分子生物学 第八章_真核基因表达调控

紧密排列在一起，称为一个基因簇。
1、简单多基因家族 家族中的成员一般以串联方式前后连接形成的 多基因家族，称为简单多基因。
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细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
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脊椎动物中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
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真核生物中rRNA基因家庭各成员的成熟过程分析
第八章 真核基因表达调控
原核生物基因表达调控的特点：原核生物是单细 胞生物，环境因子往往是调控的诱导物，每个细
胞对环境变化的反应都是直接和一致的。
真核基因表达调控的特点是：能在特定的时间， 特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定” 的、有序的、不可逆转的分化过程，并使生物的 组织和器官保持正常的功能。
效率的顺式作用元件，可以不同的方向，在相对于
启动子的任何位置发挥作用。
最显著的特点：可在很远的距离起作用。
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增强子的特性：
① 增效效应十分明显 。 一般能使基因转录频率增加10—200倍， 甚至增加上千倍。
② 增强效应与其位置和取向无关。 ③ 大多为重复序列 。 一般长约50 bp，适合与某些蛋白因子结 合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T （G），是产生增强效应所必需的。 ④ 其增强效应有严密的组织和细胞特异性。 说明增强子只有 与特定蛋白质相互作用才能发挥功能。
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四、真核基因表达调控一般规律P301
瞬时调控或可逆调控
发育调控或不可逆调控
转录水平调控：
遗传水平的DNA调控、表观遗传水平的染色质调控
转录后水平调控
RNA加工成熟过程的调控、翻译水平的调控、蛋白质
加工水平的调控
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第二节 真核基因表达的转录水平调控
真核基因调控主要在转录水平上进行，受大
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真核基因表达调控根据性质分为两种类型：
瞬时调控或称可逆性调控：
相当于原核细胞对环境变化所做出的反应。
包括：某种底物或激素水平升降时，表现出细胞内酶
或某些蛋白质合成的变化；细胞周期不同阶段中酶活
性或浓度的调节。 发育调控或称不可逆调控： 是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生 长、分化、发育的全部进程。
列叫顺式作用元件，一般不编码蛋白质。
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顺式作用元件一般位于基因附近，与之相连；
一般通过与反式作用因子结合发挥功能。
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1、真核基因的启动子P304
真核基因的启动子由核心启动子和上游启动子两 个部分组成，是在基因转录起始位点(+1)及其5′上游
大约100-200 bp以内的一组具有独立功能的DNA序列，
包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒等，通
过 TFII D复合物调节转录起始的频率，提高转录 的效率。
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2、转录模板 包括从转录起始位点到RNA聚合酶II转
录终止处的全部DNA序列。
3、RNA聚合酶II 由至少10—20个亚基组成，有些亚 基也在I、Ⅲ中共用。其中2.4×105最大亚基的羧 基末端含有由7个氨基酸残基（Tyr-Ser-Pro-ThrSer-Pro-Ser）组成的多磷酸化位点重复序列，称
为羧基末端结构域（CTD）。
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4、RNA聚合酶II基础转录所需的蛋白质因子（以
“TFII”表示）
RNA聚合酶II需与20种以上的蛋白质因子结合
形成转录起始复合物。 RNA聚合酶II起始的基因转录的终止位点的3′ 端都存在一个poly(A) 位点，该位点上游15~30 bp处 的保守序列AATAAA对于初级转录产物的切割及加
外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列，
即编码序列，称为外显子。一个基因总是以外显子 为起点和终点。
内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入
序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除，即非
编码序列，称为内含子。
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2、外显子与内含子的连接区
类和类珠蛋 白基因家族
人在发育过程中 的血红蛋白类型
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三、基因表达的方式和特点P300
基因表达的方式 组成性表达（管家基因） 选择性表达（诱导基因）
基因表达的时空特异性
时间特异性、阶段特异性 空间特异性、细胞或组织特异性
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特点: 1）内含子两端序列不能互补； 2）连接区序列高度保守（GT-AG法则）；
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5，GT 左剪接位点 donor site
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AG 3
,
右剪接位点 acceptor site
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3、外显子与内含子的可变性
组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有
序或组成性地从mRNA前体中被剪接，这种剪接方 式称为组成性剪接。 选择性剪接：又叫变位剪接，指在剪接过程中可以 有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变
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一、真核基因的断裂结构
1、外显子与内含子
断裂基因（interrupted gene）：真核生物基因除
了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编 码的序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加 工为成熟的mRNA时被去除。这样的结构基因称为 断裂基因。
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每个元件长度约7-20 bp，是决定RNA聚合酶II转录
起始点和转录频率的关键元件。
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源自文库
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① 核心启动子（core promoter)：是指保证RNA
聚合酶II转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，
包括转录起始点及转录起始位点上游 – 25 ～ 30bp 处TATA盒。功能：确定转录起始位点并产 生基础水平的转录。 ② 上游启动子元件（upstream promoter element)：
②转录起始或终止的辅助因子，不具有基因特 异性； ③与特异调控序列结合的转录因子。
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目前研究最多的转录因子有：
TATA区：TFⅡD；
CAAT区：CTF； GGGCGG区：SP1； 识别热激蛋白启动区：HSF
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真核生物中转录因子活性调节的主要方式P307
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真核基因表达调控的主要步骤
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第一节 真核基因表达调控相关概念和一般规律
真核细胞和原核细胞在基因转录、翻译、DNA空 间结构方面的主要差别：P302
① mRNA与多肽链的数量关系; ② 基因组DNA存在的形式; ③ 基因组DNA的结构; ④ DNA片段的重排及拷贝数的增加; ⑤ 转录调节区的大小，距离转录起始位点的距离及作 用的性质; ⑥ 转录和翻译过程在时间和空间上的差别; ⑦ mRNA的加工。
蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
多顺反子（polycistronic mRNA ) ：编码多个
蛋白质的mRNA称为多顺反子mRNA 。
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基因家族 (gene family)：真核细胞中，许多功能
相关的基因成套组合，称为基因家族。
基因簇（gene cluster)：同一基因家族中的成员
连接，活化基因转录； （2）将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核 基质上，有利于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋 结构的张力，促进RNA聚合酶II在DNA链上的结合
和滑动；
（3）增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合酶 II进入染色质结构的“入口”。
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增强子的作用方式 增强子通过结 合蛋白与基础转录 装置的作用来发挥 功能。只有增强子 靠近启动子时，才 可以发挥作用。
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锌指与DNA 的结 合：C 端形成α-螺旋， 插入大沟与 DNA 结
合，N 端形成β-折叠；
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类固醇激素受体是以二聚体形
磷酸骨架 碱基
没有特异性 有特异性
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（2）锌指（zinc finger)结构

定义：保守氨基酸残基与锌离子结合，使中间的氨
基酸残基回折成一种手指状结构，称为锌指。
一个α -螺旋与一个 反向平行β 片层的基部 以锌原子为中心，通过 一对半胱氨酸和一对组 氨酸之间形成配位键相 连接。
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不同外显子的使用产生不同蛋白质
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二、基因家族 (gene family)P297
原核生物中，功能相关的基因组成操纵子，以多
顺反子mRNA进行转录，整个体系在一个启动子的
控制之下。
真核生物中，DNA是以单顺反子的形式存在。 单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个
6000 bp, 重复1000次左右
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3、发育调控的复杂多基因家族
血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体， 由两条链和两条链组成的四聚体加上一个血红素 辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。
有功能的血红蛋白基因的基本结构：三个外
显子被两个内含子隔开。
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三、反式作用因子
反式作用因子（ trans-acting factor）: 指
能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用 元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率 的蛋白质，也叫转录因子。P308
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根据转录复合物中各个蛋白质在转录中
作用不同可分为三类：
①RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性；
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真核基因的一般构造示意图
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顺式作用元件（cis-acting elements）
一般位于结构基因的附近，由若干DNA序列元
件组成，主要包括启动子和增强子，只能对同一条
DNA链上的基因表达起调控作用，这种作用在遗传
学实验上称为顺式作用（cis-action），这些DNA序
位剪接，产生出不同mRNA的过程，这种剪接方式
称为变位剪接。
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小鼠淀粉酶基因的表达具有组织特异性。
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同一段DNA序列生成了两条或两条以上的mRNA链。
相同密码子、不同起始位点 产生长度不同的蛋白质
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不同起始位点、不同读码顺 序产生不同蛋白质
1、反式作用因子中的 DNA 识别或结合域
（1）螺旋-转角-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。
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第三个α -螺旋与大沟 接触部位 N-端与小沟
量特定的顺式作用元件（cis-acting element）和反
式作用因子（trans-acting factor，又称跨域作用 因子）的调控，真核生物的转录调控大多数是通 过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用 来实现的。
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一、真核基因的一般结构特征
基因（gene）
产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核 苷酸序列。
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 许多增强子受外部信号的调控。
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真核生物基因调控元件示意图
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增强子的作用原理：
（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”
DNA 由RNA聚合酶 I 转录完成 前rRNA（45S） 甲基化 主要在核糖的2-OH甲基化 5S rRNA
RNA酶降解 18S、28S、5.8S rRNA
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由RNA聚合酶III转录完成
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2、复杂多基因家族
由几个相关的多基因构成，基因家族间由间隔
序列隔开，并作为独立的转录单位。
poly(A)是必需的。
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poly(A)及AATAAA序列对于基因的转 录和成熟意义重大，但RNA聚合酶II却不 在该位点终止转录，而是在其下游0.5~2 kb 序列。
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真核基因的结构
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二、增强子及其对转录的影响
真核启动子不总是单独执行功能，在一些情况 下，启动子活性被另一组元件——增强子大幅提高。 增强子（enhancer）：真核生物中提高启动子