真核基因表达调控
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。
真核生物基因表达调控的多种方式
真核生物基因表达调控的多种方式真核生物基因表达包括转录、翻译和蛋白修饰等复杂过程，其中涉及多种调控方式。
以下是真核生物基因表达的各种表达调控方式的简述:1. 转录前调控转录前调控是指在 DNA 复制后被转录成 RNA 的过程中，通过调控 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 的亲和力、移动速度和活性等方式来控制基因的表达。
其中一些调控因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的移动，从而加快转录速率。
2. 转录调控转录调控是指通过调控 RNA 聚合酶结合到特定基因的启动子上，来控制基因的表达。
转录调控可以通过调节转录因子的数量、亲和力和活性等方式来实现。
一些转录因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的活性，从而加快转录速率。
3. 转录后调控转录后调控是指在基因被转录后，通过调控 RNA 剪接、RNA 编辑、RNA 降解等方式来控制基因的表达。
这些调控方式可以影响 RNA 的稳定性、可用性和转录本的多样性。
例如，一些调控因子可以与 RNA 剪接因子结合，从而改变 RNA 剪接的速率和方向。
一些 RNA 编辑酶可以编辑 RNA，改变基因表达。
此外，RNA 降解酶可以降解 RNA，从而抑制基因的表达。
4. 翻译调控翻译调控是指通过调控 mRNA 的稳定性、可用性和翻译速率等方式来控制基因的表达。
例如，一些调控因子可以与 RNA 聚合酶结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些翻译调控因子可以与 mRNA 结合，从而改变 mRNA 的稳定性和翻译速率。
5. 蛋白修饰调控蛋白修饰调控是指通过调控蛋白质的修饰方式来控制蛋白质的活性、稳定性和可用性等方式来控制基因的表达。
例如，一些修饰因子可以与蛋白质结合，从而改变蛋白质的修饰方式。
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。
分子生物学：真核基因表达调控
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地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因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
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)。
真核基因表达调控特点
05
真核基因表达调控的案例研究
肿瘤细胞中的基因表达调控
要点一
肿瘤细胞中基因表达调控的特点
要点二
肿瘤细胞中基因表达调控的案例
肿瘤细胞通过基因表达调控机制，使某些基因高表达或低 表达，以适应其生长和增殖的需要。这些调控机制包括染 色质重塑、转录因子和miRNA的调控等。
真核基因表达调控特点
• 真核基因表达调控概述 • 真核基因表达的转录水平调控 • 真核基因表达的转录后水平调控 • 真核基因表达的表观遗传调控 • 真核基因表达调控的案例研究
01
真核基因表达调控概述
真核基因表达调控的定义
真核基因表达调控是指在真核生物中，对基因表达的起始、维持和终止过程进行 的精细调节，以确保细胞在生长发育和应对环境变化时能够做出适应性反应。
例如，某些肿瘤细胞中，抑癌基因的表达受到抑制，而致 癌基因的表达则被激活，从而促进肿瘤的发生和发展。
干细胞分化过程中的基因表达调控
干细胞分化过程中基因表 达调控的特点
干细胞分化过程中，基因表达调控机制使干 细胞按照一定的程序分化为不同类型的细胞 。这些调控机制包括表观遗传学修饰、转录 因子和miRNA的调控等。
真核基因表达的转录后调控还包括mRNA的翻译。翻译是指将mRNA上的信息转变成蛋白质的过程。
后翻译修饰
蛋白质的翻译后修饰是指对已合成的蛋白质进行化学修饰，以改变其功能的过程。常见的蛋白质修饰 包括磷酸化、乙酰化、糖基化和泛素化等。这些修饰可以影响蛋白质的活性、定位和稳定性。
04
真核基因表达的表观遗传调控
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控有以下几个特点：
1. 基因组的复杂性：真核生物的基因组通常比原核生物更大且更复杂。
真核基因组包含多个非编码区域和大量的调控元件，这些元件可以影响基因的表达水平和模式。
2. 转录的调控：真核生物中的基因表达主要通过转录调控来实现。
转录调控包括转录因子的结合和调节，以及染色质状态的改变。
转录因子是一类能够结合到特定DNA序列上并调控相关基因转录的蛋白质。
它们可以增强或抑制基因的转录，从而影响基因表达。
3. 多级调控网络：真核生物中的基因表达调控是一个多级的网络系统。
这个网络包括许多调控元件、转录因子和其他调控蛋白质之间的相互作用。
这些元件和因子可以形成复杂的调控回路和信号传递路径，从而调控基因的表达。
4. 组蛋白修饰：染色质状态的改变在真核基因表达调控中起着重要作用。
染色质是DNA与蛋白质的复合物，通过不同的化学修饰可以改变染色质的结构和可及性，从而影响基因的转录。
常见的染色质修饰包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等。
5. RNA后转录调控：除了转录调控外，真核生物中还存在着RNA 后转录调控机制。
这些调控机制包括RNA剪接、RNA编辑和非编码RNA 的功能等。
它们可以影响基因的转录后处理和调控基因表达的多样性。
综上所述，真核基因表达调控具有基因组的复杂性、转录的调控、多级调控网络、组蛋白修饰和RNA后转录调控等特点，这些特点共同
作用来调控基因的表达水平和模式。
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控
顺式作用元件
真核生物基因表达调控
反式作用因子
-
感谢您的莅临
著特征是能在 特定时间和特定细胞 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 在一定环境条件范围 内保持正常功能
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控的特点如下
①基因表达有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为主 ②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 成分结合而调控基因的转录 ③真核生物基因表达调控的环节多：转录与翻译间隔进行，个体发育复杂，具有调控基 因特异性表达的机制 ④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、组蛋白变化等都具有调控作用 ⑤具有细胞特异性或组织特异性：在生长发育过程中，随着细胞需求的不断改变，各种 基因变得有活性或沉寂 ⑥正性调节占主导，且一个真核生物基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物
真核生物基因表 达调控
-
1
基因表达调控
2
真核生物基因表达调控的特点
3
转录水平的调控
真核生物基因表达调控
基因表达调控
基因表达(gene expression)是基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋 白质分子或RNA分子的过程。表达调控(gene regulation)是基因表达时受到内源及外 源信号调控的过程。基因表达调控大多数是对基因的转录和翻译速率的调节，从而导 致其编码产物的水平发生变化，进而影响其功能
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。
真核基因表达调控
• Fields建立了一个双杂交系统;DB与X蛋白融合 ;AD与Y蛋白融合;如果X Y之间形成蛋白蛋白复合 物;使GAL4两个结构域重新构成;启动特异基因序 列的转录
• 该实验的结果表明由X和Y相互作用使得AD和BD 在空间上接近;激活了报告基因LacZ的转录 一般 地;将DBX的融合蛋白称作诱饵bait;X往往是已知 蛋白;ADY称作猎物prey;能显示诱饵和猎物相互作 用的基因称报告基因;通过对报告基因的检测;反过 来可判断诱饵和猎物之间是否存在相互作用
种细胞中;在整个细胞周期内都处于凝聚状态的染色质 ;如着丝粒;端粒;核仁形成区等 • 兼性异染色质facultative heterochromatin指在某些特 定的细胞中;或在一定的发育时期和生理条件下凝聚; 由常染色质变成异染色质;这本身也是真核生物的一种 表达调控的途经
莱昂假说Lyon hypothesis
基因家族gene family
基因家族gene family：真核细胞中许多相 关的基因常按功能成套组合;被称为基因 家族
假基因
• 假基因pseudogene具有与功能基因相似的序列; 但由于有许多突变以致失去了原有的功能;所以假 基因是没有功能的基因;常用ψ表示
• 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
沉默子silencer
• 沉默子是可降低基因启动子转录活性的一 段DNA顺式元件 与增强子作用相反 沉默 子的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
绝缘子insulator
• 绝缘子insulator长约几百个核苷酸对;是通 常位于启动子同正调控元件增强子或负调控 因子为异染色质之间的一种调控序列 绝缘子 本身对基因的表达既没有正效应;也没有负效 应;其作用只是不让其他调控元件对基因的活 化效应或失活效应发生作用
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的层次
真核生物基因表达调控的层次引言：基因表达调控是指基因转录和翻译过程中的调节机制，它决定了细胞在不同时间和环境中产生不同功能的蛋白质。
真核生物基因表达调控具有多个层次，包括染色质结构调控、转录水平调控、RNA加工和转运调控、翻译调控以及蛋白质修饰和定位调控。
本文将就这些层次进行详细介绍。
一、染色质结构调控：染色质结构调控是指通过改变染色质的结构和组织方式来调控基因表达。
染色质的结构包括开放的区域和紧密的区域，开放的区域便于转录因子的结合和启动子的访问，从而促进基因的转录。
染色质结构调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的参与等。
DNA甲基化是一种常见的染色质结构调控方式，通过甲基化酶催化DNA上的甲基化反应，使得某些基因的启动子区域被甲基化，从而阻止转录因子的结合。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，这些修饰可以改变染色质的结构，影响基因的转录水平。
非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它可以通过与染色质相互作用来调控基因的表达。
二、转录水平调控：转录水平调控是指在转录过程中对RNA合成的调控。
转录调控涉及到转录因子的结合、启动子的可访问性以及转录复合物的组装等。
转录因子是一类蛋白质，它们可以通过与DNA结合来调控基因的转录。
转录因子的结合位点通常位于启动子区域，它们可以通过激活或抑制转录的方式来调控基因的表达。
启动子的可访问性是指转录复合物能否顺利结合到启动子上，这涉及到染色质的开放程度以及转录因子的作用。
转录复合物的组装包括RNA聚合酶与转录因子的结合以及其他辅助因子的参与，这些因子的作用可以影响基因的转录速度和效率。
三、RNA加工和转运调控：RNA加工和转运调控是指在RNA合成后对RNA分子的修饰和定位调控。
RNA加工包括剪接、剪切和多聚腺苷酸化等过程，这些过程可以改变RNA的结构和功能。
剪接是指将RNA前体分子中的内含子剪切掉，从而形成成熟的mRNA分子。
剪切的方式和位置不同，可以产生不同的转录产物。
真核基因表达调控的五个水平
真核基因表达调控的五个水平真核基因表达调控是指在真核生物中，通过一系列的调控机制来控制基因的表达。
这些调控机制可以分为五个水平：染色质水平、转录水平、RNA加工水平、转运水平和翻译水平。
染色质水平是指通过改变染色质的结构和状态来调控基因表达。
在真核生物中，染色质通常会以一种紧密的形式存在，称为紧密染色质。
这种紧密染色质不容易被转录因子识别和结合，从而抑制基因的转录。
而在某些特定的时机，染色质会发生松弛，使得转录因子能够更容易地与基因的启动子结合，从而促进基因的转录。
这种染色质的结构和状态的改变可以通过DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等机制来实现。
转录水平是指通过调控转录过程来控制基因表达。
转录是指将DNA 中的基因信息转录成RNA的过程。
在转录过程中，转录因子会结合到基因的启动子区域，通过与RNA聚合酶的相互作用来启动和调节转录过程。
转录因子的结合位置和数量可以影响基因的转录水平。
此外，还有一些转录调控因子可以通过与转录因子相互作用，调节其活性和稳定性，从而进一步调控基因的转录。
RNA加工水平是指通过对转录后的RNA分子进行剪接、修饰和降解等加工过程来调控基因表达。
在转录后，RNA分子需要经过剪接来去除其中的内含子序列，形成成熟的mRNA分子。
剪接的方式和位置可以影响基因的表达模式。
此外，还有一些修饰酶可以对RNA 分子进行修饰，如加上甲基或磷酸基团，从而影响其稳定性和功能。
另外，RNA分子还会受到RNA降解酶的作用，从而降解掉一部分RNA分子，进一步调控基因的表达水平。
转运水平是指通过调控RNA分子的运输和定位来调控基因表达。
在真核生物中，RNA分子需要通过核孔复合体来从细胞核转运到细胞质，然后再到达特定的亚细胞位置。
在细胞质中，RNA分子可以与翻译机器相互作用，从而进一步调控基因的翻译。
此外，还有一些RNA分子可以通过与RNA结合蛋白相互作用，形成RNA颗粒体或RNA复合体，从而影响RNA的稳定性和功能。
真核基因的表达调控
真核细胞－－基因表达调控最明显的特征是在特定时间，特定的 细胞中特定的基因被激活，实现"预定"的、有序的、不可逆转的 分化、发育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这是生命活 动规律决定的，环境因素在其中作用不大。
原核细胞－－环境因素对调 控起到决定性的作用。群体 中每一个细胞对环境变化的 反应是直接的和一致的。
1 DNA结合 结构域
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”，近竣基端的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。与DNA相 互作用时，同源域蛋白的第一、二两个 螺旋往往靠在外侧，其第三个螺旋则与 DNA大沟相结合，并通过其N-端的多 余臂与DNA的小沟相结合。
2.螺旋-环螺旋（HLH） 结构域
这一结构在总体上与亮氨酸拉链相似，只 是它的二个α-螺旋被一个非螺旋的多肽环 分成二个单体蛋白，C端α-螺旋一侧的疏 水残基可以二聚化。与亮氨酸拉链一样， HLH结构也经常与碱性结构域相邻，以形 成DNA结合所需的二聚体。
7．2．2．3 转录激活结构域
酸性激活结构域 通过比较酵母Gcn4和Gal4的转 录激活结构域、哺乳动物糖皮质激素受体以及疤疹 病毒激活子VPl6发现它们都含有很高比例的酸性氨 基酸，这样的结构域被称作酸性激活结构域，且是 许多转录激活结构域的特征。
四．没有基因专一性，可以在不同的基因组合 上表现增强效应。
五．许多增强子受外部信号的调控，如金属硫 蛋白基因启动区上游所带的增强子，就可 以对环境中的锌、镐浓度做出反应。
25
增强子的功能受DNA双螺旋空间构象的影响。增强子有 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聚合酶进入染色质结构的 "入口"。
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真核生物基因调控可分为两大类：
• 第一类是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，或细胞周期不同阶段酶活 性的调节； • 第二类是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：
C端768-881 位氨基酸残基区段的转录激活域(Activation
domain,AD).DNA-BD能够识别位于GAL4效应基因(GAL4responsivegene)的上游激活序列(Upstream activating
sequence,UAS),并与之结合. 而AD则是通过与转录机构中的其
他成分之间的结合作用，以启动UAS下游的基因进行转录. DNA-BD和AD单独分别作用并不能激活转录反应，但是当二者
基因家族（gene family）
基因家族（gene family）：真核细胞中许 多相关的基因常按功能成套组合，被称
为基因家族。
假基因
• 假基因(pseudogene)具有与功能基因相似的序列 ，但由于有许多突变以致失去了原有的功能，所 以假基因是没有功能的基因，常用ψ 表示。
bHLH 类蛋白只有形成同源或 异源二聚体时，才具有足够的 DNA 结合能力。当这类异源二 聚体中的一方不含有碱性区（如 Id 或 E12 蛋白）时，该二聚体明 显缺乏对靶DNA的亲和力。
亮氨酸拉链（leucine zipper）
螺旋-环-螺旋（H-L-H）结构
转录活化结构域
• 转录激活结构域（transcription activation domains）一般由30-100个氨基酸残基组成，负 责结合并激活别的转录调控蛋白。如GAL4分子中 有2个这种结构域，分别位于多肽链的第147-196 位和第768-881位.
反式作用因子
1、定义：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。
TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、
SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）
1.分类 基本转录因子
识别启动子，通过DNA-蛋白质相互作用。
转录调节因子
识别增强子、沉默子等。通过DNA-蛋白质相 互作用，
绝缘子(insulator)
• 绝缘子(insulator)长约几百个核苷酸对，是 通常位于启动子同正调控元件(增强子)或负 调控因子(为异染色质)之间的一种调控序列 。绝缘子本身对基因的表达既没有正效应， 也没有负效应，其作用只是不让其他调控元 件对基因的活化效应或失活效应发生作用。 • 绝缘子的作用是有方向性的，
共调节因子
通过蛋白质-蛋白质相互作用，协调调控
• 转录因子：激活因子、阻遏因子 • 共调节因子：共激活因子、共阻遏因子
2、结构
DNA结合结构域 结构域 转录活化结构域 结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密 球状结构区域，又称为辖区。
• 酵母双杂交由Fields在1989年提出. 他的产生是基于对真核细胞 转录因子特别是酵母转录因子GAL4性质的研究. GAL4包括两 个彼此分离的但功能必需的结构域. 位于N端1-174位氨基酸残 基区段的DNA结合域(DNA binding domain，DNA-BD)和位于
碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper）
碱性-螺旋-环-螺旋（basic – helix /loop /helix，bHLH）
1、螺旋-转折-螺旋（HTH）
这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”
蛋白质能识别DNA，主要是靠着蛋白质氨基酸侧链与DNA的 碱基之间形成氢键以及疏水性作用来完成；识别时不必打开 双螺旋。红色部分为识别螺旋，蓝色部分则起帮助识别螺旋 定位到DNA大沟上的作用。
Cys2 / His2锌指
见于甾体激素受体 见于SP1，TF ⅢA等 TFIIIA
TF III A
•344aa，N端与DNA结合
•9个锌指，每个～30aa
•与5s rRNA基因内启动子
（50bp)结合
转录因子SP1 （GC盒） 、连续 的3个锌指重复结 构。
3、碱性-亮氨酸拉链
即bZIP结构。蛋白中每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基， 导致第7个亮氨酸残基都在螺旋的同一方向出现。 •二聚体 •亮氨酸之间相互作用形成二聚 体，形成“拉链” 。 •肽链氨基端 20 ～ 30 个富含碱性 氨基酸结构域与DNA结合。 •这类蛋白质的 DNA 结合结构域 实际是以碱性区和亮氨酸拉链结
• 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。
假基因的产生有两种方式
• 1.复制（duplication）即复制后基因发生序列变化
而失去功能，这样产生的假基因带有内含子，称为
non-processed或duplicatedpseudogenes • 2.返座（retrotransposition），即mRNA转录本经过 反转录为cDNA,再插入基因组，由于插入位点不合
在空间上充分接近时，则呈现完整的GAL4转录因子活性并可
激活UAS下游启动子,使启动子下游基因得到转录。
• Fields建立了一个双杂交系统，DB与X蛋白融合
，AD与Y蛋白融合，如果X、Y之间形成蛋白-蛋
白复合物，使GAL4两个结构域重新构成，启动特 异基因序列的转录
• 该实验的结果表明由X和Y相互作用使得AD和BD
2、锌指结构
由大约30个氨基酸残基的 肽段与锌螯合形成的指形 结构。锌以四个配位键与 肽链的Cys或His残基结合， 指形突起的肽段含12-13 个氨基酸残基，嵌入DNA的 大沟中，由指形突起或其 附近的某些氨基酸侧链与 DNA的碱基结合而实现蛋白 质与DNA的结合。
2-9个
配位键
Cys2 / Cys2锌指
适或序列发生变化而导致失去功能。这种类型的假
基因不含内含子，被称为processedpseudogenes，或 retropseudogene。
真核基因表达方式
• 组成性表达
（管家基因）
• 选择性表达
(可诱导基因 可阻遏基因）
组成型表达(constitutive expression)
基因表达不受时期、部位、环境影响，没有时空特 异性。 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，
增强子对转录的影响
• 增强子的功能受DNA双螺旋空间构象的影响。增强子可能有 如下3种作用机制: ▫ 影响模板附近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，活化基因转录。 ▫ 将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有
真核基因的表达调控的特点：
原核细胞——环境因素对调控起决定性的作用。群体 中每一个细胞对环境变化的反应是直接的和一致的。
真核细胞——基因表达调控最明显的特征是在特定时 间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现“预定” 的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组 织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的， 环境因素在其中作用不大。
在空间上接近，激活了报告基因LacZ的转录. 一般
地，将DB-X的融合蛋白称作诱饵(bait),X往往是
已知蛋白，AD-Y称作猎物(prey),能显示诱饵和猎
物相互作用的基因称报告基因,通过对报告基因的 检测，反过来可判断诱饵和猎物之间是否存在相 互作用.
DNA结合结构域：
模体
螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H） 锌指结构（zinc finger）
通常被称为管家基因(housekeeping gene)。
eg:DNA聚合酶、RNA聚合酶、肌动蛋白
意义：维持生命
适应性表达(adaptive expression）
指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因 表达。 • 可诱导的基因(induc来自ble gene)：表达水平增高
• 可阻遏的基因(repressible gene) ：表达水平降低
剪接方式形成不同mRNA。（变位剪接）
PS DNA
外显子 S
PL
外显子 L
外显子 2
外显子 3
50b
2800bp
161bp
4500bp
205bp 327bp
初始转录本： 在唾腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
第八章 真核基因的表达与调控
基因
基因表达 (mRNA)
基因表达调控 (蛋白)
多 层 次 调 控
1.真核生物基因组
断裂基因
1.外显子与内含子的连接区
2、外显子与内含子的可变调控
• 组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只
能产生一种成熟的mRNA。
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的
• eg: β-半乳糖苷酶
• 意义：适应环境
基因表达的时空特异性
1、时间特异性（temporal specificity）
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。
2、空间特异性(spatial specificity)
在个体生长全过程，某种基因产物在 个体按不同组织空间顺序出现，称之为基 因表达的空间特异性，又称细胞或组织特 异性(cell or tissue specificity)。
构域整体作为基础的。
定义：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元 （motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个α-螺旋的 疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈 的二聚体时就形成了亮氨酸拉链。