真核生物翻译调控
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
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。
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。
真核生物的基因表达调控
31
• 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。
6
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。
原核、真核生物基因及表达调控
原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。
甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。
现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。
基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。
基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。
其实质就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。
原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。
随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。
迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。
一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。
[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。
RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。
真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。
所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。
[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。
经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。
而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。
不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。
真核生物与原核生物翻译的区别
真核生物与原核生物翻译的区别
真核生物与原核生物之间的翻译差异在于以下几个方面：
1. 翻译速度：原核生物的翻译速度通常比真核生物快，这是因为原核生物没有核膜来分隔核糖体和核酸，核糖体可以直接与mRNA进行翻译。
真核生物的翻译过程包括核糖体从细胞质
转移到核膜附近，这会导致翻译速度减慢。
2. 调控机制：真核生物的翻译过程受到更复杂的调控机制的调节，包括转录后修饰、剪接、转运等。
这些机制可以影响mRNA的稳定性、转位效率和选择性翻译。
相比之下，原核
生物的翻译调控较为简单，通常仅受到转录水平的调控。
3. 蛋白合成位置：真核生物的翻译发生在细胞质中的核糖体上，而原核生物的翻译则通常发生在细胞质中的核糖体上。
此外，真核生物还涉及将翻译产物运输到其他细胞器，如内质网或线粒体。
4. 翻译起始序列：真核生物和原核生物在翻译起始序列上也存在差异。
原核生物的翻译起始序列通常是一个Shine-Dalgarno
序列和一个启动子区域，而真核生物则依赖mRNA上的5'端
帽子和3'端的poly(A)尾来展开翻译起始。
综上所述，真核生物与原核生物之间在翻译过程中存在速度、调控机制、位置和起始序列等方面的差异。
这些差异反映了生物体不同的细胞结构和进化途径。
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。
原核生物和真核生物基因表达调控复制、转录、翻译特点的比较
原核生物和真核生物基因表达调控、复制、转录、翻译特点的比较1.相同点：转录起始是基因表达调控的关键环节①结构基因均有调控序列；②表达过程都具有复杂性，表现为多环节；③表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性；2.不同点:①原核基因的表达调控主要包括转录和翻译水平。
真核基因的表达调控主要包括染色质活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工多个层次。
②原核基因表达调控主要为负调控，真核主要为正调控。
③原核转录不需要转录因子,RNA聚合酶直接结合启动子,由sita因子决定基因表的的特异性，真核基因转录起始需要基础特异两类转录因子，依赖DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用调控转录激活。
④原核基因表达调控主要采用操纵子模型，转录出多顺反子RNA，实现协调调节；真核基因转录产物为单顺反子RNA，功能相关蛋白的协调表达机制更为复杂。
⑤真核生物基因表达调控的环节主要在转录水平，其次是翻译水平。
原核生物基因以操纵子的形式存在。
转录水平调控涉及到启动子、sita因子与RNA聚合酶结合、阻遏蛋白、负调控、正调控蛋白、倒位蛋白、RNA聚合酶抑制物、衰减子等。
翻译水平的调控涉及SD序列、mRNA的稳定性不稳定(5’端和3’端的发夹结构可保护不被酶水解mRNA的5’端与核糖体结合可明显提高稳定性)、翻译产物及小分子RNA的调控作用。
真核生物基因表达的调控环节较多：在DNA水平上可以通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化、染色体结构改变影响基因表达。
在转录水平主要通过反式作用因子调控转录因子与TA TA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合及转录起始复合物的形成。
在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达。
在翻译水平有影响起始翻译的阻遏蛋白、5’AUG、5’端非编码区长度、mRNA的稳定性调节及小分子RNA。
真核基因调控中最重要的环节是基因转录，真核生物基因表达需要转录因子、启动子、沉默子和增强子。
转录水平和翻译后修饰在真核细胞中的调控和控制机制
转录水平和翻译后修饰在真核细胞中的调控和控制机制真核细胞是生物学中一类重要的细胞类型，与原核细胞相比，其特点在于拥有更加复杂的细胞结构和更加精细的基因表达调控机制。
在真核细胞中，基因表达调控主要包括转录水平和翻译后修饰两个层面。
这两个层面的调控和控制机制既有相似之处，也有明显的差异。
转录水平的调控和控制机制转录水平是指DNA序列转录成mRNA的速率，是基因表达的关键环节。
在真核细胞中，转录水平主要受到转录因子、染色质和mRNA稳定性等多种因素的调控。
第一，转录因子的作用。
转录因子是一类在基因转录过程中发挥关键作用的蛋白质，主要分为转录激活因子和转录抑制因子。
转录激活因子的主要作用是增强基因转录水平，而转录抑制因子则起到抑制基因转录的作用。
第二，染色质结构的调控。
在真核细胞中，DNA和组蛋白一起形成染色质的基本单位——核小体。
染色质的紧密度对转录水平产生重要作用。
乙酰化和去乙酰化等化学修饰作用可以增强或降低染色质的紧密度，从而影响转录水平。
第三，mRNA稳定性的调控。
mRNA在合成后的寿命长短决定了其在基因表达中的重要程度。
mRNA稳定性受到多种调控因素的影响，其中包括外界刺激、RNA降解途径以及RNA的复合物等。
翻译后修饰的调控和控制机制翻译后修饰是指蛋白质在翻译完成后，通过一系列化学修饰来调节蛋白质的功能和特性。
在真核细胞中，翻译后修饰主要包括糖基化、磷酸化、甲基化等多种形式。
第一，糖基化的作用。
糖基化是一种最常见的翻译后修饰形式，可以通过分子图谱等多种技术手段进行检测。
糖基化可以影响蛋白质的抗原性、稳定性以及代谢途径等方面。
第二，磷酸化的作用。
磷酸化是一种重要的翻译后修饰形式，将磷酸基添加到特定的氨基酸残基上，从而改变蛋白质的电荷、构象和降解途径等方面。
磷酸化是细胞中一种非常常见的信号转导方式，可以参与到多种生理和病理过程中。
第三，甲基化的作用。
甲基化是一种比较特殊的翻译后修饰形式，可以通过DNA甲基化和蛋白质甲基化实现。
第八章真核生物基因表达调控
hMLH1
缺损DNA错配修复,基因点突变
结肠癌[32]、胃癌[27]、子宫内膜瘤[33]、 卵巢癌[34]
MGMT
p53-相关基因，与DNA 修复及耐药性有关 肺癌[24]、脑瘤[35]
P15
细胞的过度激活与增殖
非白血性白血病[36]、淋巴瘤[37, 38]、鳞 状细胞癌、肺癌
RASSF1A
失去了对G1/S负调控抑制作用
③ The CTD may coordinate processing of RNA with transcription.
4. Many Transcriptional Activators
i.e. CAAT GC-box
Factors involved in gene expression include RNA polymerase and the basal apparatus, activators that bind directly to, co-activators that bind to both activators and the basal apparatus, and regulators that act on chromatin structure (chromatin remodeling complex).
1.马蛔虫受精卵的早期分裂 马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一 次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵 裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基 因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失 部分染色体。
体细胞 生殖细胞
2.四膜虫： 大核： 营养核 可转录 小核： 生殖核 无转录活性 大核由小核发育而来，发育过程中有多处 染色质断裂，并删除约10%的基因组DNA， 被删除序列的存在可能抑制了基因的正常 表达。
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。
真核生物翻译调控
真核生物翻译的调控原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行，而真核生物由于RNA较为稳定，所以除了存在转录水平的调控以外，在翻译水平上也进行各种形式的调控。
在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的四种装置,这就是:1.核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;2.蛋白质合成的模板mRN A它是传递基因信息的媒介;3.可溶性蛋白因子,这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因子;4.tRNA,它是氨基酸的携带者。
只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合成。
1、mRNA运输控制运输控制（transp ort contro l）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。
真核和原核生物不同，有一个核膜包被的核，此核膜就是一个基因表达的控制点。
我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。
实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。
成熟的mRN A如何调节从核内转运到细胞质中呢？看来这些mR NA都要通过核孔进行转运，但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。
某些证据表明SnRNP s 对于mR NA留在核中是很重要的。
例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中，mRNA易于从核中的输出。
这就导致产生剪接体滞留模型（splice osome retent ior model）。
在这个模型中剪接体的装配与mRN A的输出相竞争，这样，当前体mRN A 在剪接体经过加工的过程中，RNA滞留在核中，不能与核孔相互作用。
当加工完成后，内含子被切除了，mRNA从剪接体上解离下来，游离的mRN A能与核相互作用，但内含子不行。
现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。
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真核生物翻译的调控原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行，而真核生物由于RNA较为稳定，所以除了存在转录水平的调控以外，在翻译水平上也进行各种形式的调控。
在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的四种装置,这就是:1.核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;2.蛋白质合成的模板mRNA它是传递基因信息的媒介;3.可溶性蛋白因子,这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因子;4.tRNA,它是氨基酸的携带者。
只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合成。
1、mRNA运输控制运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。
真核和原核生物不同，有一个核膜包被的核，此核膜就是一个基因表达的控制点。
我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。
实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。
成熟的mRNA如何调节从核内转运到细胞质中呢？看来这些mRNA都要通过核孔进行转运，但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。
某些证据表明SnRNPs对于mRNA留在核中是很重要的。
例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中，mRNA易于从核中的输出。
这就导致产生剪接体滞留模型（spliceosome retentior model）。
在这个模型中剪接体的装配与mRNA的输出相竞争，这样，当前体mRNA 在剪接体经过加工的过程中，RNA滞留在核中，不能与核孔相互作用。
当加工完成后，内含子被切除了，mRNA从剪接体上解离下来，游离的mRNA能与核相互作用，但内含子不行。
现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。
2、mRNA翻译的控制mRNA分子通过核糖体对它们的选择充当了翻译调节的主角。
不同的翻译明显地影响到基因的表达。
例如mRNA储存在很多脊椎和无脊椎动物的未受精卵中，在未受精阶段蛋白质合成率是很低的，但一旦受精蛋白质合成立即增加。
因此这各合成的增加并没有新的mRNA的合成，可能是由于存在一种翻译控制之故。
最近认为这种翻译控制主要是蛋白降解控制，在控制中蛋白降解的速率是受到调节的。
在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制（degradation control）在控制中RNA降解的速率（也称为RNA的转换率是受到调节的。
通常核糖体中的rRNA和tRNA是很稳定的，相比之下mRNA分子的稳定性很不一致，有的mRNA的寿命可延续好几个月，有的只有几分钟。
我们在某些类型的细胞中加入调节物可使某些特殊蛋白的合成增加。
这可能涉及到相关基因转录速率的增加，也可能涉及到其mRNA稳定性的增加。
表18-11表明某些特殊效应分子对各种组织和细胞中的mRNA稳定性的影响。
真核生物基因的翻译调控的一个重要作用是控制mRNA的稳定性。
在某些真核细胞中的mRNA进入细胞质以后，并不立即作为模板进行蛋白质合成，而是与一些蛋白质结合形成RNA蛋白质（RNP）颗粒。
这种状态的mRNA的半衰期可以延长。
mRNA的寿命越长，以它为模板进行翻译的次数越多。
家蚕的丝芯蛋白基因是单拷贝的，但在几天内，一个细胞中可以合成多达1010个丝芯蛋白分子。
这是它的mRNA分子和蛋白质结合成为RNP颗粒而延长了寿命的结果。
真核细胞中mRNA的平均寿命通常为3 h，而丝芯蛋白的mRNA的平均寿命却长达4 d，从这里可以看出mRNA的寿命控制着翻译活性。
不同发育时期，mRNA的寿命的长短不同，翻译的活性也不同。
mRNA的寿命除与5′的帽和3′的尾有关外，还与mRNA 结合形成mRNA蛋白质颗粒的蛋白质组分有关。
其实mRNA的降解可能是基因表达调控的一个重要控制点，mRNA降解速率的不同表现了和各mRNA结构特点有关。
特别是mRNA的选择性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNA内部结构相互作用的结果。
例如在很多短寿命的mRNA 3′端非翻译区（UTR）中的一组富含AU的序列（UUAAUUUAU）是和它们的不稳定性有关系的，但现在还不清楚AU丰富区怎样使mRNA不稳定的，可能和去消poly （A）有关；也可能AU序列与80S复合物形成过程中的某种因子结合。
3、mRNA的结构和翻译的效率5′m7G帽结构是否存在和是否易于接近eIF-4F的程度对翻译效率有着明显的影响。
起始密码子AUG的位置和其侧翼的序列对翻译的效率也有影响，这些因素主要是通过与调控蛋白、核糖体、RNA等的亲和性改变影响到起始复合物的形成，以致影响到翻译的效率。
5′端非翻译区的长度也会影响到翻译的效率和起始的精确性，当此区长度在17～80Nt之间时，体外翻译效率与其长度变成正比，此区高极结构和高G·C含量对翻译的起始都有妨碍。
5′端非翻译区的二极结构影响到调控蛋白与帽结构的接近，阻碍40S前起始复合体的装配和在mRNA上的扫描，起负调控的作用。
但若二极结构位于AUG的近下游，（最佳距离为14 nt），将会使移动的40亚基停靠在AUG位点，增强起始反应。
真核的系列翻译起始因子可使二极结构解链，使翻译复合体顺利通过原二级结构区，继续其肽链的延伸，而不会起阻碍作用。
在这种情况下二极结构又起到了正调控的作用。
MRNA 3′端的poly(A)不仅和mRNA穿越核膜的能力有关，而且影响到mRNA 的稳定性和翻译效率。
有ploy（A）的mRNA其翻译效率明显高于无poly(A)的mRNA ，Poly A长度和翻译效率有关。
有人将poly(A)比做翻译的计数器，随着翻译次数的增加，poly(A)在逐步缩短，也就是说poly(A)越长mRNA作为模板的使用的半衰期越长。
Poly(A)对翻译的促进作用是需要PABP（poly(A)结合蛋白）的存在，PAPB结合poly(A)最短的长度为12 nt，当poly(A)缺乏PAPB的结合时，mRNA 3′端的裸露易招致降解。
PAPB迁移到AU序列时，导致poly(A)的暴露促进了mRNA的降解。
4、翻译的起始调节：免网织红细胞和大多数生物的网织红细胞一样是没有细胞核的，因此没有DNA，而mRNA也早已加工好了，所以蛋白质的合成调节只能依赖于翻译水平，很多基因表达水平的资料就是从研究网织红细胞中获得的。
血红素对珠蛋白合成的调控就是一例，这种调节是通过对翻译起始的复合物的形成来控制的。
在网织红细胞中有两个合成酶系，一个合成血红素，另一个合成珠蛋白，血红素通过自身的反馈调节来控制，而其浓度又可调节珠蛋白合成的速率，使珠蛋白合成速度为血红素的两位，这种调控是通过控制翻译起始复合物的形成来进行的。
依赖cAMP的蛋白激酶（R2C2）是由调节亚基R2和催化亚基C2构成，当它和cAMP结合释放出自由的C 亚基，成为活化的蛋白激酶，而血红素的存在对这一步反应是抑制的。
自由的C亚基可催化无活性的HCR（控制血红素阻遏物hemim-controlled repressor,又称EIF-2激酶）磷酸化而成有活性的HCR，而有活性的HCR又使eIF-2磷酶化失去活性，而血红素抑制这一系列反应就可使EIF-2不被磷酸化，保持活性状态，和细胞中的tRNAinit及ESP（eIF-2-stimulating protein）形成翻译起始复合物，开始合成珠蛋白，因此缺乏血红素时，珠蛋白也不能合成。
5、选择性翻译：在原核生物中常通过操纵子来控制合成的相关蛋白浓度比，而在真核中不存在操纵了，所以就要采用别的方式，选择性翻译就是其中一例，比如α和β珠蛋白的合成。
众所周知珠蛋白是由两条α链和两条β链组成的。
但在二倍体细胞中都有4个α-珠蛋白基因，如果它们相同转录和翻译的话它们之间的浓度比应是α：β=2：1，而实际上是1：1，那么是通过转录调控还是通过翻译调控使它们的产物达到以了平衡呢？人们进行了以下的体外实验，在无细胞系统中加入等量的αmRNA和βmRNA以及少量的起始因子，结果合成的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珠蛋白和β珠蛋白之比为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，此是由于mRNA本身的二极结构和高极结构所致。
6、反义RNA调控：在原核生物反义RNA发现以后，人们开始注意真核生物中反义RNA的存在及功能。
1984年Adelman等发现大鼠的促性腺激素释放激素（GnRH）的基因两条链都能转录，首次在真核中发现了反义RNA；1986年Green等发现来自骨髓细胞瘤病毒的癌基因myc三个外显子中的第1，2两个外显之间有部分互补。
在有的细胞中，当失去外显子1时，myc基因过量表达，推测外显子1可能通过互补来抑制myc的表达。
现已弄清在C.elegans中，控制幼虫发育的基因lin 14受到lin 4基因的反义调节。
这是一种对翻译模板的抑制来进行调控的途经。
人们已将反义RNA发展成一门反义技术应用于动、植物病毒的抑制，果蔬的保鲜，甚至期重用于肿瘤的治疗。
反义药物的开发无疑具有着广泛的前景。
7、翻译的自我调节：在真核生物中也存蛋白质合成的自我调节。
例如微管蛋白是构成枋棰体的主要成分。
而秋水仙碱和长春花碱都能抑制维管蛋白的多聚化，从而使细胞中游离的微管蛋白浓度增加。
若在组织培养细胞中加入秋水仙碱或长春花碱侧会使微管蛋白的mRNA消失，如果用微量注射器将微管蛋白注入到哺乳动物细胞中，那么就会抑制微管蛋白的进一步合成。
可能过量的微管蛋白结合于核糖体的新生蛋白上或结合于mRNA上，阻止翻译，导致mRNA的降解所致。