1、目錄目錄目錄目錄第十八章第十八章基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控Regulation of Gene Expression目錄目錄第一節(jié)第一節(jié)基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控的基因表達(dá)與基因表達(dá)調(diào)控的基本概念與特點(diǎn)基本概念與特點(diǎn)Basic Conceptions and Characters of Gene Expression and its Regulation目錄目錄一、基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程一、基因表達(dá)是基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程，也是基因所是基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程，也是基因所攜帶的遺傳信息表現(xiàn)為表型的過程，包括基攜帶的遺傳信息表現(xiàn)為表型的過程，包括基因轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的因轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的R

2、NA序列，對于蛋白質(zhì)編碼序列，對于蛋白質(zhì)編碼基因，基因，mRNA繼而翻譯成多肽鏈，并裝配加繼而翻譯成多肽鏈，并裝配加工成最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。工成最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。 基因表達(dá)基因表達(dá)(gene expression) 基因表達(dá)是受調(diào)控的?；虮磉_(dá)是受調(diào)控的。目錄目錄二、基因表達(dá)具有時間特異性和空間特異性二、基因表達(dá)具有時間特異性和空間特異性（一）時間特異性是指基因表達(dá)按一定的時間（一）時間特異性是指基因表達(dá)按一定的時間順序發(fā)生順序發(fā)生 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按一按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按一定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時間時間特異性特異性

3、(temporal specificity)。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段階段特異性特異性(stage specificity)。目錄目錄（二）空間特異性是指多細(xì)胞生物個體在特（二）空間特異性是指多細(xì)胞生物個體在特定生長發(fā)育階段，同一基因在不同的定生長發(fā)育階段，同一基因在不同的組織器官表達(dá)不同組織器官表達(dá)不同 在個體生長、發(fā)育過程中，一種基因產(chǎn)物在個體的在個體生長、發(fā)育過程中，一種基因產(chǎn)物在個體的不同組織或器官表達(dá)，即在個體的不同空間出現(xiàn)，不同組織或器官表達(dá)，即在個體的不同空間出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的這就是基因表達(dá)的空間特異性空間特異性(spatia

4、l specificity)。 基因表達(dá)伴隨時間或階段順序所表現(xiàn)出的這種空間基因表達(dá)伴隨時間或階段順序所表現(xiàn)出的這種空間分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布所決定的，分布差異，實(shí)際上是由細(xì)胞在器官的分布所決定的，因此基因表達(dá)的空間特異性又稱因此基因表達(dá)的空間特異性又稱細(xì)胞特異性細(xì)胞特異性(cell specificity)或組織特異性或組織特異性(tissue specificity)。指多細(xì)胞生物成長發(fā)育中，在一些內(nèi)在機(jī)制作用下，細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、形態(tài)、生理功能及生化特征等方面逐漸產(chǎn)生穩(wěn)定性差異，成為多種不同的細(xì)胞類型，以形成個體不同的組織、器官和系統(tǒng)。 人體約有人體約有200200種不同的分化細(xì)

5、胞種不同的分化細(xì)胞 細(xì)胞分化細(xì)胞分化（cell differentiation ）補(bǔ)充資料：補(bǔ)充資料：動物及人體的基本組織類型動物及人體的基本組織類型人體約人體約200200種不同的分化細(xì)胞歸種不同的分化細(xì)胞歸為為四類：四類： 1 1上皮組織上皮組織: :來源于外胚層，如皮膚表層來源于外胚層，如皮膚表層 2 2結(jié)締組織結(jié)締組織: :由中胚層產(chǎn)生的，分布在表皮之內(nèi)各由中胚層產(chǎn)生的，分布在表皮之內(nèi)各 器官組織之間，如韌帶、纖維、血漿器官組織之間，如韌帶、纖維、血漿 3 3肌肉組織肌肉組織: :來自中胚層，又有平滑肌、骨胳肌和來自中胚層，又有平滑肌、骨胳肌和 心肌，主要組分是肌原纖維心肌，主要組分是

6、肌原纖維 4 4神經(jīng)組織神經(jīng)組織: :來自外胚層，由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)來自外胚層，由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì) 胞組成胞組成 全能細(xì)胞全能細(xì)胞胚囊細(xì)胞胚囊細(xì)胞原胚細(xì)胞原胚細(xì)胞多能干細(xì)胞多能干細(xì)胞胚囊內(nèi)層細(xì)胞胚囊內(nèi)層細(xì)胞n人類胚胎從何時起人類胚胎從何時起享有人的尊嚴(yán)？享有人的尊嚴(yán)？n胚胎是早期生命嗎？胚胎是早期生命嗎？細(xì)胞分化的機(jī)制 （1 ）“決定決定”先于分化先于分化 細(xì)胞決定（ determination ）是指細(xì)胞內(nèi)某些基因永久地關(guān)閉，而另一些基因順序表達(dá)，具備向某一特定方向分化的能力（穩(wěn)定的、可遺傳的）。 如，胚胎早期的外（神經(jīng)細(xì)胞、上皮細(xì)胞、肛門上皮細(xì)胞）、中（泌尿、生殖）、內(nèi)（呼吸、消化）

7、3 胚層在細(xì)胞形態(tài)上并無差別，但已預(yù)定要分化出各自不同的組織細(xì)胞。 （ 2 ）細(xì)胞質(zhì)在決定細(xì)胞差別中作用）細(xì)胞質(zhì)在決定細(xì)胞差別中作用 細(xì)胞質(zhì)分配的不均勻，子代干細(xì)胞的胞質(zhì)組分不同，導(dǎo)致子細(xì)胞產(chǎn)生差別（即分化的表現(xiàn)）。 （ 3 ）細(xì)胞間相互作用）細(xì)胞間相互作用 位置效應(yīng)：細(xì)胞分化與細(xì)胞所在位置及與其他細(xì)胞的聯(lián)系有關(guān)，包括細(xì)胞間直接接觸所進(jìn)行信息轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞外物質(zhì)（細(xì)胞因子）的作用結(jié)果。n細(xì)胞內(nèi)不同基因在不同發(fā)育階段被選擇激活，即基因在時空上的有序表達(dá)。n動物卵細(xì)胞中貯存有動物卵細(xì)胞中貯存有大量大量mRNA，呈非均勻分布；，呈非均勻分布；n用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進(jìn)行至囊胚

8、期n用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停止發(fā)育。n卵裂后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。卵裂后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。n昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細(xì)胞的。遷入卵的后端極質(zhì)部的細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞，用紫外線照射這一區(qū)域，破壞極質(zhì)，卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞的不育個體。 （一）細(xì)胞分裂的不對稱性（一）細(xì)胞分裂的不對稱性細(xì)胞的不對稱分裂細(xì)胞的不對稱分裂使姐妹細(xì)胞產(chǎn)生了差異使姐妹細(xì)胞產(chǎn)生了差異在細(xì)胞分裂時一些重要的分子被不均等地分配到兩個子細(xì)胞中在細(xì)胞分裂時一些重要的分子被不均等地分配到兩個子細(xì)胞中 n1、胚胎誘導(dǎo)、胚胎誘導(dǎo)(embryonic induction) ：

9、胚胎發(fā)育過程中，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞向一定方向分化的作用。n誘導(dǎo)者(inductor) ：對其它細(xì)胞起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞：n脊索可誘導(dǎo)其頂部外胚層發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)溝和神經(jīng)管；n視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。（二）細(xì)胞間的相互作用（二）細(xì)胞間的相互作用進(jìn)一步更復(fù)雜的模式由細(xì)胞間相互作用產(chǎn)生進(jìn)一步更復(fù)雜的模式由細(xì)胞間相互作用產(chǎn)生誘導(dǎo)的相互作用可以在原本等同的細(xì)胞中建立起有序的差異誘導(dǎo)的相互作用可以在原本等同的細(xì)胞中建立起有序的差異n2、分化抑制：、分化抑制：分化成熟的細(xì)胞可以產(chǎn)生抑素，抑制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣的分化。n如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出

10、正常的心臟。n3、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)n小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織。n4、細(xì)胞外基質(zhì)的影響、細(xì)胞外基質(zhì)的影響n干細(xì)胞在IV型膠原和層粘連蛋白上分化為上皮細(xì)胞；n在I型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞；n在II型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。n5、激素的作用、激素的作用n如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。目錄目錄三、基因表達(dá)的方式存在多樣性三、基因表達(dá)的方式存在多樣性基因表達(dá)調(diào)控（基因表達(dá)調(diào)控（regulation of gene expression）就

11、是指細(xì)胞或生物體在接受內(nèi)外環(huán)境信號刺激就是指細(xì)胞或生物體在接受內(nèi)外環(huán)境信號刺激時或適應(yīng)環(huán)境變化的過程中在基因表達(dá)水平上做出時或適應(yīng)環(huán)境變化的過程中在基因表達(dá)水平上做出應(yīng)答的分子機(jī)制，即位于基因組內(nèi)的基因如何被表應(yīng)答的分子機(jī)制，即位于基因組內(nèi)的基因如何被表達(dá)成為有功能的蛋白質(zhì)（或達(dá)成為有功能的蛋白質(zhì)（或RNA），在什么組織表），在什么組織表達(dá)，什么時候表達(dá)，表達(dá)多少等。達(dá)，什么時候表達(dá)，表達(dá)多少等。 目錄目錄按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為：按對刺激的反應(yīng)性，基因表達(dá)的方式分為： 基本（或組成性）表達(dá)基本（或組成性）表達(dá) 誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)目錄目錄（一）有些基因幾乎在所有細(xì)胞中持續(xù)

12、表達(dá)（一）有些基因幾乎在所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá) 某些基因在一個生物個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表某些基因在一個生物個體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，不易受環(huán)境條件的影響，通常被稱為達(dá)，不易受環(huán)境條件的影響，通常被稱為管家基因管家基因(housekeeping gene)。 管家基因管家基因的的表達(dá)水平受環(huán)境因素影響較小，而是在表達(dá)水平受環(huán)境因素影響較小，而是在生物體各個生長階段的大多數(shù)、或幾乎全部組織中生物體各個生長階段的大多數(shù)、或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類基因表達(dá)被視為持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類基因表達(dá)被視為基本基本（或組成性）基因表達(dá)（或組成性）基因表達(dá)(constitutive gen

13、e expression)。基本的基因表達(dá)水平并非絕對基本的基因表達(dá)水平并非絕對“一成不變一成不變”， 所謂所謂“不變不變”是相對的。是相對的。 目錄目錄（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)（二）有些基因的表達(dá)受到環(huán)境變化的誘導(dǎo)和阻遏和阻遏 在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，在特定環(huán)境信號刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，即這種基因表達(dá)是可誘基因表達(dá)產(chǎn)物增加，即這種基因表達(dá)是可誘導(dǎo)的。導(dǎo)的。 可誘導(dǎo)基因可誘導(dǎo)基因(inducible gene)在一定的環(huán)境中在一定的環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程，稱為表達(dá)增強(qiáng)的過程，稱為誘導(dǎo)誘導(dǎo)(induction)。 如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時被抑制，

14、這種基如果基因?qū)Νh(huán)境信號應(yīng)答時被抑制，這種基因是因是可阻遏基因可阻遏基因(repressible gene)?？勺瓒艋??？勺瓒艋?表 達(dá) 產(chǎn) 物 水 平 降 低 的 過 程 稱 為因 表 達(dá) 產(chǎn) 物 水 平 降 低 的 過 程 稱 為 阻 遏阻 遏(repression)。目錄目錄 在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為致、共同表達(dá)，即為協(xié)同表達(dá)協(xié)同表達(dá)(coordinate expression)，這種調(diào)節(jié)稱為，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)同調(diào)節(jié)協(xié)同調(diào)節(jié)(coordinate re

15、gulation)。（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)（三）生物體內(nèi)不同基因的表達(dá)受到協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)目錄目錄四、基因表達(dá)調(diào)控受順式作用元件四、基因表達(dá)調(diào)控受順式作用元件和反式作用因子共同調(diào)節(jié)和反式作用因子共同調(diào)節(jié) 一般說來，調(diào)節(jié)序列與被調(diào)控的編碼序列位一般說來，調(diào)節(jié)序列與被調(diào)控的編碼序列位于同一條于同一條DNADNA鏈上，稱為鏈上，稱為順式作用元件順式作用元件( (cis -acting element) )。 調(diào)節(jié)序列遠(yuǎn)離被調(diào)控的編碼序列，實(shí)際上是調(diào)節(jié)序列遠(yuǎn)離被調(diào)控的編碼序列，實(shí)際上是其他分子的編碼基因，只能通過其表達(dá)產(chǎn)物其他分子的編碼基因，只能通過其表達(dá)產(chǎn)物來發(fā)揮作用，這些蛋白質(zhì)分子稱為來

16、發(fā)揮作用，這些蛋白質(zhì)分子稱為反式作用反式作用因子因子( (trans-acting factor) )。目錄目錄轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增強(qiáng)子增強(qiáng)子AATAAA剪接加尾剪接加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子外顯子翻譯起始點(diǎn)翻譯起始點(diǎn)內(nèi)內(nèi)含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體+1結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因啟動子啟動子上游啟動子元件上游啟動子元件n順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)目錄目錄五、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性五、基因表達(dá)調(diào)控呈現(xiàn)多層次和復(fù)雜性 首先，遺傳信息以基因的形式貯存于首先，遺傳信息以基因的形式貯存

17、于DNADNA中。中。 其次，遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄由其次，遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄由DNADNA傳向傳向RNA RNA 過程過程中的許多環(huán)節(jié)。中的許多環(huán)節(jié)。( (最重要、最復(fù)雜最重要、最復(fù)雜) ) 最后，蛋白質(zhì)生物合成即翻譯與翻譯后加工。最后，蛋白質(zhì)生物合成即翻譯與翻譯后加工。目錄目錄六、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長、六、基因表達(dá)調(diào)控為生物體生長、發(fā)育的基礎(chǔ)發(fā)育的基礎(chǔ)（一）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以適應(yīng)環(huán)境、（一）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖維持生長和增殖生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化生物體所處的內(nèi)、外環(huán)境是在不斷變化的。通過一定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使的。通過一定的程序調(diào)控基因的表達(dá)，可使生物體

18、表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子，以便更好地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長和增殖。地適應(yīng)環(huán)境，維持其生長和增殖。 目錄目錄（二）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以維持細(xì)胞（二）生物體調(diào)節(jié)基因表達(dá)以維持細(xì)胞分化與個體發(fā)育分化與個體發(fā)育在多細(xì)胞個體生長、發(fā)育的不同階段，在多細(xì)胞個體生長、發(fā)育的不同階段，或同一生長發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白或同一生長發(fā)育階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類和含量存在很大差異，這質(zhì)分子分布、種類和含量存在很大差異，這些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。些差異是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。 n基因與細(xì)胞分化基因與細(xì)胞分化n無論是母體mRNA的作用還是細(xì)胞間的相互作用，其結(jié)果是

19、啟動特定基因的表達(dá)。n根據(jù)對果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動物的研究表明：n卵受精后，首先表達(dá)的是母體基因；母體基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成一個濃度梯度，決定了胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控制其它基因的表達(dá)：n母體基因 間隙基因 成對基因體節(jié)極性基因同源異形基因（homeotic gene，Hox）Gene and Development母體基因間隙基因成對基因體節(jié)極性基因同源異形基因同源異型基因決定身體各部分的特異性同源異型基因決定身體各部分的特異性目錄目錄第二節(jié)第二節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)控原核基因表達(dá)調(diào)控Regulation of Gene Expression in Prokaryote 目錄目錄原

20、核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 基因組中很少有重復(fù)序列；基因組中很少有重復(fù)序列； 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因?yàn)檫B續(xù)編碼，且多為單拷編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因?yàn)檫B續(xù)編碼，且多為單拷貝基因，但編碼貝基因，但編碼rRNArRNA的基因仍然是多拷貝基因的基因仍然是多拷貝基因； 結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例（約占結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例（約占50%50%）遠(yuǎn)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真核基因組；遠(yuǎn)大于真核基因組； 許多結(jié)構(gòu)基因在基因組中以操縱子為單位排列許多結(jié)構(gòu)基因在基因組中以操縱子為單位排列原核生物基因組是具有超螺旋結(jié)構(gòu)的閉合環(huán)狀原核生物基因組是具有超螺旋結(jié)構(gòu)的閉合環(huán)狀DNA分子分子 目錄目錄原核生物大多數(shù)基因表

21、達(dá)調(diào)控是通過原核生物大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過操縱子機(jī)制操縱子機(jī)制實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)一、一、操縱子是原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本操縱子是原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本單位單位 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子特異特異DNA序列序列編碼序列編碼序列 啟動子啟動子 操縱元件操縱元件 其他調(diào)節(jié)基因其他調(diào)節(jié)基因(promoter)(operator)目錄目錄操縱子模型的普遍性操縱子模型的普遍性 多順反子多順反子(polycistron)：mRNA分子攜帶了幾個多肽鏈分子攜帶了幾個多肽鏈的編碼信息。的編碼信息。 啟動子啟動子是是RNA聚合酶和各種調(diào)控蛋白作用的部位，是聚合酶和各種調(diào)控蛋白作用的部位，是決定基因表達(dá)效率的關(guān)鍵元件。決定基因表達(dá)

22、效率的關(guān)鍵元件。 各種原核基因啟動序列特定區(qū)域內(nèi)，通常在轉(zhuǎn)錄起始各種原核基因啟動序列特定區(qū)域內(nèi)，通常在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游點(diǎn)上游-10及及-35區(qū)域存在一些相似序列，稱為區(qū)域存在一些相似序列，稱為共有序列共有序列。 E.coli及一些細(xì)菌啟動序列的共有序列在及一些細(xì)菌啟動序列的共有序列在-10區(qū)域是區(qū)域是TATAAT，在，在-35區(qū)域?yàn)閰^(qū)域?yàn)門TGACA 共有序列決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。共有序列決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。 目錄目錄圖圖18-1 518-1 5種種E.coliE.coli啟動序列的共有序列啟動序列的共有序列目錄目錄基因表達(dá)有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控基因表達(dá)有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控調(diào)節(jié)原核生物基因表

23、達(dá)的效應(yīng)蛋白可分：調(diào)節(jié)原核生物基因表達(dá)的效應(yīng)蛋白可分：阻遏蛋白阻遏蛋白-負(fù)調(diào)控因素負(fù)調(diào)控因素 激活蛋白激活蛋白-正調(diào)控因素正調(diào)控因素 目錄目錄調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)基因（regulatory gene）編碼能夠與操縱）編碼能夠與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白，可以分為三類：特異因子、序列結(jié)合的調(diào)控蛋白，可以分為三類：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白。阻遏蛋白和激活蛋白。 調(diào)控蛋白的作用分別是調(diào)控蛋白的作用分別是 特異因子特異因子決定決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力；特異性識別和結(jié)合能力；目錄目錄 阻遏蛋白阻遏蛋白可以識別、結(jié)合特異可以識別、結(jié)合特異DNA序列序

24、列操縱序列，操縱序列，抑制基因轉(zhuǎn)錄，所以阻遏蛋白介導(dǎo)負(fù)調(diào)節(jié)（抑制基因轉(zhuǎn)錄，所以阻遏蛋白介導(dǎo)負(fù)調(diào)節(jié)（negative regulation）。阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制在原核生物）。阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制在原核生物中普遍存在；中普遍存在； 激活蛋白激活蛋白可結(jié)合啟動序列鄰近的可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，提高序列，提高RNA聚聚合酶與啟動序列的結(jié)合能力，從而增強(qiáng)合酶與啟動序列的結(jié)合能力，從而增強(qiáng)RNA聚合酶的轉(zhuǎn)聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，是一種正調(diào)控（錄活性，是一種正調(diào)控（positive regulation）。）。 目錄目錄二、乳糖操縱子是典型的誘導(dǎo)型調(diào)控二、乳糖操縱子是典型的誘導(dǎo)型調(diào)控（一一）

25、乳糖操縱子乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA目錄目錄圖圖18-2 lac 18-2 lac 操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)目錄目錄mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時沒有乳糖存在時（二二）乳糖操縱子受阻遏蛋白和乳糖操縱子受阻遏蛋白和CAP的雙重調(diào)節(jié)的雙重調(diào)節(jié)阻遏基因阻遏基因1.1.阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)目錄目錄mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在時有乳

26、糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖乳糖別乳糖別乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶圖圖18-4 18-4 laclac 操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)操縱子與阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)目錄目錄+ + + + + + + + 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄無葡萄糖，無葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時2. CAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP目錄目錄3. 3. 協(xié)同調(diào)節(jié)協(xié)同調(diào)節(jié) 當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時，CAP對該系統(tǒng)不能對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用。發(fā)揮作用。 如無如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序存在，即使沒有

27、阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若單純?nèi)樘谴嬖跁r，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細(xì)菌首乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對先利用葡萄糖。葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作操縱子的阻遏作用稱用稱分解代謝阻遏分解代謝阻遏(catabolic repression)。 目錄目錄mRNA低半乳糖時低半乳糖時高半乳糖時高半乳糖時 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-polOOOO目錄目錄圖圖18-318-3CAPCAP、阻遏蛋白、阻

28、遏蛋白、cAMPcAMP和誘導(dǎo)劑對和誘導(dǎo)劑對laclac操縱子的調(diào)節(jié)操縱子的調(diào)節(jié) 目錄目錄三、三、色氨酸操縱子通過轉(zhuǎn)錄衰減的方式色氨酸操縱子通過轉(zhuǎn)錄衰減的方式阻遏基因表達(dá)阻遏基因表達(dá)色氨酸操縱子的作用原理色氨酸操縱子的作用原理Trp Trp 高時高時Trp 低時低時mRNA OPtrpR調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 操縱子關(guān)閉操縱子關(guān)閉目錄目錄四、原核基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄終止階段四、原核基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄終止階段有不同的調(diào)控機(jī)制有不同的調(diào)控機(jī)制（一一）不依賴）不依賴RhoRho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止（二）依賴（二）依賴RhoRho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終

29、止常見于噬菌體中，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不清楚。常見于噬菌體中，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不清楚。 兩段富含兩段富含GC的反向重復(fù)序列，中間間隔的反向重復(fù)序列，中間間隔若干核苷酸；若干核苷酸； 下游含一系列下游含一系列T序列。序列。 終止子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：終止子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：目錄目錄五、原核基因表達(dá)在翻譯水平的多個環(huán)五、原核基因表達(dá)在翻譯水平的多個環(huán)節(jié)受到精細(xì)調(diào)節(jié)節(jié)受到精細(xì)調(diào)節(jié) （一）轉(zhuǎn)錄與翻譯的偶聯(lián)調(diào)節(jié)提高了基因表（一）轉(zhuǎn)錄與翻譯的偶聯(lián)調(diào)節(jié)提高了基因表達(dá)調(diào)控的有效性達(dá)調(diào)控的有效性衰減是轉(zhuǎn)錄衰減是轉(zhuǎn)錄- -翻譯的偶聯(lián)調(diào)控翻譯的偶聯(lián)調(diào)控色氨酸操縱子（色氨酸操縱子（trp operon）除了產(chǎn)物阻遏除了產(chǎn)物阻遏負(fù)調(diào)控外，還有負(fù)調(diào)控外，還有

30、轉(zhuǎn)錄衰減（轉(zhuǎn)錄衰減（attenuation）調(diào)控方調(diào)控方式。式。 目錄目錄圖圖18-4 18-4 色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)及其關(guān)閉機(jī)制色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)及其關(guān)閉機(jī)制目錄目錄（二）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動序列或啟動序列周圍進(jìn)行自我調(diào)節(jié)（二）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動序列或啟動序列周圍進(jìn)行自我調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合mRNA靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體識別翻譯起靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體識別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯。始區(qū)，從而阻斷翻譯。 調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，稱，抑制自身的合成，稱自我控制自我控制(autogenous control)。 (小亞基蛋白rpS-1)目錄目錄（

31、三）翻譯阻遏利用蛋白質(zhì)與自身（三）翻譯阻遏利用蛋白質(zhì)與自身mRNA的的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對翻譯起始的調(diào)控結(jié)合實(shí)現(xiàn)對翻譯起始的調(diào)控 編碼區(qū)的起始點(diǎn)可編碼區(qū)的起始點(diǎn)可與調(diào)節(jié)分子（蛋白與調(diào)節(jié)分子（蛋白質(zhì)或質(zhì)或RNA）直接或）直接或間接地結(jié)合來決定間接地結(jié)合來決定翻譯起始翻譯起始 調(diào)節(jié)蛋白可以結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白可以結(jié)合到起始密碼子上，到起始密碼子上，阻斷與核糖體的結(jié)阻斷與核糖體的結(jié)合合S816S rRNA充足時充足時,全被結(jié)合全被結(jié)合16S rRNA不足時不足時,S8與與L5 mRNA結(jié)合結(jié)合目錄目錄（四）反義（四）反義RNA結(jié)合結(jié)合mRNA翻譯起始部位的翻譯起始部位的互補(bǔ)序列對翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié)互補(bǔ)序列對翻譯進(jìn)行調(diào)節(jié) 可

32、調(diào)節(jié)基因表達(dá)的可調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RNA稱為調(diào)節(jié)稱為調(diào)節(jié)RNA。 細(xì)菌中含有與特定細(xì)菌中含有與特定mRNA翻譯起始部位互補(bǔ)翻譯起始部位互補(bǔ)的的RNA，通過與，通過與mRNA雜交阻斷雜交阻斷30S小亞基對小亞基對起始密碼子的識別及與起始密碼子的識別及與SD序列的結(jié)合，抑制序列的結(jié)合，抑制翻譯起始。這種調(diào)節(jié)稱為翻譯起始。這種調(diào)節(jié)稱為反義控制反義控制(antisense control)。目錄目錄（五）（五）mRNA密碼子的編碼頻率影響翻譯速度密碼子的編碼頻率影響翻譯速度當(dāng)基因中的密碼子是常用密碼子時，當(dāng)基因中的密碼子是常用密碼子時，mRNA的翻譯速度快，反之，的翻譯速度快，反之，mRNA的翻譯速度慢。

33、的翻譯速度慢。目錄目錄補(bǔ)充資料：遺傳密碼的偏好性補(bǔ)充資料：遺傳密碼的偏好性 遺傳密碼的偏好性：在不同宿主中同一氨基酸對應(yīng)的不同密碼遺傳密碼的偏好性：在不同宿主中同一氨基酸對應(yīng)的不同密碼子之中子之中,有使用頻率的高低之分。偏好性可通過細(xì)胞內(nèi)的氨基酸有使用頻率的高低之分。偏好性可通過細(xì)胞內(nèi)的氨基酸“搬運(yùn)工搬運(yùn)工”轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）的相對豐度反映出來。）的相對豐度反映出來。 每個每個tRNA可識別某個特定的密碼子，并將相應(yīng)的氨基酸搬運(yùn)至可識別某個特定的密碼子，并將相應(yīng)的氨基酸搬運(yùn)至核糖體進(jìn)而組裝成肽鏈。當(dāng)一個密碼子較為稀有時，胞內(nèi)與該核糖體進(jìn)而組裝成肽鏈。當(dāng)一個密碼子較為稀有時，胞內(nèi)與該密碼

34、子相匹配的密碼子相匹配的tRNA也就相對較少，蛋白質(zhì)的組裝過程緩慢。也就相對較少，蛋白質(zhì)的組裝過程緩慢。 原因之一：無論在原核還是真核生物體內(nèi)原因之一：無論在原核還是真核生物體內(nèi) ,密碼子的使用頻率密碼子的使用頻率都是與都是與 tRNA的豐度呈正相關(guān)的。表達(dá)量較高的蛋白所含的密的豐度呈正相關(guān)的。表達(dá)量較高的蛋白所含的密碼子種類會較少，對應(yīng)的碼子種類會較少，對應(yīng)的 tRNA分子的數(shù)目也較多，使生物能分子的數(shù)目也較多，使生物能合成出更多蛋白。對于含量較少的蛋白，其基因中則含有低合成出更多蛋白。對于含量較少的蛋白，其基因中則含有低 tRNA豐度的密碼子，從而限制該蛋白的表達(dá)。豐度的密碼子，從而限制該

35、蛋白的表達(dá)。 如果按照宿主密碼子偏好性對基因編碼序列進(jìn)行改造，表達(dá)量如果按照宿主密碼子偏好性對基因編碼序列進(jìn)行改造，表達(dá)量可以提高可以提高 1050倍，即使只對目的基因的倍，即使只對目的基因的 5末端進(jìn)行改造，末端進(jìn)行改造，其表達(dá)量都有明顯的提高其表達(dá)量都有明顯的提高目錄目錄要提高某一蛋白在某生物體要提高某一蛋白在某生物體內(nèi)的表達(dá)量內(nèi)的表達(dá)量 ,根據(jù)該生物的密根據(jù)該生物的密碼子偏好性碼子偏好性 ,改造該基因序列改造該基因序列是一個可行的策略。是一個可行的策略。酵母表達(dá)系統(tǒng)Marker:低分子量蛋白 BSA:小牛血清蛋白; 1: P1號克隆; 2: P2號克隆; 3: P3號克隆; 4:空載體陰

36、性對照大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)#17: 17號克隆; control:空載體陰性對照目錄目錄第三節(jié)第三節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)控真核基因表達(dá)調(diào)控Regulation of Gene Expression in Eukaryote目錄目錄一、真核細(xì)胞基因表達(dá)的特點(diǎn)一、真核細(xì)胞基因表達(dá)的特點(diǎn) 真核基因組比原核基因組真核基因組比原核基因組大大得多得多 原核基因組的大部分序列都為編碼基因，而哺原核基因組的大部分序列都為編碼基因，而哺乳類基因組中只有乳類基因組中只有10%的序列編碼的序列編碼蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)、rRNA、tRNA等，其余等，其余90%的序列，包括大量的序列，包括大量的重復(fù)序列功能至今還不清楚，可能參與調(diào)控

37、的重復(fù)序列功能至今還不清楚，可能參與調(diào)控 真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因是真核生物編碼蛋白質(zhì)的基因是不連續(xù)的不連續(xù)的，轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后需要剪接去除內(nèi)含子，這就增加了基因表達(dá)后需要剪接去除內(nèi)含子，這就增加了基因表達(dá)調(diào)控的層次調(diào)控的層次 目錄目錄 原核生物的基因編碼序列在操縱子中，原核生物的基因編碼序列在操縱子中，多順反子多順反子mRNA使得幾個功能相關(guān)的基因自然協(xié)調(diào)控制；使得幾個功能相關(guān)的基因自然協(xié)調(diào)控制；而真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條而真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，即，即mRNA是是單順反子單順反子（monocistron），許多功能相關(guān)的蛋白、即使是一種蛋白的不同，許多功能相關(guān)

38、的蛋白、即使是一種蛋白的不同亞基也將涉及到多個基因的協(xié)調(diào)表達(dá)亞基也將涉及到多個基因的協(xié)調(diào)表達(dá)目錄目錄 真核生物真核生物DNA在細(xì)胞核內(nèi)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)在細(xì)胞核內(nèi)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成成染色質(zhì)染色質(zhì)，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)直接影響著基因表，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)直接影響著基因表達(dá)；達(dá)； 真核生物的遺傳信息不僅存在于真核生物的遺傳信息不僅存在于核核DNA上，還上，還存在存在線粒體線粒體DNA上，核內(nèi)基因與線粒體基因的上，核內(nèi)基因與線粒體基因的表達(dá)調(diào)控既相互獨(dú)立而又需要協(xié)調(diào)。表達(dá)調(diào)控既相互獨(dú)立而又需要協(xié)調(diào)。 目錄目錄圖圖18-5 18-5 真核生物基因表達(dá)的多層次復(fù)雜調(diào)控真核生物基因表達(dá)的多層次復(fù)雜調(diào)控目錄目錄二、

39、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與真核基因表達(dá)密切相關(guān)二、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與真核基因表達(dá)密切相關(guān)活性染色質(zhì)活性染色質(zhì) (active chromatin)(active chromatin)具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)超敏位點(diǎn)（超敏位點(diǎn)（hypersensitive site)hypersensitive site)當(dāng)染色質(zhì)活化后，常出現(xiàn)一些對核酸酶當(dāng)染色質(zhì)活化后，常出現(xiàn)一些對核酸酶（如（如DNase I）高度敏感的位點(diǎn)）高度敏感的位點(diǎn)（一）轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)對核酸酶極為敏感（一）轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)對核酸酶極為敏感 目錄目錄(二二) 轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生改變轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)的組蛋白發(fā)生改變 組蛋白結(jié)構(gòu)及其化學(xué)

40、修飾組蛋白結(jié)構(gòu)及其化學(xué)修飾（a a）組蛋白與）組蛋白與DNADNA組成的核小體；（組成的核小體；（b b）組蛋白的氨基端伸出核）組蛋白的氨基端伸出核小體，形小體，形 成組蛋白尾巴；（成組蛋白尾巴；（c c）四種組蛋白組成的八聚體）四種組蛋白組成的八聚體目錄目錄 組蛋白修飾對于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括組蛋白修飾對于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直兩種相互包容的理論。即：組蛋白的修飾直接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個平

41、臺。他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個平臺。這些理論構(gòu)成了這些理論構(gòu)成了“組蛋白密碼組蛋白密碼”的假說。的假說。目錄目錄組蛋白組蛋白氨基酸殘基位點(diǎn)氨基酸殘基位點(diǎn)修飾類型修飾類型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色質(zhì)濃縮染色質(zhì)濃縮H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙?；阴；せ罴せ頗3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙?；阴；乐狗乐筁ys-9的甲基化的甲基化H3Lys-79甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默H4Arg-3甲基化甲基化H4Lys-5乙酰化乙?；b配裝配H4Lys-12乙?；阴；b配裝配H4Ly

42、s-16乙酰化乙?；诵◇w裝配核小體裝配H4Lys-16乙?；阴；疐ly X激活激活組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響 目錄目錄（三三） CpG島甲基化水平降低島甲基化水平降低 CpG島（島（CpG island) ：甲基化胞嘧啶在基因組中并：甲基化胞嘧啶在基因組中并不是均勻分布，有些成簇的非甲基化不是均勻分布，有些成簇的非甲基化CG存在于整個存在于整個基因組中，人們將這些基因組中，人們將這些GC含量可達(dá)含量可達(dá)60%，長度為，長度為300-3000bp的區(qū)段的區(qū)段 表觀遺傳（表觀遺傳（epigenetic inheritance) ：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對：染色質(zhì)結(jié)

43、構(gòu)對基因表達(dá)的影響可以遺傳給子代細(xì)胞，其機(jī)制是細(xì)基因表達(dá)的影響可以遺傳給子代細(xì)胞，其機(jī)制是細(xì)胞內(nèi)存在著具有維持甲基化作用的胞內(nèi)存在著具有維持甲基化作用的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，甲基轉(zhuǎn)移酶，可以在可以在DNA復(fù)制后，依照親本復(fù)制后，依照親本DNA鏈的甲基化位置鏈的甲基化位置催化子鏈催化子鏈DNA在相同位置上發(fā)生甲基化在相同位置上發(fā)生甲基化補(bǔ)充資料：補(bǔ)充資料： DNADNA甲基化甲基化在在DNADNA復(fù)制后，復(fù)制后，由甲基化酶將由甲基化酶將S-S-腺苷甲硫腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的5-C5-C上完成對堿基上完成對堿基的修飾，甲基化位置上可阻止轉(zhuǎn)錄因子與的修飾，甲基化位置上可

44、阻止轉(zhuǎn)錄因子與DNADNA結(jié)合。結(jié)合。 越是活躍的基因其甲基化程度越低，越是活躍的基因其甲基化程度越低，越不活躍的基因甲基化程度越高。越不活躍的基因甲基化程度越高。在發(fā)育過程在發(fā)育過程中，當(dāng)某些基因表達(dá)完成后，中，當(dāng)某些基因表達(dá)完成后，DNADNA的甲基化可的甲基化可能參與了基因的關(guān)閉過程。能參與了基因的關(guān)閉過程。小鼠成纖維細(xì)胞小鼠成纖維細(xì)胞 （5-5-氮胞苷）氮胞苷）培養(yǎng)，培養(yǎng)， 處于休止?fàn)顟B(tài)的基因被重新激活而進(jìn)行表達(dá)，甚至可處于休止?fàn)顟B(tài)的基因被重新激活而進(jìn)行表達(dá)，甚至可觀察到一部分細(xì)胞中與肌肉細(xì)胞發(fā)育有關(guān)的激活而表觀察到一部分細(xì)胞中與肌肉細(xì)胞發(fā)育有關(guān)的激活而表達(dá)，細(xì)胞彼此發(fā)生融合而發(fā)育成肌

45、肉細(xì)胞。達(dá)，細(xì)胞彼此發(fā)生融合而發(fā)育成肌肉細(xì)胞。 5-氮胞苷進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿姿岬者M(jìn)入細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿姿?-氮胞苷，這種氮胞苷，這種5-氮胞苷化的氮胞苷化的DNA由于不能被甲基化，結(jié)果使相關(guān)基因由于不能被甲基化，結(jié)果使相關(guān)基因被重新激活被重新激活RNA多肽多肽轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯DNA（去甲基化）（去甲基化）（5-5-氮胞苷）氮胞苷）甲基化甲基化目錄目錄三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起三、基因組中的順式作用元件是轉(zhuǎn)錄起始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位始的關(guān)鍵調(diào)節(jié)部位順式作用元件順式作用元件 指可影響自身基因表達(dá)活性的指可影響自身基因表達(dá)活性的DNADNA序列序列目錄目錄圖圖18-718-7順式作用元件順式作

46、用元件A A、B B分別代表同一基因中的兩段特異分別代表同一基因中的兩段特異DNADNA序列。序列。B B序列通過一定機(jī)制影序列通過一定機(jī)制影響響A A序列，并通過序列，并通過A A序列控制該基因的轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。序列控制該基因的轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。A A、B B序列就是調(diào)節(jié)這個基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件序列就是調(diào)節(jié)這個基因轉(zhuǎn)錄活性的順式作用元件目錄目錄（一）真核生物啟動子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)遠(yuǎn)較原核（一）真核生物啟動子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)遠(yuǎn)較原核生物復(fù)雜生物復(fù)雜真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個個轉(zhuǎn)

47、錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個以上的以及一個以上的功能組件功能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒目錄目錄CCAAT盒盒GC盒盒TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)高等真核生物高等真核生物上游激活序上游激活序列（列（UAS）TATA盒盒轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)酵母酵母真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)真核基因啟動子的典型結(jié)構(gòu)目錄目錄（二）增強(qiáng)子是能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式（二）增強(qiáng)子是能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件調(diào)控元件增強(qiáng)子的功能及其作用特征如下：增強(qiáng)子的功能及其作用特征如下： 與被調(diào)控基因位于同一條與被調(diào)控基因位于同一條DNA鏈上，屬于鏈上，屬于順式作用元件順式作用元件。 是組織特異性轉(zhuǎn)錄因子的是組織特異性轉(zhuǎn)錄

48、因子的結(jié)合部位結(jié)合部位 不僅能夠在基因的不僅能夠在基因的上游上游或或下游下游起作用，而且起作用，而且還可以還可以遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離實(shí)施調(diào)節(jié)作用實(shí)施調(diào)節(jié)作用 作用與序列的作用與序列的方向性無關(guān)方向性無關(guān) 需要有啟動子需要有啟動子才能發(fā)揮作用才能發(fā)揮作用目錄目錄（三）沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄（三）沉默子能夠抑制基因的轉(zhuǎn)錄 沉默子是一類基因表達(dá)的負(fù)性調(diào)控元件，沉默子是一類基因表達(dá)的負(fù)性調(diào)控元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用阻遏作用目錄目錄四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子四、轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的關(guān)鍵分子真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或真核基因的轉(zhuǎn)錄

49、調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor, TF）。）。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由其編碼基因表達(dá)絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由其編碼基因表達(dá)后，進(jìn)入細(xì)胞核，通過識別、結(jié)合特異的順式后，進(jìn)入細(xì)胞核，通過識別、結(jié)合特異的順式作用元件而增強(qiáng)或降低相應(yīng)基因的表達(dá)。作用元件而增強(qiáng)或降低相應(yīng)基因的表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子也被稱為反式作用蛋白或轉(zhuǎn)錄因子也被稱為反式作用蛋白或反式作用因反式作用因子子。目錄目錄真核基因的調(diào)節(jié)蛋白真核基因的調(diào)節(jié)蛋白 還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)

50、，稱稱順式作用順式作用。 由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱互作用，調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱為為反式作用反式作用。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 目錄目錄圖圖18-8 18-8 反式與順式作用蛋白反式與順式作用蛋白目錄目錄通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種組蛋白因子，決定三種RNA(mRN

51、A、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）（按功能特性）通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子目錄目錄特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因?yàn)閭€別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達(dá)。的時間、空間特異性表達(dá)。 轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子 轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子目錄目錄2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域谷氨

52、酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域目錄目錄最常見的最常見的DNA結(jié)合域：結(jié)合域：1. 鋅指模體鋅指模體(zinc finger)常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒C=半胱氨酸；半胱氨酸；H=組氨酸；組氨酸；F=苯苯丙氨酸；丙氨酸；L=亮氨酸；亮氨酸；Y=酪氨酸；酪氨酸；Zn=鋅離子鋅離子圖圖18-9鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)目錄目錄2. 2. 堿性螺旋堿性螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋（basic helix-loop-helix,bHLH)（a）獨(dú)立的堿性螺旋）獨(dú)立的堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋模體結(jié)構(gòu)示螺旋模體結(jié)構(gòu)示意圖；（意圖；（b）bLHL模體二聚體與模體二聚體與DNA結(jié)合結(jié)合的示意圖。兩個的示意圖

53、。兩個 -螺旋的堿性區(qū)分別嵌入螺旋的堿性區(qū)分別嵌入DNA雙螺旋的大溝內(nèi)雙螺旋的大溝內(nèi)常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒目錄目錄常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒3. 3.堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈( (basic leucine zipper, Bzip) （a）堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)示意圖；（）堿性亮氨酸拉鏈模體結(jié)構(gòu)示意圖；（b）bZIP模體與模體與DNA結(jié)合的示意圖結(jié)合的示意圖。兩個。兩個 -螺旋上的亮氨酸殘基彼此接近，形成了類似拉鏈的結(jié)構(gòu)，而富含堿性螺旋上的亮氨酸殘基彼此接近，形成了類似拉鏈的結(jié)構(gòu)，而富含堿性氨基酸殘基的區(qū)域與氨基酸殘基的區(qū)域與DNA骨架上的磷酸基團(tuán)結(jié)合骨架上的磷酸基團(tuán)結(jié)合目錄目錄五、轉(zhuǎn)錄

54、起始復(fù)合物的動態(tài)構(gòu)成是五、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的動態(tài)構(gòu)成是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要方式（一）啟動序列（一）啟動序列/啟動子與啟動子與RNA聚合酶活性聚合酶活性（二）調(diào)節(jié)蛋白與（二）調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性聚合酶活性啟動序列或啟動子的核苷酸序列會影響其與啟動序列或啟動子的核苷酸序列會影響其與RNA聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響聚合酶的親和力，而親和力大小則直接影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率轉(zhuǎn)錄起始的頻率真核真核RNA聚合酶聚合酶II不能單獨(dú)識別、結(jié)合啟動不能單獨(dú)識別、結(jié)合啟動子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子與子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶聚合酶II形成形成一個功能性的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。一個功能性

55、的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物。目錄目錄圖圖18-12 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成 真核真核RNA聚合酶聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。PolTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP DNATATAEBPTBP目錄目錄六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核六、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要影響真核mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能（一）（一）mRNA穩(wěn)定性的影響真核生物基因表達(dá)穩(wěn)定性的影響真核生物基因表達(dá)1. 5 -端的帽子結(jié)構(gòu)可以增加端的帽子結(jié)構(gòu)可以增加mRNA的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性2. 3 -端的端的poly(A)尾結(jié)構(gòu)防止尾結(jié)構(gòu)防止mRNA降解降解 RNA無論是在

56、核內(nèi)進(jìn)行加工、由胞核運(yùn)至胞漿，還無論是在核內(nèi)進(jìn)行加工、由胞核運(yùn)至胞漿，還是在胞漿內(nèi)停留（至降解），都是通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形是在胞漿內(nèi)停留（至降解），都是通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形成成核蛋白顆粒核蛋白顆粒(ribonucleoprotein, RNP)進(jìn)行的。進(jìn)行的。 目錄目錄與原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)一樣，某些小分子與原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)一樣，某些小分子RNA也可調(diào)節(jié)真也可調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)。核基因表達(dá)。這些這些RNA都是非編碼都是非編碼RNA（noncoding RNA, ncRNA）。）。如：具有催化活性的如：具有催化活性的RNA（核酶）、細(xì)胞核小分子（核酶）、細(xì)胞核小分子RNA （snRNA）以及核仁小分子）以

57、及核仁小分子RNA（snoRNA）目前人們廣泛關(guān)注的非編碼目前人們廣泛關(guān)注的非編碼RNA有有miRNA和和siRNA。小分子小分子RNA對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜，對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)十分復(fù)雜， （二）一些非編碼小分子（二）一些非編碼小分子RNA可引起轉(zhuǎn)錄后可引起轉(zhuǎn)錄后基因沉默基因沉默目錄目錄（三）（三）mRNA前體的選擇性剪接可以調(diào)節(jié)真前體的選擇性剪接可以調(diào)節(jié)真核生物基因表達(dá)核生物基因表達(dá) 真核生物基因所轉(zhuǎn)錄出的真核生物基因所轉(zhuǎn)錄出的mRNA前體含有交替前體含有交替連接的內(nèi)含子和外顯子。通常狀態(tài)下，連接的內(nèi)含子和外顯子。通常狀態(tài)下，mRNA前體經(jīng)過剔除內(nèi)含子序列后成為一個成熟的前體經(jīng)過剔除內(nèi)含子序

58、列后成為一個成熟的mRNA，并被翻譯成為一條相應(yīng)的多肽鏈。但，并被翻譯成為一條相應(yīng)的多肽鏈。但是，參與拼接的外顯子可以不按照其在基因組是，參與拼接的外顯子可以不按照其在基因組內(nèi)的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不完全內(nèi)的線性分布次序拼接，內(nèi)含子也可以不完全被切除，由此產(chǎn)生了被切除，由此產(chǎn)生了選擇性剪接選擇性剪接目錄目錄七、真核基因表達(dá)在翻譯以及翻譯后七、真核基因表達(dá)在翻譯以及翻譯后仍可受到調(diào)控仍可受到調(diào)控（一）對翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過磷（一）對翻譯起始因子活性的調(diào)節(jié)主要通過磷酸化修飾進(jìn)行酸化修飾進(jìn)行蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度上取蛋白質(zhì)合成速率的快速變化在很大程度上取決于起始水平，

59、通過磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子決于起始水平，通過磷酸化調(diào)節(jié)翻譯起始因子（eukaryotic initiation factor, eIF）的活性對起）的活性對起始階段有重要的控制作用。始階段有重要的控制作用。1 1翻譯起始因子翻譯起始因子eIF-2eIF-2的磷酸化抑制翻譯起始的磷酸化抑制翻譯起始 目錄目錄例例1 1：血紅素通過：血紅素通過抑制抑制HCIHCI激酶激酶進(jìn)而進(jìn)而抑制抑制eIF-2eIF-2的磷的磷酸化酸化促進(jìn)珠蛋白合成促進(jìn)珠蛋白合成 否定之否定=肯定HCI:heme-controlled inhibitor （血紅素控制的抑制劑）eIF參與起始Met-tRNAi的進(jìn)位例例2：細(xì)胞抗

60、病毒作用機(jī)制：細(xì)胞抗病毒作用機(jī)制:干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNA干擾素誘導(dǎo)干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活，抑制蛋白質(zhì)合成起始磷酸化而失活，抑制蛋白質(zhì)合成起始ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶目錄目錄2 2eIF-4EeIF-4E及及eIF-4EeIF-4E結(jié)合蛋白的磷酸化激活翻譯起始結(jié)合蛋白的磷酸化激活翻譯起始 帽結(jié)合蛋白帽結(jié)合蛋白eIF-4E與與mRNA帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合是翻譯帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合是翻譯起始的限速步驟，磷酸化修飾及與抑制物蛋白的起始的限速步驟，磷酸化修飾及與抑制物蛋白的結(jié)合均可調(diào)節(jié)結(jié)合均可調(diào)節(jié)eIF-4E的活性。的活性。磷酸化的磷酸化的eI