第八章 真核基因表达调控汇编
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➢DNA酶I敏感位点（多位于5‘端启动区）
➢灯刷染色体
➢核小体的伸展和压缩
2、基因扩增
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。
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。
8.1真核生物的基因结构与转录活性
真核与原核基因表达过程中的主要差异：
①在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出 一条多肽链，很少原核生物中常见的多基因操纵子 形式。
P283, 图8-2
细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
脊椎动物中rRNA基因家族主要成员的分 布与成熟过程分析
P283, 图8-3
2、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。
例，海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的 基因处于一个约为6000bp的片段中，分别被间隔序 列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基 因组中可能重复多达1000次。
②真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合，只 有一小部分DNA是裸露的。
③真核细胞DNA很大一部分不转录。
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，增加细胞内某些基因的拷贝数。
⑤基因转录的调节区很大，可能远离转录起始位点 达几百个甚至上千个碱基对，主要通过改变整个所 控制基因5'上游区DNA构型来影响它与RNA聚合 酶的结合能力。
第八章 真核基因表达调控一般规律
wenku.baidu.com
引言
与原核生物相比，真核生物： 1. 多细胞组成； 2. 复杂的染色质结构； 3. 大量重复序列； 4. 内含子序列； 5. 转录翻译的时空差异。
真核生物基因调控分类
➢ 根据调控反应是否可逆分为 • 瞬时调控或可逆性调控 包括某种底物或激素水平升降时，或细胞周期不同 阶段中酶活性的调节。 •发育调控或不可逆调控 决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
不同发育阶段血红蛋白亚型
假基因
P285, Fig. 8-7
人细胞中α和β-珠蛋白基因簇结构示意图
假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不 能表达的DNA序列。
8. 1. 2 真核基因的断裂结构
1、外显子与内含子 “intron”是指存在于原始转录物或基因组DNA中， 但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分 核苷酸序列。大多数真核基因都是由蛋白质编码序 列和非蛋白质编码序列两部分组成的。
2、外显子与内含子的连接区
与剪接有关的序列
3、外显子与内含子的可变调控 真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生
不同的mRNA，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因， 如肌红蛋白重链基因虽有41个外显子，却能精确地剪 接成一个成熟的mRNA，我们称这种方式为组成型剪 接。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一 种成熟的mRNA，编码一个多肽。
人β-珠蛋白基因的基本结构
人α珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上，约 占30kb左右，其中ζ为胚胎期基因，在胚胎第一天， ζ多肽链（42%），α2多肽链（24%），从第五周 起，ζ开始关闭 。β珠蛋白基因簇位于11号染色体 短臂上，约占50-60kb，其中ε为胚胎期基因，Gγ 和Aγ为胎儿型基因，δ和β为成人期基因。
8.1.3 真核生物DNA水平上的基因表达调控
DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形 式，包括基因丢失、扩增、重排和移位等。
1. “开放”型活性染色质结构对转录的影 响
转录前染色质在特定区域发生核小体结构的消 除或改变、DNA本身局部结构变化、DNA从右旋到 左旋转变等，促使结构基因暴露而诱发基因转录。
➢ 每个基因被转录成单顺反子RNA（无内含子）；核心组蛋 白物质的量相等，H1是其一半；
➢ 在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，可能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机 制。
3、发育调控的复杂多基因家族
血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载 体，由2α2β（珠蛋白）组成的四聚体加上一个血 红素辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。 在生物个体发育的不同阶段出现几种不同形式的α 和β亚基。
➢ 根据基因调控发生的先后次序分为： •转录水平调控 •转录后水平
RNA加工成熟过程的调控 翻译水平的调控 蛋白质加工水平
P281, Fig. 8-1
研究基因调控主要应回答三个问题
➢ 什么是诱发基因转录的信号？ ➢ 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？ ➢ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
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。
⑥许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接 过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。
⑦真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿 过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。
8.1.1 基因家族（gene family）
基因家族——真核细胞中许多相关的基因常按功能 成套组合。
同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为 一个基因簇，也可能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。
1、简单多基因家族
简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后 相连。例，rRNA。
原核中，16S，23S和5SrRNA基因联合成一个转 录单位，各种rRNA分子都是从这个转录单位上剪 切下来的。
真核生物中，前rRNA转录产物的分子量为45S， （约有14 000个核苷酸），包括18S，28S和 5.8S三个主要rRNA分子。
➢灯刷染色体
➢核小体的伸展和压缩
2、基因扩增
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。
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。
8.1真核生物的基因结构与转录活性
真核与原核基因表达过程中的主要差异：
①在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出 一条多肽链，很少原核生物中常见的多基因操纵子 形式。
P283, 图8-2
细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析
脊椎动物中rRNA基因家族主要成员的分 布与成熟过程分析
P283, 图8-3
2、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。
例，海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的 基因处于一个约为6000bp的片段中，分别被间隔序 列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基 因组中可能重复多达1000次。
②真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合，只 有一小部分DNA是裸露的。
③真核细胞DNA很大一部分不转录。
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，增加细胞内某些基因的拷贝数。
⑤基因转录的调节区很大，可能远离转录起始位点 达几百个甚至上千个碱基对，主要通过改变整个所 控制基因5'上游区DNA构型来影响它与RNA聚合 酶的结合能力。
第八章 真核基因表达调控一般规律
wenku.baidu.com
引言
与原核生物相比，真核生物： 1. 多细胞组成； 2. 复杂的染色质结构； 3. 大量重复序列； 4. 内含子序列； 5. 转录翻译的时空差异。
真核生物基因调控分类
➢ 根据调控反应是否可逆分为 • 瞬时调控或可逆性调控 包括某种底物或激素水平升降时，或细胞周期不同 阶段中酶活性的调节。 •发育调控或不可逆调控 决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
不同发育阶段血红蛋白亚型
假基因
P285, Fig. 8-7
人细胞中α和β-珠蛋白基因簇结构示意图
假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不 能表达的DNA序列。
8. 1. 2 真核基因的断裂结构
1、外显子与内含子 “intron”是指存在于原始转录物或基因组DNA中， 但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分 核苷酸序列。大多数真核基因都是由蛋白质编码序 列和非蛋白质编码序列两部分组成的。
2、外显子与内含子的连接区
与剪接有关的序列
3、外显子与内含子的可变调控 真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生
不同的mRNA，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因， 如肌红蛋白重链基因虽有41个外显子，却能精确地剪 接成一个成熟的mRNA，我们称这种方式为组成型剪 接。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一 种成熟的mRNA，编码一个多肽。
人β-珠蛋白基因的基本结构
人α珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上，约 占30kb左右，其中ζ为胚胎期基因，在胚胎第一天， ζ多肽链（42%），α2多肽链（24%），从第五周 起，ζ开始关闭 。β珠蛋白基因簇位于11号染色体 短臂上，约占50-60kb，其中ε为胚胎期基因，Gγ 和Aγ为胎儿型基因，δ和β为成人期基因。
8.1.3 真核生物DNA水平上的基因表达调控
DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形 式，包括基因丢失、扩增、重排和移位等。
1. “开放”型活性染色质结构对转录的影 响
转录前染色质在特定区域发生核小体结构的消 除或改变、DNA本身局部结构变化、DNA从右旋到 左旋转变等，促使结构基因暴露而诱发基因转录。
➢ 每个基因被转录成单顺反子RNA（无内含子）；核心组蛋 白物质的量相等，H1是其一半；
➢ 在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，可能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机 制。
3、发育调控的复杂多基因家族
血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载 体，由2α2β（珠蛋白）组成的四聚体加上一个血 红素辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。 在生物个体发育的不同阶段出现几种不同形式的α 和β亚基。
➢ 根据基因调控发生的先后次序分为： •转录水平调控 •转录后水平
RNA加工成熟过程的调控 翻译水平的调控 蛋白质加工水平
P281, Fig. 8-1
研究基因调控主要应回答三个问题
➢ 什么是诱发基因转录的信号？ ➢ 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？ ➢ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
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。
⑥许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接 过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。
⑦真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿 过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。
8.1.1 基因家族（gene family）
基因家族——真核细胞中许多相关的基因常按功能 成套组合。
同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为 一个基因簇，也可能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。
1、简单多基因家族
简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后 相连。例，rRNA。
原核中，16S，23S和5SrRNA基因联合成一个转 录单位，各种rRNA分子都是从这个转录单位上剪 切下来的。
真核生物中，前rRNA转录产物的分子量为45S， （约有14 000个核苷酸），包括18S，28S和 5.8S三个主要rRNA分子。