第七章真核基因表达调控

四、DNA甲基化与基因活性的调节
DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则 诱导了基因的重新活化与表达。
1、DNA甲基化 DNA甲基化的主要形式
5-甲基胞嘧啶（5 – mC ) 7-甲基鸟嘌呤（7 – mG） N6 - 甲基腺嘌呤（ N6 – mG）
CpG通常成串出现在DNA上，这段序列往往被 称为CpG岛。
多基因家族，称为简单多基因。
细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
脊椎动物中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
真核生物中rRNA基因家庭各成员的成熟过程分析
DNA 由RNA聚合酶 I 转录完成
前rRNA（45S）
甲基化
主要在核糖的2-OH甲基化
RNA酶降解
5S rRNA
18S、28S、5.8S rRNA
小鼠淀粉酶基因的表达具有组织特异性。
同一段DNA序列生成了两条或两条以上的mRNA链。
相同密码子、不同起始位点 产生长度不同的蛋白质
不同起始位点、不同读码顺 序产生不同蛋白质
不同外显子的使用产生不同蛋白质
三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
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的 发育。它包括了基因丢失、扩增、重排和移位等方 式，可以消除或变换某些基因并改变他们的活性。 调控方式与转录及翻译水平的调控是不同的，因为 它使基因组发生了改变。
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1、“开放型”活性染色质结构对转录的影 响 HMG（high – mobility group) 蛋白，高速泳动族蛋
白，是染色体上一类低分子量非组蛋白。
转录之前，染色质
解旋或松弛
自由DNA
结构基因暴露
HMG蛋白
结合
启动子
导致
单链区形成，启动子暴露， 产生DNaseⅠ超敏感位点
DNA 与RNA聚合酶和其它 转录调控因子结合
用的性质; ⑥ 转录和翻译过程在时间和空间上的差别; ⑦ mRNA的加工。
一、基因家族 (gene family)
原核生物中，功能相关的基因组成操纵子，以多 顺反子mRNA进行转录，整个体系在一个启动子的 控制之下。
真核生物中，DNA是以单顺反子的形式存在。 单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个 蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
由RNA聚合酶III转录完成
2、复杂多基因家族 由几个相关的多基因构成，基因家族间由间隔
序列隔开，并作为独立的转录单位。
6000 bp, 重复1000次左右
3、发育调控的复杂多基因家族 血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体，
由两条链和两条链组成的四聚体加上一个血红素 辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。
rDNA以简单多基 因家族形式形成 中度重复序列
3、基因重排与变换 基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距
离很近的位点从而启动转录，这种方式称为基因重排。 例如：小鼠免疫球蛋白
免疫球蛋白由两条重链 （可变区V、连接区J、 恒定区C）和两条轻链
（V、C）组成；
V: variable C: constant
有功能的血红蛋白基因的基本结构：三个外 显子被两个内含子隔开。
类和类珠蛋 白基因家族
人在发育过程中 的血红蛋白类型
二、真核基因的断裂结构
1、外显子与内含子
断裂基因（interrupted gene）：真核生物基因除 了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编 码的序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加 工为成熟的mRNA时被去除。这样的结构基因称为 断裂基因。
2）连接区序列高度保守（GT-AG法则）；
5，GT 左剪接位点
donor site
AG 3, 右剪接位点
acceptor site
3、外显子与内含子的可变性
组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有 序或组成性地从mRNA前体中被剪接，这种剪接方 式称为组成性剪接。 选择性剪接：又叫变位剪接，指在剪接过程中可以 有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变 位剪接，产生出不同mRNA的过程，这种剪接方式 称为变位剪接。
染色质转录的动力学模型
蛋白因子能够利用 ATP水解所提供的能量， 将核心组蛋白八聚体从 DNA链中置换。
DNase Ⅰhypersensitive sites in the maize Adh1 promoter.
2、基因扩增
是指基因的拷贝数专一性大量增加，使细胞在短时 间内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要。 例如：非洲爪蟾卵母细胞中的 rRNA基因 ( rDNA )
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个 蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
基因家族 (gene family)：真核细胞中，许多功能 相关的基因成套组合，称为基因家族。
基因簇（gene cluster)：同一基因家族中的成员 紧密排列在一起，称为一个基因簇。
1、简单多基因家族 家族中的成员一般以串联方式前后连接形成的
真核基因表达调控根据性质分为两种类型：
瞬时调控或称可逆性调控： 相当于原核细胞对环境变化所做出的反应。
包括：某种底物或激素水平升降时，表现出细胞内酶 或某些蛋白质合成的变化；细胞周期不同阶段中酶活 性或浓度的调节。
发育调控或称不可逆调控：
是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生 长、分化、发育的全部进程。
真核基因表达调控的主要步骤
第一节 真核生物的基因结构与转录活性
真核细胞和原核细胞在基因转录、翻译、DNA空 间结构方面的主要差别：
① mRNA与多肽链的数量关系; ② 基因组DNA存在的形式; ③ 基因组DNA的结构; ④ DNA片段的重排及拷贝数的增加; ⑤ 转录调节区的大小，距离转录起始位点的距离及作
外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列， 即编码序列，称为外显子。一个基因总是以外显子 为起点和终点。
内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入 序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除，即非 编码序列，称为内含子。
2、外显子与内含子的连接区 特点: 1）内含子两端序列不能互补；
甲基化酶
日常型甲基化酶：在甲基化母链指导下使处于 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。