分子第六章真核基因表达调控资料.
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
第六章 真核生物基因表达调控教案
教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第6 章原核生物的表达调控计划学时 4教学目的和要求：a)真核生物的基因结构与转录活性b)真核基因的转录c)反式作用因子*d)真核基因转录调控的主要模式e)其他水平上的基因调控重点：真核生物翻译调控的影响因素及其转录调控的主要模式。
难点：真核生物翻译调控的影响因素及其转录调控的主要模式。
思考题：1真核基因转录调控的主要模式有哪些？第六章真核基因表达调控原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。
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，每个真核细胞所携带的基因数量及总基因组中蕴藏的遗传信息量都大大高于原核生物。
人类细胞单倍体基因组就包含有3×109bp总DNA，约为大肠杆菌总DNA的1000倍，是噬菌体总DNA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。
转录水平调控（transcriptional regulation）；转录后水平调控（post transcriptional regulation）；翻译水平调控（translational regulation）；蛋白质加工水平的调控（regulation of proteinmaturation）等。
真核生物基因表达调控
第十章作业1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。
①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化②转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低③RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。
④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控⑤在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制⑦对mRNA选择性降解的调控2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同？相同点：①与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控，并且也以转录水平调控为最重要；②在真核结构基因的上游和下游(甚至内部)也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。
不同点：①原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。
②在原核基因转录的调控中，既有激活物参与的正调控，也有阻遏物参与的负调控，二者同等重要。
③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，即在转录尚未完成之前翻译便已开始。
④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能不同，基因表达的情况也就不一样，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。
3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。
甲基化抑制基因转录的机制：DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，DNaseⅠ超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。
DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。
4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？①螺旋-转折-螺旋②锌指结构③碱性-亮氨酸拉链④碱性-螺旋-环-螺旋5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。
真核生物的基因表达调控
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• 锌指结构域The zinc finger domain
锌指结构有2种形式： C2H2 zinc finger和C4 zinc finger •C2H2 zinc finger：由12个氨基酸组成的环，通过2个半胱氨 酸（C，Cys）和2个组氨酸（H，His）残基固定，这4个残基 与Zn2+在空间上形成一个四面体结构。 一般情况下需要3个 或更多的C2H2型锌指才能与DNA结合，如在TFIIA有9个重复， 转录因子SP1有3个重复。 •C4 zinc finger： Zn2+与4个半胱氨酸（C，Cys）结合，存 在于类固醇激素受体转录因子中。
限定于结构域之内。
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反式作用因子的结构与功能
（1）概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开 放（正调控）或关闭（负调控）。
（2）通用或基本转录因子—RNA聚合酶结合启动子所必需 的一组蛋白因子。如：TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE 等。 （3）特异转录因子( special transcription factors)—个别 基因转录所必需的转录因子.如：OCT-2：在淋巴细胞中特 异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。
(2) 动态模型（dynamic model）：认为转录因子与组 蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经 历结构上的改变，即染色质重塑。在染色质重塑过 程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时使核小 体解体。
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组蛋白的乙酰化-去乙酰化 蛋白的乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节的一种 重要的形式，通过乙酰化或去乙酰化，改变了染色质 结构或是转录因子的活性，可以调节基因转录的活性。 组蛋白的乙酰化和去乙酰化能打开或关闭某些基因， 增强或抑制某些基因的表达。 组蛋白的8个亚基上有32个潜在的乙酰化位点。组 蛋白的乙酰化过程由组蛋白乙酰转移酶催化完成。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七年制2班内容摘要：真核生物细胞结构比原核生物复杂，转录和翻译在时空上都被分隔开，分别在细胞核和细胞质中先后进行，并且基因组和染色体结构复杂，蕴藏大量的调控信息，因此真核生物基因表达的调控要比原核生物要复杂的多。
真核生物可以从多个层次调控基因表达。
一、真核生物基因表达调控的种类（一）根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，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。
二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。
（二）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－－翻译水平调控——翻译后水平调控二、真核生物基因表达的调控的多层次性真核生物基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平加以精确地调控。
主要体现在以下几个水平上：（一）DNA 水平：主要包括：染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等，这些变化都是永久性的，会随着细胞分裂传递给子代细胞，使这类细胞具有特定的表型，成为某种特定的分化细胞。
1：基因的丢失、扩增与重排1)基因丢失：只存在于一些低等生物体细胞中。
在细胞分化时，当需要消除某些基因活性时才发生。
采用基因丢失的方式调控是不可逆的。
体现了真核细胞全能性。
例如小麦瘿蚊的染色体丢失，瘿蚊卵跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有特殊的细胞质，极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞→其他细胞质区域核→丢失32条、留8条→体细胞；2)基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。
如非洲爪蟾的基因扩增，是两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增。
分子遗传学的内容
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mRNA基因转录激活及其调节
• mRNA基因是蛋白质基因，在基因组中占据 绝大多数，由RNA聚合酶II转录，真核RNA 聚合酶II与十几种基本转录因子结合成转录 起始复合物，对蛋白质基因进行转录。基本 转录因子中只有TFII D可以和TATA盒结合. TFII D由TBP（TATA结合蛋白）和十几种 TBP相关因子（TAF）构成。真核基因调节 的三大要素是顺式作用元件 反式作用因子 和RNA聚合酶，它们通过DNA和蛋白质及 蛋白质和蛋白质的相互作用调节的转录。
• （1） DNase I超敏位点: 由于转录激活区组 蛋白部分脱落，产生DNase I超敏位点 。
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• （2）DNA 拓扑构像发生变化，DNA转录 时，RNA 聚合酶的前面是正超螺旋，后面 是负螺旋。
• （3） DNA碱基修饰变化 转录激活的基因 处于低甲基化状态。
• （4）组蛋白的数量、结构和化学修饰发生 变化
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• 二、真核基因表达调节特点:
• （A） RNA聚合酶 原核生物只有一种RNA 聚合酶，真核生物有三种，分别转录不同的 RNA，RNA聚合酶II负责转录蛋白质的基 因 ，因此该酶最为重要 。
• （B） 活性染色质结构的变化 基因转录可 在染色质水平上调节，基因转录激活的染色 质在结构和性质上发生如下变化；
• 男性性别基因丢失九成 千万年后男人将消失! 澳大利亚国立大学的遗传学家詹妮?格雷夫斯教授 在近日的第15届国际染色体代表会议上发表讲话
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• 称，1000万年后目前现存的这种男人类型将 在地球上消失。3亿年前，当男性特有的Y 染色体产生之际曾含有1438个基因，但到目 前为止其中的1393个基因已经消失了，剩下 的45个基因也将在1000万年后消失。这就意 味着负责睾丸发育和男性荷尔蒙分泌的SRY
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
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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06基因的表达与调控
Jacob and Monod
2020/6/3
2、操纵子的定义 操纵子：是基因表达的协调单位，由启动子、操纵 基因及其所控制的一组功能上相关的结构基因所组 成。操纵基因受调节基因产物的控制。
2020/6/3
2020/6/3
三、原核基因调控机制的类型与特点
1、根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白） 的应答，可分为： 正转录调控 负转录调控
2020/6/3
2、空间特异性(spatial specificity)
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性。
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
2020/6/3
酶合成的阻遏操纵子模型
调节基因
结构基因 操纵基因
调节基因 操纵基因 结构基因
mRNA 酶蛋白
辅阻遏物
辐阻遏物 如果某种物质能够阻止细菌产生合成这 种物质的酶，这种物质就是辅阻遏物。
2020/6/3
3、在负转录调控系统中，调节基因的产物是阻遏蛋 白（repressor），起着阻止结构基因转录的作用 。 根据其作用特征又可分为负控诱导和负控阻遏：
• 在负控诱导系统中，阻遏蛋白与效应物（诱导物） 结合时，结构基因转录；
• 在负控阻遏系统中，阻遏蛋白与效应物（辅阻遏物 ）结合时，结构基因不转录。
2020/6/3
2020/6/3
4、在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋 白（activator）。 根据激活蛋白的作用性质分为正控诱导和正控阻遏
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。
第六章 真核生物基因表达
（一）真核生物基因组DNA甲基化
1.真核生物DNA甲基化位点 真核生物DNA的mCpG是DNA甲基化的主要形式
CpG岛: 由于CpG通常成串在DNA双链对称出现，被称为~， mCpG占全部CpG的70%
76,000 ?
52,000 ?
44,000 ?
?
?
?
?
普遍 淋巴细胞 淋巴细胞 普遍 普遍
▪ 了解启动子及各个元件的特点、信息有 什么作用？
▪ 启动子有没有改造的空间呢?
▪ 双向启动子
▪ 组织特异性启动子
▪ 诱导性启动子
（二）增强子
增强子（enhancer）：又称为远上游序列，位于转录起始位点
人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数量比较
V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞，发育 分化时，通过染色体内DNA重排把4个相隔较远的基因片段连接在一起，产生 具有表达活性的免疫球蛋白基因。
▪ 酿酒酵母接合型：
▪酵母细胞通 过交换型转 换过程改变 自己的性别。 MATa或 MATα基因 座位两侧分 别存在两个 MAT样基因 HMLα和 HMRa沉默 交配型盒。
(3)DNA去甲基化位点的特点
① DNA去甲基化位点范围和DNA酶I优先敏感区域十分 吻合
②只有一小部分CG二核苷酸对的去甲基化与基因激活有关， 它们位于对基因表达关系十分密切的序列中
▪ (4) DNA甲基化/去甲基化对基因活性调控的相对性 ① DNA甲基化程度因物种而异
DNA甲基化随进化程度的提高而增强
的上游，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的
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-真核生物基因表达调控
3 基因重排与交换
将一个基因从远离启动子的地方移到距它很
Hale Waihona Puke 近的位点从而启动转录，这种方式称为基因 重排。
通过基因重排调节基因活性的典型例子是免
疫球蛋白和T-细胞受体基因的表达。
V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发 育分化时，通过染色体内DNA重组把4个相隔较远的基因片段连接在一起， 从而产生了具有表达活性的免疫球蛋白基因。
发育早期：只有一个着丝点行使功能，
从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的CpG成 为mCpG
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。
一．
基因丢失： 在细胞分化过程中，某些原生动物、线虫 、昆虫等体细胞通过丢失某些基因而除去 这些基因的活性。 马蛔虫：只有一对染色体，染色体上有许 多着丝点。
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。
8.2 DNA水平的基因表达调控
1染色质水平的调节：“开放”型活性染色质
（activechromatin）结构对转录的影响
2基因扩增
3基因重排与交换
4
DNA甲基化与基因活性的调控
1 染色质状态对基因表达的调控
能相关的基因，这些基因成套组合称为基因家族。 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) 。
1、简单多基因家族
真核生物的基因表达调控
锥体虫主要表面抗原基因的重排
酿酒酵母在交配类型转换过程中发生的基因重排
DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是一种复制后加工反应。真核生物和原核生物的甲基 化位点和甲基化的功能完全不同。 真核生物DNA的甲基化位点主要是CpG 二核苷酸（少数是CpNpG 三核苷酸序列）之中的C，甲基供体为SAM，由DNA甲基化酶催 化，C甲基化后成为5-甲基胞嘧啶。 CpG序列在基因组中的分布并不均一，它们通常成簇存在，形成 所谓的CpG岛。每一个CpG岛长度在1kb~2kb左右，通常位于基因 的启动子附近或内部，并有可能延伸到基因的第一个外显子。 甲基化样式与基因表达有关：活性基因的CpG岛处于去甲基化状 态，非活性基因的CpG岛处于甲基化状态。管家基因的CpG岛在 所有的细胞都呈去甲基化状态，而组织特异性基因的CpG岛只是 在表达它的细胞才处于去甲基化状态。
抗体轻链基因的重排机制
胚性细胞内轻链基因的结构
抗体重链基因重排、转录、后加工和翻译
D基因和J基因连接的多样性
锥体虫主要表面抗原基因的重排
锥体虫是由一种叫采采蝇的吸血蝇传播的血液寄生 性原生动物，它是非洲昏睡病的病原体。在应付宿 主细胞的免疫系统方面，锥体虫可谓是魔高一丈， 它会不断而有序地改变其表面抗原，以逃避免疫系 统对它的攻击，因此，一旦人被感染锥体虫，患者 极容易进入慢性感染状态，最后可能发展到严重的 神经损伤、昏迷或死亡。 锥体虫的表面抗原性质与其可变的表面糖蛋白 （VSG），由它形成一种保护性的外被。锥体虫基 因组约有1000拷贝的VSG基因，但并不是所有的 VSG基因都能表达。只有处于表达偶联位点的拷贝 （ELC）才有可能被转录，其它位点上的VSG被称 为基本拷贝（BC），无转录活性。
DNA甲基化与印记
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（4）在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始 点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制 RNA聚合酶对它的结合。而在真核生物中，基因转录的调节区则 大得多，它们可能远离核心启动子几百个甚至上千个碱基对。虽 然这些调节区也能与蛋白质结合，但是并不直接影响启动子区对 于RNA聚合酶的接受程度，而是通过改变整个所控制基因5’上游 区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。
五、真核基因的断裂结构
◇真核基因断裂结构的特点： 外显子-内含子连接区的高度保守性和特异性碱基序列GU-AG。
五、真核基因的断裂结构
◇外显子与内含子的可变调控： 在基因转录，加工产生成熟mRNA分子时，内含子通过剪接加工 被去掉，保留在成熟mRNA分子中的外显子被拼接在一起，最终 被翻译成蛋白质。因此，通过反转录酶的作用，由成熟mRNA产 生的cDNA分子中，只含有外显子，没有内含子。
（5）真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片 段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。 （6）真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜， 到达细胞质基质后，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 被顺利地翻译成蛋白质。
二、真核基因调控的类型
◇真核生物基因调控可分为两大类： 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时，或 细胞周期不同阶段中酶活性的调节。 第二类是发育调控或称不可逆性调控，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。
四、基因家族
◇在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并且以多顺 反子mRNA的方式进行转录，整个体系被置于一个启动子的控制 之下。真核细胞的DNA是单顺反子结构，很少出现置于一个启动 子控制之下的操纵子。真核细胞中许多相关的基因常按功能成套 组合，被称为基因家族。 ◇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。 但更多的时候，它们分散在同一染色体的不同部位，甚至位于不 同的染色体上，具有各种不同的表达调控模式。
Prepared and presented by Dengyue Yuan
第六章 真核基因表达调控
Molecular Biology
第一节 真核基因表达调控 相关概念和一般规律
Molecular Biology
真核生物与原核生物
◇真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA空间结构方面存在 如下差异： （1）在真核细胞中，一条成熟mRNA链只能翻译出一条多肽链，原 核生物中常见的多基因操纵子形式在真核细胞中比较少见。 （2）真核细胞的DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合，只有一小部分 DNA是裸露的。 （3）高等真核细胞DNA中大部分不转录，有些序列重复几百次甚至 上百万次。此外，真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。
一、真核基因组的复杂性
1、基因组大。 2、染色质在核膜内。 3、基因组是二倍体或多倍体。 4、没有操纵子结构。 5、基因组中仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码， 其余约90%的序列功能至今还不清楚。
一、真核基因组的复杂性
6、有外显子（exon）和内含子（intron）。 7、存在大量重复序列。 8、基因转录的调节区相对较大。 9、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。
◇活泼转录区对核酸酶的敏感性提高。 ◇正在转录的DNA甲基化程度降低。 ◇活泼转录的染色质常常缺乏组蛋白H1 ，其他核心组蛋白则被乙酰化或与 泛素相结合而修饰。 ◇非常活泼的转录区，如许多真核生物的rRNA基因处，没有核小体结构。
1、染色质结构影响基因转录
◇真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之前， 染色质常会在特定的区域被节选松弛，形成自由DNA。 ◇这种变化可能包括核小体结构的消除或改变，DNA本身局部 结构的变化，从右旋型变成左旋型（Z-DNA）等，这些变化可 导致结构基因暴露，促进转录因子与启动区DNA的结合，诱发 基因转录。
二、真核基因调控的类型
◇根据基因调控在同一事件中发生的先后次序，真核生物基因 调控又可分为： 转录水平调控：遗传水平的DNA调控和表观遗传水平的染色质 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 及蛋白质加工水平。
三、真核基因表达调控的特点
1、真核基因表达以正性调控为主。
第二节 真核生物DNA水平 上的基因表达调控
Molecular Biology
Content
一、染色质结构对真核基因转录的调控 二、 DNA甲基化与基因活性的调控 三、基因扩增对基因表达的影响 四、基因重排对基因表达的影响
一、染色质结构对真核基因转录的调控
1、染色质结构影响基因转录 染色质的两种状态： 非活性状态：如异染色质 (heterochromatin)。 活性状态：
◇浓缩状态的染色质称为异染色质，为非活性转录区。真核生物 可通过异染色质化关闭某些基因的表达。
2、组蛋白
◇组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用，非组蛋白成分起到特 异性的去阻遏促转录作用。 ◇组蛋白的修饰：组蛋白N端尾部，尤其是H3和H4的修饰，起始 了染色质结构的变化。 修饰类型包括甲基化、乙酰化和磷酸化。 ◇组蛋白修饰可能影响核小体结构或者非组蛋白的结合位点，从 而改变染色质的性质。通常认为乙酰化和活性染色质，甲基化和 非活性染色质相关，但这并非是一个统一的规律。
四、基因家族
1、 简单多基因家族—— 基因一般以串联方式前后相连。
四、基因家族
2、复杂多基因家族：一般由几个相关基因家族构成，基因 家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。
四、基因家族
3、发育调控的复杂多基因家族。
五、真核基因的断裂结构
◇在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子并 不连续排列在一起，而是常常被长度不等的内含子所隔离，形成 镶嵌排列的断裂方式，因此，真核基因有时被称为断裂基因 (interrupted gene)。