9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。
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。
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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。
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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。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七年制2班内容摘要：真核生物细胞结构比原核生物复杂，转录和翻译在时空上都被分隔开，分别在细胞核和细胞质中先后进行，并且基因组和染色体结构复杂，蕴藏大量的调控信息，因此真核生物基因表达的调控要比原核生物要复杂的多。
真核生物可以从多个层次调控基因表达。
一、真核生物基因表达调控的种类（一）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升降时，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。
（二）根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调控－－翻译水平调控——翻译后水平调控二、真核生物基因表达的调控的多层次性真核生物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加以精确地调控。
主要体现在以下几个水平上：（一）DNA 水平：主要包括：染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等，这些变化都是永久性的，会随着细胞分裂传递给子代细胞，使这类细胞具有特定的表型，成为某种特定的分化细胞。
1：基因的丢失、扩增与重排1)基因丢失：只存在于一些低等生物体细胞中。
在细胞分化时，当需要消除某些基因活性时才发生。
采用基因丢失的方式调控是不可逆的。
体现了真核细胞全能性。
例如小麦瘿蚊的染色体丢失，瘿蚊卵跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有特殊的细胞质，极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞→其他细胞质区域核→丢失32条、留8条→体细胞；2)基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得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。
如非洲爪蟾的基因扩增，是两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增。
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。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控一、生物基因表达的调控的共性首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。
1、作用范围。
生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。
管家基因始终表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。
可见，调控是普遍存在的现象。
2、调控方式。
基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物和真核生物都离不开这两种模式。
3、调控水平。
一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。
然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。
二、真核生物基因表达调控的特点真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。
真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。
1、多层次。
真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
2、无操纵子和衰减子。
3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。
4、个体发育复杂，而受环境影响较小。
真核生物多为多细胞生物，在生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。
前者为短期调控，后者属长期调控。
从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。
三、真核生物基因表达调控的机制介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。
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，发生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。
染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。
a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。
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。
真核生物基因表达调控
含有大量重复序列
二、真核生物基因表达调控的特点 1、多层次 2、个体发育复杂 3、正性调节占主导 4、转录与翻译间隔进行
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 物或激素水平升降时，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。 根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调 控－－翻译水平调控－－蛋白质加工水平的调控
三． 活泼转录区染色质的结构变化：
1. 染色质的两种状态：
① 非活性状态【inactive (silent) state 】:如异染色质 ② 活化状态【active state 】：
活泼转录区对核酸酶的敏感性提高 正在转录的DNA甲基化程度降低； 活泼转录的染色质常常缺乏组蛋白H1，其他核心组蛋白 则被乙酰化或与泛素相结合而修饰 非常活泼的转录区，如许多真核生物的rRNA基因处，没 有核小体结构
cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
目录
蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
R R
Ｃ Ｃ
R： 调节亚基 C： 催化亚基
PKA的作用
1） 对物质代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调 节功能。
肾上腺素 ＋受体
二 、转录因子：
（一）、转录因子的类型： 1. 转录基础因子：basal factor
分子生物学：真核基因表达调控习题与答案
第六章真核基因表达调控一、名词解释1.管家基因(housekeeping gene)2.可调节基因(regulated gene)3.顺式作用元件(cis-acting element)4.反式作用因子(trans-acting factors ) /转录因子(transcription factor, TF )5.基础转录因子(basal/general transcription factor)6.特异转录因子(special transcription factor)7.增强子9.锌指(zinc finger)结构10.亮氨酸拉链(leucine zipper)结构11.增强子12.基因表达13.RNAi14.miRNA15.SiRNA二、选择题1.关于基因表达调控的说法错误的是( )．．A.转录起始是调控基因表达的关键B.环境因素影响管家基因的表达C.在发育分化和适应环境上有重要意义D.表现为基因表达的时间特异性和空间特异性E.真核生物的基因表达调控较原核生物复杂的多2.下列哪项属于可调节基因( )A.组蛋白编码基因B. 5s rRNA编码基因C.异柠檬酸脱氢酶编码基因D. 肌动蛋白编码基因E. 血红蛋白编码基因3.下列哪种染色质结构的变化不利于基因表达( )．A.组蛋白乙酰化B.核小体解聚C. CpG岛甲基化D.基因扩增E.染色质结构松散，对DNA酶I敏感4.下列哪项不属于真核生物基因的顺式作用元件( )．A.激素反应元件B.衰减子C.启动子D.沉默子E.增强子5.与RNA聚合酶相识别和结合的DNA片段是()A.增强子B.衰减子C.沉默子D.操纵子E.启动子6.下列哪项不参与调控真核细胞基因的特异性表达( )．A.反应元件B.特异转录因子C.增强子D.基础转录因子E.沉默子7.与原核生物相比较，真核生物的基因表达调控包括多个层次，下列哪项不是其调控复．杂性特有的分子基础( )A. 含有重复序列B. 断裂基因C. 转录与翻译分离D. 细胞内被膜性结构分隔形成多个区域E. 染色质结构8.能够与基础转录因子结合的是( )A.上游启动子元件B. TATA boxC.增强子D.反应元件E. Pribnow box9.有关基础转录因子的叙述，正确的是( )A.与非转录核心序列相结合B.决定基因表达的特异性C.其种类和数量在不同组织中差别很大D.辅助RNA聚合酶结合启动子E.在原核生物中的种类比真核生物少10.不属于特异转录因子的是( )．A. TF II DB. HSFC. APID.类固醇激素受体E. NF-K B11.关于特异转录因子的说法，正确的是( )A.调控管家基因的表达B.仅通过蛋白质一蛋白质相互作用进行调控C.仅通过DNA一蛋白质相互作用进行调控D.仅通过RNA一蛋白质相互作用进行调控E.起转录激活或者转录抑制作用12.锌指结构可能存在于下列哪种物质中( )A.阻遏蛋白B. RNA聚合酶C.转录因子D.端粒酶E.核酶13.下列哪种氨基酸在转录因子的转录激活结构域中含量丰富( )A. LysB. ArgC. AspD. HisE. Trp14.下列哪种因素不会影响真核细胞中mRNA的稳定性()．A. 5'端帽子B. siRNAC. poly A尾D.去稳定元件E. miRNA15.小干扰RNA调节基因表达的机制是()A.封闭mRNA上的核蛋白体结合位点B.特异性降解靶mRNAC.形成局部双链，抑制靶mRNA的模板活性D. 使翻译出的蛋白质进入泛素化降解途径E.使翻译提早终止16.eIF-2对翻译起始具有重要的调控作用，下列哪项是它的活性形式()A.磷酸化B.脱乙酰化C.乙酰化D.脱磷酸化E. ADP-核糖基化17.不影响真核生物翻译起始的因素是( )．A. eIFB.帽子结合蛋白C. RNA编辑D. mRNA非翻译区的二级结构E. miRNA18.生物体在不同发育阶段，蛋白质的表达谱也相应变化，这主要取决于A.转录调控元件的差异B.翻译调控元件的差异C.基础转录因子的差异D. 特异转录因子的差异E. 翻译起始因子的差异19.下列哪项不是可调节基因的特点( )．A.组织特异性B.阶段特异性C.时间特异性D.空间特异性E.组成性表达20.下列哪一项是真核生物可调节基因的表达调控特有的机制( )A.基础转录因子B.衰减子C. RNA聚合酶D.增强子E.阻遏蛋白21.基础转录因子属于DNA结合蛋白，它们能够()A.结合转录核心元件B.结合增强子C.结合5’端非翻译区D. 结合3'端非翻译区E. 结合内含子22.特异转录因子不能够( )．A.结合RNA聚合酶B.结合基础转录因子C.结合其他特异转录因子D. 结合转录非核心元件E. 结合沉默子23.基因特异性表达的根本机制是( )A.顺式作用元件的种类不同B. RNA聚合酶活性的差异C.基础转录因子的质和量的差异D.特异转录因子的质和量的差异E.表达产物后加工过程的差异24.下列哪一类分子常具有亮氨酸拉链的结构特征( )A.生长因子B.酪氨酸蛋白激酶受体C. G蛋白D. 转录因子E. 丝/苏氨酸蛋白激酶25.管家基因的转录受哪些因素控制A. 基础转录因子B. 增强子C. 特异转录因子D. 启动子E. 反应元件26.真核生物的基因表达调控表现在A.转录水平B.翻译水平C.染色质水平D.转录后加工E.翻译后加工27.真核生物中，影响RNA聚合酶转录活性的因素包括A.启动子B.增强子C.基础转录因子D.衰减子E.特异转录因子28.真核生物基因表达的空间特异性的机制包括A.特异转录因子的种类不同B.同种特异转录因子的浓度不同C.特定组织的基因中存在组织特异性启动子D.特异转录因子的排列组合不同E.增强子等调控元件在不同组织的基因中分布不同29.转录因子的DNA结合结构域包含哪些结构类型A.螺旋一片层一螺旋B.锌指C.螺旋一转角一螺旋D.亮氨酸拉链E.螺旋一环一螺旋30.与siRNA相比较，miRNA的显著特点是A.单链B.在转录后水平发挥作用C.与靶mRNA碱基互补D.不降解靶mRNAE.个别碱基与靶mRNA序列不完全匹配31.转录因子的作用机制包括A. DNA—DNA相互作用B. DNA—RNA相互作用C. DNA一蛋白质相互作用D. RNA一蛋白质相互作用E.蛋白质一蛋白质相互作用32.真核生物的基因转录涉及哪些物质的相互作用A. operatorB. cis-acting elementC. polysomeD. trans-acting factorE. RNA polymerase33.在同一个体的不同组织中A.基因的表达谱不同B.基因组结构不同C.特异转录因子的种类不同D.存在的蛋白质的种类不同E.特异性启动子的种类不同34.真核生物独有的转录调控机制涉及A.启动子B.增强子C.转录因子D.组蛋白E. SD序列35.生物对环境的适应性表现在A.基因变异B.合成不同种类的mRNAC.合成不同种类的蛋白质D. 产物的反馈抑制E. 蛋白质活性的快速调节36.下列哪些情况对于真核生物的基因转录具有调控作用A.反式作用因子的磷酸化B.类固醇激素与胞内受体结合C.特定DNA序列的甲基化D.组蛋白的乙酰化E.蛋白质因子的羟基化37.管家基因的含义是A.在各组织细胞中都表达B.在特定的组织细胞中表达C. 在不同发育阶段都表达D. 在特定的发育阶段表达E.表达程度在不同时空条件下差异显著38.关于特异转录因子的描述，正确的是A.在所有组织细胞中组成性表达B.在不同组织细胞中存在的种类不同C. 在不同组织细胞中的浓度不同D. 调控管家基因的转录E.是真核生物基因表达特异性的根源所在三、简答题1.简述顺式作用元件与反式作用因子对基因表达调控的影响。
9 真核生物基因表达调控 pdf
9.1真核基因表达调控的层次 9.2 DNA和染色体水平的调控 9.3 真核基因转录水平的调控 9.4 真核生物转录后调控 9.5 翻译和翻译后调控
真核生物在进化上比原核生物高级:
1.具有更加复杂的细胞结构、庞大的基因组和复杂的染色体 结构。一些高等动植物染色体进化为2、4、6倍等多倍体。
9.1.3 基因修饰
基因修饰发生在DNA水平，主要 包括甲基化修饰及转座子插入 等。
• 真核生物基因组上的一段富含CpG序列的区域称为 CpG岛（CpG island）。人的基因组上大约有29000 个CpG岛
• DNA的甲基化大部分发生在CpG岛（CpG island） 上
• 异染色质上的CpG岛通常都是甲基化的。
2.在多细胞真核生物中，特别是高等动、植物中，随着发育 和分化，出现了不同的组织和器官、不同类型的细胞。
3.尽管一个高等生物有不同类型的细胞、组织和器官，但却 有相同的DNA，导致细胞向不同方向分化是由于各细胞合成 了不同的蛋白质（约10000~20000种）。
4.高丰度蛋白在各种细胞中大致相同，低丰度蛋白在不同细 胞中不相同;其中大部分是调控蛋白和酶。低丰度蛋白导致 细胞出现不同形态、结构和功能。
• 增加乙酰基团也以另一种方式帮助转录机器或 其他蛋白结合，为具有同源调节域 （bromodomain）的蛋白提供特异的结合位 点。
– the TFIID complex bears bromodomains, and so binds to acetylated nucleosomes better than to unacetylated ones.
V(D)J重组可将V区和J 区的DNA任意配对融 合，所以单从这一基 因组区域重组产生的 抗体轻链就有1200种 变化。
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。
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9.1.2 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
9.1.2.1 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。 在果蝇滤泡细胞中，编码卵壳蛋白的卵壳基因的扩增
果蝇头部长触角部位长出脚来
同形异位盒基因(homeobox) :高度保守的一段 核苷酸序列（180bp）,控制胚胎发育的基因
从酵母到人类都存在 homeobox, DNA序列高度保守
有3个—helix, H1与H2平行 H2与H3形成HTH motif H3位于大沟中，与DNA 特异结合 N末端位于小沟中，与 DNA接触
S395
SP1
zyj271
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
B. Cys2/Cys2 zinc finger
Cys- X2- Cys-X13—Cys- X2- Cys Zn++与4个Cys结合 DNA结合序列较短，对称 无大量重复性锌指 Cys2/Cys2与 Cys2/His2不同
AGCCGCCT
*(A/T)6 means six A or T;
N = any.
9.3.2.4
silencer
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 T淋巴细胞激活所需要的CD4/CD8基因
其它远距离调控区—进一步阅读材料
LCR 基因座控制区 MAR 基质附着区 Insulator 绝缘子
Chung JH，1993，A 5‘ element of the chicken B-globin domain serves as an insulator in human erythoid cells and protects against position effect in Drosophila. Cell74:505-514 Gdula DA, 1996, Genetic and molecular analysis of the gypsy chromatin insulator of Drosophila. PNAS93:9378
sir如何控制转录？ 影响RNA聚合酶的结合 通过染色质浓缩，改变基因转录 DNase I超敏感位点不存在于HML/R上
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
3 接和型互变
接合型的改变，实际上是DNA序列的代换， 依赖于序列同源性
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
9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5 真核染色体的结构 染色体对基因的表达有调控作用 组蛋白和有关蛋白质的改变 转录活跃区对核酸酶的敏感性提高 甲基化程度降低
9.3 转录水平的调控
真核生物细胞中有成千上万个基因表达，不 同类型细胞由不同组合的基因表达。那么，每 种细胞如何保证正确的基因组合表达？ 一种途径是基因重复：基因有多个拷贝，不同 类型细胞表达不同的拷贝，不同拷贝的表达处 于不同调控系统。 另一种途径是复合控制系统：真核生物单拷贝 基因转录调控系统,网络
Eukaryotic response elements.
Response Element MRE
CRE ERE GRE Transcription Factor Consensus Sequence
metal
CREB (cAMP) Estrogen receptor Glucocorticoid receptor
9.3.3 基因转录的反式作用因子
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） 原核生物调控蛋白种类较少（由于启动子或 操作子结构简单） 真核生物调控蛋白种类较多，主要是转录因子
9.3.3.1 TF结构特征
DNA binding domain：<100aa，氢键，大沟 transcription active domain：30-100aa regular domain：与其它因子或调控蛋白结合
， C - N ， C - C
—螺旋
ß-折叠
ß- turn, 转角
R1的
C=O与R4的 NH形成氢键
（1） HTH, Helix-turn-helix
2个螺旋被一个转角隔开 识别螺旋，与DNA在大沟 中特异结合 穿过大沟，与DNA非特异 结合
S386
许多调控蛋白都有HTH
Homeodomain
（2） Zinc finger
A. Cys2/His2, 经典 ~23aa Cys- X2-4- Cys-X3-Phe- X5 -LeuX2 -His- X3 -His Cys，His与Zn++结合形成4面 体结构，使中部的氨基酸回折 成环，凸出如手指 中部芳香族氨基酸保守，疏水 串联重复排列，两指间7-8aa 锌指数目多少不等
→chromatin • Repeptitive gene • Splitting gene • Post-transcription RNA processing Naked DNA Overlapping gene no intron
回顾
Prokaryote
transcription & translation
1. motif 基序，基元，花式
构成任何一种特征序列或结构的基本单位， 是超二级结构 已发现4种结构基元在DNA结合中起主要作用 DNA结合结构域数据库 TRANSFAC DNA结合结构域即家族成员 TRRD 转录调控区数据库 COMPEL 混合DNA元的构象
9.1 DNA水平的调控
9.1.1 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。 例如在蛔虫胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。 在高等动植物中，尚未发现类似现象。 许多生物各类不同的细胞或细胞核都具有全能性 totipotency
9.3.2.1
启动子
UPE: upstream promotor element UAS: upstream activating sequence
9.3.2.2. Enhancer
sv40
增强子的特点
促进转录，不具有启动子专一性 功能与方向，位置无关 远距离发挥作用 (100~500bp，10Kb) 组织或细胞特异性 必须有两个(以上)增强子成份紧密相连， enhanson
糖皮质激素
CGNCCCGGNCNC
TGACGTCA AGGTCANNNTGACCT AGAACANNNTGTTCT
HSE TRE SRE
ERE
Heat shock factor 佛波酯 Serum response factor
ethylene
GAANNTTCNNGAA TGACTCA CC(A/T)6GG
9.3.1 Britten-Davidson model
Integrator 整合基因：产生激活因子 Sensor感受位点：位于整合基因5‘端，接受 调控信号，激活整合基因表达 Gene 结构基因 Receptor接受位点：位于结构基因5’端，被 激活因子识别 RNA/pro
mRNA
S
I
R
内容介绍
9. 真核基因表达的调控
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 DNA水平的调控 染色质水平上的基因活化调节 转录水平的调控 转录后水平的调控 翻译水平调控 翻译后水平调控 原核与真核基因表达调控差异
原核与真核生物基因表达的差异 Eukaryote
• DNA + histon
9.1.3.1 酿酒酵母接合型的决定
S341
Saccharomyces cerevisiae
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
9.1.3.2 Cassette model 匣子模型
W X 723 704 723 704 723 704 704 Y Z1 747 239 747 239 642 239 642 239 Z2 88 88 88 88 total 2501 2501 2369 1585
匣子 HML MAT MATa HMRa
9.2 染色质水平上的基因活化调节
Sawada S.,1994,A lineage-specific transcriptional silencer regulates CD4 gene expression during T lymphocyte development. Cell 77:917-929
对细胞亚型成熟过程中特异性的选择表达
G
9.3.2 基因转录的顺式调控元件
cis-element
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。 按照功能分为启动子、增强子、沉默子 按照调控水平分为基础转录水平的顺式调 控元件，如启动子；特异诱导高效表达的 顺式调控元件，如增强子