第十三章 真核生物基因表达调控
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
真核生物基因表达的调控
mRNA前体的加工、剪接、RNA编辑等。
1. 5’端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义： 使mRNA稳定，在转录过程中不被降解；
2. mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达的调控：
外显子选择(optional exon)、内含子选择(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点； 3. mRNA 运输的控制。
2. 转录水平的调控
1. 顺式作用元件(cis-acting element) （1）启动子(promoter): TATA盒、CAAT盒和GC盒，3种类型；TATA盒决定转录起始的 位点，CAAT盒和GC盒决定RNA聚合酶转录基因的效率。 （2）增强子(enhancer)：在真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端遗传性控制元件。 （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中其基因表达在时间和空间上具有特异性，
即细胞特异性或组织特异性表达。
• 转录前水平调控（基因结构激活）（DNA structure level regulation）
• 转录水平调控（transcriptional regulation） • 转录后水平的调控（post transcriptional regulation） • 翻译水平调控（translational regulation） • 蛋白质加工水平的调控（regulation of protein maturation）
真核生物基因表达的调控
同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。但真核基因转录发生在
细胞核(线粒体基因的转录在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开的，因此其调控增
真核生物基因表达调控
第十章作业1. 简述真核生物基因表达调控的7个层次。
①染色体和染色质水平上的结构变化与基因活化②转录水平上的调控，包括基因的开与关，转录效率的高与低③RNA加工水平的调控，包括对出事转录产物的特异性剪接、修饰、编辑等。
④转录后加工产物在从细胞核向细胞质转运过程中所受到的调控⑤在翻译水平上的控制，即对哪一种mRNA结合核糖体进行翻译的选择以及蛋白质成量的控制⑥对蛋白质合成后选择性地被激活的控制，蛋白质和酶分子水平上的剪接等的控制⑦对mRNA选择性降解的调控2. 真核基因表达调控与原核生物相比有何异同？相同点：①与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后水平的调控，并且也以转录水平调控为最重要；②在真核结构基因的上游和下游(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。
不同点：①原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。
②在原核基因转录的调控中，既有激活物参与的正调控，也有阻遏物参与的负调控，二者同等重要。
③原核基因的转录和翻译通常是相互偶联的，即在转录尚未完成之前翻译便已开始。
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，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。
3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。
甲基化抑制基因转录的机制：DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，DNaseⅠ超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与启动区DNA的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。
DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。
4. 转录因子结合DNA的结构基序（结构域）有哪几类？①螺旋-转折-螺旋②锌指结构③碱性-亮氨酸拉链④碱性-螺旋-环-螺旋5. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？①占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七2班 032009225 丁雪菲真核生物的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上加以精确的调节，这是真核生物基因表达调控的多层次性。
真核生物基因表达的调控可以发生在以下各个水平：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，在DNA和染色质水平上发生的改变包括：染色质丢失（某些序列的删除）、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等。
发生在染色质水平的基因表达调控，也称转录前水平的调控。
真核生物中的基因组DNA与组蛋白形成复合物，组蛋白在细胞内含量丰富，几乎与ＤＮＡ的含量相当。
真核生物中大多数编码蛋白质的基因为简单重复序列，但是组蛋白基因是中度重复序列，其中多数拷贝是完全相同的，有一些则差异较大。
导致组蛋白不均一性的另一个原因是组蛋白的修饰，最常见的组蛋白修饰是乙酰化，一般发生在Ｎ端氨基或者赖氨酸的ε-氨基上。
这种修饰可以影响染色质的结构和功能，调控基因活性。
2、转录起始水平组蛋白对基因转录活性的影响例子：爪蟾卵母细胞５ＳｒＲＮＡ基因只在卵母细胞中转录实验证明：转录因子和组蛋白可以竞争基因的转录调控区，去过转录因子与调控区亲和力低，则基因的调控区与组蛋白形成核小体，并由Ｈ１将核小体交联成有序的紧密结构，抑制基因的转录活性；反之如果转录因子先与基因控制区结合，则不能与组蛋白形成核小体，基因具有转录活性。
3、转录后水平真核生物可以通过选择不同的5’-起始点或者3’-加尾位点产生不同的成熟mRNA，最终合成不同的蛋白；也可以进行组织特异性的选择性拼接，表达具有不同生物活性的蛋白。
3.1可变拼接mRNA前体可以选择不同的拼接途径产生不同的成熟mRNA，称为可变拼接。
例子：大鼠的免疫球蛋白μ重链基因大鼠的免疫球蛋白μ重链有两种存在形式：分泌型和膜结合型。
两种蛋白的区别在于羧基末端，膜结合型的羧基末端为疏水区，可以锚定在膜上；分泌型羧基端为亲水区，不能锚定在膜上而称为分泌型蛋白。
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。
但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。
DNA水平的调控DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。
转录水平的调控转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。
通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。
转录后调控转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。
加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。
同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。
转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。
翻译水平的调控阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。
一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。
翻译后调控直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。
在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。
1．蛋白质折叠线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。
在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。
2．蛋白酶切割末端切割有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。
第十三章基因表达的调节基因表达调节的基本概念及原理原核
组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变 的，其表达强弱也是受一定机制调控的。
（2）诱导和阻遏表达
适应性表达指环境的变化容易使其表达水 平变动的一类基因表达。
改变基因表达的情况以适应环境，例如与适宜 温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的 动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同 ；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情 况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物适
激活蛋白
启p动o序列 操纵序列 编码序列 l
真核基因的调节蛋白--反式作用因子（转录因子）
由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过 与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用， 调节其表达。这种调节作用称为反式作用。
DNA
a
mRNA
蛋白质A
A
反式调节
A
B
转录调节因子结构
DNA结合域
转录激活域
酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
四、基因表达调控的基本原理
1、基因表达的多级调控
基因 激活
转录水平的基因表达调控最重要
转录起始 转录后加工 mRNA降解
蛋白质翻译
翻译后加工修饰
蛋白质降解等
2、特异DNA序列对基因转录激活的调节
基因转录激活调节基本要素
基因表达的调节与基因的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细 胞内所存在的转录调节蛋白有关。
4）有乳糖，无葡萄糖时：
RNA-pol
细胞内cAMP含量高， cAMP与CAP结合成复合
O
物，与DNA结合，并推动 RNA-pol向前移动，促进
mRNA
转录。
乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与
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
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核
生物DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转 录的“默认状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行 的负调控，而真核生物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控 机制主要是通过激活蛋白进行的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响 到基因的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所 在位置的染色质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位 是核小体，因此，染色质结构的改变是从核小体的变化开始的， 而核小体的变化是从组蛋白的共价修饰和去修饰开始的。 组蛋白能够经历的共价修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛酰 化和ADP-核糖基化等，其中乙酰化对染色质结构的影响最大。 组蛋白的乙酰化修饰至少具有三个功能：（1）中和Lys残基上的 正电荷而减弱组蛋白与DNA的亲和力；（2）招募其它刺激转录 的激活蛋白和辅激活蛋白；（3）启动染色质重塑。以上三个方面 均有利于基因转录的发生。
在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础
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。
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！。
第十三章基因表达调控
第十三章基因表达调控第十三章基因表达调控第一节基因表达调控基本概念与原理一、基因表达的概念（掌握）1、基因：负载特定遗传信息的DNA片段，包括由编码序列、非编码序列和内含子组成的DNA区域。
2、基因组：指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。
在真核生物体，基因组是指一套完整的单倍体的染色体DNA和线粒体DNA的全部序列。
3、基因表达：基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。
但对于rRNA、tRNA编码基因，表达仅是转录成RNA的过程。
4、基因表达调控：基因表达是在一定调节机制控制下进行的，生物体随时调整不同基因的表达状态，以适应环境、维持生长和发育的需要。
人类基因组含3～4万个基因。
在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于表达状态。
在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特定生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型。
但并非所有基因表达过程都产生蛋白质。
rRNA、tRNA编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。
二、基因表达的特异性（了解）无论是病毒、细菌，还是多细胞生物，乃至高等哺乳类动物及人，基因表达表现为严格的规律性，即时间、空间特异性。
生物物种愈高级，基因表达规律愈复杂、愈精细，这是生物进化的需要及适应。
基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子（序列）和（或）增强子与调节蛋白相互作用决定。
（一）时间特异性概念：指按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。
又称阶段特异性。
在多细胞生物从受精卵到组织、器官形成的各个不同发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启或关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。
（二）空间特异性概念：在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间或顺序出现。
基因表达伴随时间或阶段顺序所表现出的这种空间分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，又称细胞特异性或组织特异性。
第十三章 基因表达调控(试题与答案)
第十三章基因表达调控[測试题]一、名词解释1．基因表达(gene expression)2．管家基因(housekeeping gene)3．反式作用因子(trans-acting element)4．操纵子(operon)5．启动子(promoter)6．增强子(enhancer)7．沉默子(silencer)8．锌指结构(zinc finger)9．RNA干涉（RNA interference，RNAi）10．CpG岛11．反转重复序列(inverted repeat)12．基本转录因子(general transcription factors)13．特异转录因子(special transcription factors)14．基因表达诱导(gene expression induction)15．基因表达阻遏(gene expression repression)16．共有序列(consensus sequence )17．衰减子（attenuator）18．基因组（genome）19．DNA结合域（DNA binding domain）20．顺式作用元件(cis-acting element)21．基因表达的时间特异性(temporal specificity)22．基因表达的空间特异性(spatial specificity)23．自我控制（autogenous control）24．反义控制（antisense control）二、填空题25．基因表达的时间特异性和空间特异性是由____ 、____和____相互作用决定的。
26．基因表达的方式有____和____。
27．可诱导和可阻遏基因受启动子与＿相互作用的影响。
28．基因表达调控的生物学意义包括____ 、____。
29．操纵子通常由2个以上的＿序列与____序列,____序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。
30．真核生物基因的顺式作用元件常见的有____ 、____ 、____。
真核生物基因表达的调控
第10章真核生物基因表达的调控本章教学要求1.熟悉真核基因组的结构特点、真核生物在DNA水平、转录水平和翻译水平上基因表达调控的特点。
2.掌握以下概念：顺式作用元件、反式作用因子、启动子、增强子，熟悉沉默子、基本转录因子、特异转录因子。
3.了解转录因子的结构特点。
本章教学重点和难点1、真核生物在DNA水平和转录水平基因表达调控的特点。
2、转录因子的结构特点。
教学方法与手段讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。
授课内容10.1 真核生物基因表达调控的特点和种类一、真核生物基因表达调控的特点原核生物的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。
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。
真核生物基因表达调控与原核的共同点：•基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要；•在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，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。
真核生物基因表达调控与原核的不同点：1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。
2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA 碱基修饰变化、组蛋白变化；3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。
二、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的升降，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。
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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
在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白质因子与
这些调控成分的结合与否调控基因的转录
不同点
Eukaryote • DNA + histon
→chromatin
Prokaryote
Naked DNA
• Repeptitive gene
• Splitting gene
Overlapping gene
no intron
MAT 沉寂匣子 HML, HMR
接合型互变
与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子， 改变接合型
染色质的结构
紧密压缩状态
不利于基因表达，为非活性状态
DNA与组蛋白结合后被阻遏表达 除去H1组蛋白，使染色质处于伸展状态，部分 基因活化被转录 DNA启动子上结合激活因子，形成转录复合物 为激活状态
重 链 基 因 座 的 重 排
酵母结合型的染色质重排
单倍体细胞,
a or 接合型 不同接合型的细胞可以接合 相同接合型的细胞不能接合
MATa
, MAT
接合型可互变
a←→ 需要HO基因，编码内切酶
盒式模型
一个单倍体细胞中同时存在MATa和 在同一染色体上，活跃匣子
MAT
复习
真核基因转录水平的调控
真核、原核基因转录调控的区别 原核生物功能相关的基因组成操纵子；真核生
物不组成操纵子 原核生物调节元件较少，真核生物调节元件多 原核生物通常以负调控为主，其调节因子的活 性主要受变构效应调节；真核生物以正调节为 主，调节因子以共价修饰为主，如磷酸化和去 磷酸化 真核生物具有染色质结构，基因活化需要染色 质重塑的过程
Ⅱ类基因转录的调控区与启动子
Ⅱ类基因的转录指真核细胞RNA聚合酶Ⅱ负 责转录的基因，一般为编码蛋白质的基因 近端作用元件 Ⅱ类基因调控区
位置划分
远端作用元件 启动子
Ⅱ类基因调控区
功能划分
调控元件
增强子正调控作用功能
增强子：指能够使和它连锁的基因效率明显
增加的DNA序列，主要存在于真核生物基因 组
内部一般含有一个核心序列
许多增强子还受外部信号的调控
SV40至少有3个不连续的21bp的增强子成 分A,B,C，6个增强子元
增强子的作用机制
增强子和UPE都可以被反式作用的调控因子
结合，引起DNA构象变化，甚至DNA螺旋弯 曲，形成环状结构，结合到增强子的各种反 式作用因子之间相互作用，并接触作用于启 动子上的各种蛋白质因子，促进PIC组装，从 而激活转录 增强子序列元件是一些特异蛋白质因子结合 位点，它能使模板DNA固定在细胞核特定结 构如核基质上，有利于DNA拓扑异构酶发挥 作用
真核生物基因表达调控
Control of gene expression in eukaryote
一、真核基因表达调控的特点
真、原核基因表达调控的相同点和不同点 相同点：
与原核调控一样，真核基因表达调控有转录水平调控 和转录后调控，并且以转录水平调控为最主要
在真核结构基因的上游和下游（甚至基因内部）也存
核心组蛋白都能够发生乙酰化修饰，H3和H4乙
酰化程度大于H2A-H2B，且H3和H4上分布着乙酰 化的主要位点，Lys侧基上的ε-NH2
生物功能
乙酰化促进基因转录的活性 促进转录起始复合物的装配 组蛋白的去乙酰化导致基因沉默
活性染色质对DNase的的敏感性
基因活性区域对DNaseⅠ的敏感性有细胞和组
够结合的蛋白质组分（NHP组分）
核内的NHP组分参与了DNA的复制，基因产
物的转运，初始转录产物RNA的加工，RNP
颗粒的组装，核亚显微结构，细胞周期内核
的变化和基因表达调控以及所有这些过程中
信息的传递等步骤。
DNA水平上的调控
DNA的甲基化
大多数DNA的甲基化位点存在于双链CpG岛的胞 嘧啶上。 ★ 2%~7%的动物细胞DNA胞嘧啶是被甲基化的 （数值依物种而变化）。大多数甲基基团能在 CG“双联体”中被找到，事实上，大多数CG序列 是被甲基化的。 ★ 形成的回文结构为： 5` mCpG 3` 3` GpCm 5`
转录起始位点
A
上游调节元件 （UPE）
真核生物基因结构模式
UPE: upstream promotor element UAS: upstream activating sequence
基因基础转录的调节
基因的基础转录是指由核心启动子与通用
转录因子结合后起始的转录过程
调节包括：
转录中涉及的蛋白质因子之间的竞争，核心 启动子的完整性以及转录模板DNA的损伤等 （DNA损伤在转录前必须先得到修复）都影 响调节基因转录。
编码卵壳蛋白的卵壳基因的扩增
外界环境因素引起基因扩增
基因扩增与肿瘤形成及细胞衰老有关。
在原发性的视网膜细胞瘤中，含myc 原癌基
因的DNA区段扩增10－200倍。
Hale Waihona Puke 许多致癌剂可诱导DNA扩增。
基因重排
特异性调节，发生在特殊的细胞类型中
例如：酿酒酵母接合型 哺乳动物免疫球蛋白编码区的连接
最早是在研究SV40基因表达时，发现的一段
位于转录起始点上游的序列对早期、晚期两 个方向转录都有增强作用，故称为增强子
ENHANCER SV40
增强子的作用特点
增强效应明显 增强子没有基因专一性 不具方向性，功能与序列取向无关 能对远离基因的转录起始位点起作用 增强效应具有组织或细胞特异性 大多为重复序列
调控蛋白质包括负调控因子（阻遏蛋白）
正调控因子（转录因子）
沉默子：是基因的负调控元件，它的DNA序列
被调控蛋白结合后阻断了转录起始复合物的形
成或活化，使基因表达活性关闭
负调控元件,
不受距离和方向限制，可对异源基 因的表达起作用 对真核生物成簇基因的选择性表达起重要作用 例如 酵母，mating type ß-珠蛋白ε基因簇
基因转录的反式作用因子
织特异性，只在活跃表达的细胞中，基因才具 有这种敏感性
鸡卵清蛋白100kb的基因簇，在输卵管组织中都对 DNaseⅠ有敏感性，而在不表达卵清蛋白肝细胞中，
该基因簇区域不显示对DNaseⅠ的敏感性
在染色质中的基因DNA对DNaseⅠ的敏感性
只能说明该基因具有被转录的潜在能力，并 非一定就能转录
• acetylation •phosphorylation methylation glucosylation
trans factor active form
二、真核细胞基因表达调控的不同层次
7个层次： 染色体和染色质水平上的结构变化和基因活化 转录水平上的调控 RNA加工水平上的调控 转录后加工产物从细胞核向细胞质转运过程的调控 翻译水平的调控 蛋白质合成以后选择性地被激活的控制，蛋白质和 酶分子水平上的剪切、活性水平的控制 mRNA的选择性降解的调控
无序的，发生在肿瘤细胞基因组中
免疫球蛋白基因重拍
脊椎动物和人的淋巴细胞在成熟过程中抗体基因
的重排是基因重排研究中的重要实例 淋巴细胞分化而来的浆细胞能够产生无数种类的 抗体分子（免疫球蛋白） 免疫球蛋白由两条轻链（L）和一条重链（H） 组成，分别由三个独立的基因簇组成，其中κ和λ 编码轻链，另一条编码重链 无论重链、轻链都是由多个V和C基因簇组成的 说明编码一条完整多肽链的基因在表达之前必须 经过重排
基因拷贝数的变化
基因丢失
基因重组 基因扩增
基因重排 DNA修饰
基因丢失
在细胞分化过程中，通过丢掉某些基因而去
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。
基因扩增
在没有发生细胞分裂，整条染色体几乎没有 复制的情况下，细胞内某些特定基因的拷贝数 专一性增加的现象 为满足正常的生长发育需要 如两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增: 卵母细胞中的rDNA拷贝数比体细胞中增加了 4000倍，用于转录合成卵裂期所需要的1012个 核糖体。