關于基因表達調控課件第一頁，共九十八頁，2022年，8月28日目的要求：1、掌握基因表達調控基本概念與原理2、熟悉原核基因轉錄調節3、了解真核基因轉錄調節第二頁，共九十八頁，2022年，8月28日前言1介紹：基因表達的概念1.1基因（gene)編碼有功能的蛋白質多肽鏈或RNA所需的全部核苷酸序列（通常DNA,也有RNA),是一個功能性的遺傳單位，也是突變或重組單位1.2基因組(genome)

細胞或生物體內一整套的遺傳物質。第三頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、原核基因的結構特征原核基因組常以操縱子（operon）的形式作為表達和調控的基本單元，它包括功能上彼此相關的結構基因和調控部位，受調節基因產物的調節，轉錄產物為單個多順反子。大腸桿菌乳糖操縱子結構lacIlacYPlacOlacZlacA啟動子阻遏蛋白基因結構基因操縱基因操縱子：原核生物中幾個功能相關的結構基因成簇串聯排列組成的一個基因表達的協同單位（DNA序列）。第四頁，共九十八頁，2022年，8月28日大多數真核基因的編碼序列被不能編碼的額外序列所分隔，以不連續的方式排列在DNA上，因此這類基因也叫斷裂基因（splitgene）。隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列稱內含子（intron），在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現，并表達為成熟RNA的核酸序列叫外顯子（exon）。3、真核基因的結構特征第五頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.遺傳信息的表達各種生物基因中，絕大部分基因貯存的遺傳信息都是蛋白質的一級結構信息，部分基因貯存的是tRNA、rRNA等RNA的一級結構信息。除少數RNA病毒可將遺傳信息直接從RNA輸出以外，大部分生物（包括逆轉錄病毒）的遺傳信息都是從DNA分子中輸出的。遺傳信息的表達，就是貯存于DNA中的信息轉變成具體的RNA分子或蛋白質分子。通過這些生物大分子的功能活動使生物體表現出各種各樣的生理功能及千差萬別的生物性狀。第六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

DNA可以作為模板直接指導RNA分子的生物合成，這一過程稱為轉錄。DNA不能作為直接模板將其攜帶的信息轉移到蛋白質分子中，需要先通過轉錄過程將遺傳信息傳遞到RNA分子中，再通過翻譯過程將RNA分子上的核苷酸序列信息轉變為蛋白質分子中的氨基酸序列。對于編碼蛋白質的基因來說，其遺傳信息的表達包括轉錄和翻譯兩個階段。第七頁，共九十八頁，2022年，8月28日5轉錄模板

DNA分子上轉錄出RNA的區段，稱為結構基因(structuralgene)。DNA雙鏈中按堿基配對規律能指引轉錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作有意義鏈或Watson鏈。相對的另一股單鏈是編碼鏈(codingstrand)，也稱為反義鏈或Crick鏈。

第八頁，共九十八頁，2022年，8月28日5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯第九頁，共九十八頁，2022年，8月28日5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向第十頁，共九十八頁，2022年，8月28日不對稱轉錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區段，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。第十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細胞中數個結構基因常串聯為一個轉錄單位，轉錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質，為單順反子(singlecistron)

。

第十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質PPPmG-53蛋白質第十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日6小結（中心法則）復制DNADNARNAPrion轉錄逆轉錄翻譯??改變構象復制RNA第十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日羅忠禮ChongqingMedicalUniversityChongqing,China2012-Mar-01@ZhongliLuo

第二章

基因表達調控RegulationofGeneExpression第十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日第一節

基本概念與原理（一）基因表達（GeneExpression）基因攜帶的遺傳信息，經過一系列的生化反應，最終產生具有生物學功能的產物的過程,也就是基因的轉錄和翻譯過程Processoftranscriptionandtranslation（產物可以是蛋白質、tRNA、rRNA）。DNA轉錄mRNA翻譯蛋白質第十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日（二）順式作用元件是調節轉錄的DNA片段

啟動子（Promoter）位于轉錄起始單位點上游并為RNA聚合酶識別、結合和啟動賺率的DNA序列。1.1原核啟動子（promoter）①啟動子是基因5′端上游的一段啟動基因轉錄的核苷酸序列，是RNApol和其他轉錄因子結合的部位。②原核基因的啟動子定位在轉錄起始位點（initiationsite，IS）上游5-10bp處，由-35區和-10區組成，從啟動子到終止子（terminator）為一個轉錄單位。③-10區的堿基序列較保守，由T和A組成，大腸桿菌的-10區為TATAAT，故稱TATAbox或Pribnow-now。④-35區的堿基序列以TTG最為保守，腸桿菌的-35區為TTGACA，因子識別并結合-35區，RNA聚合酶的特異性由因子決定，而啟動子的強弱則由-35區和因子的特異性和親和力決定。從IS到-10區之間的5-10bp間隔稱5′-leader序列。第十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日⑤大腸桿菌基因啟動子圖示-35-10IS5-leader+1上游下游5′啟動子第十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.2、真核生物的啟動子真核基因的Ⅱ型啟動子（promoter）①真核基因的TATAｂｏｘ為ＴＡＴＡＡ／ＴＡＴ／Ａ，并且距離ＩＳ較遠。②沒有-３５區。③在ＩＳ上游還有ＣＡＡＴｂｏｘ、ＧＣｂｏｘ和Ｏｃｔａｍｅｒ（八聚體）等結構，并與ＴＡＴＡ盒一起組成Ⅱ型基因的啟動子。必須明確，并不是所有的Ⅱ型基因都具備這４種調控元件，有的基因就沒有ＴＡＴＡ盒（如ＳＶ４０的早期基因）。由于Ⅱ型啟動子無-35區，也沒有因子，因此，RNApolⅡ與啟動子的結合至少與4種轉錄因子（TFⅡ

A~D）有關。第十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日第二十頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.3哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動子中的元件序列元件名稱共同序列結合的蛋白因子名稱分子量結合DNA長度TATAboxTATAAAATBP30,000～10bpGCboxGGGCGGSP-1105,000～20bpCAATboxGGCCAATCTCTF/NF160,000～22bpOctamerATTTGCATOct-176,000～10bp

Oct-253,000～20bpkBGGGACTTTCCNFkB44,000～10bpATFGTGACGTAFT?20bp第二十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.4啟動子中的元件的分類可以分為兩種：①核心啟動子元件(corepromoterelement)指RNA聚合酶起始轉錄所必需的最小的DNA序列，包括轉錄起始點及其上游－25/－30bp處的TATA盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉錄起始位點和產生基礎水平的轉錄。第二十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日②上游啟動子元件(upstreampromoterelement)包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉錄起始點更遠的上游元件。這些元件與相應的蛋白因子結合能提高或改變轉錄效率。不同基因具有不同的上游啟動子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因表達分別有不同的調控。第二十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日2.增強子(enhancer)指遠離轉錄起始點、決定基因的時間、空間特異性、增強啟動子轉錄活性的DNA序列。3.沉默子(silencer)某些基因的負性調節元件，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。4.轉錄終止子(Terminatoroftranscription)5.其他…第二十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日三、基因表達調控的基本的規律（一）、基因表達具有時間性及空間性1.時間特異性Temporalspecificityorstagespecificity

按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發生。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性。2.

空間特異性Spatialspecificityorcellspecificityortissuespecificity

在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現，又稱細胞特異性或組織特異性。第二十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日（二）、基因表達的方式

1.組成性表達管家基因housekeepinggene

有些基因在生命全過程都是必需的，如果缺少、細胞不能正常生存，這類基因被稱為管家基因。組成性基因表達constitutivegeneexpression

管家基因較少受環境因素的影響，在個體發育的任一階段都能在大多數細胞中持續表達。第二十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日2.適應性表達（Adaptiveexpression）誘導表達induction

有些基因在特定環境信號刺激下，表達增強，稱為誘導表達。阻遏表達repression

另有一些基因在特定環境信號刺激下，表達水平下降，稱為阻遏表達

。

第二十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日3.協調表達在一定機制控制下，使功能相關聯的一組基因協調一致、共同表達，稱此為協調表達(coordinateexpression)

。這種調節稱為協調調節(coordinateregulation)第二十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日1反式作用因子類別（后面講）概念：凡直接或者間接與順式元件相互作用并影響基因表達的蛋白質類別A普通轉錄因子（三）、基因表達調控的分子基礎是DNA/蛋白質的相互作用

第二十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日B特異轉錄因子(specialtranscriptionfactors)為個別基因轉錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。轉錄激活因子轉錄抑制因子第三十頁，共九十八頁，2022年，8月28日2.轉錄調節因子結構DNA結合域轉錄激活域TF蛋白質-蛋白質結合域（二聚化結構域）谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域鋅指(zincfinger)α-螺旋其他第三十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日四、基因表達調控的生物學意義1）使細胞能適應環境變化，以維持其增殖、分化2）促進個體生長、發育

第三十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日原核生物和真核生物在基因表達調控的細節上盡管差異很大，但兩者的調控模式卻具有驚人的相似性和可比性，除此之外，原核生物和真核生物的基因表達調控元件也具有統一性。然而，不管是原核生物還是真核生物，轉錄環節是最主要的調控位點。基因調控元件按其屬性可分為核酸和蛋白質兩大類，所有基因表達調控模式的實質無非是兩者之間的相互作用，包括核酸分子內或分子間的相互作用、核酸分子與蛋白分子之間的相互作用以及蛋白分子內或分子間的相互作用。其中第二種作用尤為重要。第三十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日第二節

原核生物基因表達的調控一、轉錄水平的調控（一）影響轉錄的因素二、翻譯水平的調控（二）轉錄的調控機制（一）SD序列對翻譯的影響

（二）mRNA的穩定性

（三）翻譯產物對翻譯的調控

（四）小分子RNA的調控作用第三十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日介紹：原核生物mRNA結構的特點：（1）原核生物mRNA往往是多順反子的，即每分子mRNA

帶有幾種蛋白質的遺傳信息（來自幾個結構基因）。在編碼區的序列之間有間隔序列，間隔序列中含有核糖體識別、結合部位。在5‘端和3＇端也有非編碼區。（2）mRNA5＇端無帽子結構，3＇端一般無多聚A尾巴。（3）mRNA一般沒有修飾堿基，即這類mRNA的分子鏈完全不被修飾。第三十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日原核生物基因多以操縱子（operon）的形式存在。操縱子由調控區與信息區組成，上游是調控區，包括啟動子與操縱基因兩部分。啟動子是同RNA聚合酶結合并啟動轉錄的特異性DNA序列，操縱基因是特異的阻遏物結合區。原核生物基因表達調控的環節，主要在轉錄水平，其次是翻譯水平。

一、轉錄水平的調控第三十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

1、啟動子2、σ因子

3、阻遏蛋白

4、正調控蛋白

5、倒位蛋白（inversionprotein）

（一）影響轉錄的因素6、RNA聚合酶抑制物

7、衰減子

不講第三十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日（1）啟動子決定轉錄方向及模板鏈

1、啟動子基因轉錄時，σ因子識別并結合-35區，而RNA聚合酶結合于-10區，全酶結合DNA后覆蓋的區域是-40～+20。開始合成RNA后，RNA聚合酶是沿著信息鏈的5′3′方向移動，只能以信息鏈的互補鏈為模板合成RNA。第三十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日5＇—TAGTGATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG—3＇-35-10+13＇—

ATCACTAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC—5＇AGGUCCACG……RNA

3＇

轉錄5

＇

RNA聚合酶σ因子+1，不是從起始密碼子AUG開始。第三十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日（2）啟動子決定轉錄效率

在E.coli啟動子中，在-35和-10的兩個序列稱為一致性序列（consensussequences）。兩個序列中各堿基的出現頻率為：-35：T82G78A65C54A95；-10：T80A95T45A60T96。一般說來，強啟動子的序列與上述序列最接近，弱啟動子（基因表達較少量的mRNA）則與上述序列相差較大，這種調控作用與σ因子的作用有關。識別E.coli啟動子中一致性序列的σ因子主要是σ70亞單位。啟動子序列與上述序列越接近，σ70與之結合的能力越強。第四十頁，共九十八頁，2022年，8月28日第四十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日σ因子與RNA聚合酶緊密結合，轉錄啟動后，大約合成至8個核苷酸時，σ因子解離，游離的σ因子本身并不直接結合特定的DNA。不同的σ因子可以競爭結合RNA聚合酶。環境變化可誘導產生特定的σ因子，從而打開一套特定的基因。

2、σ因子Note：σ因子是一種非專一性蛋白，作為所有RNA聚合酶的輔助因子起作用。σ因子是DNA依賴的RNA聚合酶的固有組分，它識別啟動子共有序列且與全酶結合。σ因子通常與DNA結合，且沿著DNA搜尋，直到在啟動子碰到核心酶。它與DNA的結合不需依靠核心酶。第四十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日阻遏蛋白是一類在轉錄水平對基因表達產生負調控作用的蛋白質。阻遏蛋白在一定的條件下與DNA結合。在E.coli中，主要有誘導（induction）和阻遏（repression）兩種類型。在這兩種類型中，阻遏蛋白都可以與特定的信號分子結合而發生變構，在不同構象時，阻遏蛋白或者與DNA結合，或者與DNA解離。

3、阻遏蛋白（repressor）第四十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日與負調控相反，當調控蛋白結合于特異DNA序列后促進基因的轉錄，這種基因表達調控的方式稱為正調控。E.coli中的一些弱啟動子，本身結合RNA聚合酶的作用很弱,對于這些啟動子來說,正調控作用是很重要的CAP蛋白（分解代謝物基因活化蛋白

catabolitegeneactivatorprotein）：這種蛋白可將葡萄糖饑餓信號傳遞給許多操縱子，使細菌在缺乏葡萄糖的環境中可以利用其他碳源。CAP結合DNA由cAMP控制。4、正調控蛋白第四十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日乳糖操縱子調控的機制

（二）轉錄的調控機制在含有葡萄糖和半乳糖的培養基中，E.coli和某些腸道菌優先利用葡萄糖生長，當葡萄糖耗盡后，細菌暫時停止生長，開始合成與半乳糖利用有關的酶，然后細胞又恢復生長，這就是細胞二度生長現象。這種分解代謝產物阻遏有時也稱為葡萄糖效應。

在葡萄糖不存在、乳糖存在時，CAP發揮正調控作用，阻遏蛋白由于誘導劑的存在而失去負調控作用，基因被打開，啟動轉錄。其他幾種情況，基因都處于關閉狀態。葡萄糖cAMPcAMPcAMP—CAPCAPDNA乳糖代謝操縱子cAMPCAP轉錄CAP—DNA第四十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日第四十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日第四十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日二、乳糖操縱子調節機制（一）乳糖操縱子(lacoperon)的結構調控區CAP結合位點啟動序列操縱序列結構基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉移酶ZYAOPDNA第四十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日IPOZYA調控基因控制位點結構基因DNA阻遏蛋白啟動序列cAMP-CAP結合位點操縱序列β半乳糖苷酶通透酶乙酰基轉移酶乳糖操縱子（lactoseopron）結構RNA聚合酶結合位點（－67~－59）（－7~＋28）第四十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時（二）阻遏蛋白的負性調節阻遏基因在沒有乳糖存在時，Lac操縱子處于阻遏狀態。阻遏蛋白與O序列結合，阻遏RNA聚合酶與P序列結合，抑制轉錄起動。第五十頁，共九十八頁，2022年，8月28日mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶當乳糖存在時，Lac操縱子即可被誘導。乳糖，半乳糖（誘導劑）與結合阻遏蛋白，使阻遏蛋白構象變化，導致阻遏蛋白與O序列解離，發生轉錄。

第五十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日（三）

CAP的正性調節。

CAP（也稱CRP、CGP)是同二聚體，在其分子內有DNA結合區及cAMP結合位點。sCAP是同二聚體當沒有葡萄糖存在時cAMP↑，cAMP與CAP結合，CAP結合在lac啟動序列附近的CAP位點，可刺激RNA聚合酶活性，表達↑。當有葡萄糖存在時，cAMP↓、cAMP與CAP結合受阻，lac操縱子表達↓。第五十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日（四）協調調節※當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP對該系統不能發揮作用；※如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子仍無轉錄活性。單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對lac操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolicrepression)。

第五十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日

CAP①HighglucoseLowcAMPLowlactosePOzyaDNApromoteroperatorrepressorCAPsite

Notranscription②LowglucoseHighcAMPLowlactosePOzyaDNArepressor

NotranscriptioncAMPPOzyaDNApromoteroperatorrepressorCAPsite

NotranscriptionCAP第五十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日③

HighglucoseLowcAMPHighlactose

POzyaDNATranscriptionLowleveltranscription：polymerasedoesnotbindpromoterefficiently.Maximalleveloftranscription:CAPenhancespolymerasebinding.④LowglucoseHighcAMPHighlactose

POzyaDNAcAMPTranscriptionRNApolymerasezyazyazyazyazyaCAP第五十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日乳糖操縱子的實際應用

lacZ基因作為轉錄和翻譯融合體中的報告基因得到廣泛應用，從細菌到果蠅甚至人類細胞。該基因的產物—β-半乳糖苷酶可以將X-gal分解產生顯示出藍色的反應，利用這一特性可在基因克隆中進行藍白菌落篩選。含有重組DNA的菌落為無色，而含非重組DNA的菌落為藍色。第五十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日1、SD序列（SDsequence）的順序及位置對翻譯的影響

SD序列，在mRNA的翻譯起始信號（AUG）前的核糖體結合部位，它是與核糖體16SrRNA3＇末端序列互補的核苷酸序列。一般與核糖體結合強的SD序列翻譯效率較高。不同的SD序列有一定的差異，因而翻譯起始效率不一樣。SD序列與起始密碼子之間的距離，也是影響mRNA翻譯效率的重要因素之一。另外，某些蛋白質與SD序列的結合也會影響mRNA與核糖體的結合，從而影響蛋白質的翻譯。二、翻譯水平的調控（一）SD序列對翻譯的影響第五十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、mRNA二級結構隱蔽SD序列的作用在某些mRNA分子中，核糖體結合位點在一個二級結構（莖環）中，使核糖體無法結合，只有打破莖環結構，核糖體才能結合。

細菌mRNA通常是不穩定的。mRNA的降解速度是翻譯調控的另一個重要機制。蛋白質合成速率的快速改變，不僅是因為mRNA不斷合成以及mRNA合成與蛋白質翻譯偶聯，更重要的是，許多細菌mRNA降解很快。E.coli的許多mRNA在370C時的平均壽命大約為2min，很快被酶解。（二）mRNA的穩定性第五十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日

細菌的生理狀態和環境因素都會影響mRNA的降解速度。另外，mRNA的一級結構和次級結構對mRNA的穩定性也有很大的影響，一般在其5＇端和3＇端的發夾結構可保護其不被外切酶迅速水解。mRNA的5＇端與核糖體結合，可明顯提高其穩定性。

不同操縱子轉錄出的mRNA分子的平均壽命是不同的，有些mRNA編碼的蛋白質是持續存在的,mRNA也較穩定.如:RNaseⅢ識別一種特殊的發夾結構，將其裂解，使RNA能夠被其它RNA酶降解。而這種發夾結構可能是其它RNA酶所不能破壞的。如果這種發夾結構被保護，mRNA的壽命就延長了。第五十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日有些mRNA編碼的蛋白質，本身就在蛋白質翻譯過程中發揮作用的因子。這些因子可對自身的翻譯產生調控作用。1、核糖體蛋白在細菌中，每個核糖體含有約50種不同的蛋白質，必須以同樣的速率合成，而且，合成這些蛋白質的速率是與細胞增殖相適應的。生長條件的改變，可以導致所有核糖體組分的迅速增加或降低，翻譯水平調控在這些協調控制中起著關鍵作用。（三）翻譯產物對翻譯的調控第六十頁，共九十八頁，2022年，8月28日

1、調整基因表達產物的類型

2、低水平表達基因的控制

（四）小分子RNA的調控作用主要有兩種類型：第六十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日自我挑戰設計：學習了乳糖操縱子，那么您使用它來挑戰什么醫學問題呢？？幫助網站：

,...能否第六十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日第三節真核生物基因表達的調控真核生物比原核生物基因表達的調控復雜得多。單細胞真核生物，如酵母基因表達的調控和原核生物表達的調控基本相同，主要通過及時調整酶系統基因的表達來適應環境變化。而多細胞真核生物的機體只有少數基因的表達調控與外界環境變化直接有關，絕大多數的基因表達與生物體的發育、分化等生命現象密切相連。真核細胞是有核的細胞，其轉錄主要在核內，翻譯則在細胞質中有規律地進行，而翻譯產物的分布、定位及功能活性調節也都是可控制的環節。真核生物基因表達的調控可以發生DNA水平、轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平。

第六十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日真核生物基因表達在不同水平上進行調節第六十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日介紹1：

真核基因組結構特點（一）

真核基因組結構的龐大，大多為非編碼區（二）

形成染色體結構，數目一定，二倍體（三）單順反子：一個基因只編碼一條多肽。（四）重復序列（五）斷裂基因（不連續性）:內含子與外顯子第六十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日有三種，分工不同，結構復雜，調節的因子較多。2、

真核基因表達調控特點

轉錄起始仍是最基本環節。（一）

RNA聚合酶（二）

基因激活與染色體結構變化（三）

正性調節占主導（四）轉錄與翻譯分隔進行（五）

轉錄后修飾、加工（六）瞬時調控（可逆）和發育調控（不可逆）1、

對核酸酶敏感

2、

DNA拓撲結構的變化3、

DNA堿基修飾變化4、組蛋白變化原因有二：1、采用正性調節機制更有效2、采用負性調節不經濟真核細胞有細胞核及胞漿等區間分布，轉錄與翻譯在不同亞細胞結構中進行。第六十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日3、真核生物mRNA結構的特點：（1）5′末端有帽子結構。（2）3′端絕大多數均帶有多聚腺苷酸尾巴，其長度為20～30個腺苷酸。（3）分子中可能有修飾堿基，主要有甲基化。（4）分子中有編碼區與非編碼區。第六十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日一、DNA水平的調控二、轉錄水平的調控三、轉錄后水平的調控四、翻譯水平的調控五、翻譯后水平的調控六、組織特異性表達和時相性本節學習的主要內容第六十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日真核生物基因表達在DNA水平的調控主要通過一列幾種方式：1、染色質的丟失一些低等生物（如線蟲等）的細胞發育過程中發現染色質丟失現象及高等動物紅細胞在發育成熟過程中也有染色質的丟失，都是一些不可逆的調控。2、基因擴增（geneamplification）細胞在發育分化或環境改變時，對某種基因產物的需要量劇增，而單純靠調節其表達活性不足以滿足需要，只有增加這種基因的拷貝數（即基因的擴增或基因放大）來滿足需要。這是調控基因表達活性的一種有效方式。非洲爪蟾卵母細胞rRNA基因卵裂時，擴增4000倍，達1012個核糖體。一、DNA水平的調控第六十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日3、基因重排（generearrangement）基因重排是指基因片段改變原來存在順序，通過調整有關基因片段的銜接順序，再重排成為一個完整的轉錄單位。基因重排是DNA水平調控的重要方式之一。如免疫球蛋白基因重排，多樣性4、DNA甲基化(DNAmethylation)：甲基化(methylated)程度高，基因表達降低；去甲基化(undermethylated)：基因表達增加第七十頁，共九十八頁，2022年，8月28日5、染色質結構對基因表達的調控作用組蛋白與DNA結合，可保護DNA免受損傷，維持基因組穩定性，抑制基因的表達。去除組蛋白則基因轉錄活性增高。這種組蛋白與DNA結合與解離是真核基因表達調控的重要機制之一。第七十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉錄水平的調控是真核生物基因表達調控中重要的環節。調控作用主要是通過反式作用因子、順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用來完成的。調控作用主要是反式作用因子結合順式作用元件后影響轉錄起始復合物的形成。了解真核生物基因表達在轉錄水平的調控，主要是了解反式作用因子的特點以及反式作用因子對轉錄起始的調控。二、轉錄水平的調控第七十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日順式作用元件：指那些與結構基因表達調控相關、能夠被基因調控蛋白特異性識別和結合的DNA序列。包括：啟動子、上游啟動子元件、增強子、終止子、沉默子、隔離子、加尾信號和一些反應元件等。第七十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日增強子

是一種能夠提高轉錄效率的順式調控元件，最早是在SV40病毒中發現的長約200bp的一段DNA，可使旁側的基因轉錄提高100倍，其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發現了增強子。增強子通常占100－200bp長度，也和啟動子一樣由若干組件構成，基本核心組件常為8－12bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。增強子的作用有以下特點第七十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日①增強子提高同一條DNA鏈上基因轉錄效率，可以遠距離作用，通常可距離1－4kb、個別情況下離開所調控的基因30kb仍能發揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。②增強子作用與其序列的正反方向無關，將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒就不能起作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。第七十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日③增強子要有啟動子才能發揮作用，沒有啟動子存在，增強子不能表現活性。但增強子對啟動子沒有嚴格的專一性，同一增強子可以影響不同類型啟動子的轉錄。例如當含有增強子的病毒基因組整合入宿主細胞基因組時，能夠增強整合區附近宿主某些基因的轉錄；當增強子隨某些染色體段落移位時，也能提高移到的新位置周圍基因的轉錄。使某些癌基因轉錄表達增強，可能是腫瘤發生的因素之一。第七十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日④增強子的作用機理雖然還不明確，但與其他順式調控元件一樣，必須與特定的蛋白質因子結合后才能發揮增強轉錄的作用。增強子一般具有組織或細胞特異性，許多增強子只在某些細胞或組織中表現活性，是由這些細胞或組織中具有的特異性蛋白質因子所決定的。第七十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日沉默子（silencer）：與增強子作用相反，能抑制上游或下游基因轉錄的DNA序列。隔離子（insulators）：真核基因組內能限定獨立轉錄活性結構域的DNA元件。第七十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日無論是原核生物還是真核生物，在轉錄起始復合物形成過程中，RNA聚合酶（RNApol）與啟動子的結合都是關鍵的一步。真核生物的RNApolⅠ、Ⅱ、Ⅲ，識別不同的啟動子，需要不同的轉錄因子（transcriptionfactor,TF）：TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。每一類又依發現先后命名為A、B……，如TFⅢA、TFⅢB等。真核生物的轉錄起始復合物的形成過程有三步：①TFⅡD結合TATA盒；②RNApol識別并結合TFⅡD-DNA復合物，形成的是閉合的復合物，DNA雙鏈沒有打開，尚不能啟動轉錄；③其它轉錄因子與RNApol結合，轉錄起始部位的DNA解鏈，形成轉錄起始復合物，或稱開放的復合物（opencomplex），開始轉錄。在轉錄調控過程中，反式作用因子的作用主要是促進或抑制TFⅡD與TATA盒結合、RNApol與TFⅡD-DNA復合物結合以及轉錄起始復合物的形成。（一）轉錄起始復合物的形成第七十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日1、反式作用因子（trans-actingfactor）

真核細胞內含有大量的序列特異性的DNA結合蛋白，其中一些蛋白的主要功能是使基因開放或關閉，稱為反式作用因子，簡稱反式因子，這是一類細胞核內蛋白因子。在結構上含有與DNA結合的結構域，是結合特異的DNA序列所必需的。反式作用因子在細胞中的數量很小，大約每3000個核小體中有一個分子，或每個哺乳類細胞中有104個左右。這些蛋白質識別特定的DNA序列（通常8—15個核苷酸），與DNA結合后，可以促進（正調控）或抑制（負調控）一個鄰近基因的轉錄。在多細胞有機體中，不同的細胞類型具有不同的反式作用因子群體，引起每一細胞類型表達不同的成套基因。

（二）反式作用因子第八十頁，共九十八頁，2022年，8月28日①一般具有三個功能結構域：DNA識別結合域，轉錄活性域，結合其它蛋白的結合域。這些功能區含有幾十到幾百個氨基酸殘基。②能識別并結合上游調控區中的順式作用元件。③對基因表達有正性和負性調控作用，即激活和阻遏基因的表達。具有正性調節作用的反式因子和相應的順式元件結合后，可能還要通過與RNA聚合酶或其它反式因子與相應的順式元件結合后才能產生效應。2、反式作用因子的主要特點第八十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日3、反式作用因子結構域的模式（1）DNA結合域（DNA-bindingdomain）①鋅指結構（zincfingermotif）指在結合DNA的結構域中含有較多的半胱氨酸和組氨酸的區域，借肽鏈的彎曲使2個Cys和2個His或4個Cys與一個鋅離子絡合成的指狀結構。第八十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日第八十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日②同源結構域（homodomain,HD）指在結合DNA的結構域中的一段保守序列，由60個左右氨基酸組成的螺旋-回折-螺旋結構。③亮氨酸拉鏈結構在結合DNA結構域中有一段約由30個氨基酸組成的核心序列，可形成兩性α-螺旋。在螺旋的一側以帶電荷的氨基酸殘基為主，具有親水性，另一側是排列成行的亮氨酸，具有疏水性，稱為亮氨酸拉鏈區。兩個具有亮氨酸拉鏈區的反式作用因子以疏水力作用形成亮氨酸拉鏈。第八十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日④螺旋-環-螺旋（helix-loop-helix,HLH）結構100～200個氨基酸的肽段，具有兩個能形成兩性α-螺旋的區域。螺旋-環-螺旋第八十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日螺旋-轉角-螺旋第八十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日（2）轉錄活化結構域（transcriptionalactivationdomain）②富含谷氨酰胺結構域（glatamine-richdomain）⑤堿性α-螺旋（alkalineα-helix）指DNA結合域具有α-螺旋結構，并含有高密度的堿性氨基酸，無鋅指結構、同源結構域及亮氨酸拉鏈結構。