真核生物DNA水平上的基因表达调控
真核生物转录水平的调控机制
真核生物转录水平的调控机制一、转录因子转录因子是真核生物转录水平调控的重要环节。
它们可以识别和结合DNA上的特异序列，从而调控基因的表达。
根据结合位点的不同，转录因子可以分为上游启动子元件和增强子元件两类。
上游启动子元件主要包括TATA box和CAAT box等，而增强子元件则是一种具有增强基因转录功能的DNA序列。
二、染色质重塑染色质重塑是真核生物基因表达调控的重要机制之一。
染色质重塑可以改变染色质的结构，从而影响基因的表达。
染色质重塑过程中，染色质重塑复合物可以将核小体从DNA上移除或重新排列，从而改变染色质的可及性。
此外，染色质重塑还可以影响DNA的甲基化水平，进一步调控基因的表达。
三、miRNA和siRNAmiRNA和siRNA是真核生物中的非编码RNA，它们可以通过与mRNA的特异性结合来调控基因的表达。
miRNA和siRNA可以与mRNA 的3'UTR结合，导致mRNA的降解或翻译抑制，从而调控基因的表达。
此外，miRNA和siRNA还可以通过与转录因子或染色质重塑复合物等相互作用，影响基因的转录和表达。
四、转录起始和延伸转录起始和延伸是真核生物转录水平调控的重要环节。
转录起始和延伸过程中，RNA聚合酶可以识别启动子元件并开始转录，然后沿着DNA序列向下游移动并合成RNA。
在这个过程中，转录起始和延伸复合物可以与RNA聚合酶相互作用，从而影响转录的效率和方向。
此外，一些转录因子也可以与RNA聚合酶相互作用，进一步影响基因的表达。
五、转录后修饰真核生物中的RNA聚合酶可以使用各种转录后修饰来修饰其转录产物。
这些修饰可以包括mRNA的加尾、编辑、剪接和稳定性等。
这些过程可以影响mRNA的翻译效率和稳定性，从而影响基因的表达。
此外，一些蛋白质也可以通过磷酸化、乙酰化或甲基化等修饰来影响基因的表达。
六、细胞周期与细胞分化细胞周期和细胞分化是真核生物细胞生命活动中的重要过程，也是转录水平调控的重要方面。
第八章真核基因表达调控ppt课件
在小鼠中，95%的抗体轻链是κ型，而人类抗体 轻链中，κ型和λ型各占50%左右。
人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数
免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达
酵母交配型转换
8.1.4 DNA甲基化与基因调控
A. DNA的甲基化 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、
启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受 抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的 甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动 子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可 以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即 使增强后的启动子仍无转录活性。
P295, Fig. 8-15
C. DNA甲基化与X染色体失活
A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix, H-T-H） 结构。这一类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中 间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的 α螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA 双螺旋大沟中的结合。
同源域蛋白通过其第三个螺旋与双链DNA的大沟 相结合，其N端的多余臂部分则与DNA的小沟相
选择性剪接
➢ 原始转录产物可通过不同的剪接方式，得到不同 的mRNA，并翻译成不同蛋白质； ➢有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的 多聚（A）位点而使原始转录物具有不同的二级结构， 产生不同的mRNA分子，但翻译成相同蛋白质。 ➢同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程称为选择性剪接。
本章主要内容提要
1.真核生物的基因结构与转录活性； 2.真核基因转录机器的主要组成； 3.蛋白质磷酸化对基因转录的调控； 4.蛋白质乙酰化对基因表达的影响； 5.激素与热激蛋白对基因表达的影响； 6.其他水平上的表达调控。
真核生物基因表达调控
酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
(1) 锌指(zinc finger)
2. The pri5’ capping 3’ formation / polyA splicing
3. Mature transcripts are transported to the cytoplasm for translation
Chromatin
epigenetic control
Protein degradation RNA silencing
一般而言的基因表达调控范畴
二、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
按功能需要，某一特定基因的表达严格按 特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His C-terminal: α-helix binding DNA
常结合GC box
(2) 碱性亮氨酸拉链 bZIP
(3) 碱性螺旋-环-螺旋bHLH
bHLH蛋白(basic Helix-Loop-Helix)
2） TF常见的trans-activation domain
– usually expressed at high level – the level of their gene expression may vary
第十三章 真核生物基因表达调控
在染色质中的DNA潜在活性区域核小体组装较为
松弛且某些位点用DNaseⅠ处理时DNA极易断裂，
为高敏感位点（HS）
染色质上对DNaseⅠ的敏感区域有一定的界限 即使在一个基因内，各个区段对DNaseⅠ敏感
程度也不同，基因编码转录大范围表现一般 的敏感性，而在基因调控区的少数区域则显 示高度敏感性
真 核 生 物 基 因 表 达 调 控 七 个 层 次
染色质 DNA 染色质水平调控
DNA
转录调控
细胞核 细胞质
转录初产物 （RNA） 转录后加工调控
转运调控
mRNA
翻译调控
蛋白质前体
翻译后加工调控
mRNA降 解物
mRNA降解调 控
活性蛋白质
三、染色体水平上的调控
主要有：
染色质结构
DNA在染色体上的位臵
人的β-珠蛋白基因簇上、下游两个远侧区域就是 超敏感位点 LCR是一种远距离顺式调控元件（基因座调控区）， 具有增强子和稳定活化染色质的功能，也是特异 性反式调控因子的结合位点
组蛋白的乙酰化能使染色质对DNaseⅠ和微球
菌核酸酶的敏感性显著增强
非组蛋白
与染色质松散结合，或者在某些条件下才能
被阻遏状态
有活性状态
被激活状态
异染色质化
— DNA结构高度致密，处于阻
遏状态，无转录活性
组成型异染色质：染色质在整个细胞周期一直
保持压缩状态，不具转录活性
兼性异染色质：只在一定的发育阶段或者生理
条件下由常染色质凝聚而成，无持久活性
组蛋白对基因活性的影响
是基因活性的重要调控因子，当与裸露DNA混
原核、真核生物基因及表达调控
原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。
甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。
现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。
基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。
基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。
其实质就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。
原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。
随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。
迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。
一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。
[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。
RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。
真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。
所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。
[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。
经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。
而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。
不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。
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。
真核生物基因表达调控的特点
真核生物基因表达调控的特点一、真核生物基因表达调控的特征•基因组和染色体结构复杂：更多的调控信息，更复杂的转录起始机制；•细胞结构复杂：转录和翻译在时空上分开；•多细胞，多组织生物：细胞内外环境，细胞发育的不同阶段、细胞分化•真核基因表达的多层次调控:染色质水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平。
二、真核生物染色质结构与基因活性1.真核生物染色质结构•组蛋白：富含Arg、Lys的碱性蛋白质；在中性pH条件下带正电荷、高度保守的蛋白质；重复基因、连续基因、不加polyA；可以被修饰（乙酰化，甲基化）•核小体：有组蛋白和DNA组成，直径11nm。
•真核生物染色质经过不同层次的折叠形成高度压缩的规则结构；真核生物RNApol与启动子的结合收染色质结构的限制；真核生物基因转录的活化依赖于染色质重塑（remodeling）2.组蛋白对基因转录活性的影响•组蛋白和转录因子竞争基因的转录调控区。
•非乙酰化组蛋白可以抑制转录，乙酰化组蛋白可以抑制转录。
形成新的组蛋白共价键修饰(去甲基化)可以抑制基因转录活性。
3.DNA甲基化对基因转录活性的影响4.常染色质和异染色质•异染色质比常染色质压缩得更紧，因此异染色质区域的基因转录受到抑制。
二、转录激活因子对转录的影响1.转录激活因子的结构•真核生物的基因转录不仅需要激活染色质，还需要激活基因。
•顺式作用元件：启动子和增强子。
反式作用因子：基础转录因子（basal transcription factors),通用转录因子（general transcription factors）转录激活因子（transactivators）辅激活因子（coactivators）•转录激活因子的结构：DNA结合构域；转录激活结构域；二聚化结构域；效应分子结合位点。
每一个DNA结合结构域都含有一个DNA结合模体（motif）•增强器没有位置限制(从近到远都能看到)；无方向性(反转后依然有效)。
真核生物基因表达调控
含有大量重复序列
二、真核生物基因表达调控的特点 1、多层次 2、个体发育复杂 3、正性调节占主导 4、转录与翻译间隔进行
真核生物基因表达调控的种类：
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。 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－－蛋白质加工水平的调控
三． 活泼转录区染色质的结构变化：
1. 染色质的两种状态：
① 非活性状态【inactive (silent) state 】:如异染色质 ② 活化状态【active state 】：
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
cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
目录
蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
R R
Ｃ Ｃ
R： 调节亚基 C： 催化亚基
PKA的作用
1） 对物质代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调 节功能。
肾上腺素 ＋受体
二 、转录因子：
（一）、转录因子的类型： 1. 转录基础因子：basal factor
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
真核生物与原核生物基因表达调控的区别
之老阳三干创作
::,,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用转录出多顺反子RNA
实现协调调节真核基因转录产品为单顺反子RNA功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平其次是翻译水平。
原核生物基因以把持子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可呵护不被酶水解mRNA 的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产品及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA 的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
葡萄糖存在乳糖不存在此时无诱导剂。
真核生物基因表达的调控
真核⽣物基因表达的调控课次：19教案⽬的：使学⽣了解真核基因表达调控的特点、转录前的调控，掌握增强⼦的作⽤特点和反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
重点：增强⼦和反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
难点：反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
复习旧课：提问2⼈，了解教案效果。
导⼊新课：第⼋章真核⽣物基因表达的调控第⼀节概述真核⽣物细胞中由核膜将核和细胞质分隔开，转录和翻译并不偶联；基困组是由多条染⾊体组成。
真核基因的调节分为：真核基因表达调控的特点：第⼆节转录前的调控⼀. DNA的甲基化与去甲基化真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C>，⽽活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。
b5E2RGbCAP甲基化可使基因失活，去甲基化⼜可使基因恢复活性。
⼆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常染⾊质中的基因可以转录，异染⾊质(heterochromatin>，⽆基因转录表达。
2. 组蛋⽩的作⽤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。
核⼩体结构影响基因转录。
三基因重排和基因扩增对基因表达的影响基因重排(gene rearrangement>，即原胚性基因组中某些基因会再组合变化形成第⼆级基因。
p1EanqFDPw基因扩增(gene amplification>，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产⽣许多拷贝。
DXDiTa9E3d基因丢失：在细胞分化过程中，丢掉某些基因⽽去除其活性。
例如某些原⽣动物，线⾍、昆⾍、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染⾊体，只保留将来分化产⽣⽣殖细胞的那套染⾊体。
例如在蛔⾍胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。
在⾼等动植物中，尚未发现类似现象。
RTCrpUDGiT第三节真核基因转录⽔平的调控1 顺式作⽤元件(cis-acting elements>顺式作⽤元件：对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其⾃⾝同处在⼀个DNA分⼦上的基因；通常不编码蛋⽩质，多位于基因旁侧或内含⼦中。
真核生物的基因表达调控讲述
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 (yīyàng)，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。
第十一页，共128页。
11.2 DNA染色体水平 (shuǐpíng)的调控 。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(yíchuán)信息量都大大高于 原核生物。
②在真核结构基因的上游和下游 (xiàyóu)(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。
第五页，共128页。
真核生物和原核生物在基因表达调控 (diào kònɡ)上的区别是由两者生活方式的 不同所决定的。
第六页，共128页。
在真核基因表达调控(diào kònɡ)中 至少有4个方面与原核基因表达调控 (diào kònɡ)不同：
第四十九页，共128页。
①原核生物功能相关的基因常组织在一起 (yīqǐ)构成操纵子，作为基因表达和调节 的单元； 真核生物基因不组成操纵子，每个基因都 有其自身的基本启动子和调节元件，单独 进行转录；
第十七页，共128页。
DNA（2nm） 核小体(10nm）一级结构 螺旋管（30nm，6个核小体）二级结构
超螺旋管（0.4 µm）三级结构 染色(rǎnsè) 单体（2 µm） 四级结构
第十八页，共128页。
第十九页，共128页。
第二十页，共128页。
细胞内的染色质分为(fēn wéi)活性 的和非活性的染色质，绝大多数细胞在特 定阶段只有不到10％的基因具有转录活性， 多数基因处于非活性状态。
第四十三页，共128页。
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
【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
编辑ppt
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
编辑ppt
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。
真核生物的基因表达调控
因）、GAL7（半乳糖转移酶基因）和GAL10（半乳糖差向异构酶 基因），受到半乳糖可得性的协同调节，这3个基因尽管相互靠得 很近，但并不象原核生物那样组成操纵子。 在GAL1和GAL10之间有一段上游激活子序列（UAS），它为转 录因子GAL4蛋白的结合位点。 在没有半乳糖时，GAL4蛋白二聚体与GAL80蛋白组成的复合物 与UAS结合，这时GAL80作为阻遏蛋白阻止GAL4激活GAL基因 的转录；在有半乳糖（同时无葡萄糖）时，半乳糖的代谢物与 GAL80上的结合位点结合，改变了GAL80的构象，并导致GAL4 的磷酸化从而激活GAL4，GAL基因因此被诱导表达
激活蛋白的效应器结构域
激活蛋白的效应器结构域即是激活基因转录的激活结
构域。转录因子上的DNA结合结构域只能让转录因子 与特定的顺式作用元件结合，以“锁定”被调节的目 标基因，激活基因表达的功能由转录因子上专门的激 活结构域承担。 已发现三种常见的激活结构域：（1）酸性结构域—— 富含酸性氨基酸残基，但常有1个疏水的氨基酸残基镶 嵌在其中。（2）富含Gln结构域；（3）富含Pro结构 域。
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。
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
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复杂多基因家族 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。现已发现存在不 同形式的复杂多基因家族。
海胆的组蛋白基因家族 串联单位中的每一个基因分别被转录成单顺反子 RNA，这些RNA都没有内含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方 向转录，每个基因的转录与翻译速度都受到调节。 研究还表明，在一个特定的细胞中，并不是所有串联的单位都得到转录。 胚胎发育的不同阶段或不同组织中，有不同的串联单位被转录，暗示可 能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机制。
一、基因家族 二、真核基因的断裂结构 三、真核生物DNA水平上的基因表达调控 四、DNA 甲基化与基因活性的调控
前述：真核基因组的一般构造特点
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽 链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。
② 真核细胞DNA都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。
真核生物基因调控，根据其性质可分为两 大类：
第一类: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: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。
在真核生物中基因表达的调节其特点是:
（1）多层次; （2）无操纵子和衰减子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控主要应回答3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？ ② 基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、mRNA
的成熟或蛋白质合成）实现的？ ③ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
第一节：真核生物的基因结构与转录活性
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。
外显子(exon)：编码序列 内含子(intron)：非编码序列
外显子和内含子的概念与是否编码氨基酸的概念并不相对应。
从不连续基因到成熟mRNA之间存在着一个基因转录的中间体,叫做初级 转录物，叫做不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA), 这个基 因的初级转录物既含有外显子又含有内合子序列，
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。
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（而不是聚合酶I）完成转 录。
在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上 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聚合酶与它的结合。
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。
③ 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细 胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。
④ 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。
⑤ 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能 远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般 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。
目前尚不清楚内含子的生理功能。研究发现，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， 原核生物一般不具有这种本领。
从不均一核RNA到成熟mRNA要经过一转录后的加工拼接过程。
真核生物基因的不连续性和转录后加工是真核基因有别于原核基因的又 一重要特征。
在真核生物中也有些基因是不含内含子的，如组蛋白基因及 α型、β型干扰素基因 、大多数酵母蛋白基因等。
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。所以，真核基因有时被称为 断裂基因(interrupted gene)。
概述
目录
第一节：真核生物的基因结构与转录活性
第二节：真核基因的转录
第三节：反式作用因子
第四节：真核基因转录调控的主要模式
第五节：其他水平上的基因调控
概述
真核生物和原核生物由于基本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。
一、 基因家族(gene family)
来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的基因簇 或称基因家族。
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； 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。
简单多基因家族
简单多基因家族中的基因 一般以串联方式前后相连。 在大肠杆菌中，16S，23S和 5S rRNA基因联合成一个转录 单位，各种rRNA分子都是从 这个转录单位上剪切下来的。