遗传信息的传递(1)

1、遗传信息的传递遗传信息的传递 董 燕 临床药理研究所 免疫学分子生物学技术研究室 遗传现象 遗传现象遗传现象:生物的性状可从上一代传至下一代生物的性状可从上一代传至下一代 性状：性状：生物体表现出的形态特征（如花色）和生理生生物体表现出的形态特征（如花色）和生理生 化特征（如抗病性、合成某种物质的能力）化特征（如抗病性、合成某种物质的能力）通过通过 各种蛋白质而显现各种蛋白质而显现 中心法则：中心法则： 转 录 反 转 录 翻 译 复 制 基因表达基因表达（gene expressiongene expression） 是指基因组中结构基因经过转录、是指基因组中结构基因经过转录、 翻译等过程，

2、合成蛋白质，进而发翻译等过程，合成蛋白质，进而发 挥其特定的生物学功能的全过程。挥其特定的生物学功能的全过程。 一、一、DNA的复制的复制（replication） 是指以亲代是指以亲代DNA分子为模板合成一个新的子代分子为模板合成一个新的子代DNA分分 子的过程子的过程 1. 半保留复制半保留复制 DNA双螺旋结构中的双螺旋结构中的 两条链分开，以每一条单两条链分开，以每一条单 链为模板（链为模板（template）按照）按照 碱基互补配对方式合成一碱基互补配对方式合成一 条新链。条新链。 新生成的两个新生成的两个DNA分分 子与原来的子与原来的DNA分子完全分子完全 相同，且每个子代相同，

3、且每个子代DNA分分 子中有一条链来自亲代子中有一条链来自亲代 DNA，而另一条链是新合，而另一条链是新合 成的。成的。 实验证明实验证明同位素标记和密度梯度离心同位素标记和密度梯度离心 亲代亲代子一代子一代 子二代子二代 轻链轻链 14NDNA 杂交链杂交链 14N- 15NDNA 重链重链 15NDNA 15N培养基 培养基 14N培养基 培养基 14N培养基 培养基 亲代 子一代 子二代 2.半不连续复制半不连续复制 模板模板：DNA 底物底物：dATP、dTTP、dGTP、dCTP RNA引物引物 DNA聚合酶聚合酶：从引物的：从引物的3-OH上逐个加上逐个加 上上脱氧脱氧核苷酸核苷酸

4、 53 聚合活性聚合活性 新链合成方向新链合成方向：53 DNA复制开始于染色体上固定的起始点，称为复制开始于染色体上固定的起始点，称为复复 制起点制起点（origin of replication, ori） DNA两条链在起始点分开，形成两条链在起始点分开，形成“复制叉复制叉” DNA不是全部解开，而是不是全部解开，而是边解开边合成边解开边合成 DNA复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个相复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个相 反的方向进行反的方向进行 滞后链滞后链 前导链前导链 冈崎片段冈崎片段复制叉 3.DNA复制的分子机制复制的分子机制 解链酶解链酶 helicase 拓扑异构酶拓扑

5、异构酶 topoisomerase 单链结合蛋白单链结合蛋白 SSB 引物合成酶引物合成酶 primase DNA聚合酶聚合酶 polymerase DNA连接酶连接酶 ligase 起始、延长、终止 大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶：聚合酶： DNA聚合酶IDNA聚合酶IIDNA聚合酶III 分子结构单链分子单链分子 核心酶3个亚基 全酶22亚基 分子量（ku）109120450 53 聚合聚合 酶酶活性 53 外切外切 酶酶活性 35 外切外切 酶酶活性 功能 除去除去RNARNA引物引物 并填补空隙并填补空隙 DNADNA校正和修复校正和修复 冈崎片段及冈崎片段及 前导链的合成前导链的合成

6、起始起始：特定的起始位点特定的起始位点(复制起点，复制起点，Ori） 双链解开双链解开解链酶、拓扑异构酶、解链酶、拓扑异构酶、SSB 引物生成引物生成引物合成酶引物合成酶 延长：延长：前导链前导链 冈崎片段冈崎片段 DNA聚合酶聚合酶III 终止：终止：停止延伸停止延伸 删除引物删除引物DNA聚合酶聚合酶I（外切酶活性）（外切酶活性） 填补空隙填补空隙DNA聚合酶聚合酶I（聚合酶活性）（聚合酶活性） 滞后链形成滞后链形成DNA连接酶连接酶 形成超螺旋形成超螺旋拓扑异构酶拓扑异构酶 二、转录二、转录 转录转录（transcription） ：是遗传信息转移至是遗传信息转移至RNA 分子中的过程。

7、在依赖于分子中的过程。在依赖于DNA的的RNA聚合酶作用下，聚合酶作用下， 合成与合成与DNA模板链碱基顺序互补的模板链碱基顺序互补的RNA的过程。的过程。 1. DNA指导下的指导下的RNA合成反应体系：合成反应体系： 模板模板：DNA RNA聚合酶聚合酶：从单核苷酸的：从单核苷酸的3-OH上逐个加上核苷酸上逐个加上核苷酸 53 聚合活性聚合活性 底物底物：ATP、UTP、GTP、CTP 合成方向合成方向：53 不需引物不需引物 产物产物：信使信使RNA（mRNA） 核糖体核糖体RNA（rRNA） 转移转移RNA（tRNA） 模板链（模板链（template strand） 或反义链（或反义

8、链（antisense strand） 编码链（编码链（coding strand） 或有义链或有义链(sense strand) 2. RNA聚合酶聚合酶 大肠杆菌大肠杆菌：全酶（：全酶（holoenzyme） 2 核心酶（核心酶（core enzyme） 2 . 识别模板链上的起始位点识别模板链上的起始位点 因子因子 识别终止信号识别终止信号 需要需要因子帮助因子帮助 不需要引物不需要引物 ，不具有校正功能，不具有校正功能 真核生物真核生物：RNA聚合酶有聚合酶有 I、II、III 聚合酶聚合酶I（核仁）（核仁）催化催化rRNA（大分子）（大分子）合成；合成； 聚合酶聚合酶II（核质）（核

9、质）催化催化mRNA前体即不均一核前体即不均一核RNA （hnRNA）的合成；转录的起始需要辅助因子参与）的合成；转录的起始需要辅助因子参与 聚合酶聚合酶 III （核质）（核质）催化催化tRNA和和rRNA（小分子）（小分子） 合成合成 3. 启动子启动子 DNA链上一段能与RNA聚合酶结合并能 起始RNA合成的序列 原核原核： 真核：真核： 启动子启动子：保守区：保守区Hogness盒（或盒（或TATA 盒）、盒）、GC盒及盒及CAAT盒（或盒（或CAT盒）盒） 是转录因子的结合位点是转录因子的结合位点 增强子增强子（enhancer）序列）序列 ：对基因的转录对基因的转录 起促进作用起促

10、进作用 ，增强邻近基因的表达但与它本增强邻近基因的表达但与它本 身所在的位置及方向无关身所在的位置及方向无关 4. 转录过程转录过程 起始： RNA聚合酶与启动子识别并结合聚合酶与启动子识别并结合 全酶全酶启动子启动子ATP/GTP 双链局部解开双链局部解开 延伸：延伸： 酶沿着酶沿着DNA链移动链移动 DNA双螺旋解开双螺旋解开 RNA链由链由5 3 延延 长长 终止：终止： 模板上5端有终止信号： 5-末端AT丰富区中含有一连串的A 多个G、C组成的所谓“断裂反复区” RNA链的3终止端为一连串的碱基U RNA链能自身配对互补而自动形成 发夹式结构 RNA聚合酶识别终止信号 RNA脱离RN

11、A聚合酶和DNA模板 发夹式结构 5. 真核生物的转录后加工真核生物的转录后加工 真核真核mRNA前体的加工： 1. 加帽：5端加上一个7-甲基鸟苷帽子 （与核糖体识别有关， 稳定一级结构） 2. 加尾：3端加上多聚腺苷酸尾巴poly （A） ，长度约为 100200个核苷酸 （保护作用，维持稳定性，模板活性） 3. 剪接作用： mRNA前体不均一核RNA （hnRNA） 成熟mRNA （具有生物活性 ） 4. 甲基化、编辑加工 除去内含子转录 产物，拼接外显 子转录产物 小核RNA（snRNA） 核酶 RNA和和DNA的合成过程比较：的合成过程比较： 相似：相似： 具有启动、延伸和终止的基本

12、步骤； 需要多组分的启动复合物； 遵循碱基配对原则； 按5到3方向合成新链。 不同：不同： RNA合成的底物是核苷三磷酸（NTP），而不是脱氧核苷三 磷酸（dNTP）； RNA中以U代替T作为A的互补碱基； RNA合成中不需要引物参与； 基因组中只有小部分被转录成RNA,而在DNA复制中全部基 因组都必须被复制； RNA转录过程中无校正功能。转录产物需加工修饰。 三、翻译 翻译（翻译（translation）即蛋白质的生物合即蛋白质的生物合 成，以成，以mRNA为模板将氨基酸装配成特为模板将氨基酸装配成特 定肽链的过程。定肽链的过程。 主要元件：主要元件：核糖体核糖体场所场所 mRNA模板模板

13、 tRNA运载氨基酸运载氨基酸 氨基酸氨基酸 1.遗传密码遗传密码 mRNA上三个连续的核苷酸编码一种氨基酸，上三个连续的核苷酸编码一种氨基酸， 称为三联体（称为三联体（triplet）密码或密码子）密码或密码子 （codon） 。43=64种种 起始密码起始密码AUG，编码甲硫氨酸编码甲硫氨酸 终止密码终止密码 UAA、UAG和和UGA，是多，是多 肽合成的终止信号肽合成的终止信号 5 TCT AGA ATG AAA TGG AAA GTT TTT AAA Met Lys Trp Lys Val Phe Lys AAG TGA 3 Lys * 特征：特征： a. 简并性：即多个密码子可编码同

14、一个氨基酸。如简并性：即多个密码子可编码同一个氨基酸。如 AAA，AAG都编码赖氨酸，为都编码赖氨酸，为同义密码子同义密码子。 b.非多义性非多义性 、连续性连续性 、通用性通用性 、偏好性偏好性 开放阅读框架开放阅读框架（open reading frame，ORF）：）： mRNA分子中分子中 由由5 3 ，从起始密码子到终止密码子之间的核苷酸序列。，从起始密码子到终止密码子之间的核苷酸序列。 2. 2. 核糖体核糖体 核糖体由大小两个亚基构成核糖体由大小两个亚基构成 核糖体能与核糖体能与mRNA结合并在其上移动结合并在其上移动 参与多肽链的启动、延长和终止过程中各种因子的识参与多肽链的启

15、动、延长和终止过程中各种因子的识 别别 3. 转移转移RNA（tRNA） （1）结构特点：）结构特点： 3末端末端氨基酸结合的位点，生成氨酰氨基酸结合的位点，生成氨酰 tRNA 反密码子反密码子(anticodon)识别识别mRNA分子分子 上的密码子上的密码子 （2）功能：）功能： 实现了特定的氨基酸与实现了特定的氨基酸与mRNA上特定的碱基上特定的碱基 （密码子）之间的联系（密码子）之间的联系 。 4. 蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的分子机制 起始： 核糖体与mRNA 结合（S-D序列） fMet-tRNA通过 反密码子识别 mRNA上的起始密 码子，并与核糖体 的P部位（肽基部

16、 位）结合 形成起始复合体 后，翻译开始 延伸延伸： （1）下一个氨酰下一个氨酰-tRNA分子进入核糖体的分子进入核糖体的A部位。部位。进位进位 （2）两个氨基酸分子之间形成肽键。）两个氨基酸分子之间形成肽键。转肽转肽 （3）P部位上的部位上的tRNA释放。释放。脱落脱落 （4）核糖体沿着）核糖体沿着mRNA的的53方向移动，同时携带着方向移动，同时携带着 肽基的肽基的tRNA从从A部位移到部位移到P部位。空出部位。空出A部位，等待第部位，等待第 三个氨酰三个氨酰-tRNA进入进入 。移位移位 终止：终止： 到达终止密码子时，氨酰到达终止密码子时，氨酰-tRNA 不能与之结合不能与之结合 多肽

17、链从多肽链从mRNA上释放，核糖体脱落上释放，核糖体脱落 特点：特点： 原核细胞中，蛋白质的合成与mRNA合成 无严格时空界限。 真核细胞的mRNA的合成在细胞核，蛋白质的合 成在细胞质进行，所以，翻译是在转录完成后 才开始。 五、翻译后加工修饰五、翻译后加工修饰 新生的多肽链大多数是没有功能的，必新生的多肽链大多数是没有功能的，必 须经过加工修饰才能成为有活性的蛋白须经过加工修饰才能成为有活性的蛋白 质。质。 （1）N端端fMet或或Met的切除。的切除。 （2）二硫键的形成。）二硫键的形成。 （3）氨基酸的修饰。包括磷酸化、糖基）氨基酸的修饰。包括磷酸化、糖基 化、甲基化、乙酰化和羟基化等

18、。化、甲基化、乙酰化和羟基化等。 （4）肽链的切除。如胰岛素。）肽链的切除。如胰岛素。 基因表达的调控基因表达的调控 （gene expression regulation ） 适应环境、维持生长和增殖适应环境、维持生长和增殖 维持个体发育与分化维持个体发育与分化 原核生物：原核生物： 生长与周围环境密切相关 大肠杆菌基因组有4 300个基因 条件适宜条件适宜生长迅速生长迅速 营养缺乏、高温、射线营养缺乏、高温、射线生长缓慢生长缓慢 调节不同基因的表达调节不同基因的表达，以适应营养条件（碳、 氮源等）的变化及对付周围不利的环境因素 （如高温、射线、重金属等） 迅速合成自身需要的蛋白质（酶）、核

19、酸和其 他生物大分子;或迅速停止合成不再需要的成分。 真核生物：真核生物： 基因表达具有阶段特异性和组织特异性基因表达具有阶段特异性和组织特异性 人类基因组大约有人类基因组大约有3万个基因万个基因 受精卵细胞受精卵细胞 胚胎胚胎 组织器官组织器官 细胞的形态功能不同细胞的形态功能不同 细胞内基因表达不同细胞内基因表达不同 2%15%基因表达基因表达 选择性、程序性地表达特定基因选择性、程序性地表达特定基因 管家基因管家基因（housekeeping gene）在一个生物个在一个生物个 体的几乎所有细胞中持续表达的基因。体的几乎所有细胞中持续表达的基因。 组成性基因表达组成性基因表达（const

20、itutive gene expression） 管家基因的表达方式，较少受环境影响，在个管家基因的表达方式，较少受环境影响，在个 体各生长阶段的几乎全部组织中持续表达或变体各生长阶段的几乎全部组织中持续表达或变 化很小。化很小。 基因表达及其调控的特点 诱导表达诱导表达（induction expression）有一些有一些 基因表达极易受环境影响，在特定环境基因表达极易受环境影响，在特定环境 信号刺激下，基因的表达开放或增强。信号刺激下，基因的表达开放或增强。 阻遏表达阻遏表达（repression expression）在特在特 定环境信号刺激下，基因的表达关闭或定环境信号刺激下，基因的

21、表达关闭或 减弱。减弱。 时间特异性时间特异性（temporal specificity）在多细胞生在多细胞生 物，从受精卵到组织、器官形成的各个发育阶物，从受精卵到组织、器官形成的各个发育阶 段，相应的基因严格按照一定的时间顺序开启段，相应的基因严格按照一定的时间顺序开启 或关闭。或关闭。 空间特异性空间特异性（spatial specificity）在个体生长全在个体生长全 过程，某基因产物在不同组织空间顺序出现。过程，某基因产物在不同组织空间顺序出现。 协调表达协调表达（coordinated expression）功能相关功能相关 的一组基因，协调一致，共同表达。又称协调的一组基因，协

22、调一致，共同表达。又称协调 调节调节（coordinated regulation） 一、原核生物基因表达的调控一、原核生物基因表达的调控 1. 转录水平的调控操纵子 （operon) 是原核生物基因表达调控的基本方式 Jacob和Monod于1961年提出大肠杆菌的 lac 操纵子（乳糖操纵子）模型 操纵子是由数个相关的结构基因及其调 控区组成。 几个功能相关的结构基因排列在一起受上游同一个调控序列控制， 呈现协同表达协同表达 结构基因：结构基因：LacI 编码阻遏蛋白，lacZ 编码-半乳糖苷酶，lacY 编码通透酶，lacA 编码硫代 半乳糖苷转乙酰酶 调控区：调控区：操纵基因（oper

23、ator gene）、启动基因（promoter gene）及其它有调控功能的部 位组成 诱导物诱导物 IPTG 复合物复合物 O基因基因“开启开启”，结构基因开始表达，结构基因开始表达 基因基因“关闭关闭” 多顺反多顺反子子mRNA是为两条或更多条多肽链编码是为两条或更多条多肽链编码 的的mRNA，在原核生物中普遍存在。，在原核生物中普遍存在。 负调控负调控（negative control）调节蛋白存在时）调节蛋白存在时 基因表达活性被关闭。没有调节蛋白存在时基基因表达活性被关闭。没有调节蛋白存在时基 因是表达的。因是表达的。 调节蛋白调节蛋白阻遏物（阻遏物（repressor） 正调控正

24、调控（positive control）有调节蛋白（诱）有调节蛋白（诱 导物，导物，inducer）时，基因表达活性被开启。）时，基因表达活性被开启。 没有调节蛋白存在时基因是关闭的。没有调节蛋白存在时基因是关闭的。 调节蛋白调节蛋白诱导物（诱导物（inducer） 正调控作用正调控作用 ： P基因上游（基因上游（ RNA聚合酶结合部位的上游）处聚合酶结合部位的上游）处 有一个有一个CAP （分解代谢基因活化蛋白）结合位（分解代谢基因活化蛋白）结合位 点点, 但只有当但只有当CAP与与cAMP结合成复合物，才结结合成复合物，才结 合到合到DNA上。结合后有推动上。结合后有推动RNA聚合酶前移作

25、聚合酶前移作 用。用。 正负调控之间存在着一种协调正负调控之间存在着一种协调: :阻遏蛋白的退离阻遏蛋白的退离 和和CAPCAP的结合是的结合是laclac操纵子表达的必要条件操纵子表达的必要条件 当阻遏蛋白结合于当阻遏蛋白结合于O区而阻碍转录时，区而阻碍转录时，CAP结合对转录没有影响；结合对转录没有影响； 但如果没有但如果没有CAP蛋白与蛋白与CAP位点结合，即便阻遏蛋白退离位点结合，即便阻遏蛋白退离O区也区也 不能启动转录。不能启动转录。 Lactose Glucose - + - - + - + + LacI CAP-cAMP Four States of the Lac Operon

26、 所谓基因所谓基因“关闭关闭”不是绝对的，不是绝对的， 只是说基因表达水平只是说基因表达水平 很低，存在基础表达速率。很低，存在基础表达速率。 通常，可诱导基因只具有较低的基础表达速率，在受通常，可诱导基因只具有较低的基础表达速率，在受 到诱导物的正调控时，其基因表达增加。如乳糖操纵到诱导物的正调控时，其基因表达增加。如乳糖操纵 子。子。 具有高基础表达速率的基因常受到阻遏物的负调节。具有高基础表达速率的基因常受到阻遏物的负调节。 例如，大肠杆菌的色氨酸操纵子：例如，大肠杆菌的色氨酸操纵子： 在没有外源色氨酸在没有外源色氨酸 时，操纵子表达，合成有关色氨酸合成的酶类，在有时，操纵子表达，合成有

27、关色氨酸合成的酶类，在有 外源色氨酸存在时，操纵子受到阻遏，细菌不必自己外源色氨酸存在时，操纵子受到阻遏，细菌不必自己 合成色氨酸。合成色氨酸。 2. 基因转录的翻译调控基因转录的翻译调控衰减子衰减子 衰减子调控的实质是以翻译手段调控基衰减子调控的实质是以翻译手段调控基 因的转录因的转录 转录和翻译是紧密偶联的，转录和翻译是紧密偶联的，RNA聚合酶聚合酶 刚转录出前导肽的部分密码子，核糖体刚转录出前导肽的部分密码子，核糖体 就开始翻译。就开始翻译。 高色氨酸水平高色氨酸水平 形成终止子结构形成终止子结构 低色氨酸水平低色氨酸水平 不不形成终止子结构形成终止子结构 Trp衰减子机制衰减子机制 :

28、 3. 翻译水平的调控 （1）S-D序列序列（Shine-Dalgaron序列） 又叫核糖体结合位点（又叫核糖体结合位点（RBS） 位于mRNA上起始密码子上游312个碱基位置 与核糖体16S rRNA 3-端序列可互补配对 S-D序列缺失或突变，或者S-D序列与起始密码子AUG的距离发生 变化，都可对翻译水平产生较大影响 核糖体 小亚基30S：16S rRNA 核糖体结合蛋白 大亚基50S （2）反义）反义RNA（anti-sense RNA） 是一段含有与被调控基因所产生的是一段含有与被调控基因所产生的mRNAmRNA互补互补 的碱基序列的小分子的碱基序列的小分子RNARNA 通过碱基互补

29、与特定通过碱基互补与特定mRNA结合，结合，抑制抑制mRNAmRNA的的 翻译翻译 结合位点通常是结合位点通常是mRNA上的上的S-D序列、起始密序列、起始密 码子码子AUG和部分和部分N端的密码子端的密码子 1983年，发现了反义年，发现了反义RNA对基因表达的调控；对基因表达的调控； 1984年，提出用反义年，提出用反义RNA来治疗病毒性疾病来治疗病毒性疾病 二真核生物基因表达的调控二真核生物基因表达的调控 A.真核生物基因有如下特点：真核生物基因有如下特点： （1）单顺反子）单顺反子。其。其mRNA只为一条多肽链编码，而只为一条多肽链编码，而 真核细胞蛋白多由几条多肽链组成，因而存在多个

30、基真核细胞蛋白多由几条多肽链组成，因而存在多个基 因协调表达的问题因协调表达的问题 （2）基因家族）基因家族。许多结构相似，功能相关的真核基因。许多结构相似，功能相关的真核基因 组成一个集合称为组成一个集合称为基因家族基因家族（gene family）。家族）。家族 中的成员可以紧密地排在一起，成为一个中的成员可以紧密地排在一起，成为一个基因簇基因簇；也；也 可分散在同一染色体的不同部位；也可位于不同染色可分散在同一染色体的不同部位；也可位于不同染色 体上。体上。 （3）重复序列）重复序列。即许多重复出现的核苷酸顺序。某些 重复序列出现在调控区，如转录终止区、衰减区及某 些酶或蛋白质结合位点，

31、可能对DNA的复制、转录调控 等有重要意义。 多拷贝序列多拷贝序列，近1/3的基因是多拷贝的。 （4）断裂结构）断裂结构。大多数基因都是由外显子和内含子组。大多数基因都是由外显子和内含子组 成，外显子之间被内含子隔开，形成相间排列的断裂成，外显子之间被内含子隔开，形成相间排列的断裂 方式。方式。 基因转录后在加工修饰形成成熟的mRNA时，内含 子转录产物被切除。对于同一初级转录本，不同的剪 接方式产生不同mRNA，可翻译出不同的多肽。 B.真核基因与原核基因有一些相同的表达调控机真核基因与原核基因有一些相同的表达调控机 制，但在以下几点与原核基因不同：制，但在以下几点与原核基因不同： （1）

32、DNA与蛋白质形成复杂而有序的染色质结构， 转录的激活与被转录区的染色质结构有关； （2）尽管有正负调控元件，但正调控机制占主要地 位； （3）真核基因的转录和翻译分别在细胞核和细胞 质中进行，这种时空差别使真核基因的调控更复杂、 有序。 转录前调控（DNA水平调控） 转录调控 转录后调控 翻译调控 翻译后调控 C.真核细胞基因表达的调控是一个多真核细胞基因表达的调控是一个多 层次、多水平的复杂过程层次、多水平的复杂过程 （多级调控）（多级调控） 1. DNA水平的调控基因结构改变 （1） 基因丢失基因丢失 在细胞分化过程中，丢失掉某些基因而去除这在细胞分化过程中，丢失掉某些基因而去除这 些基

33、因的活性。些基因的活性。 在低等动物中发现：原生动物、线虫、昆虫和在低等动物中发现：原生动物、线虫、昆虫和 甲壳类动物的个体发育中存在基因丢失现象甲壳类动物的个体发育中存在基因丢失现象 （2）基因扩增）基因扩增细胞内某些特定基因的细胞内某些特定基因的 拷贝数专一性地大量增加的现象拷贝数专一性地大量增加的现象 是细胞在短期内为满足某种需要而产生足够的 基因产物的一种调控手段。 如如:非洲爪蟾卵母细胞中非洲爪蟾卵母细胞中rRNA基因在分裂期扩基因在分裂期扩 增了约增了约4 000倍，使细胞内迅速积蓄起倍，使细胞内迅速积蓄起1012个核个核 糖体。糖体。 一些药物能诱导抗药性基因的扩增，如：一些药物

34、能诱导抗药性基因的扩增，如： 氨甲蝶呤氨甲蝶呤二氢叶酸还原酶基因二氢叶酸还原酶基因 镉汞等重金属镉汞等重金属金属硫蛋白金属硫蛋白I基因基因 铜离子铜离子铜结合蛋白铜结合蛋白 （3） 基因重排基因重排 指某些基因片断改变原来存在的顺序而 重新排列组合。 抗体抗体抗原特异性抗原特异性 ，机制之一是，机制之一是B细胞免疫球蛋白基细胞免疫球蛋白基 因重排。因重排。 方式：方式： 同源重组同源重组 移动基因（转位基因、跳跃基因），如癌基因的转座移动基因（转位基因、跳跃基因），如癌基因的转座 基因转化，如病毒基因的整合基因转化，如病毒基因的整合 （4 ）DNA的甲基化的甲基化 5%的胞密啶（的胞密啶（C）

35、在）在5位上被甲基化，生成位上被甲基化，生成mCG。 低甲基化或未甲基化的基因转录活跃 高度甲基化的基因不转录、不表达 如珠蛋白基因如珠蛋白基因在红细胞中是低甲基化的，而在不表达在红细胞中是低甲基化的，而在不表达 珠蛋白的细胞中则高度甲基化。珠蛋白的细胞中则高度甲基化。 胎儿型血红蛋白基因在成体中不表达。胎儿型血红蛋白基因在成体中不表达。 治疗镰刀型红细胞贫血和治疗镰刀型红细胞贫血和 地中海贫血地中海贫血：5- 5-氮胞嘧啶可使细氮胞嘧啶可使细 胞胞DNADNA脱甲基化，从而启动成体中胎儿型血红蛋白（脱甲基化，从而启动成体中胎儿型血红蛋白（HbFHbF） 基因的表达。基因的表达。 （5 ）染色

36、质结构）染色质结构 活跃转录的基因与非转录基因在染色质结活跃转录的基因与非转录基因在染色质结 构方面有不同构方面有不同 组蛋白与组蛋白与DNA的结合与解离，特定的结合与解离，特定DNA序列的暴露序列的暴露 染色质结构： 结构紧密的超卷曲状态异染色质 大多不具转录活性 结构松散的伸展状态常染色质基因的转录活性高 多种中间状态 2. 转录水平的调控 三种因素的相互作用 （1）RNA聚合酶聚合酶(polII) RNA聚合酶识别聚合酶识别DNA序列，形成转录起始复合物序列，形成转录起始复合物 （2）顺式作用元件）顺式作用元件：DNADNA分子分子上与转录有关的 调控序列，包括启动子，增强子和终止子 （

37、3）反式作用因子）反式作用因子：蛋白质因子 （基因产物），包含两个结构域 具有DNA结合结构域，与特定DNA序列 结合DNA结合蛋白 改变DNA的构象,影响基因转录转录转录 因子因子 DNA结合结构域结合结构域与与DNA特定顺序结合特定顺序结合 锌指结构域锌指结构域 亮氨酸拉链亮氨酸拉链 碱性碱性螺旋螺旋 螺旋螺旋环环螺旋螺旋 Zinc Finger Motif Helix-Turn-Helix Motif Leucine Zipper H-Bonding in a Protein-DNA Interaction 转录活性结构域转录活性结构域与其它调控蛋白相互与其它调控蛋白相互 作用，发挥转录活化功能。作用，发挥转录活化功能。 直接与直接与RNA聚合酶作用提高其活性，聚合酶作用提高其活性， 或与其它转录因子作用后再作用于或与其它转录因子作用后再作用于RNA 聚合酶聚合酶 有些是细胞固有转录因子，与细胞周期、发育等密切相关。 也有些能介导激素、生长因子、致癌物等外来刺激所诱导的 转录起始作用。 据功能分类：据功能分类： 1. 基本转录因子基本转录因子RNA聚合酶与启动子结合