第八章 真核基因表达调控
现代分子生物学第八章
以后，照样可以产生有活性的mRN A; 另一些基因， 如SV40 T抗原基因，一旦除去内含子，成熟mRNA运 人细胞质基质的过程就完全被阻断。
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8.1.3基因家族 • 真核细胞的DNA是单顺反子结构，很 • 少出现置于一个启动子控制之下的操纵子。 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。 • 同一家族的成员有时紧密地排列在一起， 成为一个基因簇;但更多的时候，它们分散 在同一染色体的不同部位.甚至位于不同的 染色体上。具有各自不同的表达调控模式。
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• 选择性剪接：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。 • 选择性剪接的典刑例子：小鼠淀粉酶基因表达的组织特异性变化
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• 在小鼠肝和唾液腺这两种组织中，淀粉酶mRNA的编码 序列完全相同，但5‘端起始部分长度不同。 • 事实上,L外显子只是唾液腺淀粉酶基因中内含子序列的 一部分，将在mRNA成熟过程中被切除。 • 有实验证明，由S外显子起始的转录产物是由L外显子起 始转录产物的100倍以上。 • 由于一个基因的内含子成为另一个基因的外显子，形成 基因的差异表达，这是真核基因断裂结构的一个重要特 点。
现代分子生物学
指导老师：杨林松 演绎人：徐楸能
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8.1真核基因表达调控相关概念和一 般规律
•
• 8.1.1基因表达的基本概念 基因组： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传 信息或整套基因。 基因：指能产生一条肽链或功能RNA所必需的 DNA片段。它包括编码区和其上下游区域。以 及在编码片段间(外显子)的间断切割序列（内 含子) 基因表达：基因经过转录、翻译，产生具有特 异生物学功能的蛋自质分子或RNA分子的过程。 基因表达调控：受内源及外源信号调控的这个 调控的过程。
高中生物 第八章基因表达的调控
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第八章 基因表达的调控
掌握几个概念：管家基因，组成性表达，诱导表达和阻遏表达，以及协调性表达
理解基因的表达有几个阶段：基因活化、转录、转录后加工、翻译和翻译后加工等。
第一节原核生物基因表达的调控主要在转录和翻译两个水平
原核生物基因的存在形式是操纵子。多种因素通过不同的途径影响着转录：启动子决定
转录的效率和方向；σ因子的种类与浓度调节基因的表达；阻遏蛋白可以负向调控作用；正
调控蛋白（CAP蛋白调节糖代谢、ntrC蛋白调节氮代谢相关基因的表达）促进基因的表达；
倒位蛋白通过DNA重组倒位而调节基因的表达；RNA聚合酶抑制物可与RNA结合并抑制转
录；衰减子是一段可以衰减基因转录的序列。
不同操纵子的转录的复合调控机制不同（lac操纵子、ara操纵子、trp操纵子）。重点掌
握乳糖操纵子的调控机制。
了解翻译水平的调节机制。SD序列，mRNA的稳定性，翻译产物，小分子RNA等都可
以起到调节作用。
第二节真核生物基因表达的调控是多级调控
真核生物基因表达的DNA水平调控：染色质丢失、基因扩增导致的基因拷贝数不同、
基因重排、DNA甲基化以及染色质的结构都分别影响着基因的表达。
反式作用因子的调控机制。mRNA的头尾端的加工、mRNA的选择性剪接以及其进入细
胞质的量。翻译及翻译后水平的调节。
第三节基因表达的“统一理论”
了解
分子生物学-14-1-第八章真核基因表达调控-1-概念和分类1
第8章 真核基因表达调控 课程教案 授课题目：真核基因表达调控模式——基本概念
教学时数： 2 授课类型： □√ 理论课 □ 实践课 教学目的、要求： 真核基因表达调控的基本概念（理解） 真核基因调控机制（掌握） 真核与原核的基因结构上的区别，基因组水平的区别
教学重点： 重点阐明：真核转录机器的主要组成 重点指出：真和调控的多层性。 本节重点指明染色体、基因组、DNA水平上的调控 教学难点： 绝对难点：如何激活转录的的机制 相对难点：无
教学方法和手段： 老师讲授为主：讲授 视频演示 PPT演示 讨论。以电脑幻灯片边演示边讲述为主，（白板课件）辅以板书（黑板板书） 学生回答问题为辅：（如时间等条件许可的情况下） 注：以下内容按实际需要进行取舍 要求有多媒体，因为信息量大，许多结构图需要媒体放映，效果才好 教学内容与教学设计： 教学设计 先介绍本章的主要内容，然后通过古人的箴言引出分子生物学上重要的理论，指出道理的相同性，随后给出表达调控相关的一系列概念或者已有的观点，然后介绍与调控直接相关的两大类元件：转录控制区和转录信息区，指明真核基因表达调控是一个非常复杂的过程，其结构也是最复杂的。然后介绍相关的重要概念。 教学导入 DNA的图片、基因开关图片 8.0 基因表达调控相关的概念或观点 人法地 地法天 天法道 道法自然 绳锯材断，水滴石穿，学道者须要力索 水到渠成，瓜熟蒂落，得道者一任天机 把绳索当锯子摩擦久了可锯断木头；水滴落在石头上时间一久就可贯穿坚石，做学问的人也要努力用功才能有所成就；各方细水汇集在一起能形成一道河流，瓜果成熟之后自然会脱落 DNA分子的双股螺旋结构的阐明，基因开关的发现，都是科学家研究自然所得到的重大认识
• 什么是真核基因表达？ 基因通过转录和翻译而产生其蛋白质产物或者只通过转录而产生其RNA产物，如tRNA、rRNA等的过程。 一般整个过程包括 基因结构的活化→转录起始→转录过程→胞浆转运→mRNA翻译→蛋白质加工→蛋白质定位、作用 • 什么是真核基因调控？ 指顺式作用元件和反式作用因子相互作用来控制基因的启动和关闭、活性的增加和减弱、表达过程的进行和终止的作用。 基因调控可以发生在基因表达的连续步骤的任何一个步骤。 • 真核生物与原核生物的基因组结构特点比较 真核基因组结构特点
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
第八章 真核基因转录调控(共84张PPT)
但真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的转录 在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开 的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• 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；
• 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基 化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
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第八章基因表达的调控（下）真核基因的表达调控本章主要内容一、总论二、真核生物的基因结构三、DNA水平上的调控四、转录水平上的调控---反式作用因子五、真核基因转录调控的主要模式真核基因组结构特点⏹真核基因组结构庞大3×109bp⏹单顺反子⏹基因不连续性断裂基因（interrupted gene）、内含子(intron)、外显子(exon)⏹非编码区较多多于编码序列(9:1)⏹含有大量重复序列原核生物基因组结构特点⏹基因组很小，大多只有一条染色体⏹结构简炼⏹存在转录单元多顺反子⏹有重叠基因一、总论1、原核与真核生物表达调控的差别（1）原核生物主要是通过转录来调控，开启或关闭某些基因的表达来适应环境条件的变化（营养水平）。
（2）真核生物表达调控,在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的、有序的、不可逆的分化、发育过程，并使生物的组织和器官保持正常功能。
2、真核生物基因表达的特点：(1) 真核基因表达以正性调控为主;(2) 真核生物中转录和翻译分别在细胞核与细胞质中进行；(3) 真核基因表达的调控可以在多个水平上进行：DNA水平的调控、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；(4)不同组织和细胞类型合成不同的一套蛋白质，具有细胞特异性或组织特异性；(5)真核基因的转录与染色质的结构变化相关;(6)主要包括瞬时调控或称可逆调控（对某底物或激素水平的反应）和发育调控或称不可逆调控，决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
3、不同水平上的真核基因表达调控二、真核细胞的基因结构1、真核基因组的一般构造特点①一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在操纵子。
②DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有小部分裸露。
③高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。
④真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。
真核生物基因表达的调控
真核⽣物基因表达的调控课次：19教案⽬的：使学⽣了解真核基因表达调控的特点、转录前的调控，掌握增强⼦的作⽤特点和反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
重点：增强⼦和反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
难点：反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
复习旧课：提问2⼈，了解教案效果。
导⼊新课：第⼋章真核⽣物基因表达的调控第⼀节概述真核⽣物细胞中由核膜将核和细胞质分隔开，转录和翻译并不偶联；基困组是由多条染⾊体组成。
真核基因的调节分为：真核基因表达调控的特点：第⼆节转录前的调控⼀. DNA的甲基化与去甲基化真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C>，⽽活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。
b5E2RGbCAP甲基化可使基因失活，去甲基化⼜可使基因恢复活性。
⼆染⾊质结构对真核基因转录的调控1.染⾊质结构影响基因转录常染⾊质中的基因可以转录，异染⾊质(heterochromatin>，⽆基因转录表达。
2. 组蛋⽩的作⽤组蛋⽩扮演了⾮特异性阻遏蛋⽩的作⽤，⾮组蛋⽩成分起到特异性的去阻遏促转录作⽤。
核⼩体结构影响基因转录。
三基因重排和基因扩增对基因表达的影响基因重排(gene rearrangement>，即原胚性基因组中某些基因会再组合变化形成第⼆级基因。
p1EanqFDPw基因扩增(gene amplification>，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产⽣许多拷贝。
DXDiTa9E3d基因丢失：在细胞分化过程中，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。
RTCrpUDGiT第三节真核基因转录⽔平的调控1 顺式作⽤元件(cis-acting elements>顺式作⽤元件：对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其⾃⾝同处在⼀个DNA分⼦上的基因；通常不编码蛋⽩质，多位于基因旁侧或内含⼦中。
分子生物学第八章 基因表达调控
4、阻遏蛋白与操作子的相互作用
阻遏蛋白与操作子是否发生相互作用？ 硝酸纤维素膜可以和蛋白质结合而不与ＤＮＡ结合 阻遏蛋白四聚体结合与膜上，可以与野生型DNA片段形 成复合物。并可被IPTG抑制。 而用lacOc 突变体的DNA片段，则不能与阻遏蛋白结合
Luxury gene
顺、反因子间互作方式的基因表达调控
♫ 顺式作用元件（cis-acting element）:能够影响 同一条或相连DNA序列活性的特定DNA片段。例如，启 动子 ♫ 反式作用因子（trans-acting factor）:一种基 因的蛋白质产物，能够影响位于基因组另一条染色体上的 （或基因组别处的）另一个基因的表达活性。例如，RNA polymerase
经典锌指的三维结构：一个β发卡和一个α－螺旋
锌指上的α－螺旋 负责与DNA作用
b、Cys-Cys(C2/C2)锌指
Zn＋＋与4个Cys残基 形成配位键
酵母的转录激活 因子GAL4、哺 乳类的固醇类激 素受体为典型代 表。
糖皮质激素受体
• ZYJ272 •
The DNA-binding domain of Cys2-Cys2 zinc finger proteins (Figure 1. Glucocorticoid receptor) is composed of two irregular antiparallel beta-sheets and an alpha-helix, followed by an extended loop.
♫ 操纵元中各结构基因按一定比例协调翻译 ♫ 聚有极性突变效应：
操纵元中一个近基因的无义突变能够影响远基因表， 且根据距离远近呈极性梯度效应