8.真核基因表达调控2011(精)

1、第七章基因的表达与调控（下）Contents真核生物的基因组真核生物基因表达调控的特点和种类真核生物 DNA 水平上的基因表达调控真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控基 因表达调控的一般规律第一节 真核生物的基因组一、真核基因组结构特点类之外)3X109bp.染色质、核膜单顺反子基因不连续性 断裂基因( (interruptedgene)、内含子(intron)、外显子(exon)非编码区较多多于编码序列(9:1)含有大量重复序列真核基因组结构庞大(除酵母、i类和原生动物等单细胞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二

2、、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译 及DNA的空间结构方面存在的主要差异，表现在 哪些方面？武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题1在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译 出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多 基因操纵子形式。（无操纵子和衰减子）2真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结 合，只有一小部分DNA是裸露的。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

3、基因 的拷贝数。5在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因宁 上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启 动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接 促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。6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，原核生物 中不存在这样严格的空间间隔。7许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过 程，才能顺利地翻译成蛋白质。人类基因组的组织结构14三、基本概念()基因家族(gene family)真

4、核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、 功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。是由一个祖先基因经重复和变异所产生的一组同源 基因。如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的 基因都属于基因家族同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为 个基因簇(gene cluster)。真核生物基因数目巨大，结构功能复杂，但这些众多 基因实际上是由数量有限的原始基因逐步进化.发展而来, 因此许多基因在核昔酸序列或编码产物的结构上存在着不 同程度的同源性。基因家族：是指核昔酸序列或编码产物具有一定程度同 源性的一组基因.同一基因家族成员可分散在不同的染色体上，也可集 中在一条染色体上，而且同一个基因家族的成

5、员也不不一 定都是有功能的，没有功能的成员称为假基因.根据基因家族内各成员同源性的程度，基因家族分类：1核酸序列相同在真核生物基因组中，有些基因的拷贝数不只一个，可以有几 个、几十个或上百个，这些基因被称为单纯多基因家族（各基因的核 昔酸序列相同）如rRNA, tRNA家族和组蛋白基囚家族.tRNA基因：人类基因约有1300个tRNA基因，编码50多种tRNA.每种tRNA可有10-几百个基因拷贝.同科tRNA往往串联在一起形成基因簇， 但基因间有非转录间隔区分隔，常常比结构基因长近10倍.组蛋白基因家族在染色体上的排列则是另一种形式，5种组蛋白基因 串联成一个单元，再由许多单元串联成一个大簇

6、.这种重复排列与DNA复制时需要大量组蛋白有关.提高了组蛋白合成的效率.pre-rRNA L5NTS Non transcribed spacer ETS External transcribed spacerIT5 Internal transcribed spacerThe eukaryotic ribosomal DNA repeating unitRibosomal DNA repeating unitNext ribosomalDNA repeating unitDNA:NTS : ETS :Ribosomal DNA trans O f opposite genotype; whe

7、ntranspositions occur between cassettes of the same type,th : mating type rcmauns unaltered Lt B .Lew in:GENESVI 1997 Fig 32 10)在真核生物中，5-甲基胞11密唳主要出现在CpG序歹IJ、CpXpG、CCA/TGG和GATC中CpG二核昔酸通常成串出现在DNA上，CpG岛Fully methylated sites1 DNA的甲基化H以嚓岭7甲墓乌坯岭* 7-1ZIH；KMl Sfa 7甲 JK 理“结构阳Hemimethylated site44图18-44鸡卵黄蛋白

8、原基因5，端调节区有4个CpG位点CpG岛， 是指哺乳动物基因启动子及其附近大量的CpG位 点（CpG表示指C、G以磷酸基连接）。事实上基因组中60%90%的CpG都被甲基化，未甲基化 的CpG成簇地组成CpG岛，位于结构基因启动子的核心序 列和转录起始点。43真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性:日常型甲基转移酶:在甲基化母链指导下使 处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞11密唳 相对应的胞口密唳甲基化。从头合成型甲基转移酶:催化未甲基化的CpG成为mCpG,不需要母链指导。：D&BiIA5 -GCGCCGCCGCCG 3-620 611- 586 - 5273- CGC GGC -

9、 GGC CGC545CM,6462、DNA甲基化抑制基因转录的机理DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响 了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与 启动区DNA的结合效率。研究表明， 当组蛋白H1与含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分别形成复合 体时，DNA的构型存在着很大的差别，甲基化达到一定程度时会发生从常规 的B-DNA向Z-DNA的过渡。由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因 子赖以结合的元件缩入大沟而不利于基因转录的起始有实验用序列相同但甲基化水平不同的DNA为材料，比较其作为RNA聚合酶转 录模板的活性，发现甲基的引入不利于模板与RNA聚合酶的结合，降

10、低了其 体外转录活性。启动子彊度甲基化低帯度CpG效-9 9 I 9 ? -ft47MeCPl (methyl CpG-bindingprotein 1)CGSiDNA 甲基化与 X 染色体失活 DNA甲基化是X染色体失活的维持机制之一，其它的机制还有：组蛋白H4低乙酰化、管家基因CpG岛甲基化、组蛋白macro H2A1的富集.S期复制滞后及Xi st(个重要的失活中心基因，其RNA能结合到失活染色体上)的覆盖等。Figure 21.28The restriction enzyme Mspl cleaves allCCGG sequences whether or not they are

11、methylated atthe second C. but Hpall cleaves only nonmethylatedCCGG tetramers.Figure 21 29 The results of Mspl and Hpall cleavage arecompared by gel etectrophcxesis ot the Vagments.Hpaii digestMethylated siteNonmethyiated siteBoth methylated and nonmethylated sites are cleavedMethylated srte is not cleaved Nonmethylated site is cleavedBand unique to Hpallreplaces Mspl bandsBands unique to Mspl methylated sitesBand at same posibon nonmethyiated site/11t,C*GG-O CXXJ 5r 27、卿刃旳IN化么50五、染色质结构与基因表达调控：活性染色质按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染