真核生物的基因表达与调控

1、精选课件1 真核生物的基因表达调控真核生物的基因表达调控 Regulation of Gene Expression in Eukaryotes 精选课件2 u真核生物基因表达调控的特点真核生物基因表达调控的特点 真核生物表达调控与原核生物的不同：真核生物表达调控与原核生物的不同： （1）染色体结构不同；）染色体结构不同； （2）原核生物具有正调控和负调控并重的特点，真核）原核生物具有正调控和负调控并重的特点，真核 生物目前已知的主要是正调控；生物目前已知的主要是正调控； （3）原核生物的转录和翻译是相偶联的，真核生物的）原核生物的转录和翻译是相偶联的，真核生物的 转录和翻译在时空上是分开的；

2、转录和翻译在时空上是分开的； （4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中 其基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性其基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性 或组织特异性表达。或组织特异性表达。 精选课件3 真核基因组结构特点真核基因组结构特点 真核基因组结构庞大：真核基因组结构庞大：3109bp、染色质、染色体、核膜、染色质、染色体、核膜 单顺反子单顺反子(monocistron) 含有大量重复序列含有大量重复序列 基因不连续性：断裂基因（基因不连续性：断裂基因（interrupted gene）、内含）、内含 子子(intro

3、n)、 外显子外显子(exon) 非编码区多于编码序列非编码区多于编码序列(9:1) 精选课件4 真和基因都是由蛋白质编码序列和费蛋白质编码序真和基因都是由蛋白质编码序列和费蛋白质编码序 列组成。编码序列被称为外显子，而非编码序列称列组成。编码序列被称为外显子，而非编码序列称 为内含子。为内含子。 在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个 外显子并不连续排列在一起，而是常常被长度不等外显子并不连续排列在一起，而是常常被长度不等 的内含子所隔离，形成断裂方式。所以真和基因被的内含子所隔离，形成断裂方式。所以真和基因被 称为断裂基因。称为断裂基因

4、。 而这个序列分析表明，几乎每个内含子而这个序列分析表明，几乎每个内含子5末端起始末端起始 的两个碱基都是的两个碱基都是GT,而而3末端最后两个碱基总是末端最后两个碱基总是AG. 精选课件5 多多 层层 次次 调调 控控 精选课件6 u染色体水平的调控染色体水平的调控 染色质的结构： 基本结构是核小体。 在细胞中的状态： （1）紧密压缩 （2）被阻遏状态 （3）有活性状态 （4）被激活状态 异染色质化 精选课件7 组蛋白的乙酰化组蛋白的乙酰化-去乙酰化去乙酰化 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

5、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。 精选课件8 非组蛋白（非组蛋白（NHP) 非组蛋白大多数是磷蛋白，以磷酸化/去磷酸化修饰 的方式调节细胞的代谢、生长、增殖和变异等，并能 在核内接受外来信号，构成核内信息转导系统，形成 一条调节基因表达的重要途径。 精选课件9 uDNA水平上的调控水平上的调控 DNA甲基化（甲基化（DNA Methylation) 哺乳动物基因中的5-CG-3序列中C5的甲基化称之 CpG 甲基化。 5-CG-3序列是在表达基因位点处

6、的染色体保 持适当包装水平的重要化学修饰序列。当基因序列中的CpG 密度 达到10/100bp时称为CpG 岛。 图：持家基因的CpG岛及其启动子 精选课件10 DNA甲基化与转录抑制甲基化与转录抑制 p甲基化甲基化(methylated)程度高，对基因转录抑制的程度高，对基因转录抑制的 调控能力越强。调控能力越强。 p去甲基化去甲基化(undermethylated)：基因转录激活：基因转录激活 精选课件11 甲基化影响甲基化影响DNADNA与蛋白质的与蛋白质的 相互作用相互作用 DNaseIDNaseI的超敏感区域的超敏感区域 (1)组蛋白被一种序列特异性蛋白 结合而被破坏，DNA裸露出来

7、； （2）转录区域，DNA链打开而暴露； （3）活跃转录区 （1） （2） （3） 精选课件12 u真核基因转录水平的调控真核基因转录水平的调控 顺式作用元件顺式作用元件( cis-acting element） 反式作用因子反式作用因子 (trans-acting Factor) 精选课件13 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element) 顺式作用元件顺式作用元件 -位于基因的旁侧可以调控和影响基因表位于基因的旁侧可以调控和影响基因表 达的核苷酸序列达的核苷酸序列； 顺式作用元件类型：顺式作用元件类型： （1）启动子）启动子(promoter): 3种类型；种类型； （2

8、）增强子）增强子(enhancer)： （3）沉默子）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。：负性调节元件，起阻遏作用。 （4）绝缘子）绝缘子(insulator,boundary element):在真核基因在真核基因 及其调控区的一段及其调控区的一段DNA序列序列 。 精选课件14 增强子增强子Enhancer 在远离转录起始点（上游或下游）的一段可增强启动子 活性的调控元件，大小为100-200bp。最初在DNA病毒 SV40的基因组中发现。 特性： （1）加强相连基因从正确起始位点的转录活性 （2）增强子无论是在下游或在上游均可激活转录 （3）无论是在下游或在上游，可

9、在远离起始位点1Kb以上 发挥作用 （4）两个启动子串联在一起时，增强子优先激活距离最近 的那一个 精选课件15 精选课件16 反式作用因子和结构特点反式作用因子和结构特点 概念：直接或间接地识别或结合在顺式作用元件核心概念：直接或间接地识别或结合在顺式作用元件核心 序列上，参与与调控靶基因转录效率的蛋白质。序列上，参与与调控靶基因转录效率的蛋白质。 （1）三个功能结构域：DNA结合结构域(DNA-binding domain)；转录激活结构域(transcriptional activation domain)；二聚化结构域。 （2）能识别并结合顺式作用元件(cis-acting eleme

10、nt) （3）正调控与负调控 精选课件17 精选课件18 5端加帽端加帽(cap)和和3端多聚腺苷酸化端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意的调控意 义义 l使使mRNA稳定，在转录过程中不被降解稳定，在转录过程中不被降解 mRNA的选择剪接的选择剪接(alternative splicing)对基因表达对基因表达 的调控的调控 l外显子选择外显子选择(optional exon)、内含子选择、内含子选择 (optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点、互斥外显子、内部剪接位点 mRNA 运输的控制运输的控制 u真核基因转录后水平的调控真核基因转录后水平的调控 精选课件19 精选课件20 精选课件21 u翻译水平的调控翻译水平的调控 5 5端端UTR(UTR(非翻译区）结构与翻译起始的调节非翻译区）结构与翻译起始的调节 5帽子结构的甲基化：1）保护mRNA免遭5外切 酶的降解。2）为mRNA的从核中输出提供转运信号。3） 提高翻译模板的稳定性和翻译效率。 翻译起始因子的调控：翻译起始因子的调控： eIF-2-4F的磷酸化能提高翻译速度