第七章 真核基因表达调控(2)
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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、2、3、4、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、无操纵子和衰减子。
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。
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，在转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
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。
第七章基因表达与调控下真核基因表达调控一般规律
因丢失、扩增、重排和移位等方式，通过消除 或变换某些基因并改变它们的活性。
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
1. “开放”型活性染色质结构对转录的影响
核小体结构的消除或改变、DNA分子从右旋型 变为左旋型等，使结构基因暴露，促进转录因子与启 动子结合，诱发基因钻录。
2. 基因扩增：指某些基因的拷贝数专一性大量增 加的现象，它使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。
（4）翻译水平的调控
① 翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳 定性和mRNA翻译的起始频率，是一种迅速控 制基因表达的方式，是各种高等生物广泛采 用的调控方式。
② 翻译水平上的调控机制大致可以分为 两种类型：
固定装置式调控
非固定装置式调控
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
（5） 翻译后水平的调控 mRNA翻译的产物－－新生多肽链大多 是没有生物学活性的，必须经过加工、修饰 才能成为有活性的蛋白质
二. 基因家族 gene family 1. 概念 基因组中来源相同、结构相似、功能相
关的一组基因成为基因家族（gene family）。 一些基因彼此靠近，成串地排列在一起，这 种基因排列结构叫基因簇（gene cluster）。 在基因家族结构中经常会看到基因簇结构。
基因簇——多顺反子结构
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
2. 分类：
（1） 串联重复多基因家族
组蛋白、tRNA rRNA
（2） 分散重复多基因家族
Alu 家族
（3） 不同组织、细胞类型、发育时期表 达的多基因家族
同工酶（珠蛋白）
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
1. “开放”型活性染色质结构对转录的影响
核小体结构的消除或改变、DNA分子从右旋型 变为左旋型等，使结构基因暴露，促进转录因子与启 动子结合，诱发基因钻录。
2. 基因扩增：指某些基因的拷贝数专一性大量增 加的现象，它使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。
（4）翻译水平的调控
① 翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳 定性和mRNA翻译的起始频率，是一种迅速控 制基因表达的方式，是各种高等生物广泛采 用的调控方式。
② 翻译水平上的调控机制大致可以分为 两种类型：
固定装置式调控
非固定装置式调控
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
（5） 翻译后水平的调控 mRNA翻译的产物－－新生多肽链大多 是没有生物学活性的，必须经过加工、修饰 才能成为有活性的蛋白质
二. 基因家族 gene family 1. 概念 基因组中来源相同、结构相似、功能相
关的一组基因成为基因家族（gene family）。 一些基因彼此靠近，成串地排列在一起，这 种基因排列结构叫基因簇（gene cluster）。 在基因家族结构中经常会看到基因簇结构。
基因簇——多顺反子结构
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
2. 分类：
（1） 串联重复多基因家族
组蛋白、tRNA rRNA
（2） 分散重复多基因家族
Alu 家族
（3） 不同组织、细胞类型、发育时期表 达的多基因家族
同工酶（珠蛋白）
第七章基因表达与调控下真核基因 表达调控一般规律
真核基因转录调控
盒、以及距转录起始点更远旳上游元件。这些 元件与相应旳蛋白因子结合能提升或变化转录 效率。
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。
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。
第07章基因表达和调控
真核生物启动子
▪ TATA框(TATA box)：Hogness等在真核基因
中发现了类似Pribnow框的共同序列，即位 于-25～-30 bp处的TATAAAAG
▪ 上游启动子元件(upstream promoter element，
UPE)或上游激活序列(upstream activating sequence，UAS)： TATA框上游的保守序列
A transcription unit
▪ 转录因子(Transcription factor)：起正调控作
用的反式作用因子，转录起始过程中RNA 聚合酶所需的辅助因子
▪ 真核生物基因在无转录因子时处于不表达
状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录， 只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的 DNA序列上后，基因才开始表达
(1) 转录酶 的功原能核是生使物全：酶全识酶别α启2动β子β并′与σ之，结核合心酶
真核生物：I、II、III (2)调控元件的作用
原核生物： 超螺旋→ DNA解旋酶、拓扑异构酶I
1. 转录调控的类型
终止子→内在终止子(发夹结构、U串) 和依赖ρ因子的终止子
真核生物：
▪ (3) 基因共转录调控
原核生物：操纵子 真核生物：“同表达基因群” (synexpression group)，时间和空间上
4. 沉默子silencer
▪ T抗原受体(TCR)基因有α/β、γ/δ两种 ▪ 编码α链和δ链是同一基因座的两个等位基
因，α链恒定区Cα基因3’端下游有α增强子
▪ 对α基因专一的沉默子的作用是阻止Jα基因
在γ/δ型T细胞中参与重排，使Jα基因只参与 α/β型T细胞中的重排
▪ 在α和δ中选择α，使δ等位基因沉默
分子生物学基础第七章真核基因表达的调控第二节真核基因表达DNA水平的调控
性别转换，如图7-2所示。
图7-2 酵母中的交配型转换
分子生物学基础
第七章 真核基因表达的调控
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
一、基因丢失 在有些细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而 除去这些基因的活性。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 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。如马蛔虫受精卵有2条染色体，当个体 发育到一定阶段，分化为体细胞的那些细胞中的染色体断 裂为小的片段，有着丝点的小片段保留下来，其它的不能 分配到下一代而失去，基因的丢失决定了细胞的寿命。但 在高等生物的细胞分化中尚未发现基因丢失现象。许多生 物体分化的细胞其细胞核内保存了个体发育所必需的全部 基因，这些细胞具有经去分化和再分化而发育成完整个体 的潜在能力，这种能力称为全能性。
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
二、基因扩增 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现 象。基因扩增使细胞在短期内产生大量的基因产物，ห้องสมุดไป่ตู้满 足生长发育的需要，基因扩增是基因活性调控的一种该式。 最早发现的是蛙的成熟卵细胞在受精后的发育过程中其 rRNA基因（可称为rRNA）可扩增2000倍，以后发现其它动 物的卵细胞也有同样的情况，这很显然适合了受精后迅速
发育分裂，要合成大量蛋白质需要大量核糖体。
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
三、基因重排
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
交配型转换首先是核酸内切酶HO在MAT基因内部一个24bp序列处 切开双链DNA，自由的3'末端又在DNA聚合酶的作用下以上游（或下游）
HMLα基因为模板合成双链DNA，直到完全置换所有的MATa基因，完成
图7-2 酵母中的交配型转换
分子生物学基础
第七章 真核基因表达的调控
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
一、基因丢失 在有些细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而 除去这些基因的活性。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 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。如马蛔虫受精卵有2条染色体，当个体 发育到一定阶段，分化为体细胞的那些细胞中的染色体断 裂为小的片段，有着丝点的小片段保留下来，其它的不能 分配到下一代而失去，基因的丢失决定了细胞的寿命。但 在高等生物的细胞分化中尚未发现基因丢失现象。许多生 物体分化的细胞其细胞核内保存了个体发育所必需的全部 基因，这些细胞具有经去分化和再分化而发育成完整个体 的潜在能力，这种能力称为全能性。
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
二、基因扩增 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现 象。基因扩增使细胞在短期内产生大量的基因产物，ห้องสมุดไป่ตู้满 足生长发育的需要，基因扩增是基因活性调控的一种该式。 最早发现的是蛙的成熟卵细胞在受精后的发育过程中其 rRNA基因（可称为rRNA）可扩增2000倍，以后发现其它动 物的卵细胞也有同样的情况，这很显然适合了受精后迅速
发育分裂，要合成大量蛋白质需要大量核糖体。
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
三、基因重排
第二节 真核基因表达DNA水平的调控
交配型转换首先是核酸内切酶HO在MAT基因内部一个24bp序列处 切开双链DNA，自由的3'末端又在DNA聚合酶的作用下以上游（或下游）
HMLα基因为模板合成双链DNA，直到完全置换所有的MATa基因，完成
【教学】第七章 真核生物基因的表达调控
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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。
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。
真核生物基因表达调控步骤
真核生物基因表达调控步骤
小伙伴们！今天咱们来一起了解下真核生物基因表达调控的步骤。
这事儿听起来有点复杂，不过只要跟着我一步一步来，你会发现也没那么难啦。
然后呢，就是转录后调控啦。
这个时候刚刚转录出来的mRNA可就开始它的奇妙之旅了。
它会进行一些加工处理，像加帽和加尾这种操作。
这就好比给mRNA穿上了漂亮的衣服，让它在细胞里能更好地发挥作用。
这一步相对来说比较常规，不过你也得注意着点，有时候一些小细节没处理好，可能就会影响mRNA的稳定性呢。
我就曾经有一次差点在这出问题，还好及时发现了，所以大家可别掉以轻心哦！
再之后呢，就是翻译后调控啦。
新合成的蛋白质刚诞生，还不能马上就开始工作呢，就像刚出生的小婴儿还需要成长和学习一样。
它们可能会经过一些修饰，像磷酸化、糖基化之类的。
这一步我感觉像是给蛋白质赋予超能力的过程，真的很神奇！不过这一步也要小心谨慎，要是修饰错了地方，蛋白质的功能可能就会受到影响。
最后还有基因表达的表观遗传调控。
这个概念可能有点抽象，简单来说呢，就是在不改变DNA序列的基础上，通过对染色体结构的改变来调控基因表达。
比如说DNA 甲基化组蛋白修饰之类的。
这一步我觉得就像给基因表达设定了一些隐藏的规则一样。
这一点真的很重要，我通常会再检查一次，真的，确认无误是关键！。
真核生物基因表达调控2
血红蛋白组成 ξ 2 ε 2 ξ 2 γ2 α2 ε 2 α2 γ2 α2δ2 α2β2
发育阶段 胚胎期（8周前） 胎儿期 成年期
5、真核基因的断裂结构（外显子与内含子）
外显子：编码序列（10%左右？） 内含子：非编码序列
只有真核生物具有切除基因中内含子，产生功能型mRNA和蛋白质的 能力。
6、真核生物DNA水平上的基因表达调控
1、开放型活性染色质结构对转录的影响 转录前染色质在特定区域发生核小体结构的消除 或改变、DNA本身局部结构变化、DNA从右旋到左 旋转变等，促使结构基因暴露而诱发基因转录.
处于活跃状态的基因的在染色质上有一个或数个 DNA酶I敏感位点（多位于5‘端启动区）比非活跃 态基因易被DNA酶I所降解。 DNA酶I敏感位点的 产生是染色质结构规律变化的结果，该变化使DNA 易与RNA聚合酶和其它转录调控因子结合，从而启 动基因表达，也易被DNA酶I所降解。
酵母细胞的“交配型转换”（基因转换） （P249图）
7、DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一， 可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化 能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了 基因的重新活化和表达。 DNA甲基化的主要形式 5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟 嘌呤。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出 现在CpG和CpXpG中。 原核生物中CCA/TGG和GATC也常被 甲基化。
▲细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基 因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子的 mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条 mRNA，即mRNA是单顺反子，基本上没有操纵元的结 构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形 成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题。 ▲原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂 交等实验表明：哺乳类基因组中仅约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。 ▲原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连 续的，而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续 的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经 剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质， 这就增加了基因表达调控的环节。
发育阶段 胚胎期（8周前） 胎儿期 成年期
5、真核基因的断裂结构（外显子与内含子）
外显子：编码序列（10%左右？） 内含子：非编码序列
只有真核生物具有切除基因中内含子，产生功能型mRNA和蛋白质的 能力。
6、真核生物DNA水平上的基因表达调控
1、开放型活性染色质结构对转录的影响 转录前染色质在特定区域发生核小体结构的消除 或改变、DNA本身局部结构变化、DNA从右旋到左 旋转变等，促使结构基因暴露而诱发基因转录.
处于活跃状态的基因的在染色质上有一个或数个 DNA酶I敏感位点（多位于5‘端启动区）比非活跃 态基因易被DNA酶I所降解。 DNA酶I敏感位点的 产生是染色质结构规律变化的结果，该变化使DNA 易与RNA聚合酶和其它转录调控因子结合，从而启 动基因表达，也易被DNA酶I所降解。
酵母细胞的“交配型转换”（基因转换） （P249图）
7、DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一， 可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化 能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了 基因的重新活化和表达。 DNA甲基化的主要形式 5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟 嘌呤。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出 现在CpG和CpXpG中。 原核生物中CCA/TGG和GATC也常被 甲基化。
▲细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基 因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子的 mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条 mRNA，即mRNA是单顺反子，基本上没有操纵元的结 构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形 成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题。 ▲原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂 交等实验表明：哺乳类基因组中仅约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。 ▲原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连 续的，而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续 的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经 剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质， 这就增加了基因表达调控的环节。
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
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
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
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
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②利用多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式产生 不同的蛋白质。
③虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位 点的基因。
（二）翻译水平的调控 1、mRNA的稳定性与基因表达调控
例：转运铁蛋白受体（TfR）和铁蛋白负责铁吸收和铁 解毒。这两个mRNA上存在相似的顺式作用元件，称 为铁应答元件（iron response element，IRE）。
STAT：信号转导
子和转录激活子
JAK-STAT途径
干扰素诱导JAK、STAT复合体 核内转移及调节基因转录机制
目录
2、胞内受体介导的信息传递 细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白
小分子激素激活其 受体分子的机制
胞内受体的基 本结构分析
类固醇激素与甲状腺素通过胞内 受体调节生理过程
Contents
Contents
• 真核生物的基因组 • 真核生物基因表达调控的特点和种类 • 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
第四节 真核生物转录水平上的基因表达调控 一、真核基因转录 二、真核基因转录调控的主要模式 信号转导
（一）概 述
外界环境变化时 单细胞生物 —— 直接作出反应 多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信号传递 系统来传递信息，从而调控机体活动。
高度可变区
DNA结合区
位于N端，具有转录活性 含有锌指结构 位于C端，结合激素、热休克蛋 白，使受体二聚化，激活转录
激素结合区
配体：类固醇激素、甲状腺素等 功 能：多为反式作用因子，当与相应配 体结合后，能与DNA的顺式作用元件结 合，调节基因转录。
（二）信号传导途径
1、膜受体介导的信息传递
跨膜受体型TPK
GRB2 P
具PTK活性的受体
二聚化
SOS
P
Ras-GTP Raf P
细 胞 膜
MAPKK
P
细 胞 核
反式作用因子 调控基因表达
P
MAPK
P
调节其他蛋白活性
目录
• 胞质非受体型TPK：
受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它们能借 助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白JAK完成
信息转导。
下列哪种物质不属于第二信使: A.cAMP
B.DAG
C.PLC
D.IP3
E.Ca2+
真核生物DNA中胞嘧啶存在甲基化修饰，绝大 多数甲基化发生（ ）二核苷酸对上
A、 CC
B、 CT
C 、CG
D、 CA
中科院上海生化所 98
增强子的作用具有细胞或组织的特异性。 （ ） 中科院上海生化所 2001
两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上， 致使α亚基丧失GTP酶的活性，结果GTP永久结合在 Gs的α亚基上，使α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环 化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持 续外流，产生严重腹泻而脱水。 目录
2、胞内受体(membrane receptor)
肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需
要加工。这类基因转录后加工有3种不同形式：
(2) 复杂转录单位。含有复杂转录单位的主要是一些 编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有
数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种
不同方式加工成两个或两个以上的mRNA。
①利用多个5’端转录起始位点或剪接位点产生 不同的蛋白质。
• 真核生物的基因组 • 真核生物基因表达调控的特点和种类 • 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
五、真核基因转录后水平上的调控
（一）RNA的加工成熟 1、rRNA和tRNA的加工成熟 rRNA的加工：分子内的切割和化学修饰
rRNA化学修饰：甲基化 原核生物：碱基甲基化
2、 蛋白质因子的修饰与翻译起始调控
• 用兔网织红细胞粗抽提液研究蛋白质合成时发现，如 果不向这一体系中添加氯高铁血红素，网织红细胞粗 抽提液中的蛋白质合成抑制剂HCI就被活化，蛋白质 合成活性在几分钟之内急剧下降，很快就彻底消失。 • 现已查明，网织红细胞蛋白质合成的抑制剂HCI是受 氯高铁血红素调节的eIF-2的激酶，可以使该因子的 α-亚基磷酸化并由活性型转变为非活性型。
中国科学院上海生化与细胞所2002年招收硕士研究生入学考试
真核生物RNA聚合酶III负责转录_________ 基因重排是指____________.通过基因重排调节基 因活性的典型例子是_________
北师大99
真核生物：核糖甲基化
tRNA基因转录时也可能先生成前体tRNA，然后再进
行加工成熟。一般认为，tRNA基因的初级转录产物
在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5S
前体tRNA，再行剪接成为成熟tRNA（4S）。
2、mRNA的加工成熟
hnRNA确定是mRNA前体的证据
3、真核生物基因转录后加工的多样性 • 真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类： 即简单转录单位和复杂转录单位。 (1) 简单转录单位。这类基因只编码产生一个多
（1） cAMP - 蛋白激酶Ａ途径/（P269）
A激酶（PKA）：依赖于cAMP的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ白激酶。
cAMP调控的A激酶活性
不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：
●在肌肉细胞1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖
1-磷酸（图），而抑制糖原的合成
cAMP活化糖原磷酸化酶示意图
●在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相
Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。
受体的定义 是细胞膜上或细胞内能特别识别生物活 性分子并与之结合的成分。它能把识别和接
受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，
进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是
糖脂。
能与受体呈特异性结合的生物活性分子 则称 配体(ligand)。
1、膜受体(membrane receptor) 存在于细胞质膜上的受体，根据其结构和
关基因的表达。
CRE（cAMP response element， cAMP应答元
件）是DNA上的调节区域。 (TGACGTCA)
CRE结合蛋白(cAMP response element bound protein,CREB)
cAMP信号与基因表达
• 该信号途径涉及的反应链可表示为： 激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶
非洲爪蟾体细胞中rDNA拷贝数约有500个，而 在卵母细胞中的拷贝数约增加了———倍，可
以用来转录合成卵裂所需要的ribosome。
a.1000 b.2000 c.4000 d.400
中科院上海生化所 2001
RNA聚合酶I是转录核糖体RNA的（ ） 活跃转录的基因均位于常染色质中，处于异染色 质中的基因通常不表达。（ ）
• (A) 顺式作用元件 (B) 反式作用元件
(C) 顺式作用因子
(D) 反式作用因子
(E) 顺／反式作用元件
对自身基因转录激活具有调控作用的DNA序列 A 由特定基因编码、对另一基因转录具有调控作用的转录因 子 D
反式作用因子上的几种重要的DNA结合结构域有:
螺旋-转折-螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链和碱 性-螺旋-环-螺旋
PS DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 外显子 S PL 外显子 L 外显子 2 外显子 3
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
真核生物基因表达不需要 （A）转录因子
（B）衰减子
（C）启动子
（D）沉默子
（E）增强子
表皮生长因子（EGF）的信号转导通路与下列哪种
物质有关
（A）受体型酪氨酸蛋白激酶
（B）G蛋白偶联受体
（C）CGMP （D）腺苷酸环化酶 （E）离子通道受体
依赖cAMP的蛋白激酶是: A.PKC B.PLC C.CKⅡ D.PKG E.PKA
→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白→
基因转录
（2）磷脂酰肌醇途径
磷脂酶C（PLC-β） 4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）
1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）
二酰基甘油（DAG）
（3）酪氨酸蛋白激酶途径（PTK/TPK） 分类： 跨膜受体型TPK和胞质非受体型TPK
细胞外信号 EGF、PDGF等
转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体，
G蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体。
（1）G 蛋白偶联受体
又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体
目录
※ G蛋白(guanylate binding protein) 是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜 胞浆面的外周蛋白，由、、 三个亚基组成。 有两种构象：非活化型；活化型
• IRE与IRE结合蛋白（IREBP）相互作用控制了这两 个mRNA的翻译效率。当细胞缺铁时，IREBP与IRE 具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白 mRNA的翻译，与此同时，TfR mRNA上3'非翻译区 中的IRE也与IREBP特异结合，有效地阻止了TfR mRNA的降解，促进TfR的合成。
跨膜信号转导的一般步骤 特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应
※细胞间信息物质是由细胞分泌的
调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，