第二节真核基因转录水平的调控(精)
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
真核生物转录水平的调控机制
真核生物转录水平的调控机制一、转录因子转录因子是真核生物转录水平调控的重要环节。
它们可以识别和结合DNA上的特异序列，从而调控基因的表达。
根据结合位点的不同，转录因子可以分为上游启动子元件和增强子元件两类。
上游启动子元件主要包括TATA box和CAAT box等，而增强子元件则是一种具有增强基因转录功能的DNA序列。
二、染色质重塑染色质重塑是真核生物基因表达调控的重要机制之一。
染色质重塑可以改变染色质的结构，从而影响基因的表达。
染色质重塑过程中，染色质重塑复合物可以将核小体从DNA上移除或重新排列，从而改变染色质的可及性。
此外，染色质重塑还可以影响DNA的甲基化水平，进一步调控基因的表达。
三、miRNA和siRNAmiRNA和siRNA是真核生物中的非编码RNA，它们可以通过与mRNA的特异性结合来调控基因的表达。
miRNA和siRNA可以与mRNA 的3'UTR结合，导致mRNA的降解或翻译抑制，从而调控基因的表达。
此外，miRNA和siRNA还可以通过与转录因子或染色质重塑复合物等相互作用，影响基因的转录和表达。
四、转录起始和延伸转录起始和延伸是真核生物转录水平调控的重要环节。
转录起始和延伸过程中，RNA聚合酶可以识别启动子元件并开始转录，然后沿着DNA序列向下游移动并合成RNA。
在这个过程中，转录起始和延伸复合物可以与RNA聚合酶相互作用，从而影响转录的效率和方向。
此外，一些转录因子也可以与RNA聚合酶相互作用，进一步影响基因的表达。
五、转录后修饰真核生物中的RNA聚合酶可以使用各种转录后修饰来修饰其转录产物。
这些修饰可以包括mRNA的加尾、编辑、剪接和稳定性等。
这些过程可以影响mRNA的翻译效率和稳定性，从而影响基因的表达。
此外，一些蛋白质也可以通过磷酸化、乙酰化或甲基化等修饰来影响基因的表达。
六、细胞周期与细胞分化细胞周期和细胞分化是真核生物细胞生命活动中的重要过程，也是转录水平调控的重要方面。
真核生物DNA水平上的基因表达调控
复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之
间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。现已发现存在不 同形式的复杂多基因家族。
海胆的组蛋白基因家族 串联单位中的每一个基因分别被转录成单顺反子 RNA，这些RNA都没有内含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方 向转录，每个基因的转录与翻译速度都受到调节。 研究还表明，在一个特定的细胞中，并不是所有串联的单位都得到转录。 胚胎发育的不同阶段或不同组织中，有不同的串联单位被转录，暗示可 能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机制。
一、基因家族 二、真核基因的断裂结构 三、真核生物DNA水平上的基因表达调控 四、DNA 甲基化与基因活性的调控
前述：真核基因组的一般构造特点
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽 链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。
② 真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一 小部分DNA是裸露的。
真核生物基因调控，根据其性质可分为两 大类：
第一类: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及细胞周期不同阶段中酶 活性和浓度的调节。
第二类: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。
在真核生物中基因表达的调节其特点是:
（1）多层次; （2）无操纵子和衰减子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控主要应回答3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？ ② 基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、mRNA
的成熟或蛋白质合成）实现的？ ③ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
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。
生物化学（本科）第十章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案
⽣物化学（本科）第⼗章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案⽣物化学（本科）第⼗章基因表达调控及其相关细胞信号转导通路随堂练习与参考答案第⼀节概述第⼆节原核基因的转录调控第三节真核基因的转录调控第四节相关细胞信号转导通路1. (单选题)基因表达调控的基本控制点是( )A. 基因结构活化B. 转录起始C. 转录后加⼯D. 蛋⽩质翻译及翻译后加⼯E. mRNA从细胞核转运到细胞浆参考答案：B2. (单选题)分解代谢物基因激活蛋⽩(CAP)对乳糖操纵⼦表达的影响是( )A. 正性调控B. 负性调控C. 正性调控、负性调控都可能D. ⽆调控作⽤E. 可有可⽆参考答案：A3. (单选题)阻遏蛋⽩识别操纵⼦中的( )A.启动基因B.结构基因C.操纵基因D.内含于E.外显⼦参考答案：C4. (单选题)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A. 适应环境B. 调节代谢C. 维持⽣长D. 维持分裂E. 维持分化参考答案：A6. (单选题)⼀个操纵⼦通常含有( )A.⼀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.数个启动序列和⼀个编码基因D.数个启动序列和数个编码基因E.两个启动序列和数个编码基因参考答案：B7. (单选题)对乳糖操纵⼦来说( )A. CAP是正性调节因素，阻遏蛋⽩是负性调节因素B. CAP是负性调节因素，阻遏蛋⽩是正性调节因素C. CAP和阻遏蛋⽩都是正性调节因素D. CAP和阻遏蛋⽩都是负性调节因素E. 在不同条件下，CAP和阻遏蛋⽩均显⽰正性或负性调节特点参考答案：A8. (单选题)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基因编码E. 以上都不是参考答案：D9. (单选题)基因表达产物是( )A. RNAB. DNAC. 蛋⽩质D. 酶和DNAE. ⼤多数是蛋⽩质，有些是RNAA. 作为阻遏物结合于操纵基因B. 作为辅阻遏物结合于阻遏物C. 使阻遏物变构⽽失去结合DNA的能⼒D. 抑制阻遏基因的转录E. 使RNA聚合酶变构⽽活性增加参考答案：C11. (单选题)顺式作⽤元件是指( )A. TATA box和CCAAT boxB. 基因的5’-侧翼序列C. 基因的3’-侧翼序列D. 具有转录调节功能的特异DNA序列E. 增强⼦参考答案：D12. (单选题)反式作⽤因⼦是指( )A. 具有激活功能的调节蛋⽩B. 具有抑制功能的调节蛋⽩C. 对另⼀基因具有激活功能的调节蛋⽩D. 对另⼀基因表达具有调节功能的蛋⽩E. 是特异DNA序列参考答案：D13. (单选题)启动⼦是指( )A. DNA分⼦中能转录的序列B. 与RNA聚合酶结合的DNA序列C. 与阻遏蛋⽩结合的DNA序列D. 有转录终⽌信号的DNA序列E. 与反式作⽤因⼦结合的RNA序列参考答案：B14. (单选题)增强⼦的作⽤是( )A. 促进结构基因转录B. 抑制结构基因转录C. 抑制阻遏蛋⽩D. 抑制操纵基因表达E. 抑制启动⼦A. 操纵基因结合B. 启动⼦上游的CAP位点结合C. DNA分⼦中任意⼀段序列结合D. 增强⼦结合E. 沉默⼦结合参考答案：B16. (单选题)通过胞内受体发挥作⽤的信息物质为 A．⼄酰胆碱B．γ-氨基丁酸C．胰岛素D．甲状腺素E．表⽪⽣长因⼦参考答案：D17. (单选题)细胞内传递信息的第⼆信使是A．受体B．载体C．⽆机物D．有机物E．⼩分⼦物质参考答案：E18. (单选题)下列哪项不是受体与配体结合的特点 A．⾼度专⼀性B．⾼度亲和⼒C．可饱和性D．不可逆性E. ⾮共价键结合参考答案：D19. (单选题)通过膜受体起调节作⽤的激素是A．性激素B．糖⽪质激素C．甲状腺素D．肾上腺素E．活性维⽣素D3参考答案：D20. (单选题)胞内受体的化学本质为F．糖脂参考答案：A21. (单选题)IP3与相应受体结合后，可使胞浆内哪种离⼦浓度升⾼A．K+B．Na+C．HCO3-D．Ca2+E． Mg2+参考答案：D22. (单选题)在细胞内传递激素信息的⼩分⼦物质称为 A．递质B．载体C．第⼀信使D．第⼆信使E．第三信使参考答案：D23. (多选题)真核⽣物基因结构特点是( )A.基因不连续性B.单顺反⼦C.含重复序列D.⼀个启动基因后接有⼏个编码基因E.含内含⼦参考答案：ABE24. (多选题)哪些是顺式作⽤元件? ( )A.启动⼦B.增强⼦C.内含⼦D.反应元件E.外显⼦参考答案：ABD25. (多选题)乳糖操纵⼦中具有调控功能的基因是( )A.A基因参考答案：CD26. (多选题)下列对增强⼦特征描述中，正确的是( )A.增强⼦可远距离发挥作⽤B.增强效应的位置和⽅向⽆关C.可通过启动⼦提⾼同⼀条链上的靶基因的转录效率D.没有基因的专⼀性，可在不同的基因组合上表现增强效应E.增强⼦是具有转录调节功能的特异DNA序列参考答案：ABCE27. (多选题)以下关于cAMP对原核基因转录的调控作⽤的叙述正确的是( )A.cAMP可与分解代谢基因活化蛋⽩(CAP)结合成复合物B.cAMP-CAP复合物结合在启动⼦前⽅C.葡萄糖充⾜时，cAMP⽔平不⾼D.葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利⽤乳糖E.葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利⽤葡萄糖参考答案：ABCE28. (多选题)以下关于反式作⽤因⼦的叙述哪些是正确的? ( )A.反式作⽤因⼦是调节基因转录的⼀类蛋⽩因⼦B.转录因⼦是⼀类反式作⽤因⼦C.增强⼦结合蛋⽩属反式作⽤因⼦D.阻遏蛋⽩是⼀类负调控反式作⽤因⼦E.RNA聚合酶是反式作⽤因⼦参考答案：ABCD29. (多选题)以下关于顺式作⽤元件的叙述哪些是正确的? ( )A.顺式作⽤元件是⼀类调节基因转录的DNA元件B.增强于是⼀类顺式作⽤元件C.启动⼦中的TATA盒和GC盒都是顺式作⽤元件D.操纵基因是原核⽣物中的⼀类负调控顺式作⽤元件E.顺式作⽤元件只对基因转录起增强作⽤参考答案：ABCD30. (多选题)受体与配体结合的特点包括A．⾼度专⼀性E 特定的作⽤模式参考答案：ABCDE31. (多选题)能与GDP/GTP结合的蛋⽩质是A．G蛋⽩B．Raf蛋⽩C．Rel A蛋⽩D．Grb-2蛋⽩E．Ras蛋⽩参考答案：AE32. (多选题)与配体结合后，⾃⾝具有酪氨酸蛋⽩激酶活性的受体是A．胰岛素受体B．表⽪⽣长因⼦受体C．⾎⼩板衍⽣⽣长因⼦受体D．⽣长激素受体E．⼲扰素受体参考答案：ABC33. (多选题)胞内受体的激素结合区能A．与配体结合B．与G蛋⽩偶联C．与热休克蛋⽩结合D．使受体⼆聚体化 E．激活转录参考答案：ACDE。
第二节真核基因转录水平的调控(精)
第二节真核基因转录水平的调控一、真核生物的RNA聚合酶有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。
二、真核基因顺式作用元件（一）、顺式作用元件概念指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。
（二）、种类启动子、增强子、静止子1、启动子的结构和功能启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。
但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。
而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。
RNA聚合酶Ⅱ启动子结构1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(TAA(T。
TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。
对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。
TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。
2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GGC(TCAATCT。
CAAT框可能控制着转录起始的频率。
（3）GC框在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。
一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element，另一为上游启动子区(upstream promoter element在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。
基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子2、增强子的结构和功能增强子（enhancer）：又称为远上游序列（far upstream sequence 。
它是远距离调节启动子以增加转录速率的DNA序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。
真核基因转录调控
不同基因具有不同旳上游开启子元件，其位 置也不相同，这使得不同旳基因体现分别有不 同旳调控。
• 2.增强子
是一种能够提升转录效率旳顺式调控元件，最 早是在SV40病毒中发觉旳长约200bp旳一段 DNA，可使旁侧旳基因转录提升100倍，其后 在多种真核生物，甚至在原核生物中都发觉了 增强子。增强子一般占100－200bp长度，也和 开启子一样由若干组件构成，基本关键组件常 为8－12bp，能够单拷贝或多拷贝串连形式存 在。
❖ 组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因旳转录，清除组蛋 白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷， 可与DNA链上带负电荷旳磷酸基相结合，从而遮蔽了 DNA分子，阻碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋 白旳作用；染色质中旳非组蛋白成份具有组织细胞特 异性，可能消除组蛋白旳阻遏，起到特异性旳去阻遏 促转录作用。
• 鸡成红细胞（erythroblast）染色质中， β-血红蛋白基因比卵清蛋白基因更轻易 被DNA酶I切割降解。
• 鸡输卵管细胞旳染色质中被DNA酶I优 先降解旳是卵清蛋白基因，而不是β-血 红蛋白基因。
• 存在于“灯刷型”染色体（lamp brush） 上旳环形构造可能与基因旳活性转录有 关。
• ③增强子要有开启子才干发挥作用，没有开启 子存在，增强子不能体现活性。但增强子对开 启子没有严格旳专一性，同一增强子能够影响 不同类型开启子旳转录。例如当具有增强子旳 病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，能够增 强整合区附近宿主某些基因旳转录；当增强子 随某些染色体段落移位时，也能提升移到旳新 位置周围基因旳转录。使某些癌基因转录体现 增强，可能是肿瘤发生旳原因之一。
真核生物基因转录水平的反式调控ppt
从功能上讲，植物Myb蛋白作为转录因子参与诸如
类黄酮类化合物的生物合成、毛状体发育、分生组织增 殖、GA应答以及干旱胁迫响应等信号转导过程。而编码 植物Myb蛋白的myb相关基因 是一个很大的基因家族， 因此也能调节发育进程以及参与对外界胁迫应答相关基 因的表达。
15
• 有些转录因子同时包含特异与非特异的DNA结合域， 而且后者对于目标基因的转录激活是必需的；
29
阴阳因子-1（Yin Yang-1，YY1）是一类新的转录因 子，它通过与其它蛋白发生互作从而具有转录激活和阻 遏功能，同时YY1也是核基质结合蛋白，其结合基序的 多样性可能是其功能多样性的基础。
由于YY1的结合基序核心是 CCAT、ACAT、TCAT，
其旁侧序列也具有很大的异质性，其结合基序的可变性 很大程度上允许YY1结合和影响一大批基因的转录，而 结合位点的可变性也使 YY1因子结合基序与大量其它因 子的结合基序互相靠近或重叠，从而使转录调控更加严
同，大多数bZIP类因子的亮氨酸拉链通常包含有4个或5
个7单位重复，而在拟南芥的ATB2中则有9个。 另外寡聚化结构域以外区域的差异也会影响到其功
能。
25
细胞核定位信号 真核生物转录因子是选择性的进入细胞核的，因此 转录因子也包含以富含精氨酸和赖氨酸核心肽为特征的
NLS，而碱性核心区的功能也受旁侧残基的影响。转录
• VP1是一种植物基因（包括小麦的Em基因）的转录因
子，含有一个弱的非特异性的DNA结合域-BR2（B2） 和一个序列特异的结合域BR3（B3），能够识别Sph元
件（CATGCATG），而该元件存在于Em以及其它一些
植物基因中。 • 有意思的是，VP1是通过BR2而非BR3来激活Em表达
真核生物DNA水平上的基因表达调控
研究基因调控主要应回答3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？ ② 基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、mRNA
的成熟或蛋白质合成）实现的？ ③ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
第一节：真核生物的基因结构与转录活性
概述
目录
第一节：真核生物的基因结构与转录活性
第二节：真核基因的转录
第三节：反式作用因子
第四节：真核基因转录调控的主要模式
第五节：其他水平上的基因调控
概述
真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所决定基因表达调控上 的巨大差别。
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。
酶，另一种是从头合成型甲基转移酶，前者主要在甲基化母链（模板链） 指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲 基化。该酶催化特异性极强，对半甲基化的DNA有较高的亲和力，使新生 的半甲基化DNA迅速甲基化，从而保证DNA复制及细胞分裂后甲基化模式 不变。后者催化未甲基化的CpG成为mCpG，它不需要母链指导，但速度 很慢。
1．“开放”型活性染色质（active chromatin） 结构对转录的影响
真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之 前，染色质常常会在特定的区域被解旋松弛，形成自由DNA。 这种变化可能包括核小体结构的消除或改变，DNA本身局部结 构的变化等，这些变化可导致结构基因暴露，促进转录因子与 启动区DNA的结合，诱发基因转录。
一、基因家族 二、真核基因的断裂结构 三、真核生物DNA水平上的基因表达调控 四、DNA 甲基化与基因活性的调控
真核生物基因转录调控(修改)
精选2021版课件
2
序言(introduction)
Central dogma
精选2021版课件
3
序言(introduction)
精选2021版课件
4
第一节 基本概念与原理
Basic Conceptions and Principle
一、基因表达的概念
基因表达:从DNA到蛋白质的过程,就是基 因转录及翻译的过程。
顺式作用及顺式作用蛋白。
精选2021版课件
30
DNA mRNA
蛋白质A C
顺式调节
a
反式调节
A
B
A
c
C
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DNA mRNA
蛋白质C
31
３．DNA-蛋白质、蛋白质－蛋白质 相互作用
DNA-蛋白质相互作用（DNA-protein interaction）
反式作用因子与顺式作用元件之间 的特异识别及结合。
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21
真核生物基因转录激活调节的DNA序 列——顺式作用元件
真核生物基因转录激活调节的DNA序列,由若干DNA序 列元件组成，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起， 因此被称为——顺式作用元件（cis-acting element） （P257）：可影响自身基因表达活性的DNA序列。
表达按特定的时间顺序发生。
基因表达的时间特异性与分化、
发育的阶段相一致，又称阶段 特异性（stage specificity）。
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6
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。
基因表达的空间特异性又 称 细 胞 特 异 性 （ cell specificity ） 或 组 织 特 异 性（tissue specificity）。
真核生物基因表达调控
a
12
真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、 距离和方向都不完全相同； SV40 早期启动子 胸苷激酶 组蛋白H2B
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1
Oct
CAAT
GC
a
TATA
13
•Ⅰ型启动子
－170 －160 －150 －140 －130 －120 －110………..－60 －50 －40 －30 －20 －10 ＋1 ＋10 ＋20
胞）
TATA box TATAAAA
～10bp TBP
27,000 ?
普遍
CAAT box GGCCAATCT ～22bp CTF/NF1 60,000 300,000 普遍
GC box Octamer Octamer
GGGCGG ATTTGCAT ATTTGCAT
～20bp ～20bp
23bp
SP1 Oct-1 Oct-2
100倍。 组成：100-200bp，单拷贝或多拷贝串连形式
存在。 正性调控元件，转录因子结合，促进转录。
a
15
增强子的作用特点：
促进基因的转录效率远距离发挥作用 (100~500bp，10Kb)
促进转录，不具有启动子专一性 功能与方向、位置无关 具有组织或细胞特异性
对同源或异源基因均有功能。
第八章 真核生物基因 表达调控
a
1
教学目的：
了解真核基因表达调控的特点 了解转录前的调控， 掌握增强子的作用特点 掌握反式作用因子的DNA结合域的结构花式； 了解转录后加工水平的调控方式， 掌握可变剪接、反式剪接、RNA编辑的概念； 了解翻译水平的调控方式及特点。
真核生物基因的转录调控方式
真核生物基因的转录调控方式细胞中转录调控是真核生物基因表达的重要环节，它能使每个基因起到预期的功能。
真核生物基因的转录调控主要有以下几类：一、前体RNA调控1. 终止核糖体调控。
终止核糖体结合蛋白在前体RNA的3'末端可以抑制RNA启动子的功能，从而阻止mRNA的生成和翻译，实现终止的作用。
2. 内源性核小体调控。
除了内源性核小体对前体RNA的调控，其还和终止核糖体及非终止核糖体形成复合物，在前体mRNA的转录前期，延长mRNA的保留时间，促进表达蛋白的合成。
3. 干扰素调控。
干扰素是一种由 RNA 结构构成的多肽，可以和 mRNA 或其前体结合，实现调控效果，从而对 mRNA 的合成起到调节作用。
二、转录因子调控1. 单钩螺旋蛋白调控。
这类蛋白在细胞内以巨噬细胞因子的形式表现出来，可以直接结合 DNA，起到调控基因组的作用。
2. 二聚体蛋白调控。
二聚体蛋白可以将 DNA 上的高等水平信息转化为转录因子和 DNA 直接相互作用，从而调控基因组的表达。
3. 转录因子激活。
转录因子可以通过多种化学反应产生激活，从而激活该基因的转录和转录调控因子本身的转录，从而调控基因表达。
三、转录起始调控1. 启动子调控。
启动子位于 DNA 前体或基因的 5' 末端，可以与转录因子结合，影响RNA合成和翻译的起始，并调节其强度。
2. 增强子调控。
增强子是RNA调控的另一种重要机制，它可以将转录因子和 DNA 结合，从而促进转录的开始和调节的强度。
3. 转录抑制子调控。
转录抑制子是一种抑制基因表达的调控机制，它可以限制转录启动子的激活，从而达到抑制基因表达的作用。
以上就是真核生物基因转录调控的几类方式。
转录调控在真核生物细胞起到了重要的作用，其不仅可以影响基因的转录，而且还能影响基因表达的开始、中止和转录水平，从而控制机体中蛋白质的数量、形态和功能，对人类健康和疾病的发病机制和治疗具有重要的借鉴意义。
【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。
医学分子生物学原理-真核基因表达与调控
（抑制）二种方式。 • 其调节机制涉及顺式作用元件、RNA聚合酶
和其它调节蛋白。
（二）转录调节因子分类 （按功能特性）
* 基本转录因子
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组 蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及 rRNA)转录的类别。TF I；TF II；TF III
一个真核生物基因的转录需要3至5个转 录因子。转录因子之间不同方案组合，生成 有活性、专一性的复合物，再与RNA聚合酶 搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。
按不同组合，人类约３.５万个基因，估 计需转录因子３００余个即可。
（四）转录起始调控模式
主要通过调节反式作用因子的活性控制转录起始；
反式作用因子（有活性） 反式作用因子（无活性）
为重要，需要2个帽结合蛋白参与（CBP80 和CBP20）
A基因表达
A
B
C
A
B
B基因关闭 D
三、转录后调控
（一）mRNA加帽和加尾的调控意义
• 5′帽子结构的作用：
– 防止mRNA被5′→ 3′核酸酶降解； – 能被帽结合蛋白识别，增强mRNA的可翻译
性，没帽子结构，翻译效率降低； – 促进mRNA从核到胞浆的运输过程； – 增强mRNA的剪接效率, 帽对exon1的剪接尤
• Ⅱ类顺式作用元件包括： 核心启动子( Core promoter)，增强子(enhancer)，沉 默子（silencer ），及各种反应元件等。
1. 核心启动子( Core promoter)
• Ⅱ类启动子的核心启动子常由TATA盒、位于 TATA盒上游的的上游启动子元件、以转录点 为中心的起始子和下游启动子元件，4个元件 组合而成。
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第二节真核基因转录水平的调控
一、真核生物的RNA聚合酶
有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶Ⅰ；RNA聚合酶Ⅱ；RNA聚合酶Ⅲ。
二、真核基因顺式作用元件
（一）、顺式作用元件概念
指DNA上对基因表达在调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一DNA分子上的基因。
（二）、种类
启动子、增强子、静止子
1、启动子的结构和功能
启动子与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。
但真核同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列。
而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。
RNA聚合酶Ⅱ启动子结构
1）TATA框（TATA frame）：其一致顺序为TATAA(TAA(T。
TATA框中心在-30附近，相当于原核的-10序列（pribnow box）。
对大多数真核生物来说，RNA聚合酶与TATA框牢固结合之后才能开始转录。
TATA框的左右富含G┇C 序列，这就有利于该框与RNA聚合酶形成开放性启动子复合物。
2）CAAT框（CAAT frame）：位置在-75附近，一致序列为GG
C(TCAATCT。
CAAT框可能控制着转录起始的频率。
（3）GC框
在-90bp左右的GGGCGG序列称为GC框。
一个在-30—+15即核心启动子(core promoter element，另一为上游启动子区(upstream promoter element在-150—-50，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和mRNA的TATA和CAAT盒顺序，故物种间大前体-rRNA基因的转录起始是不同的。
基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子
2、增强子的结构和功能
增强子（enhancer）：又称为远上游序列（far upstream sequence 。
它是远距离调节启动子以增加转录速率的DNA序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。
增强子有强烈的细胞类型选择，即不同细胞类型，增强作用不同。
1）它能通过启动子大幅度地增加同一条DNA链上靶基因转录的频率，一般能增加 10～200倍，有的甚至可达千倍。
（2）增强子的作用对同源或异源的基因同样有效，如把SV40 的增强子连接到兔β-珠蛋白的基因上，可使转录强度增大100倍；
（3）增强子的位置可在基因5′上游、基因内或其3′下游的序列中，而其作用与所在基因旁侧部位的方向似无关系，因为无论正向还是反向，它都具有增强效应；
（4）增强子所含核苷酸序列大多为重复序列，其内部含有的核心序列，对于它进入到另一宿主之后重新产生增强子效应至关重要；
（5）增强子一般都具有组织和细胞特异性；
（6）增强子在DNA双链中没有5′与3′固定的方向性；
（7）增强子可远离转录起始点，通常在 1～4 kb（个别情况可达30 kb）外起作用；
（8）增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关。
另外，许多增强子还受到外部信号的调控，如金属硫蛋白基因的增强子就可对环境中的锌、镉浓度作出反应。
3、静止子
类似增强子但起负调控作用的顺式元件。
静止子与反式作用因子（蛋白质）结合后，使正调控系统失去作用。
三、转录的起始调节
（一）转录起始因子与起始复合物的装置
RNA聚合酶需要先分别同SL1、TFⅡD、TFⅢB等一些转录起始因子结合，形成转录起始复合物（initiation complex）才能开始其转录活动。
转录因子都属于多蛋白复合物，是由 TATA结合蛋白和各自独有的一套TBP 相关因子组成。
类型II基因的转录因子普遍性转录因子: 作用于基本核心启动子如TATA box、INR(转录起始区，每种细胞类型都必需的，如TFIID/A/B/E/F/G/H/I等。
特异性转录因子: 作用于转录起始复合物形成过程的靶分子和控制位点，含DNA特异性序列结合结构域普遍性转录因子的结构与功能 TFIID的TBP(TATA binding protein结构域结合启动子的TATA box，促进其它转录因子的结合。
TFII I
结合INR。
许多普遍性转录因子含有与RNA聚合酶因子相似的结构域，识别特异启动子起始转录。
和激活结构域(有的两者都有。
RNA pol.II的结构与功能： CTD结构域含YSPTSPS的重复单位, 不同物种重复数不同，CTD对转录活性是必需的，其Ser/Thr可以被不同程度磷酸化在转录起始与延伸中具有重要作用。
例：RNA聚合酶Ⅱ转录起始复合物的组装
第一步是转录因子 TFⅡD与 TATA框特异性结合，形成 TFⅡD-启动子复合体，后者进而指导聚合酶Ⅱ和其他基本转录因子与启动子进行有序装配，最后形成一个稳定的起始复合物。
四、调控转录的反式作用因子
能识别或结合在顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的结合蛋白，称为反式作用因子。
（一）反式作用因子的结构特征
1、DNA识别或DNA结合结构域
2、激活基因转录的功能结构域
3、结合其他蛋白或调控蛋白的调节结构域
(二序列特异性DNA结合蛋白的几种结构域
1．螺旋-转角-螺旋结构螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix）
2．锌指结构锌指（zinc finger）是由一小群氨基酸与一个锌原子结合，在蛋白质中形成相对独立的一个结构域，故而得名 .
3、亮氨酸拉链结构亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）结构也是转录因子DNA结合区的一种结构模式
4．螺旋-环-螺旋结构螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix，HLH）是新近发现的一种DNA结合区的结构模式
多细胞真核生物的一些基因表达常受体内外激素（hormone）的控制，
五、真核基因表达的激素调节
1、激素（hormone）的调控基因转录
（1）种类：甾类激素：
多肽激系
（2）甾体激素作用机制
甾体激素与受体蛋白结合，与靶基因 DNA上激素应答成分结合，再和其他因子协同作用来调控该基因的转录（如下图）。
六、Britten-Davidson模型
（一）Britten-Davidson调节模型
在个体发育期，许多基因可被协同调控，且重复序列在调控中具有重要的作用。
（二）参与调控的遗传因子：
1、受体位点，位于结构基因5′端，可被激活因子激活因子激活。
2、整合基因，产生激活因子的基因。
3、感受位点，接受生物体对基因表达调控的信号。
通过特定的激活因子可以同时控制不连锁但含用相应受体位点的多个结构基因协同表达。
含有相同受体位点的基因组成一组基因，类似原核生物的一个操纵子。
而整合基因类似于调节基因，但其转录受感受位点控制。
受体位点类似操纵基因，如果一个结构基因附近具有几个不同的受体位点，各个受体位点可以被特异的激活因子所识别，结构基因能在不同的情况下表达，也就是说一个结构基因可以属于几个不同的组（图10-12B）。
如果一个感受位点可控制几个整合基因，则可同时产生几种激活因子，使不同组的基因也能同时被激活而进行协同表达。
（二）重复序列在协同调控中的作用
真核生物基因表达的协同调控是多级别，也是经济的调控方式，一种信号可以使不同的基因得到协同表达，其基础是整合基因、受体位点上具有重复序列。