第7章真核基因表达调控-下
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
真核生物的基因表达调控
转录因子得结构
绝大多数转录因子至少具有以下三种不同得结构域得 一种: (1)DNA结合结构域,直接与顺式作用元件结合得转录因子 都具有此结构域。转录因子通常使用此结构域之中得 特殊α-螺旋与顺式作用元件内得大沟接触,通过螺旋上 得特殊氨基酸残基得侧链基团与大沟中得特殊碱基对 之间得次级健(主要就是氢键)相互识别而产生特异性。 许多转录因子在此结构域上富含碱性氨基酸,这可能有 利于她和DNA骨架上带负电荷得磷酸根发生作用; (2)效应器结构域,这就是转录因子调节转录效率(激活或阻 遏)、产生效应得结构域; (3)多聚化结构域,此结构域得存在使得转录因子之间能够 组装成二聚体或多聚体(同源或异源)。下面将集中介绍 前两种结构域,特别就是DNA结合结构域。
在转录水平上得基因表达调控
真核生物得蛋白质基因得转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础 转录因子以外,还需要其她顺式作用元件和反式作用因子得参与。 参与基因表达调控得主要顺式作用元件有:增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件;参与基因表达调控得反式作用因子也称为转录 因子,她们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因得表达,而阻遏蛋白与沉默子结合, 抑制基因得表达,某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为阻 遏蛋白其作用,究竟就是起何种作用取决于被调节得基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点,但她们能够通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而行使功能,作用方式包括:招募其她转录因子和携带修饰酶(如 激酶或乙酰基转移酶)到转录复合物而刺激激活蛋白得活性;辅阻 遏蛋白也缺乏DNA结合位点,但同样通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而起作用,作用机理包括:掩盖激活蛋白得激活位点、作为负别构 效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶(如磷酸酶或组蛋白去乙酰基 酶)得活性。
真核生物基因表达的调控
二 染色质水平调控
（一）异染色质化 （二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用 （三）DNA酶的敏感区域 （四）核基质蛋白
三 转录水平的调控
◆许多真核生物基因编码关键代谢酶或细胞组 成成分，这些基因常在所有细胞中都处于活跃 状态。这种组成型表达的基因称为持家基因 (house keeping gene)。 ◆另一些基因的表达则因细胞或组织不同而异， 只在某些才高效表达。这类基因表达的调控通 常发特定的发育时期或细胞中生在转录水平。。
➢5′ UTR可能形成发夹或茎环二级结构，阻止核糖体 40S亚基的迁移，对翻译起始有顺式抑制作用。但若二 极结构位于AUG的近下游（最佳距离为14 bp），会使 40亚基停靠在AUG位点，增强起始反应(翻译起始因子 使二极结构解链，翻译复合体顺利通过)。
（三）mRNA的结构
➢3′端的poly A 影响mRNA的稳定性和翻译效率。
(3) 内含子切除
不同剪接方式： ◆在剪接内切核酸酶(splicing endonuclease) 的 催化下，非常精确地在内含子与外显子的交界 处进行切割，并在一种特殊的剪接连接酶 (splicing ligase)的催化下重新连接起来。 ◆某些mRNA前体的内含子是在RNA分子本 身的催化下完成所以称为RNA自剪接(selfsplicing)，这种具有自动催化活性的RNA有时 也称为核酶(ribozyme)。 ◆ 在核酸蛋白质复合结构－核酸剪接体 (spliceosome)作用下完成。
（四）选择性翻译
珠蛋白是由两条α链和两条β链组成的。在二 倍体细胞中有4个α-珠蛋白基因，如果它们相同 转录和翻译的话，应是α:β=2:1，而实际上是1:1。 是转录调控还是翻译调控？ 体外实验：在无细胞系统中加入等量α-mRNA、 β-mRNA、少量起始因子，合成的α-珠蛋白仅占 3%，说明β-mRNA和起始因子的亲和性远大于 α-mRNA。 当加入过量的起始因子时，α:β=1.4:1 ，接近1:1。 表明是在翻译水平上存在的差异，即和翻译起 始因子的亲和性不同。
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。
26
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。
6
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。
分子生物学复习总结题-第七章-基因表达调控
第七章基因表达调控一、选择单选：1. 关于“基因表达”的概念叙述错误的是A. 其过程总是经历基因转录及翻译的过程B. 某些基因表达产物是蛋白质分子C. 某些基因表达经历基因转录及翻译等过程D. 某些基因表达产物是RNA分子E. 某些基因表达产物不是蛋白质分子2. 关于管家基因叙述错误的是A. 在生物个体的几乎各生长阶段持续表达B. 在生物个体的几乎所有细胞中持续表达C. 在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达D. 在生物个体的某一生长阶段持续表达E. 在一个物种的几乎所有个体中持续表达3. 目前认为基因表达调控的主要环节是A. 翻译后加工B. 转录起始C. 翻译起始D. 转录后加工E. 基因活化4. 顺式作用元件是指A. 基因的5’、3’侧翼序列B. 具有转录调节功能的特异DNA序列C. 基因的5’侧翼序列D. 基因5’、3’侧翼序列以外的序列E. 基因的3’侧翼序列5. 一个操纵子（元）通常含有A. 数个启动序列和一个编码基因B. 一个启动序列和数个编码基因C. 一个启动序列和一个编码基因D. 两个启动序列和数个编码基因E. 数个启动序列和数个编码基因6. 反式作用因子是指A. 对自身基因具有激活功能的调节蛋白B. 对另一基因具有激活功能的调节蛋白C. 具有激活功能的调节蛋白D. 具有抑制功能的调节蛋白E. 对另一基因具有功能的调节蛋白7. 乳糖操纵子（元）的直接诱导剂是A. 葡萄糖B. 乳糖酶C. β一半乳糖苷酶D. 透酶E. 别乳糖8. Lac阻遏蛋白结合乳糖操纵子（元）的A. CAP结合位点B. O序列C. P序列D. Z基因E. I某因9. cAMP与CAP结合、CAP介导正性调节发生在A. 葡萄糖及cAMP浓度极高时B. 没有葡萄糖及cAMP较低时C. 没有葡萄糖及cAMP较高时D. 有葡萄糖及cAMP较低时E. 有葡萄糖及CAMP较高时10. Lac阻遏蛋白由A. Z基因编码B. Y基因编码C. A基因编码D. I互基因编码E. 以上都不是11. 色氨酸操纵子（元）调节过程涉及A. 转录水平调节B. 转录延长调节C. 转录激活调节D. 翻译水平调节E. 转录／翻译调节12.基因表达的产物不包括A.蛋白质B. mRNAC. rRNAD. SnRNAE. tRNA13.真核基因调控中最重要的环节是A. 基因重排B. 基因转录C. DNA的甲基化与去甲基化D. mRNA的衰减E. 翻译速度14.RNA聚合酶结合于操纵子的A. 结构基因起始区B. 阻遏物基因C. 诱导物D. 阻遏物E. 启动子15. cAMP对转录的调控作用是通过A. cAMP转变为CAPB. CAP转变为CampC. 形成cAMP-CAP复合物D. 葡萄糖分解活跃，使cAMP增加，促进乳糖利用来扩充能源E. cAMP是激素作用的第二信使，与转录无关16. 原核生物与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质称为A. 正调控蛋白B. 阻遏物C. 诱导物D. 反式作用因子E. 分解代谢基因激活蛋白17.增强子A. 是特异性高的转录调控因子B. 是真核生物细胞内的组蛋白C. 原核生物的启动子在真核生物中就称为增强子D. 是增强启动子转录活性的DNA序列E. 是在结构基因的5'-端的DNA序列18.关于色氨酸操纵子的错误叙述是：A.trpR参与阻抑调控B.色氨酸阻抑结构基因转录C.前导序列参与色氨酸操纵子的衰减调控D.色氨酰tRNA参与色氨酸操纵子的衰减调控E.前导序列的序列3和序列4形成衰减子结构多选:1、基因表达调控环节包括A.DNA复制B.转录起始C.转录后加工D. mRNA降解E.翻译2、关于原核生物基因表达A.每个原核细胞的一切代谢活动都是为了适应环境而更好地生存和繁殖B.操纵子是原核生物绝大多数基因的表达单位C.原核生物基因表达的特异性由 因子决定D.原核生物基因表达既存在正调控，又存在负调控E.转录起始是原核生物基因表达主要的调控环节3、原核生物基因的调控序列包括A.启动子B.终止子C.操纵基因D.增强子E.衰减子4、原核生物基因的调控蛋白包括A.特异因子B.起始因子C.延长因子D.激活蛋白E.阻抑蛋白5、乳糖操纵子包含以下哪些结构？cZB. lacAC. lacOD. lacPE. lacI6、关于乳糖操纵子的错误叙述是：A.乳糖操纵子编码催化乳糖代谢的3种酶cI促进乳糖操纵子转录C.别乳糖促进乳糖操纵子转录D.CAP促进乳糖操纵子转录E.cAMP抑制CAP的激活效应7、色氨酸操纵子的结构A.含trpYB.含trpAC.含trpOD.含trpPE.含前导序列8、与RNA聚合酶活性调控有关的成分有A.tRNAB.核糖体C.严谨因子D.鸟苷五磷酸E.鸟苷四磷酸9、以下关于cAMP对原核基因转录的调控作用的叙述，正确的A. 葡萄糖与乳糖并存时，细菌优先利用乳糖B. cAMP-CAP复合物结合于启动子上游C. 葡萄糖充足时，cAMP水平不高D. cAMP可与CAP结合成复合物E. 葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用葡萄糖10、原核生物基因表达在翻译水平上的调控与那些因素有关？A.mRNA前体后加工B. mRNA稳定性C. SD序列D.翻译阻抑E.反义RNA11、以下哪些环节存在真核生物的基因表达调控A.DNA和染色质水平B.转录水平C. 转录后加工水平D. 翻译水平E. 翻译后加工水平12、与原核生物相比，真核生物的基因表达调控的特点是A.转录的激活与转录区染色质结构的变化有关B.转录和翻译分隔进行，具有时空差别C.转录后加工更复杂D.既有瞬时调控又有发育调控E.转录调控以正调控为主13、在真核生物基因表达调控过程中，DNA水平的调控包括哪些内容A.染色质结构改变B. DNA甲基化C. 基因重排D. 基因扩增E.染色质丢失14、关于真核生物基因表达转录水平的调控A.转录水平的调控实际上是对RNA聚合酶活性的调控B.RNA聚合酶Ⅱ是转录调控的核心C.转录水平的调控主要通过RNA聚合酶、调控序列和调控蛋白的相互作用来实现D.真核生物的调控序列又称顺式作用元件E.真核生物基因表达的调控蛋白即转录因子，又称为反式作用因子15、真核生物的调控序列有哪些？A.启动子B.终止子C.增强子D.沉默子E.衰减子16、哪些属于真核生物基因表达的调控蛋白A.转录因子B.反式作用因子C.通用转录因子D. 反式激活因子E.共激活因子17、哪些是真核生物调控蛋白所含的DNA结合域A.螺旋-转角-螺旋B.锌指C.富含脯氨酸域D.亮氨酸拉链E.螺旋-环-螺旋。
真核生物基因的表达调控
细胞周期与基因表达
G1期
细胞在G1期主要合成与DNA 复制有关的蛋白质，如复制因 子等。
G2期
G2期细胞主要合成与分裂期有 关的蛋白质，如微管蛋白等。
细胞周期
真核生物细胞周期分为间期和 分裂期，不同时期基因表达DNA的复制，同 时合成组蛋白等与染色体组装 有关的蛋白质。
翻译和后翻译修饰
翻译
mRNA在细胞质中被核糖体读取并翻译成蛋白质。翻译的效率受到多种因素的 影响，包括mRNA的浓度、核糖体的数量、以及各种翻译调控因子。
后翻译修饰
新合成的蛋白质经常需要进行翻译后修饰，如磷酸化、乙酰化、糖基化等，以 增加其活性和稳定性。这些修饰通常由特定的酶催化，并受到细胞内环境和信 号通路的调节。
肾上腺素
02
03
甲状腺激素
肾上腺素可以激活糖原分解和脂 肪分解相关基因的表达，提高能 量供应。
甲状腺激素可以促进细胞代谢， 提高基础代谢率，同时还可以影 响神经系统的发育。
神经递质对基因表达的调控
多巴胺
01
多巴胺可以影响奖赏和愉悦相关基因的表达，与成瘾行为和心
理健康有关。
5-羟色胺
02
5-羟色胺可以影响情绪和行为，与抑郁症和精神分裂症等精神
染色质重塑
染色质重塑是基因表达调控的另一重要机制，通过改变染色质的结构和组成，影响转录因 子的结合和RNA聚合酶的活性。
microRNA的调节
microRNA通过与mRNA结合，调控靶基因的表达水平，参与多种生物学过程，如发育、 代谢和应激反应等。
02
转录水平的调控
转录因子
1 2 3
转录因子概述
葡萄糖
葡萄糖水平可以影响胰岛素的分 泌，进而影响与胰岛素相关的基 因表达。
分子生物学考试大纲
第一部分课程性质与目标一、课程性质和特点《分子生物学》课程是我省高等教育自学考试生物工程专业（独立本科段）的一门重要的专业必修课程，通过本课程的学习要求学生熟知核酸（尤其是DNA）的基本生物化学特性，生物信息的储存、传递与表达过程，特别是基因的一般结构与生物功能，基因表达的调控原理。
掌握分子克隆与DNA重组的基本技术与原理，了解现代分子生物学基本研究方法，了解基因治疗与人类基因组计划、克隆技术的新成果和新进展。
激发学生对生命本质探索的热情，培养具备生命科学的基本知识和较系统的生物技术及其产业化的科学原理和工艺技术过程的基本理论和基本技能，能在生物产业领域的公司、工厂等企业单位从事生物工程及其高新技术产品生产、开发研究和企业经营管理工作的高级应用人才。
本课程在内容上共分十章，第一章介绍了分子生物学研究的主要内容及发展简况。
第二章是染色质、染色体、基因和基因组，重点介绍了遗传物质的分子结构、性质和功能，重点介绍了核酸的结构、功能、变性、复性和杂交等基本概念，也介绍了病毒核酸的相关知识和反义技术特点。
染色质和染色体的形态、组成和功能，基因的概念、功能和基本特征，基因组的概念、结构特点及有关基因组研究中基本理论和内容。
DNA的复制、突变、损伤和修复，主要介绍了DNA复制的过程、基因突变损伤和修复功能转座子结构特征和转座机制、以及遗传重组的机制。
第三、四章主要从动态角度探讨了遗传物质的运动的基本规律。
第三章是转录，重点介绍了转录的基本原理、转录过程及转录后加工过程和机制。
第四章是蛋白质的翻译，内容包括遗传密码、蛋白质合成、蛋白质的运转及蛋白质合成后的折叠和修饰加工，最后从应用的角度介绍了功能蛋白质研究的最新进展。
第五章介绍了分子生物学目前常用的基本研究方法。
第六、七章是基因表达的调控，分别从原核生物和真核生物两方面介绍了基因表达在转录和翻译水平上调控的机制。
第八章主要介绍了一些人类疾病的分子机制，以及基因治疗的概念。
分子生物学第七章原核生物基因表达调控
（三）、阻遏物 lac I 基因产物及功能
Lac 操纵子阻遏物 mRNA 是由弱启动子控制下组 成型合成的，该阻遏蛋白具有4个相同的亚基，每个亚 基均含347个氨基酸残基。
lacI 基因为组成型，通过启动子的上升突变体可获 得较多的阻遏蛋白；
阻遏物 2022/10/18
β-半乳糖苷酶 透过酶 转乙酰3酶2
2022/10/18
16
调节机理：
细胞中某一氨基酸或嘧啶的浓度发生改变
氨酰 – tRNA的浓度变化
核糖体在转录产物RNA上的结合位置不 同，使得RNA形成特定的二级结构 由RNA的二级结构判断基因能否继续转录
2022/10/18
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3、降解物对基因活性的调节P252
葡萄糖效应或降解物抑制作用：细菌培养基中在 葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等 诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现 象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
这是通过阻止乳糖操纵子表达来完成的，这种 效应称为降解物抑制（catabolite repression）。
2022/10/18
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（五）、cAMP与代谢物激活蛋白
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
甘油 某些代谢产物抑制活性
腺苷酸环化酶
ATP
cAMP
编码
cAMP-CAP
Crp基因
代谢物激活蛋白 CAP
葡萄糖对其它糖的代谢抑制，是通过对 cAMP的抑制完成的。
2022/10/18
22
一、酶的诱导 ——
lac 体系受调控的证据
两种含硫的乳糖类似物：
异丙基巯基半乳糖苷
（IPTG）
巯甲基半乳糖苷（TMG）
E. coli 在不含乳糖的培养基生 长时，β-半乳糖苷酶含量极低；
【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
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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。
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
真核基因表达调控讲义
真核基因转录调控（讲课内容，缺图）张俊武一．基因表达概述基因表达就是储存遗传信息的基因通过转录及翻译等步骤产生具有一定生物功能的蛋白质的整个过程。
典型的细菌基因组包括约4,000个蛋白质基因，人基因组包括约10万个蛋白质基因，但在某一时刻仅有一部分基因表达。
例如大肠杆菌中通常有5％的基因处于高水平转录活性状态。
一些基因产物需要以很大的数量存在于细胞中来行使其功能，例如蛋白质生物合成的延伸因子在细胞内含量极其丰富。
有些基因产物在细胞内的含量则很少，如修复DNA损伤的有关酶在一个细胞中可能仅含几个分子。
对于同一基因产物的需要也可能随时间而改变，例如细菌中一些代谢途径所需的酶可随食物源泉的变化或消耗而增减。
在多细胞真核生物发育过程中，一些影响细胞分化的蛋白质仅在一部分细胞中存在短暂时间。
一些具有特殊功能细胞的特异化可能极大地影响了对某种基因产物的需要，最典型的例子就是在红细胞中的血红蛋白具有极高的浓度。
总之在细胞代谢调节、细胞分化以及个体发育过程中，基因表达调节都是一个非常重要的组成部分。
正象细胞对不同蛋白质的需要变化一样，各个基因表达调控的机制也是变化的。
一些基因产物总被需要，并且它们的基因在一种生物或有机体的全部细胞中基本上以恒定的水平表达，这些基因被称作管家基因(housekeeping genes)。
例如，许多催化中心代谢途径(如柠檬酸循环)各步骤的酶的基因、肌动蛋白(actin)基因都是管家基因。
恒定的、似乎不被调节的基因表达被称作基本的基因表达(constitutive gene expression)。
实际上，基本的基因表达也是在一定的机制控制下进行的。
一些基因产物的数量在应答分子信号时增加或减少。
在特定条件下表达产物增加的基因称为可诱导(inducible)基因。
可诱导基因在特定条件下增强表达的过程叫诱导(induction)。
例如，许多编码DNA修复酶的基因，在应答高水平的DNA损伤时被诱导。
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
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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4．翻译水平的调控
4.2mRNA 5’末端帽子结构的识别与蛋 白质合成的起始
真核细胞质中的核糖体首先识别5′端帽 结构。若除去帽结构这个信息，在体外便 不能有效地合成。40S亚基和mRNA的结合 需要各种因子，包括那些识别帽结构的蛋 白质。
5′端的二级结构可能妨碍mRNA与核 糖体的结合效率，减少了对翻译起始的识 别能力。帽结合蛋白（CBP）的功能之一 就是使前导序列解链，来帮助核糖体结合 位点以单链的状态存在，以保证有效识别。 起始因子中eIF4A和eIF4B都具有使mRNA 的前导序列二能结构解链的作用。
第七章 真核基因表达调控
• 绪论 • 第一节 真核基因组的一般构造特点 • 第二节 DNA水平上的基因表达调控 • 第三节 真核基因的转录 • 第四节 反式作用因子对转录的影响 • 第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响 • 第六节 真核基因表达调控举例 • 第七节 真核基因转录后加工的多样性
第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响
4．翻译水平的调控
4.1真核生物mRNA的扫描模式与蛋白 质合成的起始
真核生物起始蛋白质合成时，40S核糖 体亚基及有关合成起始因子首先与mRNA模 板靠近5’端处结合，然后向3’方向滑行，发 现AUG起始密码子时，与60S大亚基结合形 成80S起始复合物。这就是Kozak提出的真 核生物蛋白质合成起始的“扫描模式”。这 符合其mRNA单顺反子性质。一些病毒的 mRNA中，它含有一个以上的编码区，当其 mRNA水解后，内部的起始密码子才会被活 化，即中部的起始位点不能被直接识别。
4.3 mRNA稳定性与基因表达调控
高铁水平时
缺铁时
铁应答元件的基因表达调控
4.3 mRNA稳定性与基因表达调控
肾上腺素或胰 高血糖素
肾上腺素或胰 高血糖素
1、腺苷酸环化酶
意义：由于酶 （无活性）
腺苷酸环化酶（活性）
1
的共价修饰反应 是酶促反应，只 要有少量信号分 子（如激素）存 在，即可通过加
2、ATP
cAMP
2
102
3、蛋白激酶
R、cAMP
3
（无活性） 蛋白激酶（活性）
速这种酶促反应，
ATP ADP
4、磷酸化酶激酶
4 104
而使大量的另一
（无活性）
种酶发生化学修 饰，从而获得放
磷酸化酶激酶（活性）
ATP ADP
5、磷酸化酶 b
5
106
大效应。这种调 节方式快速、效
（无活性） 磷酸化酶 a（活性）
级联系统
6
108
率极高。
调控示意图
6、糖原
1-磷酸葡萄糖
葡萄糖
血液
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
1.激素对基因表达的调控
1.激素对基因表达的调控
甾醇类激素作用模式 糖皮质激素应答元件GRE 雌激素应答元件ERE 甲状腺素应答元件TRE
激素受体蛋白分子有3种功能区：激素结合区， DNA结合区和转录调控区（作用于顺式作用元件）， 三者缺一不可。
激素及其胞内受体介导的基因表达调控模式
1.激素对基因表达的调控
甾醇类激素作用模式
1.4组蛋白去乙酰化酶
第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响
2.组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响
组蛋白N端“尾巴”上Lys的乙酰化中和了组蛋白尾巴 的正电荷，降低了它与DNA的亲和性，导致核小体构象发生 有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，从而提高了基 因转录的活性。由于乙酰化的组蛋白抑制了核小体的浓缩， 使转录因子更容易与基因组的这一部分接触，有利于提高基 因的转录活性。
1.组蛋白的乙酰化及去乙酰化
1.1组蛋白的基本组成
第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响
1.组蛋白的乙酰化及去乙酰化
1.2核心组蛋白的乙酰化和去乙酰化
第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响
1.组蛋白的乙酰化及去乙酰化
1.3组蛋白乙酰基转移酶
第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响
1.组蛋白的乙酰化及去乙酰化
第六节 真核基因表达调控举例
现代分子生物学上把能与某个（类）专一蛋白因子 结合，从而控制基因特异表达的DNA上游序列称为应答 元件(response element)。它们与细胞内高度专一的转录 因子相互作用，协调相关基因的转录。 激素应答元件(hormone response element,GRE) 热激应答元件(heatshock response element,HSE) 金属应答元件(metal response element,MRE)
激素与激素受体的作用机理 受体流动假说 中介物假说 邻位互调假说
2.热激蛋白诱导的基因表达
DNA结合区
第七节 真核基因转录后表达调控的多样性
成熟mRNA与DNA杂交后的电镜照片
1．简单转录单位
2胞
2. 复杂转录单位
甲状腺 神经元
降血钙素
降钙素
降钙素相关蛋白
mRNA前体不同剪接方式引起的组织特异性降钙素样蛋白
原肌球蛋白
3．mRNA有效性控制
高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均为3h。在 高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定，有的寿命长达几天或 十几天。 3.1 5’-UTR结构 RNA5’端m7G帽有增强翻译水平的作用． “上游AUG密码子”(位于起始AUG上游的其他AUG密码子)的存 在往往抑制下游开放读框的翻译效率． 起始AUG旁侧序列对翻译效率的影响．Kozak序列：GCCAUGG 3.2 3’-UTR结构 poly(A)尾增加翻译效率——mRNA稳定性 富含UA序列抑制翻译——导致mRNA不稳定