅指，每個個鋅指，每個30aa30aa 與與5s rRNA5s rRNA基因內啟動子基因內啟動子 （50bp)50bp)結合結合第70頁/共118頁第71頁/共118頁B. Cys2/Cys2 zinc fingerB. Cys2/Cys2 zinc finger Cys- XCys- X2 2- Cys-X- Cys-X1313Cys- XCys- X2 2- Cys- Cys Zn+Zn+與與4 4個個CysCys結合結合 DNADNA結合序列較短，對稱

30、結合序列較短，對稱 無大量重復性鋅指無大量重復性鋅指 Cys2/Cys2Cys2/Cys2與與 Cys2/His2Cys2/His2不同不同 例如例如GAL4GAL4，酵母的轉錄因子，酵母的轉錄因子 哺乳類的固醇類激素受體哺乳類的固醇類激素受體第72頁/共118頁糖皮質激素受體糖皮質激素受體 ZYJ272 第73頁/共118頁-COOH-COOH，每隔，每隔7 7個氨基酸出現一個個氨基酸出現一個LeuLeu，所，所有有LeuLeu出現在同一側面，成直線排列，形成出現在同一側面，成直線排列，形成疏水面疏水面-NH2-NH2, ,富含堿性氨基酸，富含堿性氨基酸，堿性，堿性DNADNA結合域結合域(

31、3) Leu (3) Leu zipperzipper依靠依靠LeuLeu的疏水作用的疏水作用,2,2個個helix helix 相互纏繞，形成拉鏈結構相互纏繞，形成拉鏈結構第74頁/共118頁base ZIP motif Ybase ZIP motif Y形結構形結構第75頁/共118頁GCN4第76頁/共118頁在真核生物中廣泛存在在真核生物中廣泛存在 C/EBP C/EBP 增強子結合蛋白增強子結合蛋白 GCN4 GCN4 酵母激活因子酵母激活因子 CREBCREB（cAMPcAMP應答元件結合蛋白）應答元件結合蛋白） 原癌基因原癌基因jun, fosjun, fos編碼產物編碼產物Le

32、u拉鏈可以homodimer,heterodimer起作用，說明用各種不同組合，可產生不同的調控蛋白，能閱讀多種序列（功能的靈活性）第77頁/共118頁第78頁/共118頁（4 4） bHLH bHLH （ Helix-loop-helixHelix-loop-helix） 404050aa50aa 含含2 2個個 -helix-helix（1516aa1516aa）, , 由連接區（由連接區（1228aa1228aa）連接；兩親性）連接；兩親性, amphipathic, amphipathic；通；通過疏水面作用形成二聚體過疏水面作用形成二聚體 NH2NH2端為端為堿性堿性結合區，結合區，

33、16aa16aa第79頁/共118頁MyoD-DNA 第80頁/共118頁缺乏堿性區的蛋白質，即使形成（同、缺乏堿性區的蛋白質，即使形成（同、異）二聚體，也無法同異）二聚體，也無法同DNADNA結合結合 zyj278第81頁/共118頁2. 2. 轉錄激活域轉錄激活域 A A 酸性激活域酸性激活域 如如GCN4GCN4，GAL4GAL4 P P rich-Gln rich-Gln 如如SP1, AP2, oct1, oct2SP1, AP2, oct1, oct2 QQ rich-pro rich-pro 如如CTF/NF1CTF/NF1 不規則的，含雙性不規則的，含雙性 -helix-hel

34、ix第82頁/共118頁實驗：使用不同的激活域（A,P,Q）與GAL4的結合域構成融合蛋白，檢測其激活轉錄的能力。DNA結合域只是為激活域在DNA分子上尋找一個立足之地。酵母雙雜交的技術基礎第83頁/共118頁第四節第四節 轉錄后水平調控轉錄后水平調控 一、一、hnRNAhnRNA選擇加工及運輸選擇加工及運輸 實驗發現，在海膽囊胚細胞中，約有實驗發現，在海膽囊胚細胞中，約有2 2萬種不同序列的萬種不同序列的hnRNAhnRNA，其中，其中1.31.3萬種加萬種加工形成工形成mRNAmRNA；在成體腸細胞中，約有；在成體腸細胞中，約有2.52.5萬種萬種hnRNAhnRNA，只有，只有30003

35、000種加工成種加工成mRNAmRNA。在囊胚中存在，而腸細胞中沒有的。在囊胚中存在，而腸細胞中沒有的mRNAmRNA序列，大多數可在腸序列，大多數可在腸hnRNAhnRNA中發現。中發現。 說明海膽中許多基因的轉錄并不因組織的不同而有很大的差異。說明海膽中許多基因的轉錄并不因組織的不同而有很大的差異。不同組織調控不同組織調控自己自己mRNAmRNA水平的主要方式似乎不在轉錄水平，而在對水平的主要方式似乎不在轉錄水平，而在對hnRNAhnRNA的選擇加工，的選擇加工，似似乎只有一小部分基因的調控發生在轉錄水平。乎只有一小部分基因的調控發生在轉錄水平。第84頁/共118頁除了轉錄水平調控外，除了

36、轉錄水平調控外，mRNAmRNA水平還決定于水平還決定于hnRNAhnRNA加工、加工、mRNAmRNA運輸，但對其機制了解不運輸，但對其機制了解不多多hnRNA hnRNA 核內不均一核內不均一RNA RNA hnRNP hnRNP 與與RNARNA結合蛋白形成核糖核蛋白結合蛋白形成核糖核蛋白, ,蛋白質蛋白質3/43/4 加工加工 5-capping, 3-polyA, 5-capping, 3-polyA, splicing splicing ，RNPRNP復合物中的蛋白質組分可能包含了各步復合物中的蛋白質組分可能包含了各步驟所需的酶驟所需的酶 mRNA mRNA mRNP mRNP 在

37、細胞質中與蛋白質結合存在在細胞質中與蛋白質結合存在第85頁/共118頁二、二、alternative splicingalternative splicing1 1、概念、概念 組成型剪接組成型剪接: : 一個基因的一個基因的mRNAmRNA前體按一種方式剪前體按一種方式剪切，產生一種切，產生一種mRNAmRNA，一種蛋白質，一種蛋白質 選擇性剪接選擇性剪接：有些基因的：有些基因的mRNAmRNA前體，按不同方前體，按不同方式剪切，產生兩種以上式剪切，產生兩種以上mRNAmRNA，翻譯產生多種蛋，翻譯產生多種蛋白質白質2 2、產生原因及類型、產生原因及類型 有兩個以上的啟動子有兩個以上的啟動子

38、, , 未發現實例未發現實例 有多個加尾信號有多個加尾信號, , 如免疫球蛋白如免疫球蛋白 選用不同的拼接位點，如選用不同的拼接位點，如SV40SV40的的T,tT,t抗原抗原 幾者兼有，如大鼠降鈣素基因相關產物幾者兼有，如大鼠降鈣素基因相關產物第86頁/共118頁果蠅，性別決定第87頁/共118頁免疫球蛋白,不同3末端型第88頁/共118頁大鼠降鈣素大鼠降鈣素, , calcitonincalcitonin ylf420Calcitoningenerelatedpeptide第89頁/共118頁三、調控機制三、調控機制 實質是實質是5 5供體與供體與3 3受體拼接點的選擇搭配受體拼接點的選擇

39、搭配 如何選擇不同的位點？如何選擇不同的位點？ SRSR蛋白家族：蛋白家族：SF2SF2剪接因子，可與剪接因子，可與RNARNA 結合，決定結合，決定5 5剪接位點剪接位點 RNPRNP的調節：的調節：hnRNP-A1, U5-snRNPhnRNP-A1, U5-snRNP第90頁/共118頁 IntronIntron的功能之一是使同一個基因表達出多種蛋白質，即擴大的功能之一是使同一個基因表達出多種蛋白質，即擴大DNADNA中遺傳信中遺傳信息的含量息的含量 高等真核生物基因組很大，完全能容納更多的基因。為什么一方面它的許多高等真核生物基因組很大，完全能容納更多的基因。為什么一方面它的許多基因非

40、常分散，而另一方面它又使一個基因產生出多種產物？基因非常分散，而另一方面它又使一個基因產生出多種產物？四、選擇性剪接的意義四、選擇性剪接的意義令人不解令人不解 ！？！？第91頁/共118頁 由于可變剪接機制的多樣化，一個基因可以在轉錄后通過由于可變剪接機制的多樣化，一個基因可以在轉錄后通過hnRNAhnRNA的的剪接加工而產生兩個或更多的蛋白質。因此基因的定義也應隨之擴展，剪接加工而產生兩個或更多的蛋白質。因此基因的定義也應隨之擴展，即不應以多肽產物為單位，應以即不應以多肽產物為單位，應以獨立轉錄的一段獨立轉錄的一段DNADNA作為確定一個基作為確定一個基因的標準？因的標準？第92頁/共118

41、頁轉錄調控實例 1. 組成性轉錄因子:SPl SPl與一段富含GC的保守序列GGGCC沿相連，是一種組成性轉錄因子。SPl存在于所有的細胞類型中，包含3個鋅指結構以及2個富含谷氨酰胺轉錄激活結構域。SPl的富含谷氨酰胺結構域與TAFll0發生特異性作用，而TAFll0與TATA結合蛋白（TBP)相結合組成TFD。這就是SPl如何調控起始轉錄復合體的一種方式。第93頁/共118頁2. 激素調控: 類固醇激素受體 激素由一類細胞分泌，然后將信號轉移給另一類細胞。如類固醇激素是脂溶性的，可以穿過細胞膜與被稱作類固醇激素受體的轉錄因子相互作用。在沒有類固醇激素存在的條件下，該受體與抑制蛋白結合，游離在

42、細胞質中，對轉錄有阻抑作用。當類固醇激素與受體結合后，可以使受體從抑制蛋白上游離出來，然后受體二聚化，進而轉移到細胞核中，轉化為轉錄激活因子。 第94頁/共118頁第95頁/共118頁3. 磷酸化調控:STAT蛋白 某些激素不穿過細胞，它們與細胞表面的受體結合，通過信號轉導的過程將信號傳遞給細胞內的蛋白。如-干擾素通過激活JAK激酶，誘發轉錄因子（STATl）的磷酸化（當STATl沒有磷酸化時，以單體的形成存在于細胞質中，沒有轉錄活性）。它的一個特定酪氨酸殘基發生磷酸化后，便能夠形成同型二聚體，并從細胞質轉移到細胞核中，進而激活在啟動子處含有一保守DNA結合序列的目標基因的表達 。 第96頁/

43、共118頁第97頁/共118頁4. 轉錄延伸：HIV Tat HIV編碼一種稱為Tat的激活蛋白，該蛋白為HIV基因的大量表達所必需。Tat與RNA上的一段稱為TAR的莖環結構結合（TAR是HIV RNA5端的轉錄起始點后的一段不翻譯區域）。在哺乳動物細胞中Tat所起的主要作用表現在轉錄延伸的過程中，若沒有Tat的存在，RNA聚合酶轉錄復合體將因進程過慢而使HIV的轉錄過早終止。 第98頁/共118頁Tat可與RNA結合因子一起以復合體形式結合在轉錄物的TAR序列上，Tat-RNA復合體可以向后成環，并與裝配在啟動子處的新形成的轉錄起始復合體作用，這種作用導致TFH的激酶活性被激活，結果RNA

44、聚合酶的羧基端結構域 (CTD)實現磷酸化，使得RNA聚合酶前進，完成HIV轉錄單位的閱讀 ，實現HIV蛋白的大量合成。第99頁/共118頁第100頁/共118頁5. 胚胎發育:同源域蛋白 同源框是一段保守的DNA序列，編碼一種同源異型域的螺旋-轉角-螺旋的DNA結合蛋白。果蠅同源異型基因編碼的轉錄因子中的同源異型域負責身體各部分的正確分化 。例如，同源異型基因中的一種Antennapedia的突變可使果蠅在應該長觸角的地方長出腿來。 第101頁/共118頁第五節第五節 翻譯水平的調控翻譯水平的調控一、翻譯起始因子的磷酸化一、翻譯起始因子的磷酸化二、二、mRNAmRNA結構結構三、三、mRNA

45、mRNA穩定性穩定性四、四、.合成的自體調控合成的自體調控例，轉鐵蛋白例，轉鐵蛋白mRNAmRNA的翻譯調控的翻譯調控第102頁/共118頁（1 1）TfR (transferrin receptor), TfR (transferrin receptor), 用于鐵的運輸用于鐵的運輸 鐵含量高時，鐵含量高時， TfRTfR合成減少合成減少 低時，低時， TfRTfR合成增加合成增加 IRE, IRE, 在在3 3-UTR-UTR區區, , 與與IRE-BPIRE-BP結合穩定結合穩定mRNAmRNA第103頁/共118頁（2 2）FerritinFerritin，鐵蛋白，用于鐵

46、的解毒，鐵蛋白，用于鐵的解毒 鐵含量高時，鐵含量高時， ferritinferritin合成增加合成增加 低時，低時，ferritinferritin合成減少合成減少 IRE, IRE, 在在5 5-UTR-UTR區，與區，與IRE-BPIRE-BP結合阻止翻譯結合阻止翻譯第104頁/共118頁ZYX231ZYX231IRE-BP與順烏頭酸酶同源性高，是一種鐵硫蛋白4Fe4S3Fe4S 不能與IRE結合第105頁/共118頁FeFeIRETREBP翻譯翻譯IRETREBP翻譯翻譯鐵蛋白鐵蛋白mRNA鐵蛋白受鐵蛋白受體體mRNA第106頁/共118頁 第六節第六節 翻譯后水平的調控翻譯后水平的調

47、控 翻譯后產生的多數蛋白質無生物活性，必須經過切割加工、水解、化學修翻譯后產生的多數蛋白質無生物活性，必須經過切割加工、水解、化學修飾、剪接飾、剪接 某些蛋白質有選擇的受到抑制某些蛋白質有選擇的受到抑制 某些蛋白質必須位于細胞內特定位置，如溶酶體、線粒體、葉綠體某些蛋白質必須位于細胞內特定位置，如溶酶體、線粒體、葉綠體 需同其他蛋白質結合，組裝成功能單位，如血紅蛋白、微管蛋白、核糖體需同其他蛋白質結合，組裝成功能單位，如血紅蛋白、微管蛋白、核糖體等，都是由多條蛋白質分子結合在一起形成的功能單位等，都是由多條蛋白質分子結合在一起形成的功能單位 第107頁/共118頁一、一、Molecular c

48、haperoneMolecular chaperone 19611961年年, Anfinsen, Anfinsen發現變性發現變性RNaseARNaseA分子在體外自發折疊成天然構象。蛋白分子在體外自發折疊成天然構象。蛋白質的三級結構是根據氨基酸序列自發形成的。質的三級結構是根據氨基酸序列自發形成的。 19781978年年, Laskey, Laskey發現發現 Histon-Histon- nucleosome nucleosome nucleoplasmin nucleoplasmin核質蛋白核質蛋白 19801980年年, Ellis., Ellis.發現發現 8 subunits o

49、f Rubisco active Rubisco a 8 subunits of Rubisco active Rubisco a binding pro. binding pro. 第108頁/共118頁 chaperone chaperone ：A functional class of A functional class of related families of proteins that assist related families of proteins that assist the correct non-covalent assembly of the correct

50、non-covalent assembly of other polypeptide-containing structure other polypeptide-containing structure in vivo, but are not components of in vivo, but are not components of these assembled structure when they are these assembled structure when they are performing their normal biological performing t

51、heir normal biological functions.functions.第109頁/共118頁二、分子伴侶的種類二、分子伴侶的種類 ZYX353第110頁/共118頁三、分子伴侶的功能三、分子伴侶的功能 脅迫保護：幫助多肽正確選擇折疊、組裝的途徑，如脅迫保護、熱激后脅迫保護：幫助多肽正確選擇折疊、組裝的途徑，如脅迫保護、熱激后HSP70從細胞質運到核內，防止核蛋白失活從細胞質運到核內，防止核蛋白失活 轉運蛋白：防止過早折疊，幫助越膜、轉運轉運蛋白：防止過早折疊，幫助越膜、轉運 消除過早和過多的折疊，有助越膜消除過早和過多的折疊，有助越膜 調節基因轉錄，調節基因轉錄，DNA復制復制 協助組裝細胞骨架協助組裝細胞骨架第111頁/共118頁四、分子伴侶的作用機制四、分子伴侶的作用機制 識別識別：一般與暴露于表面的