现代分子生物学第八章 PPT

• 3.发育调控的复杂多基因家族 • 血红蛋白是动物体内输送分子氧的住要载体，由
2a2 b组成的四聚体加血红素辅基(结合铁原子)后 形成功能性血红蛋白。已知所有动物物种中血红蛋 白基因的基本结构都相同（图8-6）.
• 然而，在生物个体发育的不同阶段，却出现几种不 同形式的a和b亚基。
• 人a一珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上， 占30 kb左右.其中ξ为胚胎期基因（表82）。
8.1.2真核基因的断裂结构
• 1.外显子与内含子
现已证明大多数真核基因都是蛋白质编码序 列和非蛋自质编码序列两部分组成的（表8-1）。 编码序列称为外显子，非编码序列称为内含子。 在一个结构基因中，编码某一蛋自质不同区域的 各个外显子并不连续排列在一起，而常常被长度 不等的内含子所隔离，形成镶嵌排列的断裂方式。 所以真核基因有时被称为断裂基因。
• 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
Leabharlann Baidu
• 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。
• β一珠蛋自基因簇位于11号染色体短臂上. 占50-60kb。（图8-7）
不同发育阶段血红蛋白亚型
• 胚胎期类α-珠蛋自，最先以ξ 2型出现。以后逐渐被 ξ 1型所取代。
• 在胎儿期有两类等分子数β型链。因此，胚胎型血红
蛋白中含有两个ξ 2 型α链和两个ξ 2 型β链。新生儿
出生后,98%的血红蛋白中含有两个仪α2单位和两个β 亚单位，2%的血红蛋白含两个α2单位和两个β亚单位。 在每个基因家族中，基因排列的顺序就是它们在发育 阶段的表达顺序（图8-8）。
• 研究发现，只有真核生物具有切除基闪中 内含子，产生功能型mRNA和蛋内质的能力， 原 核生物一般不具有这种本领。如果要在 原核细胞里表达真核基因,必须首先构建切 除内 含子的重组基因，才有可能得到所研 究的蛋白质。
• 2. 外显子与内含子的连接区
• 真核基因断裂结构的另一个重要特点是外显子-内含子连 接区的高度保守性和特异性碱基序列。
现代分子生物学
指导老师：杨林松 演绎人：徐楸能
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。
许多情况下,高等真核基因核DNA序列中对应于外显子的 部分可能还不到10% 图8-1是哺乳动物二氢叶酸还原酶基因，全长25一31 kb, 但6个外显子总长只有2kb。少数基因根本不带内含子。前
尚不清楚内含子的生理功能。某些基因完全除去内含 子以后，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。
• 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相连。
• 基因组分析表明，大肠杆菌中共有7个这样的拷贝，每一个拷贝 中只有tRNA基因的种类、数量和存在部位有些变化。
• 在真核生物中，前rRNA转录产物的沉降系数为 45S(约有1400个核苷酸)，包括18s、28s和5.8S三个 主要分子。前rRNA分子中至少有100处被甲基化（主 要是核糖的2-OH甲基化)，初级转录产物也被特异性 RN4酶切割降解。产生成熟rRVA分子。这个过程需要 snoRNA的参与(图8-4)
• 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。
8.1.3基因家族
• 外外显子-内含子连接区就是指两者的交界或称边界序列， 它有两个重要特征：内含子的两端序列之间没有广泛的同 源性，因此内含子两端序列不能互补,说明在剪接加工之 前，内含子上游序列和下游序列不可能通过碱基 配对形 成发夹式二级结构。外显子-内含子连接区序列虽然很短， 但却是高度保守的，因 此，该序列可能与剪接机制密切 相关，是RNA剪接的信号序列。
• 5SrRNA作为一个独认的转录单位，由RNA聚合酶3（而 不是聚合酶I)完成转录。
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。
• 海胆基因家族和果蝇tRNA 基因家族（下图）：
果蝇tRNA 基因家族具有两个海胆组蛋白家族所没有的特点： 在基因家族中含有3个tRNA lys 基因，而基因家族中的每个基因都单独按 各自的方向进行转录。
8.1.4基因表达的方式和特点
1. 基因表达的方式
• 根据对刺激的反应模式,可分为组成性表达和选择性表达两大类。 • 某些基因在个体的所有细胞中持续表达，这些基因即为管家基
因.其表达模式又被称为组成性基因表达。管家基因通常具备以 下特点: • ①细胞结构和代谢过程中所必需的基因,例如编码rRNA、肌动蛋 白、微管蛋白等的基因;②通常能够保持较高的表达量。根据这 些特点，实验研究中常把rRNA、肌动蛋白或微管蛋白基因作为 RT-PCR的对照。 • 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增 加，这种基因称为可诱导基因。而如果基因被环境信号所被抑 制，这种基因就是可阻遏基因 (repmssihle gene)。基因表达 调控大多数是对这些基因的转录和翻译速率的调节，从而导致 其编码产物的水平发生改变并影响其功能。