關于真核生物基因表達調控課件第1頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日本章所講述內容：

1、真核生物的基因結構與轉錄活性；

2、真核基因的轉錄水平調控；

3、反式作用因子的調控作用；

4、真核基因轉錄調控的主要模式；

5、其他水平的基因調控；

本節課所講述內容：

真核生物的基因結構與轉錄活性:

1、簡述真核生物基因表達調控總論；

2、真核基因組的一般構造特點；

3、基因的典型結構及特點；

4、真核生物DNA水平上的基因表達調控;

5、DNA甲基化與基因活性的調控;第2頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達調控上的巨大差別。原核生物的調控系統就是要在一個特定的環境中為細胞創造高速生長的條件，或使細胞在受到損傷時，盡快得到修復，所以，原核生物基因表達的開關經常是通過控制轉錄的起始來調節的。

真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細胞類之外）主要由多細胞組成，每個真核細胞所攜帶的基因數量及總基因組中蘊藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類細胞單倍體基因組就包含有3×109bp總DNA，約為大腸桿菌總DNA的1000倍，是噬菌體總DNA的10萬倍左右！第3頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日真核基因表達調控的最顯著特征是能在特定時間和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現"預定"的、有序的、不可逆轉的分化、發育過程，并使生物的組織和器官在一定的環境條件范圍內保持正常功能。第4頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

真核生物基因調控，根據其性質可分為兩大類：

第一類是瞬時調控或稱可逆性調控，它相當于原核細胞對環境條件變化所做出的反應，包括某種底物或激素水平升降及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調節。

第二類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。第5頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日在真核生物中基因表達的調節其特點是:（1）多層次;（2）無操縱子和衰減子;（3）個體發育復雜;（4）受環境影響較小;第6頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日研究基因調控主要應回答3個問題：

①什么是誘發基因轉錄的信號？

②基因調控主要是在哪一步（模板DNA的轉錄、mRNA的成熟或蛋白質合成）實現的？

③不同水平基因調控的分子機制是什么？

第7頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日真核基因組的一般構造特點

①在真核細胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。

②真核細胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白相結合，只有一小部分DNA是裸露的。

③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。

④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8頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

⑤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9頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日⑥真核生物的RNA在細胞核中合成，只有經轉運穿過核膜，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。

⑦許多真核生物的基因只有經過復雜的成熟和剪接過程（maturationandsplicing），才能順利地翻譯成蛋白質。

第10頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.1.1基因的典型結構及特點

(1)染色體結構復雜由DNA、組蛋白、非組蛋白等大分子組成。其基本結構物質是DNA和組蛋白。核小體是染色質的基本單位。真核染色體上三要素：DNA復制起始點、著絲點(centromere)和端粒(telomere)。目前通用的酵母人工染色體(YAC)以及正在研制的哺乳動物細胞人工染色體(MAC)就是以此為基礎,再加自主復制序列(ARS)、選擇標記和插入位點組建的。第11頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

(2)DNA順序重復輕度、中度、高度重復序列三種：輕度重復序列：單拷貝基因；一個基因組中有一個或幾個拷貝的序列；例如結構基因基本上屬于不重復序列，如蛋清蛋白、蠶的絲心蛋白等。中度重復序列：l0個至幾百個拷貝的序列;各種rRNA、tRNA及某些結構蛋白基因（如組蛋白基因）。高度重復序列：從幾百到幾百萬個，通常說的衛星DNA就屬于高度重復序列。重復序列的存在是真核生物DNA區別于原核生物DNA的一個重要特征。第12頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

(3)基因不連續性(interruptedgene)

基因的編碼序列在DNA分子上是不連續的，為不編碼的序列所隔開。不連續基因是通過mRNA和DNA雜交試驗發現的。外顯子(exon)：編碼序列內含子(intron)：非編碼序列外顯子和內含子的概念與是否編碼氨基酸的概念并不相對應。從不連續基因到成熟mRNA之間存在著一個基因轉錄的中間體,叫做初級轉錄物，叫做不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA),這個基因的初級轉錄物既含有外顯子又含有內合子序列，從不均一核RNA到成熟mRNA要經過一轉錄后的加工拼接過程。真核生物基因的不連續性和轉錄后加工是真核基因有別于原核基因的又一重要特征。第13頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日在真核生物中也有些基因是不含內含子的，如組蛋白基因及α型、β型干擾素基因、大多數酵母蛋白基因等。在一個結構基因中，編碼某一蛋白質不同區域的各個外顯子并不連續排列在一起，而常常被長度不等的內含子所隔離，形成鑲嵌排列的斷裂方式。所以，真核基因有時被稱為斷裂基因(interruptedgene)。目前尚不清楚內含子的生理功能。研究發現，只有真核生物具有切除基因中內含子，產生功能型mRNA和蛋白質的能力，原核生物一般不具有這種本領。如果要在原核細胞里表達真核基因，必須首先構建切除內含子的重組基因，才有可能得到所研究的蛋白質。第14頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第15頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

(4)存在許多基因家族(genefamily)來源相同、結構相似、功能相關的基因組成為單一的基因簇或稱基因家族。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；更多的時候，它們卻分散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調控模式。第16頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日簡單多基因家族

簡單多基因家族中的基因一般以串聯方式前后相連。在大腸桿菌中，16S，23S和5SrRNA基因聯合成一個轉錄單位，各種rRNA分子都是從這個轉錄單位上剪切下來的。

在真核生物中，前rRNA轉錄產物的分子量為45S，包括18S，28S和5.8S三個主要rRNA分子。前rRNA分子中至少有100處被甲基化（主要是核糖的2-OH甲基化），原始轉錄產物也被特異性RNA酶切割降解，產生成熟rRNA分子。5SrRNA作為一個獨立的轉錄單位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成轉錄。第17頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日復雜多基因家族

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。

海膽的組蛋白基因家族串聯單位中的每一個基因分別被轉錄成單順反子RNA，這些RNA都沒有內含子，而且各基因在同一條DNA鏈上按同一方向轉錄，每個基因的轉錄與翻譯速度都受到調節。研究還表明，在一個特定的細胞中，并不是所有串聯的單位都得到轉錄。胚胎發育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯單位被轉錄，暗示可能存在具有不同專一性的組蛋白亞類和發育調控機制。第18頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

(5)存在串聯重復基因其特點是各成員之間有高度的序列一致性甚至完全相同，拷貝數高、非轉錄的間隔區短而一致。組蛋白基因、rRNA基因、tRNA基因都是串聯重復基因，這些基因的產物在細胞中都是大量需要的。第19頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.1.3真核生物DNA水平上的基因表達調控

分子生物學的最新研究表明，在個體發育過程中，用來合成RNA的DNA模板也會發生規律性變化，從而控制基因表達和生物體的發育。高度重復基因的形成通常與個體分化階段DNA的某些變化有關。例如，一個成熟的紅細胞能產生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的mRNA，而其前體細胞卻不產生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數發生了永久性變化。這種DNA水平的調控是真核生物發育調控的一種形式，它包括了基因丟失、擴增、重排和移位等方式，通過這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調控方式與轉錄及翻譯水平的調控是不同的，因為它使基因組發生了改變。第20頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

7.1.3.1．“開放”型活性染色質（activechromatin）結構對轉錄的影響

真核基因的活躍轉錄是在常染色質上進行的。轉錄發生之前，染色質常常會在特定的區域被解旋松弛，形成自由DNA。這種變化可能包括核小體結構的消除或改變，DNA本身局部結構的變化等，這些變化可導致結構基因暴露，促進轉錄因子與啟動區DNA的結合，誘發基因轉錄。

用DNA酶I處理各種組織的染色質時，發現處于活躍狀態的基因比非活躍狀態的DNA更容易被DNA酶I所降解。雞成紅細胞（erythroblast）染色質中，β-血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。雞輸卵管細胞的染色質中被DNA酶I優先降解的是卵清蛋白基因，而不是β-血紅蛋白基因。第21頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

存在于“燈刷型”染色體（lampbrush）上的環形結構可能與基因的活性轉錄有關。“燈刷型”染色體只有在兩棲類動物卵細胞發生減數分裂時才能被觀察到，它是染色體充分伸展時的一種形態。高倍電鏡下觀察發現，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環”狀結構，有時還能看到RNP沿著這些突起結構移動，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉錄。第22頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日1.基因的擴增（amplification）

兩棲類和昆蟲卵母細胞rRNA基因的擴增非洲爪蟾的染色體上有約450拷貝編碼18SrRNA和28SrRNA的DNA，在卵母細胞中它們的拷貝數擴大了1000倍.一旦卵母細胞成熟，多余的rDNA就沒有用了，將被逐漸降解。受精之后，染色體DNA開始復制，并通過有絲分裂的方式，不斷擴大細胞群體。在此期間，多余的rDNA繼續被降解，直到分裂產生幾百個細胞時，rDNA的過剩現象就不復存在了。

7.1.3.2．基因擴增基因擴增是指某些基因的拷貝數專一性大量增加的現象，它使細胞在短期內產生大量的基因產物以滿足生長發育的需要，是基因活性調控的一種方式。

第23頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

7.1.3.3．基因重排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。

真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟過程中的重排以及酵母的交配型轉變.第24頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

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和T-細胞受體基因的表達，前者是由B淋巴細胞合成的，而后者則由T-淋巴細胞合成。抗體有100萬種以上，一種淋巴細胞只產生一種抗體

第25頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區（V區）、恒定區（C區）以及兩者之間的連接區（J區）組成第26頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日V、C和J基因片段在胚胎細胞中相隔較遠。編碼產生免疫球蛋白的細胞發育分化時，通過染色體內DNA重組把4個相隔較遠的基因片段連接在一起，從而產生了具有表達活性的免疫球蛋白基因。第27頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

本節課所講述內容：

真核生物的基因結構與轉錄活性：1、真核基因表達調控的最顯著特征是

什么？

2、真核生物基因調控根據其性質可分為哪兩大類？

3、真核生物中基因表達的調節特點是什么？

4、相對于原核生物，真核基因組的一般構造特點是什么？

5、基因的典型結構及特點？

6、真核生物DNA水平上的基因表達調控：掌握幾個概念：開放性活性染色體對基因轉錄的影響；基因擴增；基因重排；真核基因的轉錄水平調控；

本節課所講述內容：

1、真核生物的基因結構與轉錄活性:DNA甲基化與基因活性的調控;

2、真核基因的轉錄；

3、反式作用因子第28頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.1.4

DNA甲基化與基因活性的調控

DNA甲基化是最早發現的修飾途徑之一，這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中并與基因表達調控密切相關。大量研究表明，DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩定性及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達。研究證實，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導致了人體1/3以上由于堿基轉換而引起的遺傳病。DNA甲基化修飾現象廣泛存在于多種有機體中。實驗證明，這個過程不但與DNA復制起始及錯誤修正時的定位有關，還通過改變基因的表達參與細胞的生長、發育過程及染色體印跡、X染色體失活等的調控。第29頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日CpG島（CpGislands）是指DNA上一個區域，此區域含有大量相聯的胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G），以及使兩者相連的磷酸酯鍵（p）。哺乳類基因中的啟動子上，含有約40%的CpG島（人類約70%）。一般CpG島的長度約300到3000個堿基對（bp）。常用的正式定義是指一個至少含有200bp的區域，其中GC所占比例超過50%，且CpG的觀察值/預測值比例必須高于0.6。CpG島可與基因相連，可用來作為限制酶的辨識位置。第30頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.1.4.1．DNA的甲基化DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。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。因為高等生物CpG二核苷酸序列中的C通常是甲基化的，極易自發脫氨，生成胸腺嘧啶。由于這些CpG二核苷酸通常成串出現在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。第31頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日真核生物細胞內存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為日常型甲基轉移酶，另一種是從頭合成型甲基轉移酶，前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強，對半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復制及細胞分裂后甲基化模式不變。后者催化未甲基化的CpG成為mCpG，它不需要母鏈指導，但速度很慢。第32頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.1.4.2．DNA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的相互作用，抑制了轉錄因子與啟動區DNA的結合效率。研究表明，當組蛋白H1與含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復合體時，DNA的構型存在著很大的差別，甲基化達到一定程度時會發生從常規的B-DNA向Z-DNA的過渡。由于Z-DNA結構收縮，螺旋加深，使許多蛋白質因子賴以結合的元件縮入大溝而不利于基因轉錄的起始。有實驗用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉錄模板的活性，發現甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結合，降低了其體外轉錄活性。第33頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機分布的，基因的5'端和3'端往往富含甲基化位點，而啟動區DNA分子上的甲基化密度與基因轉錄受抑制的程度密切相關。對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉錄活性。當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其轉錄活性。若進一步提高甲基化密度，即使增強后的啟動子仍無轉錄活性。因為甲基化對轉錄的抑制強度與MeCPl（methylCpG-bindingproteinl）結合DNA的能力成正相關，甲基化CpG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錄活性。第34頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.1.4.3．DNA甲基化與X染色體失活

X染色體失活是發育過程中獨特的調節機制。雌性胎生哺乳類動物細胞中兩條X染色體之一在發育早期隨機失活，以確保與只有一條X染色體的雄性個體內X染色體基因的劑量相同。一旦發生X染色體失活，這個信息便能夠穩定地傳遞給子代細胞，使該細胞有絲分裂所產生的后代都保持同一條X染色體失活。第35頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日x染色體失活或里昂化（lyonization）。是指雌性哺乳類細胞中兩條X染色體的其中之一失去活性的現象，過程中X染色體會被包裝成異染色質，進而因功能受抑制而沉默化。里昂化可使雌性不會因為擁有兩個X染色體而產生兩倍的基因產物，因此可以像雄性般只表現一個X染色體上的基因。對胎盤類，如老鼠與人類而言，所要去活化的X染色體是以隨機方式選出；對于有袋類而言，則只有源自父系的才會發生x染色體失活。第36頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日所有老鼠細胞中的父系X染色體，都會在胚胎發育早期過程中的雙細胞到四細胞階段，經歷因銘印而失去活性的過程。其中屬于胚外組織（extraembryonictissue，未來的胎盤）中的X染色體，將會持續保留x染色體失活狀態，因此在此部位只有母系X染色體具有活性。而屬于內細胞團（innercellmass，未來的胚胎）的X染色體，將會在囊胚（blastocyst）時期再度恢復活性，此時這些部位內的兩條染色體皆有作用。之后兩條染色體的其中之一，將會獨立且隨機地失去活性，而且包括此細胞后代的X染色體在內，其活性將再也不會恢復。第37頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.2真核基因的轉錄順式元件：(1)核心啟動子成分，如TATA框；(2）上游啟動子成分，如CAAT框,GC框;（3）遠上游順序：如增強子，酵母的UAS（upstreamactivatorsequences）等。（4）特殊細胞中的啟動子成分：如淋巴細胞中的Oct(octamer）和κB。真核基因調控主要也是在轉錄水平上進行的，受大量特定的順式作用元件（cis-actingelement，又稱順式作用元件）和反式作用因子（trans－actingfactor，又稱跨域作用因子）的調控，真核生物的轉錄調控大多數是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用來實現的。第38頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日一個完整的基因，不但包括編碼區（codingregion），還包括5’和3’端長度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達的過程中起著重要作用。所以，“基因”的分子生物學定義是：產生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。第39頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日增強子及其對轉錄的影響增強子是指能使和它連鎖的基因轉錄頻率明顯增加的DNA序列。作為基因表達的重要調節元件，增強子通常具有下列性質：1、增強效應十分明顯，一般能使基因轉錄頻率增加10-200倍。

2、增強效應與其位置和取向無關，不論增強子以什么方向排列（5'→3'或3'→5'），甚至和基因相距3kb，或在基因下游，均表現出增強效應；

3、大多為重復序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結合。其內部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是產生增強效應時所必需的；

4、增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明只有特定的蛋白質（轉錄因子）參與才能發揮其功能；

5、沒有基因專一性，可以在不同的基因組合上表現增強效應；

6、許多增強子還受外部信號的調控，如金屬硫蛋白的基因啟動區上游所帶的增強子，就可以對環境中的鋅、鎘濃度做出反應。EnhancerGene5′3′directionoftranscriptionEnhancerEnhancer第40頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日增強子可能有如下3種作用機制：①影響模板附近的DNA雙螺旋結構，導致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質之間的相互作用為媒介形成增強子與啟動子之間“成環”連接，活化基因轉錄；②將模板固定在細胞核內特定位置，如連接在核基質上，有利于DNA拓撲異構酶改變DNA雙螺旋結構的張力，促進RNA聚合酶II在DNA鏈上的結合和滑動；③增強子區可以作為反式作用因子或RNA聚合酶II進入染色質結構的“入口”。增強子的作用原理是什么呢？第41頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日增強子的功能是可以累加的。SV40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必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。第42頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日真核生物啟動子和增強子是由若干DNA序列元件組成的，由于它們常與特定的功能基因連鎖在一起，因此被稱為順式作用元件。這些序列組成基因轉錄的調控區，影響基因的表達。在轉錄調控過程中，除了需要調控區外，還需要反式作用因子。一般認為，如果某個蛋白是體外轉錄系統中起始RNA合成所必需的，它就是轉錄復合物的一部分。根據各個蛋白成分在轉錄中的作用，能將整個復合物分為3部分：

反式作用因子是能直接或間接地識別或結合在各類順式作用元件核心序列上，參與調控靶基因轉錄效率的蛋白質。①參與所有或某些轉錄階段的RNA聚合酶亞基，不具有基因特異性。②與轉錄的起始或終止有關的輔助因子，不具有基因特異性。③與特異調控序列結合的轉錄因子。它們中有些被認為是轉錄復合物的一部分，因為所有或大部分基因的啟動區都含有這一特異序列。更多的則是基因或啟動子特異性結合調控蛋白，它們是起始某個（類）基因轉錄所必需的。7.3反式作用因子第43頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日反式作用因子可以分為3類；(1)

通用反式作用因子，主要識別啟動子的核心啟動成分，如TBP；（2）特殊組織與細胞中的反式作用因子，如淋巴細胞中的Oct-2；（3）和反應性元件（responseelenents）相結合的反式作用因子。如HSE（熱休克反應元件，heatshockresponseelement），

GRE（糖皮質激素反應元件glucocorticoidresponseelement）；

MRE（金屬反應元件，metalresponseelement）；

TRE（腫瘤誘導劑反應元件，tumorgenicagentresponseelement);第44頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日(一)蛋白質直接和DNA結合螺旋轉角螺旋鋅指結構亮氨基拉鏈螺旋環螺旋同源異形結構域第45頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日1.

螺旋轉角螺旋（Helix-turn-helix,HTH）：最初在λ噬菌體的阻遏蛋白中發現的一種DNA結合結構域。在阻遏蛋白氨基端有5段α螺旋，每段螺旋之間折轉成一定角度相連接，其中兩段負責同DNA結合。α螺旋3由9個氨基酸組成，與前面的由7個氨基酸組成的。螺旋2形成一個角度。α螺旋3通過氨基酸側鏈同DNA堿基之間的氫鍵同DNA序列相結合，所以,螺旋α被稱為識別螺旋(recognitionhelix)。螺旋2則是通過氫鍵同DNA的磷酸骨架相接觸。這種相互作用對于同DNA結合是必需的，但并不控制對靶序列識別的專一性。第46頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日2.鋅指結構（zincfimger）是一個蛋白質結構域，由重復的半胱氨酸和組氨酸或重復的半胱氨酸在一個金屬鋅離子四周形成一個四面體的排列。長約30個aa，其中4個氨基酸（Cys或2個Cys，兩個His）與一個Zinc原子相結合。與Zinc結合后鋅指結構較穩定。第47頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日最初是在爪蟾(Xenopuslaevis)的RNA聚合酶III轉錄因子(TFIIIA)中發現的。9個串聯重復的鋅指區組成，每個單位大約由30個氨基酸殘基組成。基序因在鋅結合位點上突出的氨基酸環的形狀如同手指，所以稱為“指狀”結構。這種蛋白質結構域是同DNA或RNA結合的部位。單個的鋅指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His

這里x2、x5代表2個和5個任何一種氨基酸殘基。根據鋅指結構中與鋅配位的半胱氨酸(C)和組氨酸(H)的數目和位置，可將指狀結構分為2類。Ⅰ型:2Cys/2His:TFIIIA,SP1Ⅱ型:2cys/2cys:GAL4

第48頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日親脂性（amphipathic）的α螺旋，包含有許多集中在螺旋一邊的疏水氨基酸，兩條多肽鏈以此形成二聚體。每隔6個殘基出現一個亮氨酸。由賴氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）組成DNA結合區。

（Leucineziipper）

同二聚體（honwdimers）

異二聚體（hefercdimers）C-Jun,C-Fos,Myc,

3.亮氨酸拉鏈第49頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在雙螺旋的一側，所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側。當2個蛋白質分子平行排列時，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。由于這類蛋白質都以二聚體形式與DNA結合，兩個蛋白質α螺旋上的亮氨酸一側是形成拉鏈型二聚體的基礎。然而，亮氨酸拉鏈區并不能直接結合DNA，只有肽鏈氨基端20～30個富含堿性氨基酸結構域與DNA結合。在“拉鏈”式的蛋白質分子中，亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同DNA結合。不形成二聚體，該堿性區對DNA的親和力明顯降低。所以，這類蛋白質的DNA結合結構域實際是以堿性區和亮氨酸拉鏈結構域整體作為基礎的。第50頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

該調控區長約50個aa殘基，同時具有DNA結合和形成蛋白質二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性α-螺旋，兩個螺旋之間由環狀結構相連，其DNA結合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區所決定的。在HLH中帶有堿性區的肽鏈稱為堿性HLH（bHLH，protein）。bHLH又分為兩類。

A類是可以廣泛表達的蛋白，包括哺乳動物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強子中的元件結合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開關基因）的產物；

B類是組織特異性表達的蛋白，包括哺乳動物的MyoD(肌漿蛋白（myogen）基因的轉錄因子果蠅的AC-S（achaete-scute無剛毛基因的產物）4.螺旋一環一螺旋（HLH）第51頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日DNA結合蛋白的共同特性：（1）具有一些與DNA結合的螺旋區，（2）能形成二聚體，（3）有一個共同的基序。基序由40—50個氨基酸組成，含有2個兩親的(amphipathic，既有極性基也有非極性基)螺旋，由2個長度不等的連接區(環)相連。通過兩條螺旋對應位置上的疏水性氨基酸殘基之間的相互作用，可以生成同源二聚體或異源二聚體。每個螺旋區長15一16個氨基酸，其中有幾個氨基酸殘基是保守的。兩個螺旋區之間的環使兩個螺旋區可以彼此獨立地相互作用。第52頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日復習上節課所講述內容：

1、DNA甲基化抑制轉錄的機理;

2、DNA甲基化與X染色體失活；

3、增強子通常具有下列性質；

4、反式作用因子的概念；

5、轉錄激活蛋白結構域與DNA結合的幾種形式；

6、結論：真核生物的轉錄調控大多數是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用來實現的；

本節課所講述內容：

1、蛋白質磷酸化、信號轉導及基因表達；

2、激素及其影響；

3、熱激蛋白誘導的基因表達；

4、金屬硫蛋白基因的多重調控；

第53頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.4.1

蛋白質磷酸化、信號轉導及基因表達蛋白質的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內普遍存在的信息傳導調節方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細胞的生長發育、神經遞質的合成與釋放甚至癌變等等。蛋白質的磷酸化是指由蛋白質激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基轉移到底物蛋白質氨基酸殘基上的過程，其逆轉過程是由蛋白質磷酸酶催化的，稱為蛋白質脫磷酸化。蛋白質的磷酸化反應是生物體內存在的一種普遍的調節方式，在細胞信號的傳遞過程中占有極其重要的地位。已經發現在人體內有多達2000個左右的蛋白質激酶和1000個左右的蛋白質磷酸酶基因。

第54頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日細胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結合，能誘導受體蛋白構象變化，使胞外信號順利通過質膜進入細胞內，或使受體發生寡聚化而被激活。一般情況下，受體分子活化細胞功能的途徑有兩條：一是受體本身或受體結合蛋白具有內源酪氨酸激酶活性，胞內信號通過酪氨酸激酶途徑得到傳遞；二是配體與細胞表面受體結合，通過G蛋白介異的效應系統產生介質，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號。第55頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日1．蛋白質磷酸化在細胞信號轉導中的作用(1).在胞內介導胞外信號時具有專一應答特點。與信號傳遞有關的蛋白激酶類主要受控于胞內信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacylglycerol）等，這種共價修飾調節方式顯然比變構調節較少受胞內代謝產物的影響。(2).蛋白質的磷酸化與脫磷酸化控制了細胞內已有的酶“活性”。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對外界刺激做出更迅速的反應。

(3).對外界信號具有級聯放大作用；

(4).蛋白質的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界信號的持續反應。被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸。組氨酸和賴氨酸殘基也可能被磷酸化。第56頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日2.真核細胞主要跨膜信號轉導途徑第57頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第58頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日3.蛋白激酶的種類與功能

根據底物蛋白質被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：

第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。

第三類是“雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificityproteinkinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。細胞受刺激以后，通過蛋白質磷酸化及一系列級聯放大過程將胞外信號轉化為細胞內信號，從而引起廣泛的生理反應。第59頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日根據是否有調節物來分又可分成兩大類：

信使依賴性蛋白質激酶（messenger-dependentproteinkinase），包括胞內第二信使或調節因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個亞類；非信使依賴型蛋白激酶。第60頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第61頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日4.受cAMP調控的A激酶被A激酶磷酸化的蛋白質其N端上游往往存在兩個或兩個以上堿性氨基酸，特異氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改變了這一蛋白的酶活性。這一酶活性代表了絕大多數細胞中cAMP所引起的全部反應。PKA全酶由4個亞基組成(R2C2）包括兩個相同的調節亞基（R）和兩個相同的催化亞基（C）。全酶的分子量為150-170kD。

第62頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日C亞基具有催化活性，R亞基具有調節功能，有兩個cAMP結合位點。R亞基對C亞基具有抑制作用，所以，R和C聚合后的全酶（R2C2）無催化活性。R亞基與cAMP的結合導致C亞基解離并表現出催化活性。

第63頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日激素與其受體在肌肉細胞外表面相結合，誘發細胞質cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進入糖酵解并提供ATP。第64頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日5.C激酶與PIP2、IP3和DAG磷酸肌醇級聯放大的細胞內信使是磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的兩個酶解

產物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。

C激酶（PKC）是依賴于Ca2+的蛋白質激酶。由于IP3所引起的細胞質Ca2+濃度升高，導致C激酶從胞質轉運到靠原生質膜內側處，并被DAG和Ca2+的雙重影響所激活。C激酶的活性也受磷脂酰絲氨酸的影響，原因是后者大大提高了C激酶對于Ca2+的親和力，從而使得C激酶能被生理水平的Ca2+離子所活化。C激酶主要實施對絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個催化結構域和一個調節結域。第65頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第66頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日6.CaM激酶及MAP激酶Ca2+的細胞學功能主要通過鈣調蛋白激酶（CaM-kinase）來實現，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應答于細胞內Ca2+水平。MAP激酶（mitogen-activatedproteinkinase,MAP-kinase，又稱為extracellular-signal-regulatedkinase，ERKS）活性受許多外源

細胞生長、分化因子的誘導，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受體系統的調控。MAP-激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。科學家把能同時催化這兩個氨基酸殘基磷酸化的酶稱為MAP-激酶-激酶，它的反應底物是MAP激酶。MAP-激酶-激酶本身能被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同時被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，從而在信息傳導中發揮功能。第67頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第68頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.酪氨酸蛋白激酶對于許多生長因子受體的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息傳遞過程中起著重要作用。表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子（IGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）、神經生長因子（NGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）和血管內皮細胞生長因子（VEGF）受體都擁有定位于胞內的酪氨酸激酶功能區域和膜外區。第69頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日具有受體功能的酪氨酸

蛋白激酶(receptorproteintyrosinekinase,RPTK)。包括三個結構域：胞外的配體結合區，細胞內部具有酪氨酸蛋白激酶活性的區域和連接這兩個區域的跨膜結構。第70頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日8.蛋白質磷酸化與基因表達

處于信號傳遞鏈終端的蛋白質磷酸化既能對許多酶蛋白及生理代謝過程起直接的調節作用，又能通過使轉錄因子磷酸化來調節基因活性。第71頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.4.2激素及其影響許多類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調控作用都是通過啟始基因轉錄而實現的。靶細胞具有專一的細胞質受體，可與激素形成復合物，導致三維結構甚至化學性質的變化。經修飾的受體與激素復合物通過核膜進入細胞核內，并與染色質的特定區域相結合，導致基因轉錄的起始或關閉。研究發現，體內存在的許多糖皮質類激素應答基因都有一段大約20bp的順式作用元件（激素應答元件，簡稱HRE），該序列具有類似增強子的作用，其活性受激素制約。靶細胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細胞中沒有或很少有這類受體，這是激素調節轉錄組織特異性的根本原因。第72頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

所有固醇類激素的受體蛋白分子都有相同的結構框架，包括保守性極高的、位于分子中央的DNA結合區，位于C端的有較強同源性的激素結合區和保守性較小的N端。該區的具體功能不詳，但它的存在保證了轉錄的高效進行。研究還發現，如果糖皮質激素受體蛋白激素結合區的某個部分丟失，就變成一種永久型的活性分子，即無需激素誘導也有激活基因轉錄的作用。第73頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日科學家認為，激素、受體與順式作用元件的結合位點三者缺一不可，其中無論是受體蛋白與激素的結合，還是激素本身，都不是與DNA結合并激活轉錄所必須的。其實，通常情況下，受體蛋白中激素結合結構域妨礙了DNA結合區及轉錄調控區發揮生理功能，只有與相應激素結合后才能打破這種障礙。第74頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第75頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日激素受體對各自特定的激素具有高度特異的識別能力及親和力，激素到達靶細胞時能迅速與受體結合生成激素-受體復合物，誘導生理生化效應。(1)受體流動假說。當激素與受體結合時，激素-受體復合物可在膜內移動并與腺苷酸環化酶結合，激活環化酶，引發后續效應。(2)中介物假說。研究腺苷酸環化酶和胰高血糖素受體發現，受體與酶之間可能通過膜脂耦聯在一起。(3)鄰位互調假說

。根據GTP能影響激素與受體結合并進而影響腺苷酸環化酶活性的現象，認為該酶系統至少存在3個活性部位，即激素-受體結合部位、Mg2+-ATP作用中心和核苷酸調節部位。激素與其受體的作用假說第76頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.4.3熱激蛋白誘導的基因表達現代分子生物學上把能與某個（類）專一蛋白因子結合，從而控制基因特異表達的DNA上游序列稱為應答元件（responseelement），如熱激應答元件（heatshockresponseelement，HSE），糖皮質應答元件（glucocorticoidresponseelement，GRE），金屬應答元件（metalresponseelement，MRE）等等，這些應答元件與細胞內專一的轉錄因子相互作用，協調相關基因的轉錄。許多生物在最適溫度范圍以上，能受熱誘導合成一系列熱休克蛋白（heatshockprotein）。受熱后，果蠅細胞內Hsp70mRNA水平提高1000倍，就是因為熱激因子（heatshockfactor，HSF）與hsp70基因TATA區上游60bp處的HSE相結合，誘發轉錄起始。第77頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第78頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日真核細胞的熱休克蛋白可能具有機體保護功能并在細胞的正常生長和發育中起重要作用，HSP70的主要功能是參與蛋白質的代謝，而泛素的的主要功能是清除細胞內的變性蛋白質。HSP還常與具有不同功能的多種蛋白質形成天然復合物，參與有關蛋白質折疊、亞基的組裝、細胞內運輸以及降解等過程。熱休克蛋白參與靶蛋白活性和功能的調節，卻不是靶蛋白的組成部分，因此，一般稱它為分子伴侶或伴侶蛋白（chaperonine）。hsp基因中內含子數量都很少，至今為止尚未發現hsp70基因中有內含子，而人hsp90、果蠅hsp82、人hsp27、雞hsp108和泛素等都只有少量內含子。hsp的這一基本特征保證了它們一旦起始轉錄不需剪接就可產生出成熟mRNA以適應hsp大量快速表達的需要，防止嚴重的熱休克影響mRNA前體的剪接。第79頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.4.4金屬硫蛋白基因的多重調控金屬硫蛋白（metallothionein，MT）基因，其5'端調控區有著十分復雜的結構，包含許多調控元件，可以同時受幾種轉錄因子的影響。作為細胞內多余重金屬離子的螯合蛋白，這個基因平時就有本底水平的表達，還能受重金屬離子（如鎘）或糖皮質的誘導而高效表達。該基因5’端調控區除了含有TATA區和GC區外，還有兩個序列類似于增強子的本底水平調控元件（basallevelelement，BLE），它們共同參與了該基因本底水平的表達。第80頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日金屬離子對該基因轉錄的誘導是由數個MRE序列介導的。人金屬硫蛋白基因5’上游-40～-160處含有4個MRE序列。雖然單一MRE序列足以引發重金屬離子誘導的基因表達，多個MRE序列被認為有利于該基因大量表達。位于MT基因5’上游-240～-260bp處的GRE，是固醇類激素受體的結合位點。刪除這個區域不影響基因的本底水平表達和受金屬離子誘導的特性，但不再對激素誘導作出反應。與TRE序列一樣，GRE也屬于增強子范疇。第81頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

復習上節課所講述的主要內容：

1、蛋白質磷酸化與去磷酸化

蛋白質的磷酸化是指由蛋白質激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基轉移到底物蛋白質氨基酸殘基上的過程，其逆轉過程是由蛋白質磷酸酶催化的，稱為蛋白質脫磷酸化。

蛋白質的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內普遍存在的信息傳導調節方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細胞的生長發育、神經遞質的合成與釋放甚至癌變等等。第82頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日2、細胞表面的三類受體示意圖

第83頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日3、蛋白質的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界信號的持續反應。

被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸。4、真核細胞主要跨膜信號轉導途徑第84頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日6、蛋白激酶的種類與功能根據底物蛋白質被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：

第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。

第三類是“雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificityproteinkinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。

細胞受刺激以后，通過蛋白質磷酸化及一系列級聯放大過程將胞外信號轉化為細胞內信號，從而引起廣泛的生理反應。第85頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

7、根據是否有調節物來分又可將蛋白激酶分成兩大類：

（1）信使依賴性蛋白質激酶（messenger-dependentproteinkinase），包括胞內第二信使或調節因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個亞類；（2）非信使依賴型蛋白激酶。第86頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第87頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日8、激素及其基因調控許多類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調控作用都是通過啟始基因轉錄而實現的。靶細胞具有專一的細胞質受體，可與激素形成復合物，導致三維結構甚至化學性質的變化。經修飾的受體與激素復合物通過核膜進入細胞核內，并與染色質的特定區域相結合，導致基因轉錄的起始或關閉。

靶細胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細胞中沒有或很少有這類受體，這是激素調節轉錄組織特異性的根本原因。激素受體對各自特定的激素具有高度特異的識別能力及親和力，激素到達靶細胞時能迅速與受體結合生成激素-受體復合物，誘導生理生化效應。第88頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

學習本節課內容：

真核生物其他水平上的基因調控：

1、RNA的加工成熟；

2、翻譯水平的調控；

第89頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.5其他水平上的基因調控7.5.1RNA的加工成熟各種基因的轉錄產物都是RNA，無論是rRNA、tRNA還是mRNA，初級轉錄產物只有經過加工，才能成為有生物功能的活性分子。7.5.1.1．rRNA和tRNA的加工成熟rRNA加工有兩個內容，一個是分子內的切割，另一個是化學修飾。真核生物的rRNA基因轉錄時，先產生一個45S的前體rRNA，然后被核酸酶逐漸降解，形成成熟的18S、28S和5.8SrRNA。

第90頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日

rRNA基因轉錄主要在細胞核仁內進行，初級轉錄產物45S前體rRNA很快就會被加工降解，生成不同相對分子質量的成熟rRNA。rRNA的化學修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖甲基化。tRNA基因轉錄時也可能先生成前體tRNA，然后再進行加工成熟。一般認為，tRNA基因的初級轉錄產物在進入細胞質后，首先經過核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接成為成熟tRNA（4S）。第91頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.5.1.2．mRNA的加工成熟編碼蛋白質的基因轉錄產生mRNA。這類基因產物在轉錄后要進行一系列的加工變化，才能成為成熟的有生物功能的mRNA。這些加工主要包括在mRNA的5’末端加“帽子”，在其3’末端加上多聚（A），進行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修飾等。由于mRNA的這些結構與它作為蛋白質合成模板的功能有密切關系，所以是基因表達的重要調控環節。

與rRNA、tRNA相同，編碼蛋白質的基因轉錄時首先生成前體pre-mRNA（或稱核不均一RNA，hnRNA），然后再加工剪接為成熟mRNA。第92頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日hnRNA確定是mRNA前體的證據①在真核生物細胞核中發現存在代謝十分活躍、平均相對分子質量為2×107，長度不均一的RNA，而細胞質中mRNA的平均相對分子質量僅為1.5×106。②hnRNA很不穩定，半衰期只有5～15min，而真核生物mRNA的半衰期一般都比較長，這說明hnRNA不可能是轉錄的最終產物，而只能是中間產物。③用放射性同位素作脈沖標記證明，75%被標記的RNA是hnRNA。這些標記的RNA大部分位于核內，只有10%進入細胞質，所以認為它們是mRNA的前體。④hnRNA占細胞全部RNA的3%，說明它一經誕生就立即加工變化，不會長久積累下來。⑤hnRNA3’末端也帶有多聚（A）。⑥加入dAR（脫氧腺嘌呤核苷）抑制多聚（A）的生物合成，hnRNA和mRNA的合成都受到抑制。第93頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.5.1.3．真核生物基因轉錄后加工的多樣性真核生物的基因可以按其轉錄方式分為兩大類：即簡單轉錄單位和復雜轉錄單位。這兩種轉錄方式雖然最終都產生蛋白質，但它們的轉錄后加工方式是不同的。

(1)簡單轉錄單位。這類基因只編碼產生一個多肽，其原始轉錄產物有時需要加工，有時則不需要加工。這類基因轉錄后加工有3種不同形式第一種簡單轉錄單位，如組蛋白基因，它們沒有內含子，因此不存在轉錄后加工問題，其mRNA3’末端沒有多聚（A），但有一個保守的回文序列作為轉錄終止信號。第二種簡單轉錄單位包括腺病毒蛋白IX，α-干擾素和許多酵母蛋白質基因，它們沒有內含子，所編碼的mRNA不需要剪接，但需要加多聚（A）。第三種簡單轉錄單位包括α-和β-珠蛋白基因及許多細胞蛋白基因，這些基因雖然都有內含子，需要進行轉錄后加工剪接，還要加多聚（A），但它們只產生一個有功能的mRNA，所以仍然是簡單轉錄單位。第94頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第95頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日(2)復雜轉錄單位。含有復雜轉錄單位的主要是一些編碼組織和發育特異性蛋白質的基因，它們除了含有數量不等的內含子以外，其原始轉錄產物能通過多種不同方式加工成兩個或兩個以上的mRNA。Exon1Exon2Exon3Exon4Transcript1Transcript2Differentproteins①利用多個5’端轉錄起始位點或剪接位點產生不同的蛋白質。第96頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第97頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第98頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第99頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日②利用多個加多聚（A）位點和不同的剪接方式產生不同的蛋白質。第100頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日③雖無剪接，但有多個轉錄起始位點或加多聚（A）位點的基因。

雖然原始轉錄產物的蛋白質編碼區和3’末端都相同，不同的5’末端卻導致了分泌型和胞內型蛋白的產生，其中分泌型蔗糖酶是可調節的，而胞內型則是組成型的。第101頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日7.5.2翻譯水平的調控一.mRNA運輸控制（transportcontrol）是對轉錄本從細胞核運送到細胞質中的數量進行調節;二．mRNA翻譯的控制三．mRNA的結構和翻譯的效率四．翻譯的起始調節五．選擇性翻譯六．反義RNA調控七．翻譯的自我調節第102頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日1、mRNA的穩定性與基因表達調控真核生物能否長時間、及時地利用成熟的mRNA分子翻譯出蛋白質以供生長、發育的需要，是與mRNA的穩定性以及屏蔽狀態的解除密切相關的。原核生物mRNA的半衰期很短，平均大約3分鐘。高等真核生物迅速生長的細胞中mRNA的半衰期平均約為3小時。在高度分化的終端細胞中許多mRNA極其穩定，有的壽命長達幾天或十幾天，加上強啟動子的轉錄，使一些終端細胞特有的蛋白質合成達到驚人的水平。第103頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第104頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日例2：轉運鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白負責鐵吸收和鐵解毒。這兩個mRNA上存在相似的順式作用元件，稱為鐵應答元件（ironresponseelement，IRE）。IRE與IRE結合蛋白（IREBP）相互作用控制了這兩個mRNA的翻譯效率。當細胞缺鐵時，IREBP與IRE具有高親和力，兩者的結合有效地阻止了鐵蛋白mRNA的翻譯，與此同時，TfRmRNA上3'非翻譯區中的IRE也與IREBP特異結合，有效地阻止了TfRmRNA的降解，促進TfR蛋白的合成。第105頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第106頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日2、蛋白質因子的修飾與翻譯起始調控

用兔網織紅細胞粗抽提液研究蛋白質合成時發現，如果不向這一體系中添加氯高鐵血紅素，網織紅細胞粗抽提液中的蛋白質合成抑制劑就被活化，蛋白質合成活性在幾分鐘之內急劇下降，很快就徹底消失。現已查明，網織紅細胞蛋白質合成的抑制劑HCI是受氯高鐵血紅素調節的eIF-2的激酶，可以使該因子的α-亞基磷酸化并由活性型轉變為非活性型。第107頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日第108頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日在蛋白質生物合成的過程中，特別是在起始反應中，mRNA的“可翻譯性”是起決定作用的，其5’末端的帽子結構、二級結構、與rRNA的互補性以及起始密碼附近的核苷酸序列都是蛋白質生物合成的信號系統。蛋白質生物合成的調控，就是通過mRNA本身所固有的信號與可溶性蛋白因子或者與核糖體之間的相互作用而實現的。第109頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日復習上節課所講述內容：RNA的加工成熟：各種基因的轉錄產物都是RNA，無論是rRNA、tRNA是mRNA，初級轉錄產物只有經過加工，才能成為有生物功能的活性分子。1、rRNA加工有兩個內容？真核生物的rRNA基因是如何轉錄的？2、rRNA的化學修飾？3、mRNA的加工成熟？4、真核生物基因轉錄后加工的多樣性：知道簡單轉錄單位和復雜轉錄單位；5、大致了解翻譯水平的調控；本節課所講述內容：1、EnglishReviewChapter7;2、第八章：疾病與人類健康第一節：腫瘤與癌癥第110頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日在蛋白質生物合成的過程中，特別是在起始反應中，mRNA的“可翻譯性”是起決定作用的，其5’末端的帽子結構、二級結構、與rRNA的互補性以及起始密碼附近的核苷酸序列都是蛋白質生物合成的信號系統。蛋白質生物合成的調控，就是通過mRNA本身所固有的信號與可溶性蛋白因子或者與核糖體之間的相互作用而實現的。第111頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日EnglishReview:

ControlOfExpressionInEukaryotesEukaryoticgenesarecontrolledindividuallyandeachgenehasspecificcontrolsequencesprecedingthetranscriptionstartsite第112頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日EukaryotesHaveLargeComplexGeneomesThehumangenomeisabout3x109basepairsor≈1mofDNABecausehumansarediploid,eachnucleuscontains6x109basepairsor≈2mofDNAThatisalottopackintoalittlenucleus!第113頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日EukaryoticDNAMustbePackagedEukaryoticDNAexhibitsmanylevelsofpackagingThefundamentalunitisthenucleosome,DNAwoundaroundhistoneproteinsNucleosomesarrangethemselvestogethertoformhigherandhigherlevelsofpackaging.第114頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日HighlyPackagedDNACannotbeExpressedThemosthighlypackagedformofDNAis“heterochromatin”Heterochromatincannotbetranscribed,thereforeexpressionofgenesispreventedChromosomepuffsonsomeinsectchomosomesillustratewhereactivegeneexpressionisgoingon第115頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日OnlyaSubsetofGenesisExpressedatanyGivenTimeIttakeslotsofenergytoexpressgenesThusitwouldbewastefultoexpressallgenesallthetimeBydifferentialexpressionofgenes,cellscanrespondtochangesintheenvironmentDifferentialexpression,allowscellstospecializeinmulticelledorganisms.Differentialexpressionalsoallowsorganismstodevelopovertime.第116頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日DNACytoplasmNucleusGAAAAAAExportDegradationetc.GAAAAAAControlofGeneExpressionGAAAAAARNAProcessingmRNARNATranscriptionNuclearporesRibosomeTranslationPackagingModificationTransportationDegradation第117頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日LogicalExpressionControlPointsDNApackagingTranscriptionRNAprocessingmRNAExportmRNAmasking/unmaskingand/ormodificationmRNAdegradationTranslationProteinmodificationProteintransportProteindegradationIncreasingcostThelogicalplacetocontrolexpressionisbeforethegeneistranscribed第118頁，共140頁，星期日，2025年，2月5日A“Simple”EukaryoticGeneTerminatorSequencePromoter/ControlRegionTranscriptionStartSite3’5’RNATranscriptIntronsExon2Exon3Int.2Exon1Int