1、 第十二章 細胞分化與基因表達調控第一節 細胞分化一、細胞分化的基本概念： 1. 什么是細胞分化？（細胞 differntiaton） 由受精卵開始在胚胎發育中演變出各種類型的組織細胞，細胞之間的形態，結構和功能都發生了穩定的差異變化，這種差異形成過程被稱為細胞分化。 胚胎發育及個體發育都是通過高度精確有序的細胞分化過程來實現的。 例1：原腸胚期三個胚層的發育趨勢。 例2：紅骨髓中的多能造血干細胞分化。 2. 細胞分化特點： 細胞分化是穩定單向演變的，一般來說是不會逆轉的； 分化的方向和程序都是預見確定的，例鱗翅目，雙翅目昆蟲的變態發育，幼蟲體節中有不同的成蟲盤（or稱器官芽）人工誘發使果蟲蠅

2、某個成蟲盤突變，羽化后將出現某種organ畸變，如“觸角足”，現已知成蟲盤的細胞分化由一系列的“同源異源盒型基因”hemeobox 基因Hoxs調控。 細胞生理狀態常隨分化程度而改變：例分化程度增多，對電離輻射的耐受能力亦增強。二、細胞分化中發育潛能變化： 1. 發育潛能的演變規律： 多能干細胞單能干細胞終末分化細胞。 全 能 性 ( t o t i p o t e n u y ) 多 能 性(pluripotercy)單能性(rwonopoency)。 動物個體發育中隨著細胞分化程度深入使其發育潛能逐漸變窄，變專一性。 例成熟紅細胞是高度分化，是發育到盡頭了，因此稱為終端分化細胞or稱特化細

3、胞。 2. 發育潛能演變機制的探討： weismann根據馬蛔蟲及小麥，癭蚊胚胎中發現chr消減現象(chromosome diminutin)，提出“體細胞分化是由于遺傳特質丟失造成的，每一種組織只保留了其專有遺傳物質”的學術觀點。 20世紀60-70年代，植物組織體外培養能發育成完整植株，證實高度分化的植物組織細胞仍keep全能性，亦證明，細胞分化過程中并沒有丟失遺傳物質。 3. 發育潛能與動物克?。?clone： 無性繁殖系 cloning 無性繁殖（純系）方式三、胞核移植證實了animal特化細胞的細胞核，仍保持全能性： 動物成體上高度分化細胞整體已不具備全能性，但其細胞核仍保持有該物

4、種遺傳特性必須的全套基因組，即細胞核仍具有全能性的遺傳基礎。 2個有關的認識論難點： 既然動物特化細胞的細胞核仍保持有全能性，那么為什么說動物的發育潛能都是隨著細胞分化的深入而越變越窄呢？ 既然動物特化細胞的細胞核仍保持著全能性，那么又為什么動物特化細胞的整體卻表現為喪失了全能性呢？四、細胞分化與基因時空表達： 1. 差別基因表達和基因時空表達： 同一個體中不同組織(tissue)細胞進行細胞分化的進程與方向的決定，歸根結底就是在于嚴格按照一定的遺傳程序發生了差別基因表達。 管家基因 （house keeping基因） ； 奢侈基因 （huxury 基因） 組織特異性基因。 通常結構基因都是受

5、著嚴格的時空表達調控，從而導致基因組完成相同的不同組織細胞的顯形（phenotype）上發生差異變化，引起細胞分化，這被稱為差別基因表達（differential gene express）。 e.g.: 成人血紅蛋白是22，胚胎是22，胎兒是2r2。 這種基因時空表達調控的實質，是由有限的少量調控蛋白以組合調控方式來順序啟動眾多特異細胞的分化，即關鍵調控蛋白先啟動部分特異基因的表達（express），誘導部分細胞分化，而被啟動的基因表達產物又成為其他基因的調控啟動因子，從而誘導更多的細胞走向分化，最終由這種級聯方式啟動分化構成有序的三維細胞群體，導致了器官（organ）形成， e.g.: 對

6、果蠅眼基因轉導入早期發育細胞，居然誘導其腿部形成了眼。 理論推算，n個調控蛋白的組合調控可級聯啟動2n個分化細胞類型。 2. 細胞分化程度與基因時空表達的關系： 高度分化細胞：盡管其細胞核中仍具有完整的基因，但依照基因時空表達的程序表，它還能發生差別基因表達的可能性已極少了。 所以該特化細胞的發育潛能已變得十分有限了。 五、細胞質在細胞分化中的重要作用: 1. 動物特化細胞全能性喪失的原因: 細胞全能性細胞核全能性+細胞質全能發育base 眾多試驗證明了動物特化細胞本身的細胞質是喪失了發育潛能的，只有細胞核移植到具有全能性發育潛能的卵細胞質中，才有了能實現整個雜交細胞的全能性，這就是該問題的癥

7、結。2. 動物卵細胞質對細胞分化的調控 胚胎學家發現受精卵中，從動物極到植物極之間的卵細胞質呈現分區現象，其中物質的不均一性決定了隨后卵裂細胞的不同分化命運。 決定子性細胞決定子 生殖質、極質3. 細胞分化決定子的分子性質： 細胞分化決定子實質是來源于母體的遺傳調控。 信息是貯存在成熟卵母細胞細胞質中的多種類型的隱蔽mRNA（masked mRNA）（大量存在多copy）。4. 隱蔽mRNA的特點： 是早在受精之前的卵母細胞階段轉錄合成而貯存； 貯存中的隱蔽mRNA無活性（與蛋白質結合，以RNP存在,無活性） 受精引起胞內的Na+濃度改變，誘導隱蔽mRNA 激活； 各種類型的masked mR

8、NA在卵細胞質中是不均一分布的定位貯存，所以卵裂后不同子細胞的細胞分化 方向也各有不同，顯然決定細胞分化方向的初始信息 儲存于卵細胞中，卵裂后的各個細胞所攜帶信息已開始有所不同，這種差別又通過胚胎細胞誘導作用，旁分泌信號分子（細胞生長分子因子）對其他細胞產生級聯效應，信息被不斷修飾成為精細復雜的分化指令，最終指導產生分化各異的細胞 type。六、細胞之間相互作用對細胞分化的影響： 1. 細胞位置效應，群體效應，其分化與所處位置有關聯; 2. 胚胎誘導; 3. 激素對細胞分化的調控。 eg1 蛙的幼體發育變態（甲狀腺素） eg2 昆蟲幼蟲蛹成蟲的變態發育（保幼，脫皮激素）七、環境與細胞分化的影響

9、： 新生嬰兒表現的各種type的先天畸形，其病因約只有10%左右是因遺傳因素，而其余的則是因環境因素or是因環境與遺傳共同作用所致，涉及的環境因素有：營養脅迫，瘟疫、病原菌傳染，有毒化學物質、射線輻射等。致畸的關鍵敏感時期是懷孕頭三個月。 八、再生現象（植物及低等動物）： 蚯蚓等再生能力較強，再生現象實質也是細胞分化的一種特殊形式。 1. 再生是來源于創傷面的去分化細胞： 去分化（dedifferentiation）， 再分化（redifferentiation）。 2. 再生現象的啟示： 某些動物細胞在特定條件下，某細胞分化是可能逆轉，即由終端分化 去分化 再分化。 九、克隆動物研究的意義（

10、人為條件下的再生）： 1. 首次證實了哺乳動物成體的特化細胞的細胞核仍保持有發育全能性，英國Roshin研究所嘗試以成體乳腺細胞的細胞核移植來探索clone動物這種無性繁殖途徑的研究背景及研究目的是為了用此技術來擴展轉基因動物的生物學效應。 2. 首次成功證實了哺乳動物特化細胞的發育潛能是有可能在人為條件下發生逆轉分化的，并探索了實現去分化再分化的實驗技術。 以冷饑餓休克處理法，使供核細胞進入Go期狀態，實現去分化。 以電脈沖融合法，激活移植卵啟動，實現再分化。 3 . 證 實 了 動 物 c l o n e 并 不 是 1 0 0 % 的 復 制 ，clonecopy： “A”親本是細胞核供

11、詳，“B”親本是“卵細胞質受體”, “C”親本是供胚胎發育的子宮環境的“代理母親”。 4. 顯示出clone動物技術的可應用范圍尚待深入考察： “多莉” 單clone的未老先衰的現象，證實了端粒DNA序列消減速率控制著細胞的衰老速率。第二節 癌細胞 在致癌因子作用下，某些細胞發生轉化, 不再進行正常分化和衰亡，而造成了不受調控的惡性增殖細胞，即癌細胞 (cancer 細胞)，實質是分化程序異常的細胞。一、癌細胞的主要特征： 1. 無限增殖； 2. 喪失接觸抑制性能； 3. 癌細胞之間粘著性減弱，其侵潤性和擴散性，能通過血液循環和淋巴途徑轉換； 4. 易被外源凝聚素所凝聚，癌細胞上的外源凝集素受

12、體（糖蛋白質）數量增多； 5. 體外培養時，粘壁性能降低（可懸浮培養）； 6. 細胞骨架結構紊亂，mRNA轉錄譜系和蛋白表達譜系改變（癌細胞外形，出現變形）； 7. 膜抗原發生變化（躲避免疫監視）； 8. 對外源性生長因子需求量降低，自分泌（在低血清和無血清培養液中生長）。二、致癌因素： 1. 物理致癌因子，輻射射線； 2. 化學致癌因子，誘變劑； 3. 生物致癌因子： 腫瘤virus：既有DNA virus，又有RNA virus，但并非所有病毒致癌。 某些生物天然成分和生化代謝產物： 蘇鐵青，黃樟素， 黃曲霉素， 巴豆油， 兒茶酚， 吡咯烴，生物堿等。三、細胞癌基因 & 抑癌基因：

13、 1.癌基因： 現已知人類基因組中有近百種細胞癌基因，or稱原癌基因 ，這些基因其實在正常細胞之中并不起致癌作用，而是與細胞生長&分化有關的重要功能基因，但如果有致癌因子誘導，造成這些原癌基因被激活，即引起癌基因突變，or在基因前插入強啟動子，or是引起了原癌基因的擴增，或是引起了原癌基因的染色體區段發生了重排，都可能導致這些原癌基因的產物發生異常表達，從而導致了細胞癌變。2.抑癌基因與基因突變Ras： 現還已知人類基因組中有另一類型的基因，這類基因具有抑制細胞癌變特化的作用，被稱為抑癌基因，這類基因也是細胞中正常的重要基因，但若出現這類基因的2個等位基因都丟失和失活時也可以發生細胞癌

14、變。 抑癌基因是細胞增殖過程中正常負調控因子，其編碼的蛋白質在細胞周期的檢驗上起阻止周期進程的作用，如果抑癌基因缺失or失活時則導致細胞周期失控，過度增殖而發生細胞癌變。第三節第三節 基因表達的調控基因表達的調控基因： 是染色體上具有遺傳效應的一段DNA序列，為一個轉錄單位，并通過表達對表型產生專一性效應。基因表達： DNA編碼的遺傳信息通過轉錄和翻譯轉化為特定蛋白質分子的結構信息，從而表現出細胞和生物體的某種遺傳性狀?；虮磉_的控制： 任何影響轉錄和翻譯過程的啟動，關閉和速率的因素及其作用稱作基因表達的控制。 一、轉錄前水平的調控： 通過改變DNA序列和染色質的結構來影響基因表達的過程。（一

15、）染色質丟失： 某些原生動物，線蟲和甲殼類動物在個體發育過程中，體細胞會發生染色質丟失現象，只有以后分化形成生殖細胞的部分細胞才保持完整的基因組。 例：四膜蟲含一個大核（營養核）和一個小核（生殖核），小核為生殖核，無轉錄活性，大核由小核發育而來，在發育的過程中發生多處染色質斷裂，并刪除大約10%基因組DNA，剩下的基因才成為表達型基因，表現出轉錄的活性。 高等真核生物（動、植）無基因丟失現象，各類核都具有經過去分化和再分化而發育成完整個體的潛在能力，即含全部基因，稱核的全能性。（二） 基因擴增： 指細胞內某些特定基因的拷貝數專一性地大量增加的現象。 例 如 ： 兩 棲 類 和 昆 蟲 的 卵

16、母 細 胞 ， 需 要1012個核糖體大量合成蛋白，需要專一性的擴增rRNA基因（rDNA）非洲爪蟾體細胞rDNA有500拷貝，在卵母細胞期拷貝擴增為2百萬個，以滿足胚胎發育的需要。(三) 基因重排： 脯乳動物可產生106108 種不同的抗體，由 B-淋巴細胞分化期間發生基因組重建，產生抗體的多樣性。 抗體由兩條輕鏈（L）重鏈（H）組成： K 輕鏈基因片段有四類：L：前導片段 V：可變片段 200 5 J ：連接片段 C：恒定片段 重鏈基因片段有五類：L：前導片段 V：可變片段 200 D：多樣性片段 12 J ：連接片段 5 C：恒定片段 8 抗體的基因組有三個獨立的多基因族：兩個編碼輕鏈，

17、一個編碼重鏈。 淋巴細胞受抗原刺激 分化為漿細胞時，胚原型DNA發生基因重排 表達型DNA： 重鏈基因族先重排：一個D片段與一個Jh片段連接，Vh片段與DJh片段連接 VhDJh。當Vh基因經重排連接到恒定區增強子附近即可開始表達。 K輕鏈需經過Vk、Jk連接，形成可變區，再與Ck片段構成有轉錄活性的完整K輕鏈基因。 如果K輕鏈重排失敗，則鏈基因開始重排，而在產生鏈的細胞中，兩個K位點均已重排過。 通常每個B-細胞只表達重鏈或輕鏈的一個等位基因產物，稱等位基因排斥作用。 基因重排是基因差別表達的一種控制方式，通過上述的拼接機制而實現。如小鼠： 重鏈基因重排數： Vh數200 * D數12 *

18、Jh數5 * V-D接點機動性10 * D-J接點機動性10 =120萬種。 輕鏈基因重排數： Vk數200*Jk數5*V-J接點機動性10=1萬種。 重鏈、輕鏈再任意組合能產生108以上種不同的抗體。 （四） 染色體結構與基因活性： 染色體的結構與基因的轉錄活性有密切的關系： 1. 基因失活： 活躍轉錄的基因全部位于常染色質中，處于異染色體中的基因則不表達。 異染色化： 雌性脯乳動物有兩條染色體，其中一條發生異染色化而凝聚，所含基因以可遺傳方式失活，在進行配子發生時，又回復為常染色質狀態。 位置效應（擴散效應）：果蠅、小鼠、玉米等生物中，常染色質基因由于染色體重排改變位置而處于異染色質區附近

19、時，基因的轉錄活化也受到抑制。 染色體上的異染色質化過程有擴增效應，愈接近 異染色質區的基因的位置效應愈強。 2.染色質活化： 在活化的過程中，核小體可能被解開，或無核小體結構（如活躍轉錄的rRNA基因）。 從而使RNA聚合酶能夠轉錄染色質的DNA 。 用DNaseI 降解，有基因表達活性的染色質DNA比沒有基因表達活性的染色質DNA要敏感很多，說明活化染色質對DNaseI 有優先敏感性。 DNaseI 超敏感位點是100-200bp的DNA序列特異暴露的染色質的區域，是起始轉錄的必要條件。調節蛋白可識別并修飾染色質的局部區域，觸發解聚，使染色質變為疏松的“活化”形式，區段含數萬 bp的DNA

20、。 已暴露的活性染色質區域由調節蛋白與基因轉錄的順序作用元件相互作用，進一步影響基因活性。（五） 染色體DNA甲基化和去甲基化與基因活性： 動物DNA中，2-7%的胞嘧啶C被甲基化修飾,異染色體DNA（衛星DNA）明顯。 有兩種酶參與修飾： 維持性甲基化酶： 在甲基化DNA模板指導下，使對應部分甲基化。 構建性甲基化酶： 對非甲基化的DNA行甲基化修飾。 甲基化主要發生在CG二核苷酸對： 5mCpG3 5mCpG3 3.GpCm.5 3GpC5 完全甲基化 半甲基化 限制性內切酶：Msp 切割CCGG，不論是否甲基化; H p a 只 切 割 未 甲 基 化 的CCGG。 用上述酶檢測DNA序

21、列，發現非活躍轉錄基因的DNA 甲基化程度普遍高于活躍轉錄的基因，而甲基化DNA 在基因活化后通常伴隨失去許多甲基基團。 DNA甲基化對基因表達可能有兩種作用： （1） 甲基化影響DNA與蛋白酶的相互識別與作用; （2） 甲基化影響DNA構象，如形成Z-DNA。二、 轉錄水平上的基因調控： 轉錄水平上的基因調控是真核細胞基因調控的主要環節。 原核生物有操縱子及其緊密連鎖的基因。 真核生物的轉錄受基因控制的順式作用元件、反式作用因子的各自影響及兩者的相互作用。 （一）基因作用的順式元件（DNA序列所含的控制因子）： 是兩種DNA序列： 啟動子和增強子， 與蛋白編碼區連鎖， 被RNA聚合酶識別、

22、結合。 原核只由一種RNA聚合酶催化; 真核由三種RNA聚合酶催化： RNA聚合酶：r（s,5.8s,18s）前體 核仁中合成 RNA聚合酶：mRNA 核基質中合成 RNA聚合酶：小RNA(tRNAs，5sRNA，snRNAs) 核基質中合成 1. 啟動子: 通過RNA聚合酶啟動子分析，得出啟動子共同模式： （1）TATA（識別）框：位于基因轉錄起點上游 附 近 ， 富 含 A T 的 共 有 序 列（TATAATAAT）。 保證轉錄精確起始。 （2）上游啟動子成份（UPE）：上游附近的CAAT框，共有序列（GGTCCAATCT）及幾百個bp的啟動子成分。 能結合特定的轉錄因子，控制轉錄起始頻

23、率。 2. 增強子: 是能夠增強與之相連的基因轉錄活性的調控序列,通過結合特定的轉錄因子或影響構象而實現。 位于上游的200 bp 處包括兩個72 bp 的串聯重復序列，其作用有三個顯著的特征： （1）具遠程效應，同一條上，在啟動子上、下游都可； （2）需要特定的蛋白因子參與； （3）大多數增強子具有組織特異性，少數能在各種類型的細胞中發揮作用。 （二） 基因調控的反式作用因子： 是各種基因控制蛋白，作用于順式作用元件的靶位點上（特異核甘酸序列）： . 通 用 轉 錄 因 子 ： 結 合 在 T A T A 框 上 ， 如TFA、TFB等蛋白因子。 . 轉錄控制因子：結合在UPE（上游啟動子成

24、分）特異核酸序列上的蛋白質因子。 1. 反式作用因子必備的兩種能力： （1）必需識別、定位在特殊基因的增強子、啟動子和 其它調控元件中的特異性靶序列。 （2）要能夠與RNA聚合酶或其它轉錄因子結合而行使 功能。 2.反式作用蛋白質因子的特點: （1）均為球蛋白.以二聚體形式發生作用，結合在DNA特異的核甘酸序列上，有些是異源二聚體。 （2） 這些基因調控蛋白具有不同的功能區域: DNA結合結構域; 轉錄激活結構域。 類固醇激素受體家族中，受體蛋白能使細胞通過激活（正調控）或（負調控）特定基因對各種脂溶性激素作出應答反應: 這些受體蛋白具有一個中心DNA結合結構域，約由100個氨基酸組成，形成一

25、系列鋅指結構，負責識別特異DNA 序列; 轉錄激活結構域定位在N-末端; 這些固醇類激素受體都含有一個特定的激素結合結構域，位于C-末端。 （a）反式作用蛋白質的DNA結合結構域具有一些典型的結構模式： -螺旋-轉角-螺旋； 鋅指； 亮氨酸 拉鏈； 螺旋-環-螺旋； 甾化合物和酸滴等結構模式。由100以內個氨基酸組成。 （b）基因控制蛋白的轉錄激活結構域一般由20-100個氨基酸組成，含有許多帶負電荷的-螺旋，激活轉錄的水平與靜電荷數有關。 增強凈電荷能提高激活轉錄的水平。 例：糖皮質激素受體的三個結構域： 結合DNA結構域； 結合激素結構域； 激活轉錄結構域。 甾類激素進入細胞與受體結合受體

26、構象改變并被激活活化的激素-受體復合物對DNA親和力大大增加進入細胞核后與增強子糖皮質激素反應元件(GRE) 的特異共有序列（GGTACANNNTGTTCT） 結合，激活啟動子而調節基因轉錄。 （3）.有些反式作用蛋白質因子經物理或化學因素誘導后才具有活性：如熱誘導、磷酸化、與配基結合。 如果蠅的熱激活轉錄因子（HSTF）經熱誘導后才能與特異DNA序列結合而促進轉錄。 （4）在基因轉錄的控制中涉及很多蛋白質與DNA、蛋白質之間復雜的相互作用，激活和阻遏效應的綜合影響形成一個基因控制元件的凈效應。 環化學說：DNA不同位點上結合的蛋白因子通過DNA形成環化結構而發生相互作用，蛋白起作用以調節基因

27、的轉錄活性。 （5）.有些基因調控蛋白可與幾個不同序列的DNA結合位點相結合。 一種順式作用元件又可作為多種反式作用蛋白因子的作用靶位點，使基因轉錄的調節具有靈活性。 三、 轉錄后水平的調控： 轉錄水平的調控決定了mRNA種類和數量，但轉錄出的是hnRNA多是前體，需修飾、加工、選擇性拼接和運輸，轉錄后的調控也是重要環節。（一） hnRNA的修飾加工： 真核生物細胞內編碼蛋白質的基因是以單個基因為轉錄單位，且許多編碼蛋白質的結構基因是不連 續 的 基 因 ， 有 居 間 序 列 。 D N A hnRNA（核內高分子量不均一RNA） 修飾加工、選擇性 拼接 有功能的成熟mRNA 選擇性運輸到細

28、胞質中 翻譯成蛋白質。 hnRNA的修飾加工： 5端帽子的形成 3端附加多聚A尾巴 hnRNA和mRNA都有5端7-甲基鳥嘌呤核苷（m7 GpppN）的帽子結構。因甲基化程度不同，帽子在同種，不同種生物的mRNA中都可以不同。 加帽過程在轉錄終止前以完成。 功能： 增加mRNA的穩定，保護其免被5外切核酸酶的攻擊。 帽子結構為核糖體對mRNA的識別提供信號。 mRNA都帶有末端多聚（A）尾巴，是轉錄后在3端由特異性核酸內切酶先切除一段，然后由polyA聚合酶完成多聚腺苷化。 PolyA的長度在細胞核內是相當一致的，為200250個核苷酸。但mRNA到達細胞質中polyA的長度就不再一致了，變化

29、于30250之間?？赡芘cmRNA從核孔輸出有關。 在hnRNA的加工過程中，hnRNA始終和蛋白質形成hnRNP顆粒。 （二）mRNA前體的選擇性拼接： 不連續基因中的居間序列稱“內含子”; 被內含子隔開的基因序列稱“外顯子”。 都被轉錄至hnRNA中， RNA拼接：切除內含子，把外顯子連接起來，產生成熟的mRNA分子: （5）外顯子 GT內含子AT 外顯子（3） 供體拼接點 受體拼接點 這是核結構基因普遍存在的序列。 內含子精確切除需要: mRNA前體中的特異的識別信號; 特定因子識別這些信號。 特定因子可能是核內小分子mRNA與Pr.的復合物snRNP 。多為尿嘧啶含量較高的U-snRNP

30、 U-snRNP 。兩種拼接方式： 組成型拼接：直接去除內含子，將外顯子拼接成成熟的 mRNA 一種蛋白質產物。 可調控的選擇性拼接：外顯子有多種拼接方式，可產生不同的成熟 mRNA 不同的蛋白質。 細胞類型特異性蛋白質的合成是真核細胞分化的重要特征之一，產生蛋白質多樣性的分子機制： 多基因家族中各成員在特定細胞中，在一定的生理條件下：“選擇性表達”。 (如抗體) 同 一 基 因 ， 原 初 轉 錄 產 物 m R N A 通 過 mRNA前體的“選擇性拼接”而產生不同的蛋白質。 此方法產生一套結構相關，功能相似的蛋白質，稱 “蛋白質異形體” 。 （三） mRNA的選擇性運輸： 運至細胞質的成

31、熟mRNA只占核內hnRNA總量的1/20，一些基因的轉錄活性與其在細胞中mRNA的拷貝數不成正比例，生長細胞與靜止細胞中的hnRNA 轉錄速率差不多，但前者細胞質中mRNA的含量和種類比后者要多得多，這些說明細胞在不同情況下有選擇地將不同的hnRNA加工成mRNA，并將它們運到胞質。例：海膽的選擇性加工運輸： 海膽囊胚細胞中大約有20，000種不同序列的hnRNA： 其中有13，000種被加工成mRNA。 海膽成體腸細胞中有25，000種hnRNA， 只有3，000種加工成mRNA。 四、 翻譯和翻譯后加工水平的調控 真 核 生 物 在 翻 譯 水 平 上 的 調 控 普 遍 是 控 制mR

32、NA的穩定性和mRNA翻譯起始的控制, 是一種快速調控 基因表達的方式。（一） mRNA的穩定性： mRNA穩定性的變化可以控制基因表達： 細菌不穩定，mRNA半壽期約3分鐘。 真核細胞： -珠蛋白的mRNA半壽期約10h以上。 有些只要30分鐘，如生長因子，是編碼細胞內調控蛋白的mRNA，不穩定的mRNA的3端非翻譯區已含有一段富含A和U的核苷酸序列。 影響mRNA穩定性： 3端特殊信號序列 細胞外信號的影響。如激素 激素作用：促進特定基因的轉錄； 影響mRNA的穩定性來調控翻譯， 從而影響細胞的生理活動。 例1：牛奶中含有大量的酪蛋白： 泌乳激素 酪蛋白的mRNA的半壽期增長30-50倍，

33、使mRNA濃度增加100倍，從而使酪蛋白翻譯（合成）量大增。 例2：增加細胞內鐵的濃度導致兩種現象： 轉鐵蛋白受體的mRNA穩定性降低，轉鐵蛋白受體合成減少，以減少細胞鐵的輸入; 細胞鐵蛋白的合成增加，以結合多余的鐵。 上述兩種反應都是由一種“鐵敏感調節蛋白”所介導的： 轉鐵蛋白受體的 mRNA 在3端非轉譯區有多個鐵敏感調節蛋白的結合位點; 鐵蛋白的 mRNA 在5端非轉譯區有一段30個左右核苷酸組成的鐵應答序列，是鐵敏感調節蛋白的特異性結合位點。（二）mRNA翻譯起始的調控 許多脊椎動物和無脊椎動物的未受精的卵細胞質中，儲存有許多mRNA，沒有翻譯活性，稱為隱蔽mRNA。 受精后，這些隱蔽

34、mRNA很快被活化，蛋白質合成急劇增加。 可能是招募因子促進mRNA與核糖體結合。例 : 血紅蛋白是由血紅素和珠蛋白組成的。當血紅素含量降低時，通過elf2（翻譯起始因子）磷酸化而使珠蛋白的合成減少，以維持且二者的平衡。 網織紅細胞合成血紅細胞的翻譯起始的反應，由調控翻譯起始因子（elf2）的活性來實現： elf2磷酸化 elf2-p，失活，抑制血紅蛋白的合成： 血紅素阻斷 HCR（激酶，非活性） HCR（激酶，活性） （血紅素控制的反應物） ATP ADP (活化)elf2 elf2-p減少珠pr合成 ATP ADP DA1(激酶，非活性） DA1(激酶)-p(活性) （雙鏈激活蛋白） 雙鏈

35、RNA刺激 （三）翻譯后加工水平調控： 蛋白質合成后還需要加工，修飾，正確折疊構像才能成為有活性的pr. 1. 分泌pr.或膜pr.的N-末端信號肽切除。 2. 結構錨的連接：鼠的胸腺細胞的可變表面糖蛋白通過 GPI（糖基-磷酸酰肌醇）錨定于膜表面，GPI共價連接在c-末端。 3. 切除肽鏈合成的起始AA（甲硫AA）及隨后幾個AA殘 基。 4. 形成肽分子內的二硫建，以固定折疊構像。 5. 以已?；?，甲基化，磷酸化方式對末端或內部AA的共價修 飾。 6. 糖基化形成糖蛋白。 習題： 一. 名詞解釋: 1. 細胞分化 2. Clone， cloning 3. 異染色化 4. 位置效應 5. 啟動子，增強子 6. 內含子，外顯子 7. 蛋白質異形體 8. 隱蔽mRNA 二. 問答題: 1.細胞分化是如何調控的？ 2.什么是基因重排？ 3.舉例說明真核細胞基因表達如何調控。 4.“多莉”克隆羊的問世對細胞生物學研究有何意義？ 5.從基因表達的角度探討真核細胞基因與原核細胞的差異。 2. 發育潛能演變機制的探討： weismann根據馬蛔蟲及小麥，癭蚊胚胎中發現chr消減現象(chromosome diminutin)，提出“體細胞分化是由于遺傳特質丟失造成的，每一種組織只保留了其專有