1、第八章第八章 基因的表達(dá)與調(diào)控（下）基因的表達(dá)與調(diào)控（下）真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律原核細(xì)胞環(huán)境因素對調(diào)控起到?jīng)Q定性的作用。群體原核細(xì)胞環(huán)境因素對調(diào)控起到?jīng)Q定性的作用。群體中每一個細(xì)胞對環(huán)境變化的反應(yīng)是直接的和基本一致的。中每一個細(xì)胞對環(huán)境變化的反應(yīng)是直接的和基本一致的。原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個特定的環(huán)境中為細(xì)胞原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時，盡快得到修創(chuàng)造高速生長的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開關(guān)經(jīng)常是通過控制轉(zhuǎn)錄的復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開關(guān)經(jīng)常是通過控制轉(zhuǎn)錄的起

2、始來調(diào)節(jié)的。起始來調(diào)節(jié)的。 前言：真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點和種類 真核生物基因調(diào)控表達(dá)的最明顯的特真核生物基因調(diào)控表達(dá)的最明顯的特征是：能夠在特定的時間和特定的細(xì)胞中征是：能夠在特定的時間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)激活特定的基因，從而實現(xiàn)“預(yù)定預(yù)定”的，的，有序的不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使有序的不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。內(nèi)保持正常功能。 真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類： 第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)

3、控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包當(dāng)于原核細(xì)胞對環(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)中酶活性和濃度的調(diào)節(jié), 也包括環(huán)境因素的刺激。也包括環(huán)境因素的刺激。 第二類是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核第二類是發(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、基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。分化、發(fā)育的全部進程。？圖（圖（7-1）真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟示意圖）真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟示意圖基因基因轉(zhuǎn)錄復(fù)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的合物的組組裝裝轉(zhuǎn)錄調(diào)

4、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子聚合酶控因子聚合酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的加工和成熟的加工和成熟過過程程翻譯的翻譯的起始和起始和調(diào)控調(diào)控.RNA降解降解核糖體核糖體蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)的加工成熟蛋白質(zhì)的加工成熟1. 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（transcriptional regulation）2. 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（post transcriptional regulation）：）： 1) RNA加工成熟過程的調(diào)控（加工成熟過程的調(diào)控（RNA processing） 2)翻譯水平的調(diào)控（翻譯水平的調(diào)控（translational regulation） 3)蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控（蛋白質(zhì)

5、加工水平的調(diào)控（protein maturation and processing） p.281 根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序，真根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序，真核生物基因調(diào)控分為：核生物基因調(diào)控分為：研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答3個問題：個問題： 什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號？什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號？ 基因調(diào)控主要是在哪一步（模板基因調(diào)控主要是在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？ 不同水平基因調(diào)控的分子機制是什么？不同水平基因調(diào)控的分子機制是什么？8.1 8.1 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核

6、生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性8.2 8.2 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成8.3 8.3 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控8.4 8.4 蛋白質(zhì)乙酰化對基因表達(dá)的影響蛋白質(zhì)乙酰化對基因表達(dá)的影響8.5 8.5 激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響激素與熱激蛋白對基因表達(dá)的影響8.6 8.6 其他水平上的表達(dá)調(diào)控其他水平上的表達(dá)調(diào)控第八章第八章 基因的表達(dá)與調(diào)控基因的表達(dá)與調(diào)控(下下) 真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點 真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基因組結(jié)構(gòu)龐大真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基因組結(jié)構(gòu)龐大 ： Eg. 3109bp、染色質(zhì)、

7、核膜、染色質(zhì)、核膜 單順反子單順反子 基因不連續(xù)性基因不連續(xù)性 斷裂基因（斷裂基因（interrupted gene）、）、 內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)、 外顯子外顯子(exon) 非編碼區(qū)較多非編碼區(qū)較多, 含有大量重復(fù)序列含有大量重復(fù)序列 多于編碼序列多于編碼序列(9:1)第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性 原核與真核生物基因表達(dá)的差異原核與真核生物基因表達(dá)的差異 重復(fù)序列重復(fù)序列 重疊基因重疊基因 斷裂基因斷裂基因 無內(nèi)含子無內(nèi)含子 RNA轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工 轉(zhuǎn)錄和翻譯同步進行轉(zhuǎn)錄和翻譯同步進行真核生物真核生物 原核生物原核生物 DNA + 組蛋白組蛋白 核小體核小體 裸露的裸露的

8、 DNA 單順反子單順反子 多順反子（操縱子）多順反子（操縱子）二、真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及DNA的空間結(jié)構(gòu)方面存在以下幾個方面的差異 P.282 在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少存在多基因操縱子形式。 真核細(xì)胞DNA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。 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。 真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較大，它在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較大，它們可能

9、遠(yuǎn)離啟動子達(dá)幾百個甚至上千個堿基對，們可能遠(yuǎn)離啟動子達(dá)幾百個甚至上千個堿基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因5上上游區(qū)游區(qū)DNA構(gòu)型來影響它與構(gòu)型來影響它與RNA聚合酶的結(jié)合能力。聚合酶的結(jié)合能力。 真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，存在嚴(yán)格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經(jīng)過復(fù)雜的成熟和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。（一）基因家族（gene family) 真核生物的基因組中有很多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)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

10、簇(gene cluster) 。更多的時候，在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。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。 1、簡單多基因家族簡單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。The eukaryotic ribosomal DNA repeating unit2、復(fù)雜多基因家族 復(fù)雜多基因家族一般由幾個相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉(zhuǎn)錄單位。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。 組組蛋白蛋白（海膽）（海膽）組組蛋白蛋白（果（果蠅蠅）重復(fù)單位重復(fù)單位重復(fù)單位重復(fù)單位圖（圖（7-4）復(fù)雜的多基因家

11、族）復(fù)雜的多基因家族Organization of histone genes in the animal genome數(shù)量控制？數(shù)量控制？Organization of histone genes in the animal genome海膽的組蛋白基因家族海膽的組蛋白基因家族 串聯(lián)單位中的每一個基因分別被串聯(lián)單位中的每一個基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順反子轉(zhuǎn)錄成單順反子RNARNA，這些，這些RNARNA都沒有內(nèi)含子，而且各基因在都沒有內(nèi)含子，而且各基因在同一條同一條DNADNA鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。都受到調(diào)節(jié)。研究還表明

12、，在一個特定的細(xì)胞中，并不是所有串聯(lián)的研究還表明，在一個特定的細(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)控機制。白亞類和發(fā)育調(diào)控機制。血紅蛋白是所有動物體內(nèi)輸送分子氧的主要血紅蛋白是所有動物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由載體，由22組成的四聚體加上一個血紅素輔基組成的四聚體加上一個血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。已知所（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。已知所有動物的血紅蛋白基因的

13、結(jié)構(gòu)都相同，如下圖。有動物的血紅蛋白基因的結(jié)構(gòu)都相同，如下圖。3、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族：血紅蛋白家族、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族：血紅蛋白家族發(fā)育階段發(fā)育階段組成組成胚胎期（周以前）胚胎期（周以前）胎兒期（周）胎兒期（周）成人期（出生以前）成人期（出生以前） ， 和和 和和 不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型（二）斷裂基因 基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)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(nèi)含子。外顯子(Exon) ：真核細(xì)胞基因DNA中的編碼序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA并進而翻譯為蛋白質(zhì)。內(nèi)含子(Intron) ：真核細(xì)胞基因DNA中的間隔序列

14、，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。 ?1、外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū) 指外顯子和內(nèi)含子的交界或稱邊界序列，它有兩個重要特征：內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性連接區(qū)序列很短，高度保守，是RNA剪接的信號序列 5GTAG 32、外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控 組成型剪接：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA。 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。 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(zhuǎn)錄本： 在唾腺中轉(zhuǎn)錄 成熟 mRNA： 1663nt

15、初始轉(zhuǎn)錄本： 在肝中轉(zhuǎn)錄 成熟 mRNA： 1773nt 圖 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同啟動子產(chǎn)生兩個不同的 mRNA在肝臟中，在肝臟中，mRNA 5端的端的161個堿基是由位于第個堿基是由位于第2號號外顯子轉(zhuǎn)錄起始點上游外顯子轉(zhuǎn)錄起始點上游4 500bp處的處的L外顯子編碼的。外顯子編碼的。在唾液腺中，在唾液腺中，mRNA 5端的端的50個堿基是由位于轉(zhuǎn)錄個堿基是由位于轉(zhuǎn)錄起始點上游起始點上游7 300bp處的處的S外顯子編碼的。外顯子編碼的。L外顯子和外顯子和S外顯子分別為淀粉酶外顯子分別為淀粉酶mRNA提供了不同的起始提供了不同的起始序列。其實，序列。其實，L外顯子只

16、是唾液腺淀粉酶基因中內(nèi)含子序列的外顯子只是唾液腺淀粉酶基因中內(nèi)含子序列的一部分，將在一部分，將在mRNA成熟過程中被切除。成熟過程中被切除。一個基因的內(nèi)含子成為另一個基因的外顯子，形成基因的一個基因的內(nèi)含子成為另一個基因的外顯子，形成基因的差別表達(dá)，這是真核基因的一個重要特點。差別表達(dá)，這是真核基因的一個重要特點。 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(zhuǎn)錄 本： 在唾腺 中轉(zhuǎn) 錄 成熟mRNA： 1663nt 初始轉(zhuǎn)錄本 ： 在肝中轉(zhuǎn)錄 成熟mRNA： 1773nt 圖18-57 小鼠 淀粉酶

17、(amy) 基 因利 用不 同啟 動子 產(chǎn)生 兩個 不同 的mRNA斷裂基因的意義：斷裂基因的意義： 斷裂基因的結(jié)構(gòu)形式為某些重要蛋斷裂基因的結(jié)構(gòu)形式為某些重要蛋白質(zhì)的編碼區(qū)域提供了進行重組的潛在白質(zhì)的編碼區(qū)域提供了進行重組的潛在位點，使這些位點，使這些DNA序列有充分的機會進序列有充分的機會進行重復(fù)和組合，非常有利于真核基因的行重復(fù)和組合，非常有利于真核基因的進化。進化。（四） 真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控基因丟失與基因擴增基因丟失與基因擴增基因重排與交換基因重排與交換染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控一）一） “開放型開放型”活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響：活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響：染色

18、質(zhì)分為活性染色質(zhì)（具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)）染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)（具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)）和非活性染色質(zhì)（沒有具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)）和非活性染色質(zhì)（沒有具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)） 。 活性染色質(zhì)由于核小體構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的改變，活性染色質(zhì)由于核小體構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的改變，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合，和子與順式調(diào)控元件結(jié)合，和RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動。板上滑動。活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)1. 活性染色質(zhì)的轉(zhuǎn)變活性染色質(zhì)的轉(zhuǎn)變 真核細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而不真核細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而不是裸露的是裸露的DNA，因此

19、染色質(zhì)呈疏松或緊密結(jié)構(gòu)，因此染色質(zhì)呈疏松或緊密結(jié)構(gòu)，即是否處于活化狀態(tài)，是決定即是否處于活化狀態(tài)，是決定RNA聚合酶能否聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。 活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點。每個活躍表達(dá)的基因都有一個或幾個超敏感位點，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點附近，大部分位于基因5端啟動子區(qū)域。2. 活性染色質(zhì)上的活性染色質(zhì)上的DNaseI敏感性結(jié)構(gòu)域敏感性結(jié)構(gòu)域活性基因區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的一個重要指標(biāo)活性基因區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的一個重要指標(biāo)是對是對DNaseIDNaseI敏感性提高。敏感性提高。原因：具轉(zhuǎn)錄活性的原因：具轉(zhuǎn)錄活性的DNADNA區(qū)域本身的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變

20、區(qū)域本身的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，如雙螺旋的局部解旋或松弛化，如雙螺旋的局部解旋或松弛DNADNA從右旋型變從右旋型變?yōu)樽笮偷取樽笮偷取８呙舾形稽c往往出現(xiàn)在啟動子內(nèi)，大小一般不超高敏感位點往往出現(xiàn)在啟動子內(nèi)，大小一般不超過過200bp(1kb200bp(1kb范圍范圍) )，與基因表達(dá)相關(guān)。也存在，與基因表達(dá)相關(guān)。也存在于編碼、轉(zhuǎn)錄成于編碼、轉(zhuǎn)錄成mRNAmRNA的區(qū)段。的區(qū)段。 二）二） 基因擴增：基因擴增：基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的

21、需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。如非洲爪蟾體細(xì)胞中如非洲爪蟾體細(xì)胞中rDNA的基因擴增是因發(fā)育需的基因擴增是因發(fā)育需要而出現(xiàn)的基因擴增現(xiàn)象。要而出現(xiàn)的基因擴增現(xiàn)象。體細(xì)胞：體細(xì)胞：500個個 卵母細(xì)胞中：二百萬個卵母細(xì)胞中：二百萬個用于合成卵裂期所需要的用于合成卵裂期所需要的1012個核糖體。個核糖體。一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的rDNA就沒有就沒有用了，將被逐漸降解。用了，將被逐漸降解。 受精之后，染色體受精之后，染色體DNA開始復(fù)制，并通過開始復(fù)制，并通過有絲分裂的方式，不斷擴大細(xì)胞群體。在此期有絲分裂的方式，不斷擴大細(xì)胞群體。在

22、此期間，多余的間，多余的rDNA繼續(xù)被降解，直到分裂產(chǎn)生繼續(xù)被降解，直到分裂產(chǎn)生幾百個細(xì)胞時，幾百個細(xì)胞時，rDNA的過剩現(xiàn)象就不復(fù)存在的過剩現(xiàn)象就不復(fù)存在了。了。基因組拷貝數(shù)增加，即多倍性，在植物中是非常普基因組拷貝數(shù)增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現(xiàn)象。基因組拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物遍的現(xiàn)象。基因組拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物質(zhì)增多，這可能構(gòu)成了加速基因進化、基因組重組質(zhì)增多，這可能構(gòu)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。和最終物種形成的一種方式。發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)生中的倍性增加在植物中普遍存在DNA含量的發(fā)育控制含量的發(fā)育控制: 利用流式細(xì)胞儀對利用流式細(xì)胞儀對從擬南芥

23、不同發(fā)育階從擬南芥不同發(fā)育階段的組織中分離到的段的組織中分離到的間期細(xì)胞核進行分析，間期細(xì)胞核進行分析，發(fā)現(xiàn)多倍體的發(fā)現(xiàn)多倍體的DNA含含量與組織的成熟程度量與組織的成熟程度成正比。對于一給定成正比。對于一給定的物種，的物種，C是單倍體基是單倍體基因組中的因組中的DNA質(zhì)量。質(zhì)量。 將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近的位將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。 通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。白結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。三）基因重排與交換：三

24、）基因重排與交換：（J區(qū)）區(qū)） 免疫球免疫球Pr結(jié)構(gòu)基因編碼組成免疫球蛋白的不同肽段，結(jié)構(gòu)基因編碼組成免疫球蛋白的不同肽段，包括：包括： 可變區(qū)（可變區(qū)（V區(qū)）區(qū)） 恒定區(qū)（恒定區(qū)（C區(qū)）區(qū)） 連接區(qū)（連接區(qū)（J區(qū)）區(qū)） 三個基因在胚胎期相距很遠(yuǎn)，當(dāng)形成淋巴細(xì)胞三個基因在胚胎期相距很遠(yuǎn)，當(dāng)形成淋巴細(xì)胞時，通過染色體重組連在一起從而產(chǎn)生免疫球時，通過染色體重組連在一起從而產(chǎn)生免疫球Pr。 免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成，區(qū)）組成，V、C和和J基因片段在胚基因片段在胚胎細(xì)胞中

25、相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時，胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)通過染色體內(nèi)DNA重組把重組把4個相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，個相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，產(chǎn)生具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。產(chǎn)生具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。J選擇性？特異性DNA甲基化這一修飾途徑可能存在于所有甲基化這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中，并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。高等生物中，并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。DNA甲基化能引起染色質(zhì)

26、結(jié)構(gòu)、甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。變，從而控制基因表達(dá)。（五）（五） DNA的甲基化與基因調(diào)控：的甲基化與基因調(diào)控：1 1、DNADNA的甲基化部位的甲基化部位7甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤（7-mG）。）。5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶（5-mC）、）、N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤（N6-mA）在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中 CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，將這段序列稱為CpG島 真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：日常型甲基轉(zhuǎn)移酶：

27、速度快，需要模版，特異性強； 從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶：速度很慢，不需要模版， 作用于未甲基化的CpG位點。 從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶 日常型甲基轉(zhuǎn)移酶 2 2、DNADNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機理甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機理 DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合效率。 研究表明，當(dāng)組蛋白研究表明，當(dāng)組蛋白H1與含與含CCGG序列的甲基化或非序列的甲基化或非甲基化甲基化DNA分別形成復(fù)合體時，分別形成復(fù)合體時，DNA的構(gòu)型存在著很大的的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的差別，甲基化達(dá)到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的B

28、-DNA向向Z-DNA的過渡。由于的過渡。由于Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。有實驗表明甲基的引入不利于模板與有實驗表明甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。5-甲基胞嘧啶在甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機分布的，基因上并不是隨機分布的，基因的的5端和端和3端往往富含甲基化位點，而啟動區(qū)端往往富含甲基化位點，而啟動區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制

29、的程度密切相關(guān)。密切相關(guān)。對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動子被增強時（帶有增強失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動子被增強時（帶有增強子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進一步提高甲基化密度，即使增強后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄一步提高甲基化密度，即使增強后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。活性。 因為甲基化對轉(zhuǎn)錄的抑制強度與因為甲基化對轉(zhuǎn)錄的抑制強度與MeCPl（methyl CpG-binding protein l）結(jié)合）結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，的能力成正相關(guān)，甲基化甲基化CpG的密度和

30、啟動子強度之間的平衡決定了該的密度和啟動子強度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。DNADNA甲基化對基因轉(zhuǎn)錄的抑制作用甲基化對基因轉(zhuǎn)錄的抑制作用 p.294 p.294低密度低密度CpG高密度高密度CpG啟動子強度啟動子強度 甲基化甲基化+弱弱 弱弱 強強 強強p島島p.295CpG密度低CpG密度高 DNA的甲基化還提高了該位點的突變頻率。5-mC脫氨后生成的胸腺嘧啶（T），不易被識別和矯正，是癌癥的發(fā)病機制之一。3、DNA甲基化與甲基化與X染色體失活染色體失活哺乳動物雌性個體有兩條哺乳動物雌性個體有兩條X染色體，而雄性染色體，而雄性只有一條只有一條X染色體，

31、為了保持平衡，雌性的一條染色體，為了保持平衡，雌性的一條X染色體被永久失活，這便是染色體被永久失活，這便是“劑量補償劑量補償”效應(yīng)。效應(yīng)。哺乳動物雌性個體的哺乳動物雌性個體的X染色體失活遵循染色體失活遵循n-1法則，法則，不論有多少條不論有多少條X染色體，最終只能隨機保留一條染色體，最終只能隨機保留一條的活性。對有多條的活性。對有多條X染色體的個體研究發(fā)現(xiàn)有活染色體的個體研究發(fā)現(xiàn)有活性的染色體比無活性的染色體提前復(fù)制。性的染色體比無活性的染色體提前復(fù)制。 X染色體上存在一個與染色體上存在一個與X染色體失活有密切聯(lián)系染色體失活有密切聯(lián)系的核心部位。核心區(qū)命名為的核心部位。核心區(qū)命名為X染色體失活

32、中心（染色體失活中心（X-chormosome inactivation center，Xic），其定位在），其定位在人人Xq13區(qū)（區(qū)（Barr氏小體濃縮部位）和小鼠的氏小體濃縮部位）和小鼠的3XD 失活的染色體上絕大多數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，失活的染色體上絕大多數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，DNA序列都呈高度甲基化。序列都呈高度甲基化。Eg. DNA甲基化與甲基化與X染色體失活染色體失活Xist（xi-specific transcript）基因，該基因）基因，該基因產(chǎn)物為一功能性產(chǎn)物為一功能性RNA分子，不含分子，不含ORF，卻含有大，卻含有大量的終止密碼子，量的終止密碼子，xistRNA分子能與

33、分子能與xic位點相互位點相互作用，引起后者構(gòu)象變化，更容易與各種蛋白因作用，引起后者構(gòu)象變化，更容易與各種蛋白因子相結(jié)合，對染色體進行修飾，最終導(dǎo)致子相結(jié)合，對染色體進行修飾，最終導(dǎo)致X染色染色體失活。體失活。X染色體失活過程為：染色體失活過程為：Xist基因編碼基因編碼Xist RNA，Xist RNA包裹在合成它的包裹在合成它的X染色體上，引發(fā)染色體上，引發(fā)X染色染色體失活；體失活；隨著隨著Xist RNA在在X染色體上的擴展，染色體上的擴展，DNA甲基甲基化和組蛋白的修飾馬上發(fā)生，這對化和組蛋白的修飾馬上發(fā)生，這對X染色體失活的染色體失活的建立和維持有重要的作用；建立和維持有重要的作用

34、；失活的染色體依舊持續(xù)合成失活的染色體依舊持續(xù)合成Xist RNA，維持本，維持本身的失活狀態(tài)，但有活性的身的失活狀態(tài)，但有活性的X染色體如何阻止染色體如何阻止Xist RNA的結(jié)合機制就是甲基化。的結(jié)合機制就是甲基化。？ 第三節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機器的主要組成真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進行的，真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進行的，受大量特定的順式作用元件（受大量特定的順式作用元件（cis-acting element，又稱順式作用元件）和反式作用因子（又稱順式作用元件）和反式作用因子（trans acting factor，又稱跨域作用因子）的調(diào)控。，又稱跨域作用因子）的調(diào)控。真核生物的

35、轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實現(xiàn)的。件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實現(xiàn)的。“基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。“基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進行的，真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進行的，受大量特定的順式作用元件（受大量特定的順式作用元件（cis-acting element）和反式作用因子（）和反式作用因子（trans-acting factor,又稱跨域作用因子）的調(diào)控，真核生又稱跨域作用因子）的調(diào)控，真核

36、生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實現(xiàn)的。反式作用因子復(fù)雜的相互作用來實現(xiàn)的。（二）順式作用元件（cis-acting element）定義：影響自身基因表達(dá)活性的非編碼DNA序列。 例： 啟動子、啟動子上游序列、增強子、沉默子、 組織專一性DNA元件、高等生物激素作用元件等等。1. 啟動子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。包括核心啟動子和上游啟動子。(1)核心啟動子核心啟動子(core promoter) 是指保證是指保證RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的

37、最少的DNA序列。包括轉(zhuǎn)錄起始位點序列。包括轉(zhuǎn)錄起始位點(+1)及轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點上游錄起始位點上游-25-30bp處的處的TATA盒，是盒，是決定轉(zhuǎn)錄起始位點的關(guān)鍵、基本序列。決定轉(zhuǎn)錄起始位點的關(guān)鍵、基本序列。 核心啟動子單獨起作用時，只能確定轉(zhuǎn)錄起始核心啟動子單獨起作用時，只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄位點并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄(2)上游啟動子元件上游啟動子元件(upstream promoter element，UPE) 包括通常位于包括通常位于-70bp附近的附近的CAAT盒盒(CCAAT)和和GC盒盒(GGGCGG，結(jié)合，結(jié)合SP-1)等，能通過等，能通過TFD復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄

38、起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄效率。效率。2. 轉(zhuǎn)錄模板：包括從轉(zhuǎn)錄起始位點到轉(zhuǎn)錄模板：包括從轉(zhuǎn)錄起始位點到RNA聚合聚合酶酶II轉(zhuǎn)錄終止處的全部轉(zhuǎn)錄終止處的全部DNA序列。序列。3. RNA聚合酶聚合酶II：1020個亞基組成，有些亞個亞基組成，有些亞基也在基也在I、中共用。其中中共用。其中2.4105最大亞最大亞基的羧基末端含有由基的羧基末端含有由7個氨基酸殘基（個氨基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）組成的多磷酸化）組成的多磷酸化位點重復(fù)序列，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域位點重復(fù)序列，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）。）。 RNA聚合酶聚合酶II起

39、始轉(zhuǎn)錄的基因的起始轉(zhuǎn)錄的基因的3端都端都存在一個存在一個poly(A) ，該區(qū)域是位于轉(zhuǎn)錄終止，該區(qū)域是位于轉(zhuǎn)錄終止位點上游的加尾信號介導(dǎo)下加上的，對于位點上游的加尾信號介導(dǎo)下加上的，對于基因的轉(zhuǎn)錄和成熟是必需的。基因的轉(zhuǎn)錄和成熟是必需的。4. RNA聚合酶聚合酶II基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需蛋白質(zhì)因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需蛋白質(zhì)因子 RNA聚合酶聚合酶II基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需的蛋白質(zhì)因子（以因子（以“TFII”表示）有表示）有20種以上，需種以上，需要結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物才能夠轉(zhuǎn)錄。要結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物才能夠轉(zhuǎn)錄。返回返回根據(jù)各個蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個復(fù)合物根據(jù)各個蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用

40、，能將整個復(fù)合物分為分為3部分：部分：參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的RNARNA聚合酶亞基，不聚合酶亞基，不具有基因特異性。具有基因特異性。與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基因特異性。因特異性。與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因為所有或大部分基認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因為所有或大部分基因的啟動區(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因因的啟動區(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起

41、始某個（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。5、 增強子及其對轉(zhuǎn)錄的影響增強子及其對轉(zhuǎn)錄的影響 最早發(fā)現(xiàn)于SV40早期基因的上游， 轉(zhuǎn)錄起始位點上游約200 bp處有兩段長72 bp的正向重復(fù)序列。 增強子：是指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明增強子：是指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的顯增加的DNA序列。序列。 SV40(Simian vacuolating virus 40 or Simian virus 40)是是猴空泡病毒猴空泡病毒40，猿猴病毒，猿猴病毒40或或猴病毒猴病毒40的縮寫，多瘤病毒科，的縮寫，多瘤病毒科，這是在人類和猴子都發(fā)現(xiàn)的致這是在人類和猴子都發(fā)現(xiàn)的致瘤病毒

42、。瘤病毒。SV40病毒的基因組是病毒的基因組是一種環(huán)形雙鏈的一種環(huán)形雙鏈的DNA，基因組，基因組5.2kb，病毒的直徑，病毒的直徑45nm，病，病毒成熟部位有細(xì)胞核，無被膜，毒成熟部位有細(xì)胞核，無被膜，62個核殼粒亞單位，這種大小個核殼粒亞單位，這種大小很適于基因操作。同時它也是很適于基因操作。同時它也是第一個完成基因組第一個完成基因組DNA全序列全序列分析的動物病毒。分析的動物病毒。 warning/200312220047.html 增強子的功能是可以累加的。增強子的功能是可以累加的。SV40增強子序列增強子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強子功能很可以被分為兩半，每一半序列本身作

43、為增強子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個有效的增強子。因此，要使一個增強子失活然是一個有效的增強子。因此，要使一個增強子失活必須在多個位點上造成突變。對必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言，沒增強子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力降低有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。倍。增強子特點：p.298 增強效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍，甚至上千倍。如：人巨大細(xì)胞病毒增強子； 增強效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)：不論增強子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均

44、表現(xiàn)出增強效應(yīng)；大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強效應(yīng)時所必需的； 增強效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說明增強子只有與特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能； 沒有基因?qū)Ｒ恍裕梢栽诓煌幕蚪M合上表現(xiàn)增強效應(yīng)； 許多增強子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。 （1 1）影響模板附近的）影響模板附近的DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNADNA雙螺雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相旋彎折或在反式因

45、子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強子與啟動子之間互作用為媒介形成增強子與啟動子之間“成環(huán)成環(huán)”連連接，活化基因轉(zhuǎn)錄；接，活化基因轉(zhuǎn)錄；（2 2）將模板固定在細(xì)胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基）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，有利于質(zhì)上，有利于DNADNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)的張力，促進張力，促進RNARNA聚合酶聚合酶IIII在在DNADNA鏈上的結(jié)合和滑動；鏈上的結(jié)合和滑動；（3 3）增強子區(qū)可以作為反式作用因子或）增強子區(qū)可以作為反式作用因子或RNARNA聚合酶聚合酶IIII進入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的進入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口入口”。增

46、強子的增強子的3種可能的作用機制：種可能的作用機制：增強子可能作用機理： p.295CpG密度低CpG密度高 負(fù)性調(diào)控元件，負(fù)性調(diào)控元件， 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合抑制轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合抑制轉(zhuǎn)錄。 作用特點：作用特點： 不受序列方向的影響，不受序列方向的影響， 能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用， 并可對異源基因的表達(dá)起作用。并可對異源基因的表達(dá)起作用。沉默子沉默子(silencer)轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座子（transposon ）轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子-跳躍基因的移動，有時候能夠激活或跳躍基因的移動，有時候能夠激活或抑制某些結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。抑制某些結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。（三）反式作用因子（transacting factor）

47、 1、定義：能直接或間接地識別或結(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)，往往是轉(zhuǎn)錄因子。TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（熱激蛋白啟動區(qū)）反式作用因子可以分為反式作用因子可以分為3類；類； (1) 通用反式作用因子，主要識別啟動子的核心啟動成分，通用反式作用因子，主要識別啟動子的核心啟動成分，如如TBP； （2）特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子，如淋巴細(xì)胞中）特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子，如淋巴細(xì)胞中的的Oct-2； （3）和反應(yīng)性元件（）和反應(yīng)性元件（response elenents）相結(jié)合的反式作）相結(jié)合的反式作用因子。用因

48、子。 如如HSE（熱休克反應(yīng)元件，（熱休克反應(yīng)元件，heat shock response element），）， GRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件glucocorticoid response element）；）； MRE（金屬反應(yīng)元件，（金屬反應(yīng)元件，metal response element）；）； TRE（腫瘤誘導(dǎo)劑反應(yīng)元件，（腫瘤誘導(dǎo)劑反應(yīng)元件，tumorgenic agent response element);根據(jù)各個蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個復(fù)合物根據(jù)各個蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個復(fù)合物分為分為3部分：部分：參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的參與所有或某些轉(zhuǎn)

49、錄階段的RNARNA聚合酶亞基，不聚合酶亞基，不具有基因特異性。具有基因特異性。與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基因特異性。因特異性。與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因為所有或大部分基認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因為所有或大部分基因的啟動區(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因因的啟動區(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。真核生物中轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)

50、節(jié)的主要方真核生物中轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)的主要方式式表表8-5 部分球蛋白基因部分球蛋白基因5調(diào)控區(qū)序列的保守性比較調(diào)控區(qū)序列的保守性比較斜體表示高度保守的序列斜體表示高度保守的序列至少兩個至少兩個螺旋，中間由短側(cè)鏈氨基酸殘基形成螺旋，中間由短側(cè)鏈氨基酸殘基形成“轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折”，近竣基端的，近竣基端的螺旋中氨基酸殘基的替換會影響該蛋螺旋中氨基酸殘基的替換會影響該蛋白質(zhì)在白質(zhì)在DNA雙螺旋大溝中的結(jié)合。雙螺旋大溝中的結(jié)合。與與DNA相互作用時，同相互作用時，同源域蛋白的第一、二兩個螺源域蛋白的第一、二兩個螺旋往往靠在外側(cè)，其第三個旋往往靠在外側(cè)，其第三個螺旋則與螺旋則與DNA大溝相結(jié)合，大溝相結(jié)合，并通

51、過其并通過其N-端的多余臂與端的多余臂與DNA的小溝相結(jié)合。的小溝相結(jié)合。 （1 1） HTH, Helix-turn-helix HTH, Helix-turn-helix圖圖8-18 同源域蛋白通過其第三個螺旋與雙鏈同源域蛋白通過其第三個螺旋與雙鏈DNA的大溝的大溝相結(jié)合，其相結(jié)合，其N端的多余臂部分則與端的多余臂部分則與DNA的小溝相結(jié)合，的小溝相結(jié)合，提高了穩(wěn)定性。提高了穩(wěn)定性。2、鋅指結(jié)構(gòu)（zinc fimger）配位鍵配位鍵2-9個個定義：是一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元。是由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個Cys或2個Cys和2個His配位的Zn構(gòu)成，形成的

52、結(jié)構(gòu)像手指狀。 包括鋅指、鋅鈕包括鋅指、鋅鈕(twist)和鋅簇和鋅簇(cluster)結(jié)結(jié)構(gòu)，有鋅參與時才具備轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性。與構(gòu)，有鋅參與時才具備轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性。與DNA的結(jié)合較為牢固，特異性也很高。的結(jié)合較為牢固，特異性也很高。如類固醇激素受體家族含有連續(xù)的兩個鋅指如類固醇激素受體家族含有連續(xù)的兩個鋅指結(jié)構(gòu)，以同源或異源性二聚體的方式將兩個結(jié)構(gòu)，以同源或異源性二聚體的方式將兩個螺螺旋結(jié)合在相鄰的兩個大溝中。旋結(jié)合在相鄰的兩個大溝中。 Cys2 / Cys2鋅指鋅指Cys2 / His2鋅指鋅指見于甾體激素受體見于甾體激素受體見于見于SP1，TF A等等具有具有Cys2/Cys2鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因

53、子鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子典型的類固醇激素受體結(jié)構(gòu)示意圖典型的類固醇激素受體結(jié)構(gòu)示意圖一些轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)通過一些轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)通過Cys2/His2與與DNA相結(jié)合相結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子SP1 （GC盒）盒） 、連、連續(xù)的續(xù)的3個鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。個鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。 定義：出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元（motif）。當(dāng)來自同一個或不同多肽鏈的兩個-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸殘基）相互作用形成一個圈對圈的二聚體結(jié)構(gòu)時就形成了亮氨酸拉鏈。 3、堿性-亮氨酸拉鏈（basic - leucine zipper）bZIP結(jié)構(gòu)形成是因為蛋白中每隔結(jié)構(gòu)形成是因為蛋白中每隔6個氨基酸就個氨基酸就

54、有一個亮氨酸殘基，導(dǎo)致第有一個亮氨酸殘基，導(dǎo)致第7個亮氨酸殘基都在螺個亮氨酸殘基都在螺旋的同一方向出現(xiàn)。旋的同一方向出現(xiàn)。Y Y形結(jié)構(gòu)形結(jié)構(gòu)二聚體二聚體亮氨酸之間相互作用形成亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成二聚體，形成“拉鏈拉鏈” 。肽鏈氨基端肽鏈氨基端2030個富含個富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合。結(jié)合。這類蛋白質(zhì)的這類蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的。性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的。4、堿性-螺旋-環(huán)-螺旋 在免疫球蛋白在免疫球蛋白輕鏈基因輕鏈基因的增強子結(jié)合蛋白的增強子結(jié)合蛋白E12與與E47中，羧基端

55、中，羧基端100200個氨基個氨基酸殘基可形成兩個雙性酸殘基可形成兩個雙性螺螺旋，被非螺旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)所旋，被非螺旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)所隔開，蛋白質(zhì)的氨基端則是隔開，蛋白質(zhì)的氨基端則是堿性區(qū)，其堿性區(qū)，其DNA結(jié)合特性與結(jié)合特性與亮氨酸拉鏈類蛋白相似。亮氨酸拉鏈類蛋白相似。 例如：例如： 肌細(xì)胞定向分化肌細(xì)胞定向分化的調(diào)控因子的調(diào)控因子MyoD-1、原癌、原癌基因產(chǎn)物基因產(chǎn)物Max等。等。堿性區(qū)域相結(jié)合堿性區(qū)域相結(jié)合位于螺旋疏水區(qū)的位于螺旋疏水區(qū)的亮氨酸相互作用亮氨酸相互作用堿性區(qū)域相結(jié)合堿性區(qū)域相結(jié)合亞基亞基亞基亞基bHLH類蛋白只有形成同源或異源二聚體時，類蛋白只有形成同源或異源二聚體時，才具有足夠

56、的才具有足夠的DNA結(jié)合能力。結(jié)合能力。缺乏堿性區(qū)的蛋白質(zhì)，缺乏堿性區(qū)的蛋白質(zhì)，即使形成（同、異）二聚體，也無法同即使形成（同、異）二聚體，也無法同DNADNA結(jié)合結(jié)合 zyj278 同源域是指編碼同源域是指編碼60個保守氨基酸序列的個保守氨基酸序列的DNA片段，廣泛存在于真核生物基因組內(nèi)，由于最早片段，廣泛存在于真核生物基因組內(nèi)，由于最早從果蠅從果蠅homeoticloci（該遺傳位點的基因產(chǎn)物決定（該遺傳位點的基因產(chǎn)物決定了軀體發(fā)育）中克隆得到而命名，同源轉(zhuǎn)換基因了軀體發(fā)育）中克隆得到而命名，同源轉(zhuǎn)換基因與生物有機體的生長、發(fā)育和分化密切相關(guān)。與生物有機體的生長、發(fā)育和分化密切相關(guān)。 許多

57、含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控的許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有轉(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)。這些蛋白結(jié)合區(qū)。這些蛋白C末端類似于原核基因阻末端類似于原核基因阻遏物螺旋遏物螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。 5、 同源域蛋白（homeo domains) ：含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子及其含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子及其DNA靶序列靶序列各種同源域各種同源域DNA結(jié)合蛋白中保守序列分析結(jié)合蛋白中保守序列分析在真核生物中，反式作用因子的功能由于在真核生物中，反式作用因子的功能由于受蛋白質(zhì)受蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用的調(diào)

58、節(jié)變得精蛋白質(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)合物的方式來完成，因此，不是所有的轉(zhuǎn)錄因子都的方式來完成，因此，不是所有的轉(zhuǎn)錄因子都與與DNA直接結(jié)合，因此，是否具有轉(zhuǎn)錄活化直接結(jié)合，因此，是否具有轉(zhuǎn)錄活化域就成為反式作用因子中唯一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。域就成為反式作用因子中唯一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。（1）帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)）帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)哺乳動物細(xì)胞中糖皮質(zhì)激素受體的兩個轉(zhuǎn)錄活化域，哺乳動物細(xì)胞中糖皮質(zhì)激素受體的兩個轉(zhuǎn)錄活化域，AP1家族的家族的Jun及及GAL4都有酸性的螺旋結(jié)構(gòu)，這種酸性都有酸性的螺旋結(jié)構(gòu)，這種酸性的螺旋結(jié)構(gòu)特異性誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄

59、起始的活性并不是很強，它的螺旋結(jié)構(gòu)特異性誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起始的活性并不是很強，它們可能與們可能與TFIID復(fù)合物中某個通用因子或復(fù)合物中某個通用因子或RNA聚合酶聚合酶II本身結(jié)合，具有穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的作用。本身結(jié)合，具有穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的作用。不同的轉(zhuǎn)錄活化域有下列特征性結(jié)構(gòu)：不同的轉(zhuǎn)錄活化域有下列特征性結(jié)構(gòu)：（2）富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)）富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)SP1是啟動子是啟動子GC盒的結(jié)合蛋白，共有盒的結(jié)合蛋白，共有4個參與轉(zhuǎn)個參與轉(zhuǎn)錄活化的區(qū)域，其中最強的轉(zhuǎn)錄活化域含錄活化的區(qū)域，其中最強的轉(zhuǎn)錄活化域含25%左右的左右的谷氨酰胺。谷氨酰胺。Oct1/2、Jun、AP2、血清應(yīng)答因子（、血清應(yīng)答

60、因子（SRF）等都）等都有相同的富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域。有相同的富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域。3、富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)、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)因子的羧基端富含脯氨酸（達(dá)20%30%），很難形成），很難形成螺旋。在螺旋。在Oct2、Jun、AP2、SRF等等哺乳動物因子中也有富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域。哺乳動物因子中也有富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域。8.3 蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細(xì)胞是生命活動的基本單位。細(xì)胞通過細(xì)胞是生命活動的基本單位。細(xì)胞通過DNA的復(fù)制和細(xì)胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親的復(fù)制和細(xì)胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親代傳至子代，實現(xiàn)增殖繁衍。