第七章 真核基因表达调控的一般规律
真核生物基因表达的调控
4、DNA甲基化与基因组印迹 （1）基因组印迹：来源于父母本的一对等位基因
表达不同（如X染色体失活） （2）基因组印迹的机制--DNA高度甲基化
5、DNA甲基化与X染色体的失活 X染色体DNA序列高度甲基化，基因被关闭
（1）与X染色体的失活有关的序列：
AP2
??
结合蛋白 (protein binding)
AP2 AP1
? SP1
? TF IID +
RNApol
BLE basal level element MRE metal response element AP activator protein
应答元件的特点：
1. 具有与启动子、增强子同样的一般特性. 2. 与起始点的位置不固定（多在-200以内;单个功能充分,
非洲爪蟾的卵母细胞 rDNA的拷贝数目： 500份 2×106份，可装配1012个核糖体 当胚胎期开始，增加的rDNA便失去功能并逐渐消失
二、基因丢失
有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢 失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的 基因组。
小麦瘿蚊（染色丢失了32条，只保留8条）
马蛔虫
三、基因重排(gene rearrangement)
的下游起作用。 4、与它结合的转录因子是GCN4和GAL4，识别位
点为 ATGACTCAT。
（四）绝缘子(Insulator)
阻止激活或失活效应的元件
举例：
1、当绝缘子位于增强子和启动子间时，能阻止 增强子激活启动子作用。
2、当绝缘子位于一个活化基因和异染色质之间 时，它保护基因免受由异染色质扩展造成的失 活效应影响。
Constant
基因表达与调控(下)真核基因表达调控一般规律
真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类：
第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细 胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水 平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控 的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部 进程。
根据基因调控在同一事件中发 生的先后次序又可分为：
7. 真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中逐步 分化形成各种组织和细胞类型。分化是不同基因表达的结 果。不同类型的细胞，功能不同，基因表达的情况也不一 样。某些基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细胞特异 性或组织特异性表达，因而具有调控这种特异性表达的机 制。
8. 真核生物对外界环境条件变化的反应和原核生物十分不 同。同一群原核生物细胞处在相同的环境条件中，对环境 条件的变化会作出基本一致的反应；而真核生物常常只有 少部分细胞基因的表达直接受到环境条件变化的影响和调 控，其他大部分间接或不受影响。
组蛋白的作用
• 组蛋白是带正电荷的碱性蛋白质，可与DNA链上 带负电荷的磷酸基相结合，从而封闭了DNA分子， 妨碍基因转录。活跃转录的染色质区段中H1水平 降低。
• 转录活跃的区域也 常缺乏核小体的结 构，并且对核酸酶 敏感度增加。
8 基因表达与调控（下）
——真核基因表达调控一般规律
• 真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类 之外）主要由多细胞组成，每个细胞基因组中蕴 藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物。
• 人类细胞单倍体基因组有3×109bp，为大肠杆菌 总DNA的800倍，噬菌体的10万倍左右！
真核基因表达调控的最显著特征是能在特定 时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现 “预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育过 程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范 围内保持正常功能。
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。
但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。
DNA水平的调控DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。
转录水平的调控转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。
通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。
转录后调控转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。
加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。
同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。
转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。
翻译水平的调控阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。
一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。
翻译后调控直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。
在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。
1．蛋白质折叠线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。
在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。
2．蛋白酶切割末端切割有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。
真核基因表达调控模式
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7.1.3 真核生物DNA水平上的基因表达调控
分子生物学的最新研究表明，在个体发育过程中，用来合成 RNA的DNA模板也会发生规律性变化，从而控制基因表达和 生物体的发育。
高度重复基因的形成通常与个体分化阶段DNA的某些变化
有关。例如，一个成熟的红细胞能产生大量的可翻译出成熟 珠蛋白的mRNA，而其前体细胞却不产生珠蛋白。许多情况
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⑥ 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运 穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质， 原核生物中不存在这样严格的空间间隔。
⑦ 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接 过程（maturation and splicing），才能顺利地翻 译成蛋白质。
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在真核生物中，前rRNA 转录产物的分子量为45S，包 括18S，28S和5.8S三个主要 rRNA分子。前rRNA分子中 至少有100处被甲基化（主要 是核糖的2-OH甲基化），原 始转录产物也被特异性RNA 酶切割降解，产生成熟rRNA 分子。5S rRNA作为一个独立 的转录单位，由RNA聚合酶 III（而ห้องสมุดไป่ตู้是聚合酶I）完成1转7 录。
胞人工染色体(MAC)就是以此为基础, 再加自主复制序列
(ARS20)2、1/8/1选7 择标记和插入位点组建的。
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(2) DNA顺序重复
轻度、中度、高度重复序列三种：
轻度重复序列：单拷贝基因；一个基因组中有一个或几个拷贝 的序列；例如结构基因基本上属于不重复序列，如蛋清蛋白、 蚕的丝心蛋白等。
基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为不编码的序列所隔开。
不连续基因是通过mRNA和DNA杂交试验发现的。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控一、生物基因表达的调控的共性首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。
1、作用范围。
生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。
管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。
可见，调控是普遍存在的现象。
2、调控方式。
基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。
3、调控水平。
一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。
然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。
二、真核生物基因表达调控的特点真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。
真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。
1、多层次。
真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
2、无操纵子和衰减子。
3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。
4、个体发育复杂，而受环境影响较小。
真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。
前者为短期调控，后者属长期调控。
从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。
三、真核生物基因表达调控的机制介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。
1、染色质水平。
真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。
染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。
a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。
某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控
顺式作用元件
真核生物基因表达调控
反式作用因子
-
感谢您的莅临
著特征是能在 特定时间和特定细胞 中激活特定的基因， 从而实现"预定"的、 有序的、不可逆转的 分化、发育过程，并 使生物的组织和器官 在一定环境条件范围 内保持正常功能
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控的特点如下
①基因表达有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为主 ②在结构基因上游和下游甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控 成分结合而调控基因的转录 ③真核生物基因表达调控的环节多：转录与翻译间隔进行，个体发育复杂，具有调控基 因特异性表达的机制 ④真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱 基修饰变化、组蛋白变化等都具有调控作用 ⑤具有细胞特异性或组织特异性：在生长发育过程中，随着细胞需求的不断改变，各种 基因变得有活性或沉寂 ⑥正性调节占主导，且一个真核生物基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物
真核生物基因表 达调控
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基因表达调控
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真核生物基因表达调控的特点
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转录水平的调控
真核生物基因表达调控
基因表达调控
基因表达(gene expression)是基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋 白质分子或RNA分子的过程。表达调控(gene regulation)是基因表达时受到内源及外 源信号调控的过程。基因表达调控大多数是对基因的转录和翻译速率的调节，从而导 致其编码产物的水平发生变化，进而影响其功能
分子生物学考试大纲
第一部分课程性质与目标一、课程性质和特点《分子生物学》课程是我省高等教育自学考试生物工程专业（独立本科段）的一门重要的专业必修课程，通过本课程的学习要求学生熟知核酸（尤其是DNA）的基本生物化学特性，生物信息的储存、传递与表达过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因表达的调控原理。
掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与人类基因组计划、克隆技术的新成果和新进展。
激发学生对生命本质探索的热情，培养具备生命科学的基本知识和较系统的生物技术及其产业化的科学原理和工艺技术过程的基本理论和基本技能，能在生物产业领域的公司、工厂等企业单位从事生物工程及其高新技术产品生产、开发研究和企业经营管理工作的高级应用人才。
本课程在内容上共分十章，第一章介绍了分子生物学研究的主要内容及发展简况。
第二章是染色质、染色体、基因和基因组，重点介绍了遗传物质的分子结构、性质和功能，重点介绍了核酸的结构、功能、变性、复性和杂交等基本概念，也介绍了病毒核酸的相关知识和反义技术特点。
染色质和染色体的形态、组成和功能，基因的概念、功能和基本特征，基因组的概念、结构特点及有关基因组研究中基本理论和内容。
DNA的复制、突变、损伤和修复，主要介绍了DNA复制的过程、基因突变损伤和修复功能转座子结构特征和转座机制、以及遗传重组的机制。
第三、四章主要从动态角度探讨了遗传物质的运动的基本规律。
第三章是转录，重点介绍了转录的基本原理、转录过程及转录后加工过程和机制。
第四章是蛋白质的翻译，内容包括遗传密码、蛋白质合成、蛋白质的运转及蛋白质合成后的折叠和修饰加工，最后从应用的角度介绍了功能蛋白质研究的最新进展。
第五章介绍了分子生物学目前常用的基本研究方法。
第六、七章是基因表达的调控，分别从原核生物和真核生物两方面介绍了基因表达在转录和翻译水平上调控的机制。
第八章主要介绍了一些人类疾病的分子机制，以及基因治疗的概念。
真核基因表达调控
子遗传学的奠基石。
Gregor Mendel (1822-1884).
The Father of Genetics
在孟德尔遗传学基础上， Morgan 又提出了 基因学说。 1910年，Morgan和他的助手们发现了第一只 白眼雄果蝇，称为突变型。正常情况下，果蝇
都是红眼的，称为野生型。Morgan将白眼雄果
Actually, they had. That morning, Watson and
Crick
had
figured
out
the
structure
of
deoxyribonucleic acid, DNA. And that structure —
a "double helix" that can "unzip" to make copies
控制遗传信息流动的基本机制——RNA干扰 方面的杰出贡献而获得诺贝尔生理医学奖。
1928 年，英国科学家 Griffith 等人发现，具有
光滑外表的S型肺炎链球菌能使小鼠发病，具有 粗糙外表的R型细菌没有致病力。荚膜多糖能保
护细菌免受动物白细胞的攻击。
美国著名的微生物学家 Avery首先用实验证明 基因就是DNA分子。他将光滑型致病菌（S型） 烧煮杀灭活性以后再侵染小鼠，发现这些死细 菌自然丧失了致病能力。
• 1993 年，美国科学家 Roberts 和 Sharp 因发
现 断 裂 基 因 （ introns ） 而 获 得 Nobel 奖 ； Mullis 由 于 发 明 PCR 方 法 而 与 加 拿 大 学 者 Smith （ 第 一 个 设 计 基 因 定 点 突 变 ） 共 享 Nobel化学奖。
【教学】第七章 真核生物基因的表达调控
一、基因丢失（Gene loss）
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因 而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆 虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢 失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖 细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。 例如：在蛔虫胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。在高
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2、组蛋白和核小体对基因转录的影响
组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用。组蛋 白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组 蛋白基因又能够恢复转录;
核小体结构影响基因转录，转录活跃的区域也 常缺乏核小体的结构。
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第三节 转录水平的基因表达调控
（ Transcriptional Regulation ）
翻译水平的调控 Translational Regulation
蛋白质加工水平的调控 Protein maturation and Processing
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第二节 DNA水平的基因表达调控
（Gene Regulation at DNA level）
❖基因丢失 ❖基因扩增 ❖基因重排 ❖DNA甲基化状态与调控 ❖染色体结构与调控
⑥ 许多增强子还受外部信号的调控， 如：金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强 子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。
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增强子的作用原理是什么呢？
增强子可能有如下3种作用 机制：
① 影响模板附近的DNA双螺 旋结构，导致DNA双螺旋弯 折或在反式因子的参与下， 以蛋白质之间的相互作用为 媒介形成增强子与启动子之 间“成环”连接，活化基因 转
1、根据基因表达调控的性质可分为两大类：
第一类是瞬时调控或称为可逆调控，它相当于原 核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控 包括某种底物或激素水平升降，及细胞周期不同 阶段中酶活性和浓度的调节。
简述真核生物基因表达调控过程
简述真核生物基因表达调控过程真核生物基因表达调控过程是指在真核生物细胞中，如何通过一系列的调控机制，将基因中的遗传信息转化为蛋白质，以实现细胞功能的正常发挥。
基因表达调控过程可以分为转录调控和转录后调控两个阶段。
在转录调控阶段，首先是在细胞核中进行转录。
细胞核中的DNA被RNA聚合酶酶识别并解链，形成单链mRNA。
但并不是所有基因都会被转录，细胞会根据需要选择性地进行转录。
这是通过转录因子的作用来实现的。
转录因子是一类能够与DNA特定序列结合的蛋白质，它们能够促进或抑制转录的进行。
转录因子的结合位点位于启动子区域，当转录因子结合到启动子区域时，会引发一系列的反应，包括启动RNA聚合酶的活性和引导其结合到合适位置上，从而促使转录的进行。
转录因子的表达受到多种因素的调控，如细胞内的信号分子、细胞周期等。
转录后调控是指在mRNA合成后，通过一系列的调控机制来决定其在细胞中的命运。
mRNA在合成后需要经过剪接、修饰和运输等过程。
剪接是指将mRNA中的内含子去除，将外显子进行连接的过程。
通过剪接的不同方式，可以生成不同的mRNA亚型，从而在翻译过程中产生不同的蛋白质。
修饰是指在mRNA上加上帽子和尾巴等化学修饰，这些修饰可以保护mRNA不被降解，并帮助mRNA与翻译机器结合。
运输是指mRNA离开细胞核，进入到细胞质中，进一步参与翻译过程。
这个过程受到RNA结合蛋白的调控。
在翻译过程中，mRNA被核糖体识别并翻译成蛋白质。
这个过程也受到多种调控机制的影响。
一方面，mRNA上的启动子序列会影响翻译的起始位置，从而决定蛋白质的翻译起始位点。
另一方面，mRNA的稳定性也会影响翻译的效率和蛋白质的表达水平。
mRNA 的稳定性受到RNA结合蛋白和非编码RNA的调控。
总的来说，真核生物基因表达调控过程是一个复杂而精细的调控网络。
通过转录调控和转录后调控的相互作用，细胞可以根据内外环境的需要，在不同的时空位置上产生不同类型的蛋白质，以实现细胞功能的正常发挥。
分子生物学基础第七章真核基因表达的调控第三节真核基因表达转录水平的调控
第七章 真核基因表达的调控
第三节 真核基因表达转录水平的调控
一、真核基因转录与染色质结构变化的关系 DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质， 染色质的结构影响转录，至少有以下现象： 1．染色质结构影响基因转录 在真核细胞中以核小体为基本单位的染色质是真核基 因组DNA的主要存在方式。DNA盘绕组蛋白核心形成核小体， 妨碍了与转录因子及RNA聚合酶的靠近和结合，使基因的 活性受到抑制。 2．组蛋白的作用 组蛋白H1及核心组蛋白共同参与核小体的组装与凝聚。 在特殊氨基酸残基上的乙酰化、甲基化或磷酸化等修饰， 可改变蛋白质分子表面的电荷，影响核小体的结构，从而 调节基因的活性。
第三节 真核基因表达转录水平的调控
图7-6 碱性螺旋-环-螺旋结构图
第三节 真核基因表达转录水平的调控
螺旋-转角-螺旋结构域是最早发现于原核生物中的一个关键因子， 该结构域长约20个aa，主要是两个α-螺旋区和将其隔开的β转角。 其中的一个被称为识别螺旋区，因为它常常带有数个直接与DNA序列 相识别的氨基酸。其结构如图7-3所示。
图7-3 螺旋-转角-螺旋结构及其与 DNA的结合
第三节 真核基因表达转录水平的调控
2．增强子 增强子是指能使基因转录频率明显增加的DNA序列。增强子的作 用有以下特点。 ①增强效应十分明显。一般能使基因转录频率增加10~200倍，有 的可以增加上千倍， ②增强效应与其位置和取向无关。 ③大多为重复序列。 ④增强效应有严密的组织和细胞特异性。说明只有特定的蛋白质 （转录因子）参与才能发挥其功能。 ⑤没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应。 ⑥许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区 上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。 ⑦增强子要有启动子才能控
真核基因转录调控
不同基因具有不同旳上游开启子元件，其位 置也不相同，这使得不同旳基因体现分别有不 同旳调控。
• 2.增强子
是一种能够提升转录效率旳顺式调控元件，最 早是在SV40病毒中发觉旳长约200bp旳一段 DNA，可使旁侧旳基因转录提升100倍，其后 在多种真核生物，甚至在原核生物中都发觉了 增强子。增强子一般占100－200bp长度，也和 开启子一样由若干组件构成，基本关键组件常 为8－12bp，能够单拷贝或多拷贝串连形式存 在。
❖ 组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因旳转录，清除组蛋 白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷， 可与DNA链上带负电荷旳磷酸基相结合，从而遮蔽了 DNA分子，阻碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋 白旳作用；染色质中旳非组蛋白成份具有组织细胞特 异性，可能消除组蛋白旳阻遏，起到特异性旳去阻遏 促转录作用。
• 鸡成红细胞（erythroblast）染色质中， β-血红蛋白基因比卵清蛋白基因更轻易 被DNA酶I切割降解。
• 鸡输卵管细胞旳染色质中被DNA酶I优 先降解旳是卵清蛋白基因，而不是β-血 红蛋白基因。
• 存在于“灯刷型”染色体（lamp brush） 上旳环形构造可能与基因旳活性转录有 关。
• ③增强子要有开启子才干发挥作用，没有开启 子存在，增强子不能体现活性。但增强子对开 启子没有严格旳专一性，同一增强子能够影响 不同类型开启子旳转录。例如当具有增强子旳 病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，能够增 强整合区附近宿主某些基因旳转录；当增强子 随某些染色体段落移位时，也能提升移到旳新 位置周围基因旳转录。使某些癌基因转录体现 增强，可能是肿瘤发生旳原因之一。
基因的表达调控上真核基因表达调控一般规律ppt文档
目前所知的真核生物基因表达调控的特点？
• 1、RNA聚合酶不同； • 2、多层次，不存在超基因式操纵子结构； • 3、个体发育复杂：基因表达的时间性和空间性；时间
性：个体发育的不同阶段，基因表达的种类和数量是 不同的；空间性：在不同组织和器官中，基因表达的 种类和数量是不同的； • 4、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感 、DNA拓扑 结构变化 、DNA碱基修饰变化 、组蛋白变化； • 5、正性调节占主导； • 6、转录与翻译间隔进行，转录和翻译分开进行； • 7、转录后修饰、加工，初级转录产物要经过转录后加 工修饰。
• 但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、特别是 要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨 的研究过程。
PBL教学法？
• 真核基因表达调控的特点? ？复杂性
2 真核基因表达调控的特点
• 真核基因表达调控的环节更多 • 真核基因的转录与染色质的结构变化相关 • 真核生物基因组的非编码序列的存在与基因表达
基因的表达调控上真核基因表达调控一般规律
PBL教学法？
• 真核基因பைடு நூலகம்的复杂性?
• 真核基因表达调控的特点? • 真核基因表达调控的类型?
PBL教学法？
• 真核基因组的复杂性?
• 大、非编码序列、重复序列、染色质、调控的层 次和环节复杂、协调表达复杂
• 即使现在国际人基因组研究计划（human gene project）测出了人基因组3×109bp的DNA序列。
• 即多数真核基因在没有调控蛋白作用时是不转录的，需要表 达时就要有激活的蛋白质来促进转录。
• 换言之：真核基因表达以正（性）调控为主导。
2 真核基因表达调控的特点 2.1 真核基因表达调控的环节更多
7 真核基因表达调控的一般规律
2800bp
161bp
4500bp
205bp 327bp
初始转录本： 在唾液腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
南 通 大 学 生 命 科 学 学 院
三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
ε 图
Gγ Aγ
ψβ
δ β
人 类 血 红 蛋 白 的 α 和β 基 因 簇
人α珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上，约占 30kb左右，其中δ为胚胎期基因。 β珠蛋白基因簇位于11号染色体短臂上，约占 50-60kb，其中ε为胚胎期基因，Gγ和Aγ为胎儿型 基因，δ和β为成人期基因。
南 通 大 学 生 命 科 学 学 院
一、基因家族（gene family）
基因家族：真核生物的基因组中有很多来源相同、南 结构相似、功能相关的基因。 如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因 都属于基因家族 。
通 大 学 生 命 科 学 学 院
基因簇（gene cluster）：同一家族中的成 员有时紧密地排列在一起。 更多的时候，它们却分散在同一染色体的 不同部位，甚至位于不同的染色体上，具有 各自不同的表达调控模式。
“泡”状或“环”状结构，有时还能看到RNP沿着这些
突起结构移动，表明这些DNA正在被RNA聚合酶所转录。
2、基因丢失：
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而
南 通 大 学 生 命 科 学 学 院
去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫
和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失
掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细
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活性染色质上具有核基质结合区（matrix attachment region，MAR）
MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两
端。在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水 平10倍以上，说明MAR在基因表达调控中有作用， 是一种新的基因调控元件。 活性染色质上具有基因座控制区。
第四节 真核生物转录水平上的基因表达调控
（二）真核基因的断裂结构 基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非
编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，
非编码序列称内含子。 外显子(Exon) ：真核细胞基因DNA中的编码序列，这
些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。
内含子(Intron) ：真核细胞基因DNA中的间插序列， 这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。
一、基因丢失
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这 些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物
在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色
体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整 套的染色体。 目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发 现类似的基因丢失现象。
DNA含量的发育控制 利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶 段的组织中分离到的间期细胞核进行分析，发现多倍体的DNA 含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，C是单倍 体基因组中的DNA质量。
三、基因重排
将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近
的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。
通过基因重排调节基因活性的典型例子:免疫球
1.外显子与内含子的连接区
指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有两个重 要特征：
• 1）内含子的两端序列之间没有广泛的同源性
• 2）连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信 号序列（GT-AG法则）
5'GT……AG 3'
2.外显子与内含子的可变调控 • 组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能 产生一种成熟的mRNA。
⑥ 许多增强子还受外部信号的调控， 如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子， 就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。
增强子作用机理：
（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件—— 沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转 录起阻遏作用。
（三）反式作用因子
1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺
式作用元件的核心序列上，参与调控靶基因转录 效率的蛋白质。
及DNA的空间结构方面存在的主要差异，表现在
哪些方面？
武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译 出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多 基因操纵子形式。
② 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，
只有一小部分DNA是裸露的。
③ 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部
（2）增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明 显增加的DNA序列。
SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200bp
处有两段长72bp的正向重复序列。
增强子特点：
① 增强效应十分明显，一般能使基因转录频率 增加10-200倍 ② 增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以 什么方向排列（5‘→3’或3‘→5’），甚至和 靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表现出增强 效应；
第七章 基因的表达与调控(下)
—真核基因表达调控的一般规律
Contents
• 真核生物的基因结构与转录活性
• 真核生物基因表达调控的种类 • 真核生物DNA水平上的基因表达调控
• 真核生物转录水平上的基因表达调控
• 真核基因转录后水平上的调控
第一节
真核生物的基因结构与转录活性
一、真核基因组结构特点 • 真核基因组结构庞大 • 单顺反子
五、染色质的结构与基因表达调控
1.活性染色质
按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非
活性染色质。
活性染色质是指具有转录活性的染色质；
非活性染色质是指没有转录活性的染色质。
活性染色质由于核小体发生构象的改变，往往具
有疏松的染色质结构。
“灯刷型”染色 体
真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸
是在基因转录起始位点（+1）及其5’上游大约100~200bp 以内的一组具有独立功能的DNA序列，每个元件长度大约 7~20bp,是决定RNA聚合酶转录起始点和转录频率的关键元件。
上游启动子元件：通过 TFⅡD复合物调节转录 起始的频率，提高转录 效率
核心启动子：确定转录 起始位点并产生基础水 平的转录
根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：
DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调控 （RNA加工成熟过程的调控、翻译水平的调控、蛋白质加工 水平的调控）
第三节 真核生物DNA水平上的基因表达调控
● 基因丢失 ● 基因扩增
● 基因重排
抗体分子的形成
Ti质粒 转座子
● DNA的甲基化与基因表达调控 ● 染色质的结构与基因表达调控
与DNA结合。
位于螺旋疏水区的亮氨酸 相互作用
碱性区与DNA相 结合
碱性区与DNA相 结合
碱性-螺旋-环-螺旋(bHLH )
二、真核基因转录调控的主要模式
信息传递 → 反式作用因子的活性
TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、
HSF（热激蛋白启动区）
2、结构
DNA结合结构域（DNA识别） 反式作用因子 连接区 转录活化结构域
DNA结合结构域：
– 螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）
– 锌指结构（zinc finger）
– 碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper）
露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是
否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使
转录功能的关键。
疏松的染色质结构便于转录调控因子与顺式
调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。
2.活性染色质的结构特点 活性染色质上具有DNaseI超敏感位点。 每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感 位点，大部分位于基因5´端启动子区域。
一、真核基因转录 二、真核基因转录调控的主要模式
一、真核基因转录
（一）真核基因结构
“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或 功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
（二）顺式作用元件
定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。 例： 启动子、增强子、沉默子等 （1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、 结合并导致转录起始的序列。 核心启动子和上游启动子元件
(三)假基因
是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产
物。
一般是启动子出现问题。
第二节 真核生物基因表达调控的种类
根据其性质可分为两大类：
1) 瞬时调控(可逆性调控)，它相当于原核细胞对环境条件 变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升 降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
2) 发育调控(不可逆调控)，是真核基因调控的精髓部分， 它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
2-9个
配位键
Cys2 / Cys2锌指
Cys2 / His2锌指
见于甾体激素受体
见于SP1，TF ⅢA等
转录因子SP1 （GC盒） 、连 续的3个锌指重 复结构。
碱性-亮氨酸拉链（ bZIP ） •二聚体 •亮氨酸之间相互作用形成二 聚体，形成“拉链” 。
•肽链氨基端有一个含20～30
个碱性氨基酸的结构域，能
⑥ 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过
核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核
生物中不存在这样严格的空间间隔。
⑦ 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接 过程，才能顺利地翻译成蛋白质。
三、基本概念 （一）基因家族（gene family) 真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、 功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。 如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都 属于基因家族 同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为 一个基因簇(gene cluster) 。
3×109bp、染色质、核膜
• 基因不连续性 断裂基因、内含子(intron)、 外显子(exon)
• 非编码区较多
多于编码序列(9:1)
• 含有大量重复序列
原核生物基因组结构特点 ● 基因组很小，大多只有一条染色体
● 结构简炼
● 存在转录单元多顺反子 ● 有重叠基因
二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间 结构方面存在以下几个方面的差异 试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性： 日常型甲基转移酶：催化处于半甲基化的DNA双 链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。
从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的CpG成 为mCpG
2.DNA甲基化抑制基因转录的机理 DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从 而影响了蛋白质与DNA的相互作用，即抑制了转 录因子与启动区DNA的结合效率。
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪
接方式形成不同mRNA。
PS DNA
外显子 S
PL
外显子 L
外显子 2
外显子 3
50b
2800bp
161bp
4500bp
205bp 327bp
初始转录本： 在唾腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。