14 第十四章__真核生物的转录调控_
普通遗传学第十四章 基因表达的调控
第一节 原核生物的基因调控
一、转录水平的调控
→原核生物基因表达的调控主要发生在 转录水平。
→当需要某一特定基因产物时，合成这 种mRNA。当不需要这种产物时， mRNA转录受到抑制。
1、乳糖操纵元模型
大肠杆菌的乳糖降解代谢途径： Monod等发现，当大肠杆菌生长在含有乳 糖的培养基上时，乳糖代谢酶浓度急剧增 加；当培养基中没有乳糖时，乳糖代谢酶 基因不表达，乳糖代谢酶合成停止。 为此，Jacob和Monod（1961）提出了乳糖 操纵元模型，用来阐述乳糖代谢中基因表 达的调控机制
转录效率更高
→在有葡萄糖存在时，不能形成cAmp， 也就没有操纵元的正调控因子cAmp-CAP 复合物，因此基因不表达。
乳糖操纵元的正调控
2、色氨酸操纵元
大肠杆菌色氨酸操纵元是合成代谢途径中 基因调控的典型例子。
◆trp操纵元由5个结构基因trpE、trpD、trpC、
trpB和trpA组成一个多顺反子的基因簇。 5′端是启动子、操纵子、前导顺序（trpL）和 衰减子（attenuator）。
❖ 负调控：存在细胞中的阻遏物阻止转录过程的 调控。
❖ 正调控：调节蛋白和DNA以及RNA聚合酶相 互作用来帮助起始。诱导物通常与另一蛋白质结 合形成一种激活子复合物，与基因启动子DNA序 列结合，激活基因起始转录。
原核生物中基因表达以负调控为主, 真核生物中 则主要是正调控机制。
图 14-1 正调控和负调控
2、反义RNA调控
反义RNA可与目的基因的5’UTR（ untranslated region ）互补配对，配对的区域 通常也包括启动子的SD序列，使mRNA不能与 核糖体有效结合，从而阻止蛋白质的合成。
反义RNA基因已被导入真核细胞，控制真核生 物基因表达。例如，将乙烯形成酶基因的反义 RNA导入蕃茄，大大延长了蕃茄常温贮藏期。
生物化学》ppt课件14.第十四章-基因表达调控
1.操纵子的结构与功能
一个操纵子=调节序列+启动序列+操纵序列+编码序列
⑴调节序列(inhibitor,I):编码一种阻遏蛋白(repressor) 。 ⑵启动序列(promoter,P):结合RNA聚合酶，启动转录。 ⑶操纵序列(operator,O):阻遏蛋白的结合位点。 ⑷编码序列(coding sequence):编码功能性蛋白，2~6个。
第一节 基因表达调控的 概念和原理
(Concept and principle： Regulation of Gene Expression)
一、基因表达调控的概念
(一)基因表达(gene expression) 是指基因经过
转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白 质分子的过程。
(二)基因表达的时间性及空间性
转录激活域
谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域 (二聚化结构域)
1.同源结构域
2.锌指
3.碱C
H
C
Cys
H
His
其他氨基酸
(四)真核生物基因表达调控模式
1.真核生物基因表达调控较复杂，除转录起始阶段 受到调节外，在转录后水平、翻译水平及翻译后水平 等均受调控。
2.真核RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的 转录起始复合物。
白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
2.特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的时
简述真核生物基因的转录过程和调控方式
简述真核生物基因的转录过程和调控方式生物基因是组成生物体的基本结构，可以被视为生物的基本构成单位。
它们的转录和调控是生物体的发育、进化和功能的主要驱动力。
真核生物基因的转录过程是指，含有信息的DNA分子由转录因子催化其转录成另一种碱基序列的核酸分子，如mRNA，而调控方式是指DNA 转录产生的mRNA是否以及如何有效地被表达，从而影响有效基因表达。
因此，真核生物基因的转录过程和调控方式对研究生物体的发育、进化和功能具有重要意义。
首先，真核生物基因的转录是由转录因子酶催化完成的。
发现DNA序列中的转录因子酶结合位点后，可以触发转录过程。
一般情况下，转录因子可以分为强相关转录因子和弱相关转录因子。
强相关转录因子可以直接结合基因起始子，而弱相关转录因子是可以互相协同作用的，只有多个弱相关转录因子聚集起来，才能结合基因起始子，激活转录过程。
其后，RNA聚合酶结合到基因起始子，并开始从DNA 模板复制RNA产物，并在新复制体上完成除去框架。
一旦翻译完成，mRNA可以被分泌到细胞外或运输到另一个细胞，在那里充当蛋白质模板结构。
其次，真核生物基因的调控方式是指DNA转录产生的mRNA是否以及如何有效地被表达。
重要的是要将mRNA表达调节到正确的水平，以确保细胞以有效的方式表达指定的基因。
真核生物基因的调控方式包括转录和转录后调控，分别由转录因子和调控因子来实现。
转录有两种形式，一种是基因质量调控，它控制基因的转录速率；另一种是基因转录路径调控，它控制基因表达特定蛋白质的转录路径，并可能与遗传学相关。
此外，转录后调控可以分为翻译调控和信使RNA修饰调控，它们可以识别和处理mRNA的表达，改变mRNA的稳定性以及调节蛋白质表达水平。
最后，真核生物基因的转录过程和调控方式是研究生物体发育、进化和功能中重要的因素之一。
转录过程和调控方式可以控制基因的表达水平，从而影响有效基因的表达，对细胞的发育和功能有重要的作用。
例如，基因的转录和调控可以影响基因组的结构变化，这可以帮助研究生物体的发育和进化过程。
第14章 原核生物基因表达调控
第14章原核生物基因的表达调控重点：操纵子的结构特点和功能；乳糖操纵子的正负调控；色氨酸操纵子的衰减作用。
难点：色氨酸操纵子的衰减作用。
第一节基因调控的基本定律一、基因调控水平二、基因和调控元件三、DNA结合蛋白一、基因调控水平基因表达的调控可以发生在DNA到蛋白质的任意节点上，如基因结构、转录、mRNA 加工、RNA的稳定性、翻译和翻译后修饰。
二、基因和调控元件基因：是指能转录成RNA的DNA序列。
结构基因：编码代谢、生物合成和细胞结构的蛋白质。
调节基因：产物是RNA或蛋白质，控制结构基因的表达。
其产物通常是DNA结合蛋白。
调控元件：不能转录但是能够调控基因表达的DNA序列。
三、DNA结合蛋白调控蛋白通常含有与DNA结合的结构域，一般由60-90个氨基酸组成。
在一个结构域中，只有少数氨基酸与DNA接触。
这些氨基酸（包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸和精氨酸）常与碱基形成氢键，或者与磷酸核糖骨架结合。
根据DNA结合结构域内的模体，可以将DNA结合分成几种类型（图16.2）。
第二节大肠杆菌的乳糖操纵子一、操纵子结构二、正负调控三、乳糖操纵子四、lac突变五、正控制一、操纵子结构原核和真核生物基因调控的主要差异在于功能相关的基因的组成。
细菌的功能相关的基因常常排列在一起，并且由同一启动子控制。
一群一起转录的细菌的结构基因（包括其启动子和控制转录的额外序列）称为操纵子。
二、正负调控转录水平上的调控主要有两种类型：负调控：gene ON 阻遏蛋白 OFF正调控：gene OFF 激活蛋白 ON诱导：活性阻遏蛋白 失活诱导因子＋非活性激活蛋白 活性阻遏：失活阻遏蛋白 活性共阻遏蛋白＋活性激活蛋白 失活三、乳糖操纵子乳糖操纵子是诱导型操纵子，当诱导物不存在时，阻遏蛋白结合到操纵序列上并阻止转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白与诱导物结合后失去活性，转录才得以进行。
四、lac突变为了鉴定乳糖操纵子各个成分的功能，Jacob和Monod做了细菌的接合实验，其中供体菌的F’因子上也带有乳糖操纵子。
14考研生物化学DNA的复制与转录
DNA的复制过程
中心法则
中心法则的主要内容 中心法则的补充和再思考
逆转录 RNA模板 蛋白质的自身构象调控
DNA的半保留复制
实验证据
15N标记DNA的复制
正在复制的DNA观察 DNA复制过程中，双链解开成两条单链，然后分别以两条单 链为模板在DNA聚合酶催化下，合成两条与模板互补的单链， 新合成单链与模板链相互配对形成DNA双螺旋分子，子代 DNA含有一条亲代DNA链和一条新合成链，称半保留复制
DNA聚合酶
大肠杆菌一般有3种DNA聚合酶，分别称为DNA聚合酶I、II、 III，分别行使不同的功能，DNA的复制主要由DNA聚合酶III 催化 DNA聚合酶I：多功能酶，需Mg2+、Zn2+
5’ 3’核苷酸聚合作用，以四种脱氧核苷三磷酸为原料，需要单 链模板，必须有引物游离3’-OH存在 3’ 5’核酸外切酶作用， 校对作用。 3’ 5’焦磷酸解作用 5’ 3’核酸外切酶作用。切除引物、损伤修复 磷酸盐与焦磷酸基的交换 7种亚基构成全酶 功能与DNA聚合酶I相似，但活性更高 亚基为催化亚基，亚基具有校对功能，、 、构成核心酶 亚基为引物识别和模板定位亚基，全酶结合后释放 亚基使酶可以利用长的DNA单链 、亚基称为延长因子
rho因子：帮助RNA聚合酶与DNA分离，帮助RNA释放 NUS因子： NusA
终止因子
抗终止作用
真核生物的转录作用
RNA聚合酶：三种
RNA聚合酶I：转录45S rRNA(5.8S, 18S, 28S) RNA聚合酶II：转录hnRNA ，SnRNA RNA聚合酶III：转录tRNA、5s rRNA Hogness框（TATA框）：-25~-30，一般7bp，几乎全部由 T/A构成 CAAT框：-75位，9bp，GGTCAATCT GC框：更上游，GGGCGG，转录因子结合部位 以非组蛋白的形式与染色质结合 形成不同的功能相应元件 核质因子、核功能蛋白
第14章转录
2. 剪切(cleavage)
3. 修饰(modification)
4. 添加(addition)
一、真核生物mRNA的转录后加工
（一）首、尾的修饰
• 5端形成 帽子结构(m7GpppGp —) • 3端加上多聚腺苷酸尾巴(poly A tail)
帽子结构
帽 子 结 构 的 生 成
5 pppGp…
细胞的种类 生长发育的不同阶段 细胞的内外条件
复制和转录的区别
复制 模板 原料 酶 产物 配对 两股链均复制 dNTP DNA聚合酶 子代双链DNA （半保留复制） A-T，G-C A-U，T-A，G-C 转录 模板链转录（不对称转录） NTP RNA聚合酶（RNA-pol） mRNA，tRNA，rRNA
种类
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
产物
rRNA
mRNA
tRNA
三、模板上酶的辨认、结合
原核生物一个转录区段可视为一个转录单 位，称为操纵子(operon)，包括若干个结构基因 及其上游(upstream)的调控序列。
调控序列
5 3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结构基因
3 5
RNA-pol
RNA聚合酶结合模板DNA的部位，称为启 动子(promoter)。
二、tRNA的转录后加工
DNA
TGGCNNAGTGC
GGTTCGANNCC
RNA pol Ⅲ
tRNA前体
RNAaseP、 内切酶
tRNA核苷酸转移酶、 连接酶
ATP ADP
碱基修饰
（1）甲基化 如：A Am （2）还原反应 如：U DHU （3）核苷内的转位反应 如：U ψ
（3） （4）
分子生物学(烟台大学)智慧树知到答案2024年烟台大学
分子生物学（烟台大学）烟台大学智慧树知到答案2024年第一章测试1.细胞内蛋白质的生产场所是A:叶绿体 B:核糖体 C:高尔基体 D:线粒体答案:B2.细胞进行有氧呼吸的主要场是A:核糖体 B:高尔基体 C:叶绿体 D:线粒体答案:D3.细胞内遗传信息的储存、复制和转录的主要场所是A:叶绿体 B:线粒体 C:核糖体 D:细胞核答案:D4.在水环境中，非极性分子倾向于聚集起来以减少暴露给水的表面积。
这种引力被称为A:氢键 B:疏水相互作用 C:亲水相互作用 D:范德华力答案:B5.多糖是单糖以( )共价连接而成的聚合体。
A:酯键 B:醚键 C:氢键 D:糖苷键答案:D6.原核生物可以分为两个亚门，即A:真菌 B:古细菌 C:原生动物 D:真细菌答案:BD7.真核生物可以分为四个门，包括A:原生生物 B:微生物 C:植物 D:真菌E E:动物答案:ACDE8.细胞中的生物大分子主要包括A:脂质 B:糖类 C:核酸 D:蛋白质答案:ABCD第二章测试1.天然氨基酸中的环状亚氨基酸是A:苯丙氨酸 B:丝氨酸 C:酪氨酸 D:脯氨酸答案:D2.下列氨基酸中含巯基的是A:苏氨酸 B:半胱氨酸 C:丝氨酸 D:丙氨酸答案:B3.维持蛋白质一级结构稳定的主要化学键是A:肽键 B:二硫键 C:疏水键 D:氢键答案:A4.维持蛋白质二级结构稳定的主要化学键是A:肽键 B:疏水键 C:二硫键 D:氢键答案:D5.亚基是哪种蛋白质结构的基本单位A:四级结构 B:三级结构 C:二级结构 D:一级结构答案:A6.极性带正电荷(碱性氨基酸)包括A:E组氨酸 B:赖氨酸 C:半胱氨酸 D:天冬氨酸 E:精氨酸答案:ABE7.属于芳香族氨基酸的是A:E赖氨酸 B:脯氨酸 C:苯丙氨酸 D:色氨酸 E:酪氨酸答案:CDE8.蛋白质二级结构中存在的构象有A:α-折叠B:β-折叠C:β-螺旋D:α-螺旋答案:BD第三章测试1.核酸的基本组成单位是A:戊糖、碱基和磷酸 B:核苷酸 C:戊糖和磷酸 D:戊糖和碱基答案:B2.下列哪种DNA的Tm值最低A:G+C=65% B:G+C=56% C:A+T=65% D:A+T=56%答案:C3.维持核酸一级结构稳定的主要化学键是A:磷酸二酯键 B:疏水键 C:氢键 D:二硫键答案:A4.DNA的二级结构是A:核小体结构 B:双螺旋结构 C:无规则卷曲结构 D:超螺旋结构答案:B5.DNA是生物遗传物质，而RNA不是。
真核生物基因转录水平的反式调控ppt
从功能上讲，植物Myb蛋白作为转录因子参与诸如
类黄酮类化合物的生物合成、毛状体发育、分生组织增 殖、GA应答以及干旱胁迫响应等信号转导过程。而编码 植物Myb蛋白的myb相关基因 是一个很大的基因家族， 因此也能调节发育进程以及参与对外界胁迫应答相关基 因的表达。
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• 有些转录因子同时包含特异与非特异的DNA结合域， 而且后者对于目标基因的转录激活是必需的；
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阴阳因子-1（Yin Yang-1，YY1）是一类新的转录因 子，它通过与其它蛋白发生互作从而具有转录激活和阻 遏功能，同时YY1也是核基质结合蛋白，其结合基序的 多样性可能是其功能多样性的基础。
由于YY1的结合基序核心是 CCAT、ACAT、TCAT，
其旁侧序列也具有很大的异质性，其结合基序的可变性 很大程度上允许YY1结合和影响一大批基因的转录，而 结合位点的可变性也使 YY1因子结合基序与大量其它因 子的结合基序互相靠近或重叠，从而使转录调控更加严
同，大多数bZIP类因子的亮氨酸拉链通常包含有4个或5
个7单位重复，而在拟南芥的ATB2中则有9个。 另外寡聚化结构域以外区域的差异也会影响到其功
能。
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细胞核定位信号 真核生物转录因子是选择性的进入细胞核的，因此 转录因子也包含以富含精氨酸和赖氨酸核心肽为特征的
NLS，而碱性核心区的功能也受旁侧残基的影响。转录
• VP1是一种植物基因（包括小麦的Em基因）的转录因
子，含有一个弱的非特异性的DNA结合域-BR2（B2） 和一个序列特异的结合域BR3（B3），能够识别Sph元
件（CATGCATG），而该元件存在于Em以及其它一些
植物基因中。 • 有意思的是，VP1是通过BR2而非BR3来激活Em表达
细胞生物学 第十四章
mRNA稳定性的调控
◆mRNA的寿命与它的多聚(A)尾巴长度有关 ◆哺乳动物细胞内mRNA的降解途径说明一旦多聚(A) 尾巴减少到一定长度，mRNA会迅速降解 ◆3’UTR（非翻译区）的核苷酸顺序的不同似乎在多聚 (A)尾巴变短时扮演一个与降解速率有关的角色
几种生物的细胞数目与类型
物种 团藻 海绵 水螅 涡虫 人
· 造血干细胞
· 单能干细胞（monopotential cell）又称定向干细 胞，是仅具有分化形成某一种类型能力的细胞。
第二节 癌细胞(Cancer cell)
●癌细胞的基本特征 ●致癌因素
●癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
●癌症的治疗
●肿瘤标志物
一．癌细胞的基本特征
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内 细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤（malignancy）。 上皮组织的恶性肿瘤称癌。
基因表达阻遏
◆DNA甲基化（DNA methylation）与基因 表达阻遏有关 ◆基因组印记（genomic imprinting） 是说明甲基化作用在基因表达中具有 重要意义的最好例证，也是哺乳动物 所特有的现象
二．加工水平的调控
●选择性拼接是一种广泛存在的RNA加工机制， 通过这种方式，一个基因能编码两个或多个 相关的蛋白质 ◆组成型拼接(constitutive splicing), 一个基因只产生一种成熟的mRNA，一般 也只产生一种蛋白质产物 ◆可调控的选择性拼接产生不同的成熟mRNA， 翻译产生不同的蛋白质,如纤粘蛋白 (fibronectin）的合成 ◆某一特定的外显子是否被包括在成熟mRNA 内，主要取决于它的3’和5’端拼接位点是 否被拼接机器选择为切割位点
分别简要阐述原核生物和真核生物转录调控的基本过程
3.分别简要阐述原核生物和真核生物转录调控的基本过程。
原核生物的转录：1.启动RNA聚合酶正确识别DNA模板上的启动子并形成由酶、DNA和核苷三磷酸(NTP)构成的三元起始复合物，转录即自此开始。
第一个核苷三磷酸与第二个核苷三磷酸缩合生成3′-5′磷酸二酯键后,则启动阶段结束，进入延伸阶段。
2. 延伸σ亚基脱离酶分子，留下的核心酶与DNA的结合变松，因而较容易继续往前移动。
核心酶无模板专一性，能转录模板上的任何顺序，包括在转录后加工时待切除的居间顺序。
随着转录不断延伸，DNA双链顺次地被打开,并接受新来的碱基配对，合成新的磷酸二酯键后，核心酶向前移去，已使用过的模板重新关闭起来，恢复原来的双链结构。
3. 终止转录的终止包括停止延伸及释放RNA聚合酶和合成的RNA。
在原核生物基因或操纵子的末端通常有一段终止序列即终止子；RNA合成就在这里终止。
真核生物的转录:真核生物RNA的转录与原核生物RNA的转录过程在总体上基本相同，但是，其过程要复杂得多，主要有以下几点不同。
1. 真核生物RNA的转录是在细胞核内进行的，而蛋白质的合成则是在细胞质内进行的。
所以，RNA转录后首先必须从核内运输到细胞质内，才能指导蛋白质的合成。
2. 真核生物一个mRNA分子一般只含有一个基因，原核生物的一个mRNA分子通常含有多个基因，而除少数较低等真核生物外，一个mRNA分子一般只含有一个基因，编码一条多态链。
3. 真核生物RNA聚合酶较多在原核生物中只有一种RNA聚合酶.4. 真核生物RNA聚合酶不能独立转录RNA对真核生物的转录调控过程叙述过于笼统，该过程要比原核生物的转录调控复杂得多。
书写不认真，有多处标点符号错误！。
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。
基因表达调控考试题目及答案
C．个体发育D．组织分化
E．器官分化
35．基本转录因子中直接识别．结合TATA box的是：
A．TFⅡA B．TFⅡB
C．TFⅡD D．TFⅡE
E．TFⅡF
36．lac operon的阻遏蛋白是由：
A．Z基因编码B．Y基因编码
C．A基因编码D．I基因编码
E．P基因编码
37．对大多数基因来说，CpG序列甲基化：
14．管家基因的特点是：
A．基因表达受环境影响较小B．基因表达受环境影响较大
C．随环境变化基因表达降低D．随环境变化基因表达增强
E．在一个生物体的所有细胞中持续表达，不受任何调节
15．增强子的作用是：
A．促进结构基因转录B．抑制结构基因转录
C．抑制阻遏蛋白D．抑制操纵基因表达
E．抑制启动子
16．下列那种方式不属于转录水平的调节：
A．抑制基因转录B．促进基因转录
C．与基因转录无关D．对基因转录影响不大
E．以上均不是
38．真核生物用多种调节蛋白：
A．提高RNA聚合酶的转录效率B．降低RNA聚合酶的转录效率
C．提高DNA—蛋白质相互．以上均不是
39．反式作用因子是指：
A．DNA的某段序列B．RNA的某段序列
E．蔗糖
25．TFⅡE具有：
A．ATP酶活性B．解旋酶活性
C．拓扑异构酶活性D．BBP的作用
E．σ因子的作用
26．cAMP--CAP复合物促进乳糖操纵子转录，必须要求有：
A．丰富葡萄糖B．葡萄糖和乳糖
C．葡萄糖和阿拉伯糖D．阿拉伯糖
E．乳糖
27．生物体调节基因表达的最根本目的是：
A．调节物资代谢B．维持生长发育
郜刚分子生物学-14-真核基因表达调控-4-组蛋白乙酰化与DNA甲基化对基因转录的调控
siRNA的作用是导致染色质失活状态的另一种调控机制 • TF: transcriptional factors; • DNMT: DNA methyltransferase; • HAT: Histone acetyltransferase; • HDAC: Histone deacetylase • MBP: Methyl-CpG binding protein; • HMT: Histone methyltransferase. Modifications of the histone H3
去乙酰化的染色质是转录受抑制的，在组蛋 白乙酰基转移酶HAT的作用下活化，转录进 行。但是这个过程可以被组蛋白去乙酰化酶 HDAC逆转。HDAC又可以被抑制因子抑制
于是转录又被激活
Proposed model for the transcriptional activation of genes regulated by methylation. Yellow line represents DNA and blue spheres indicate nucleosomes. Histone acetyltransferase (HAT); Histone Deacetylase (HDAC); Trichostatin (TSA); Methyl-CpG-binding Domain 2 (MBD2).
染色质重建需要重建 复合体 （Remodeling complex）的参与
重建复合体的中 心是它的ATP酶 亚基
机制：
组蛋白八聚体可 以在DNA上滑动， 改变特定序列在 核小体表面的位 置；核小体之间 的间距也可以发 生变化；特定序 列的核小体可能 被重建复合体临 时取代，其中最 重要的是TFIID， 一方面它使得基 因转录，另一方 面，使得组蛋白 乙酰化。其结果 招来了RNA聚合 酶，基因开启。
真核生物核糖体RNA基因的转录调控
摘
机制。
要 ： 述 了真核 生物 核糖 体 Ｒ Ａ 串联 基 因调 控 机 制 、 录 预 起 始 复 合 物 的形 成及 核 糖 体 Ｒ Ａ 基 因转 录 起 始 调 控 综 Ｎ 转 Ｎ
关 键词 ： 核 生物 ； 糖 体 Ｒ Ａ 基 因 ； 录调 控 ； 录起 始 真 核 Ｎ 转 转
中图分类号 ：ｓ２ 文献标识码 ： 文章编号 ： ０ — ５ １２０ ） １ ０ １ ０ Ｑ２ Ａ １ １ ８８ （０ ８ １ — ０４— ３ ０
形成 了 １０ ２０个 拷 贝 的 串联 重 复基 因。这 些 核糖 体 ０～０
２ 核糖体 Ｒ Ａ串联基因调控机制 Ｎ
核糖体 Ｒ Ａ基因中的串联重复单位序列上包含 了 Ｎ
一
些重 要的顺 式 调控 元 件 ， ｒＮ 如 Ｄ Ａ启 动 子 、 强 子 、 增 间
Ｒ Ａ配合由 Ｒ Ａ聚合酶Ⅱ Ｎ Ｎ 负责转录的几十种核糖体蛋 白， 组装成为生物体内蛋白的生产机器一 核糖体。 核糖体的合成需要 ３种 Ｒ Ａ聚合酶共 同协调转录 Ｎ 上百个基因， 合成大量的核糖体 以便表达足量的蛋 白满 足细胞新陈代谢活动的需要。核糖体的合成与外界环境 和细胞所处的生长时期是紧密相关 的， 不仅因为核糖体 合成的大量蛋白是细胞生长发育所必需的， 而且细胞的 大部分能量与物质都用于核糖体的合成。在正在生长的 细胞 中， 大约 ９％的转录和绝大多数的能量都用于核糖 ５
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｉ ｐ ｐ ｒｓ ｍｍａｉｅ ｅ ｒｇ ｌ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ Ａ ｅ ｅ ｎ ｅ ｋ ｒ ｏｅ ｈ ｏｍａ ｏ ｆｔｅ ｃ ｍｐ ｕ ｄ ｏ ａ － ｓｒ ｃ ： ． ｓ ａ ｅ ｕ Ｉ １ ｒｚ ｓｔ ｅ ｕ ａｉ ｃ ａ ｍ ｒ ｈ ｏ ｉ ｆ ＲＮ ｇ ｎ ｓｉ ｕ ａ ｙ ｔ ，ｔｅ ｆｒ ｔ ｎ ｏ ｏ ｏ ｎ ｔ ｎ ｉ ｈ ｆ ｒ ｓ ｒ ｔ ｎ ｉｉ ａｉｎ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒｇ ｌｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎｓ ｏ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｉｉ ａｉｎ ｏ Ｒ ｅ ｅ ． ｃｉ ｉ ｎ ｔ ｔ ｐｏ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ｕ ａｉ ｃ ａ ｉｍ ｔｎ ｃｉ ｉ ｔ ｔ ｆｒ ＮＡ ｇ ｎ ｓ ｏ ｆ ｒ ｐ ｏ ｎｉ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｕ ａｙ ｔ ；ｒ Ａ ｅ ｅ ｒｎ ｃｉ ｔ ｎ ｒ ｇ ｌ ｔ ｎ；Ｔ ａ ｓ ｒｐｉｎ ｉ ｔａｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｅ ｋ ｒ ｏｅ ＲＮ ｇ ｎ ；Ｔ ａ ｓ ｒ ｉ ｅ ｕａｉ ｐｏ ｏ ｒｎ ｃｉ ｔ ｎ ｉｔ ｏ ｉ ｏ
RNA转录与调控14
③ 剪接 真核
由RNA酶完成，剪去内含子部分
内含子剪接方式
不同剪切方式
同样的原始转录产物通过不同的剪切方式 可产生不同的mRNA，并因而翻译出不同的 蛋白质。其不同之处只是有些蛋白质含有 全部结构域，有些蛋白质缺少一部分结构 域。
甲状腺
降钙素
降钙素基因 相关肽
④ 修饰：rRNA和tRNA在成熟过程中 都发生碱基或核糖的甲基化等
45srRNA_rRNA前体 HnRNA(mRNA前体) tRNA 5srRNA
二、基因转录的过程
模板的识别，起始，延长，终止 合成方向5‘—3‘ 与DNA复制不同处：
不需引物 以一条DNA—模板链（watson链）为模板(负链)
对应的链为编码链(正链),有意链 天然（双链）DNA作为模板比变性（单链） DNA更有效。
第十四章 RNA转录与加工
生物与制药工程学院 何冰芳
RNA的生物合成（转录）
基因表达：遗传信息从DNA通过RNA传递到蛋白 质称为基因表达。 转录：遗传信息从DNA到RNA的转移。 RNA生物合成 转录：以DNA为模板的RNA合成
复制：以RNA为模板的RNA合成
（病毒，高等动物的特定组织）
不对称转录—DNA一条链作模板 不对称转录：DNA链中常常只有一条DNA为模板， 转录生成RNA.这条DNA链为负(-)链，转录链，模板 链，反意链，Watson链. 另一DNA为正(+)链，信息链, 编码链，有意链 Crick 链. 不同基因的信息链并不全在同一链上,顺反子
AA臂
二氢尿嘧啶环 TΨC 环
额外环
反密码环
五．基因转录的调节
细胞基因的表达，DNA-RNA-protein,是受到严格 的调节控制的。 在细胞的生长、发育和分化的过程中，存在时序调 控与适应调控。主要通过转录水平的调控来实现。 Jacob 和 Monod 于1961年提出操纵子结构模型，较 好地说明了原核微生物基因表达的调节机理。
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一、从酵母到哺乳类转录调 控保守的调控机制
报告基因（reporter gene） 基因沉默（gene silencing） 1. 激活因子分别具有DNA连接与激活功能。
连接到DNA上其结合位置的Gal4
结构. 真核生物调控因子使用广泛的DNA连接结 构域，但其DNA识别机制跟细菌一样。
同源结构域的DNA识别 锌指结构域
连接到DNA上的亮氨酸拉链 螺旋-环-螺旋结构域
3. 激活区域目前还没有得到很好的界定。
二、真核生物调控启动子的蛋白复合体
1. 激活因子可使转录复合体补充到基因上。
通过转录复合体的恢复激活 真核生物的转录启动 通过将介导因子直接捆绑到 DNA上激活转录
2. 激活子还恢复帮助转录复合体连接到启动 子或启动转录的核小体修饰因子。
组合控制
4. 酵母交配类型基因的组合控制。
酵母细胞型特异性基因的控制
四、转录抑制因子
真 核 生 物 抑 制 因 子 作 用 方 式
酵母中GAL1基因的阻遏作用
五、信号转导与转录调控子的控制
1. 信号常常通过信号转导通路与转录调控因 子进行通讯联系。
哺乳动物的两个信号转导通路
2. 信号通过不同方式控制真核生物的转录调 控因子。
1. 激活因子协同 作用融合成信号。
激 活 因 子 的 协 同 连 接
2. 信号融合。
----HO基因受两个调控子控制，一个恢复核小体 修饰因子，一个恢复介导因子。
HO基因的控制
----人β干扰素基因激活因子的协同连接。
人 干 扰 素 增 强 子 体 β
3. 组合控制建立在真核生物复合体和多样性 的中心位置。
激活因子引起的染色质结构的改变
3. 激活因子补充一个在一些启动子有效启动 或延伸所必须的因子。 4. 远距离作用—环与绝缘子。
绝 缘 子 通 过 增 强 子 阻 断 激 活 作 用
5. 一些基因群合适的调控需要座位控制区域 （locus control region, LCR）。
LCR调控
三、信号整合 和联合控制
第十四章 真核生物的转录调控
本章内容 1. 从酵母到哺乳类转录调控保守的调控机制 2. 真核生物调控启动子的蛋白复合体
3. 信号整合和联合控制
4. 转录抑制子 5. 信号转导与转录调控子的控制 6. 组蛋白和DNA修饰引起的基因沉默 7. 表观基因调控
细菌、酵母、人的调控元件
原核生物与真核生物基因表达最大的不同是真核生物多了一步 剪接的步骤。真核生物还有两个重要的复合体：核小体及其修饰因 子，更多的调控子和更广泛的调控序列是原核生物与真核生物基因 表达另外一个不同的地方。
由Gal80蛋白调控的酵母激活因子Gal4
3. 激活因子与阻遏因子有时以碎片的形式参 与调控。
六、组蛋白和DNA修饰引起的基因沉默
----转录沉默 ----异染色质和常染色质 ----DNA甲基化酶
1.酵母的沉默是由去乙酰化和组蛋白的甲基 化介导的。
酵母端粒的沉默
2. 在果蝇中HP1识别甲基化的组蛋白并浓缩 染色质。
通过DNA甲基化与组蛋白修饰关闭基因表达
3. 在哺乳动物细胞中DNA甲基化与沉默基 因关联。
印记
七、表观基因调控
印记调控（epigenetic regulation）
一些基因表达状态即使在起始信号不再存 在的情况下仍通过细胞分裂遗传下来。
DNA甲基化的形式可以通过细胞分裂保存下来