【学习】第十三章基因表达调控

1、整理课件1Regulation of Gene Expression整理课件2第 一 节基本概念与原理Basic Conceptions and Principle整理课件3一、基因表达的概念一、基因表达的概念* * 基因组基因组(genome)(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。息或整套基因。它也是指含有一个生物体生存、它也是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸的整套核酸。 整理课件4是指储存遗传信息是指储存遗传信息的基因经过一系列步骤的基因经过一系列步骤表现出其生物

2、功能的整表现出其生物功能的整个过程。个过程。典型的基因表达是典型的基因表达是基因经过转录、翻译，基因经过转录、翻译，产生有生物活性的蛋白产生有生物活性的蛋白质的过程。质的过程。基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)整理课件5基因表达是受调控的基因表达是受调控的 不是所有的基因表达都产生蛋白质，不是所有的基因表达都产生蛋白质，rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因经转录和转录后加工产生的基因经转录和转录后加工产生成熟的成熟的rRNArRNA或或tRNA,tRNA,也是也是rRNArRNA或或tRNAtRNA的基因表的基因表达，因为达，因为rRNA

3、rRNA或或tRNAtRNA就具有在蛋白质翻译方就具有在蛋白质翻译方面的功能。面的功能。 但是但是基因表达转录翻译基因表达转录翻译整理课件6 大肠杆菌基因组（约大肠杆菌基因组（约40004000个基因个基因) )，一般情况，一般情况下只有下只有5 510%10%在高水平转录状态，其它基因有的处于在高水平转录状态，其它基因有的处于较低水平的表达，或者暂时不表达。较低水平的表达，或者暂时不表达。 人的基因组约含有人的基因组约含有1010万个基因，但在一个组织万个基因，但在一个组织细胞中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静细胞中通常只有一部分基因表达，多数基因处在沉静状态，典型的哺乳类细胞中开放

4、转录的基因约在状态，典型的哺乳类细胞中开放转录的基因约在1 1万万个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较个上下，即使蛋白质合成量比较多、基因开放比例较高的肝细胞，一般也只有不超过高的肝细胞，一般也只有不超过20%20%的基因处于表达的基因处于表达状态。状态。 生物基因组的遗传信息生物基因组的遗传信息并不是同时全部都表达出来的并不是同时全部都表达出来的整理课件7二、基因表达的时间性及空间性二、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达

5、的时间时间特异性特异性(temporal specificity)(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特异性段特异性(stage specificity)(stage specificity)。整理课件8（二）空间特异性（二）空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称所以空间特异性又称细胞或组织特异性细胞或组织特异性(cell (cell or tissue speci

6、ficity)or tissue specificity)。在个体生长全过程，某种基因产物在个体在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity)。整理课件9三、基因表达的方式三、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性表达（一）组成性表达某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为续表达，通常被称为管家基因管家基因(h

7、ousekeeping (housekeeping gene)gene)。管家基因管家基因整理课件10无论表达水平高低，管家基因无论表达水平高低，管家基因较少受环境较少受环境因素影响因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基组成性基因表达因表达(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)。基本的基因表达只受到启动序列或者启动基本的基因表达只

8、受到启动序列或者启动子与子与RNARNA聚合酶相互作用的影响聚合酶相互作用的影响 组成性基因表达也是相对的，而不是一成不组成性基因表达也是相对的，而不是一成不变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。变的，其表达强弱也是受一定机制调控的。 整理课件11（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达适应性表达适应性表达(adaptive expression)(adaptive expression)指环境指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。 改变基因表达的情况以适应环境，例如与改变基因表达的情况以适应环境，例如与适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应

9、生适宜温度下生活相比较，在冷或热环境下适应生活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的活的动物，其肝脏合成的蛋白质图谱就有明显的不同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类不同；长期摄取不同的食物，体内合成代谢酶类的情况也会有所不同。所以，基因表达调控是生的情况也会有所不同。所以，基因表达调控是生物适应环境生存的必需。物适应环境生存的必需。整理课件12 是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被是指在特定环境因素刺激下，可诱导基因被激活，从而使基因的表达产物增加。激活，从而使基因的表达产物增加。 如如:DNA:DNA发生损伤时，修复酶的诱导激活。发生损伤时，修复酶的诱导激活。 诱导表达（诱导表达（i

10、nductioninduction） 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，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，这种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因可诱导基因。整理课件13如果基因对环境信号应答是被抑制，这种如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是基因是可阻遏基因可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏阻遏。阻遏阻遏(repression)(repression)如：如：周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡周围有充足的葡萄糖，细菌就可以利用葡萄糖作能源和碳源，不必更多去合成利用其它萄糖作能源和碳源，不必更

11、多去合成利用其它糖类的酶类，如乳糖操纵子被阻遏、关闭糖类的酶类，如乳糖操纵子被阻遏、关闭整理课件14在一定机制控制下，功能上相关的一组基在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为共同表达，即为协调表达协调表达(coordinate (coordinate expression)expression)，这种调节称为协调调节这种调节称为协调调节(coordinate regulation)(coordinate regulation)。整理课件15四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义（一）适

12、应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化（二）维持个体发育与分化整理课件16基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录起始转录起始（一）基因表达的多级调控（一）基因表达的多级调控五、基因表达调控的基本原理五、基因表达调控的基本原理转录水平的基因表达调控最重要转录水平的基因表达调控最重要 整理课件17（二）基因转录激活调节基本要素（二）基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因表达的调节与基因基因的结构、性的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外质

13、，生物个体或细胞所处的内、外环境环境，以及细胞内所存在的转录以及细胞内所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。1. 1. 特异特异DNADNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质整理课件18原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon)(operon) 机制机制特异特异DNADNA序列序列 编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(promoter)(operator)(operator)整理课件19是是RNARNA聚合酶结合并启动转录聚合酶结合并启动转录的特异的特异DNADNA序列。序列。1) 1) 启动序列启动序列

14、RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列整理课件20共有序列共有序列(consensus sequence)(consensus sequence) 决定启决定启动序列的转录活性大小。动序列的转录活性大小。某些特异因子（蛋白质）某些特异因子（蛋白质）决定决定RNARNA聚合酶聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合对一

15、个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。能力。整理课件21阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的结合位点的结合位点当操纵序列结合有当操纵序列结合有阻遏蛋白阻遏蛋白时，会阻碍时，会阻碍RNARNA聚合酶与启动序列的结合，或是聚合酶与启动序列的结合，或是RNARNA聚合酶聚合酶不能沿不能沿DNADNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol阻遏蛋白阻遏蛋白2 2 操纵序列操纵序列 整理课件223) 3) 其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白例如例如激活蛋白激活蛋白(activator)(activator

16、)可结合启动序列邻可结合启动序列邻近的近的DNADNA序列，促进序列，促进RNARNA聚合酶与启动序列的聚合酶与启动序列的结合，增强结合，增强RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白整理课件23有些基因在没有激活蛋白存在时，有些基因在没有激活蛋白存在时，RNARNA聚聚合酶很少或完全不能结合启动序列。合酶很少或完全不能结合启动序列。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol激活蛋白激活蛋白整理课件24真核生物真核生物1) 1) 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-ac

17、ting element)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列B BA ADNADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点 顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游顺式作用元件并非都位于转录起始点的上游(5(5端端) ) 启动子启动子 增强子增强子 沉默子沉默子整理课件25顺式作用元件通常是基因的非编码序列。顺式作用元件通常是基因的非编码序列。不同真核生物的顺式作用元件中也会发现不同真核生物的顺式作用元件中也会发现一些共有序列一些共有序列 ，如，如TATATATA盒、盒、CAATCAAT盒等，这盒等，这些共有序列是些共有序列是RNARNA聚合酶或特异转录因子的聚合

18、酶或特异转录因子的结合位点。结合位点。整理课件262) 2) 真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过由某一基因表达产生的蛋白质因子，通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用，调节其表达。调节其表达。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting factor) 这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。 aDNA反式调节反式调节BA mRNA蛋白质蛋白质AA整理课件27cDNAC顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质C还有蛋白质因子可特异识别、结合自还有蛋白质

19、因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的表达，身基因的调节序列，调节自身基因的表达，称称顺式作用顺式作用。整理课件28指的是反式作用因子与顺式作用元件之指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是间的特异识别及结合。通常是非共价非共价结合，结合，被识别的被识别的DNADNA结合位点通常呈对称、或不完全结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。对称结构。2. DNA - 2. DNA - 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质- -蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用整理课件29绝大多数调节蛋白质结合绝大多数调节蛋白质结合DNADNA前，需通过蛋前，需通过蛋白质白质- -蛋白质相互作用，

20、形成蛋白质相互作用，形成二聚体二聚体(dimer)(dimer)或或多多聚体聚体(polymer)(polymer)。（。（同质或异质同质或异质）也有的是在结合也有的是在结合DNADNA前，需要蛋白质与蛋白前，需要蛋白质与蛋白质之间的解聚过程质之间的解聚过程 真核生物中由于蛋白质因真核生物中由于蛋白质因子的浓度等的不同，会造成不子的浓度等的不同，会造成不同细胞中同一基因表达程度的同细胞中同一基因表达程度的不同不同整理课件303. RNA3. RNA聚合酶聚合酶 原核启动序列原核启动序列/ /真核启动子与真核启动子与RNARNA聚合酶活聚合酶活性性 原核启动序列原核启动序列/ /真核启动子的碱基

21、序列影响真核启动子的碱基序列影响RNARNA聚合酶与其的亲和力，而亲和力大小直接影聚合酶与其的亲和力，而亲和力大小直接影响转录启动的频率。所以启动子有强弱只分。响转录启动的频率。所以启动子有强弱只分。 另外，由于真核启动子与另外，由于真核启动子与RNA-polRNA-pol的结合需要的结合需要转录因子的参与，所以真核的转录因子的参与，所以真核的RNA-polRNA-pol活性除与活性除与启动子序列有关，和转录因子的存在与否有关启动子序列有关，和转录因子的存在与否有关整理课件31 调节蛋白与调节蛋白与RNARNA聚合酶活性聚合酶活性启动序列决定基础转录频率，一些特异调节启动序列决定基础转录频率，

22、一些特异调节蛋白在适当环境信号（如诱导剂和阻遏剂等）刺蛋白在适当环境信号（如诱导剂和阻遏剂等）刺激下在细胞内表达，然后通过激下在细胞内表达，然后通过DNA-DNA-蛋白质、蛋白蛋白质、蛋白质质- -蛋白质相互作用影响蛋白质相互作用影响RNARNA聚合酶活性，使基础聚合酶活性，使基础转录频率发生变化，从而引起表达的变化。转录频率发生变化，从而引起表达的变化。热休克反应热休克反应细菌的细菌的RNARNA聚合酶聚合酶 7070 （启动常规基因表达）（启动常规基因表达）被被 3232取代，从而启动另一套基因的表达。取代，从而启动另一套基因的表达。整理课件32第 二 节 原核基因转录调节转录调节Regu

23、lation of Prokaryotic Gene Transcription整理课件33调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始一、原核基因转录调节特点一、原核基因转录调节特点（一）（一）因子决定因子决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 只有一种只有一种RNA-polRNA-pol，但是有很多种，但是有很多种因子因子（二）操纵子模型的普遍性（二）操纵子模型的普遍性（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性整理课件34 存在于原核生物中的一种主要的调控模式存在于原核生物中的一种主要的调控模式是操纵子（是操纵子（operonoperon）调控模式，该模

24、式也见于）调控模式，该模式也见于低等真核生物中。低等真核生物中。 在原核生物中，若干结构基因可串联在一在原核生物中，若干结构基因可串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基起，其表达受到同一调控系统的调控，这种基因的组织形式称为操纵子（因的组织形式称为操纵子（operonoperon） 操纵子操纵子整理课件35n典型的操纵子可分为典型的操纵子可分为控制区和信息区控制区和信息区两部分。两部分。控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。若干结构基因串联在一起构成。 调调节节基基因因（R Re eg gu ul la at to

25、 or ry y g ge en ne e）为为阻阻抑抑蛋蛋白白编编码码基基因因 控控制制区区 启启动动基基因因（P Pr ro om mo ot te er r）为为c cA AM MP P受受体体蛋蛋白白（C CR RP P）和和R RN NA A聚聚合合酶酶结结合合区区。 操操纵纵基基因因（0 0p pe er ra at te er r）为为阻阻抑抑蛋蛋白白结结合合位位点点。 信信息息区区由由一一个个或或数数个个结结构构基基因因串串联联在在一一起起组组成成。 操纵子的结构操纵子的结构整理课件36可诱导和可阻遏的操纵子可诱导和可阻遏的操纵子类类型型 结结合合 O O 方方式式 O O 的

26、的开开放放方方式式 结结构构基基因因产产物物功功能能 可可诱诱导导 i i 基基因因产产物物 由由代代谢谢底底物物开开放放通通常常开开放放 分分解解代代谢谢 可可阻阻遏遏 i i 基基因因产产物物加加上上代代谢谢终终产产物物 由由代代谢谢终终产产物物关关闭闭 合合成成代代谢谢 整理课件37二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子（一）乳糖操纵子(lac operon)(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAPCAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y： 透酶透酶A A：乙酰基转移酶：乙酰基转移

27、酶Z ZY YA AO OP PDNADNA整理课件38mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二）阻遏蛋白的负性调节（二）阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因整理课件39mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶整理课件40+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP浓度低时浓度低时（三）（三）CAPCAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP整

28、理课件41 阻遏基因转录翻译阻遏蛋白阻遏基因转录翻译阻遏蛋白R R，R R与操纵基与操纵基因结合，阻止结合在启动子上的因结合，阻止结合在启动子上的DDRPDDRP前移，结前移，结构基因构基因不被转录不被转录 1 1）无乳糖也无葡萄糖存在时：）无乳糖也无葡萄糖存在时：OO2 2）当无乳糖，有葡萄糖时：）当无乳糖，有葡萄糖时：由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子由于葡萄糖不能使阻遏蛋白失活，乳糖操纵子关闭，另外，由于有葡萄糖，关闭，另外，由于有葡萄糖，cAMPcAMP含量低，含量低，CAPCAP的正性调节不起作用的正性调节不起作用 总结：总结：所以：无乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭所以：无

29、乳糖时，无论有无葡萄糖，操纵子关闭整理课件42 由于有葡萄糖，由于有葡萄糖，cAMPcAMP含量低，含量低，CAPCAP的正性的正性调节不起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细调节不起作用，抑制乳糖操纵子的转录，使细菌只能利用葡萄糖菌只能利用葡萄糖。 3 3）既有乳糖，又有葡萄糖时：）既有乳糖，又有葡萄糖时：O 乳糖与阻遏蛋白结合，乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落纵基因结合的能力而脱落整理课件43 由于不含葡萄糖，由于不含葡萄糖，细胞内细胞内cAMPcAMP含量高，含量高，cAMPcAMP与与CAPCAP结合成复合物，与结合成复合物，与DN

30、ADNA结合，并推动结合，并推动DDRPDDRP向向前移动，促进转录。前移动，促进转录。 4 4）有乳糖，无葡萄糖时：）有乳糖，无葡萄糖时：mRNARNA-polO 乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去乳糖与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白变构，失去与操纵基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的与操纵基因结合的能力而脱落，结合在启动子上的DDRPDDRP向前移动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖向前移动，结构基因被转录翻译，合成与乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖代谢有关的酶类从而利用乳糖所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放所以：有乳糖时，只有没有葡萄糖，操纵子才开放 有葡萄糖存在，操纵子关闭有葡

31、萄糖存在，操纵子关闭整理课件44（四）协调调节（四）协调调节当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系统不能对该系统不能发挥作用；发挥作用；如无如无CAPCAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/ /乳糖共同存在时，细乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对葡萄糖对 lac lac 操纵子的阻遏作用称操纵子的阻遏作用称分解代分解代谢阻遏谢阻遏(catabolic r

32、epression)(catabolic repression)。 整理课件45三三、原核生物转录的终止调节原核生物转录的终止调节原核生物转录的终止：原核生物转录的终止：1 1）依赖于）依赖于RhoRho的转录终止的转录终止2 2）不依赖于）不依赖于RhoRho的转录终止的转录终止形成发夹结构形成发夹结构 原核生物转录过程中可以通过形成相应的原核生物转录过程中可以通过形成相应的结构，而使得转录提前终止，达到调节的目的，结构，而使得转录提前终止，达到调节的目的，如如衰减衰减。如果要制止终止的发生，可以形成。如果要制止终止的发生，可以形成抗抗终止。终止。整理课件46四、原核生物翻译水平的调节调节蛋

33、白结合mRNA靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译调节蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，称为自我控制调节的位点主要在翻译的起始阶段调节的位点主要在翻译的起始阶段1 1、蛋白质分子的自我调节、蛋白质分子的自我调节整理课件47调节基因表达的调节基因表达的RNARNA，称为调节，称为调节RNARNA反义反义RNARNA：细菌中的一种调节：细菌中的一种调节RNA,RNA,含有与特定含有与特定mRNAmRNA翻译的起始部位互补的序列，通过与翻译的起始部位互补的序列，通过与mRNAmRNA的杂交阻断的杂交阻断30S30S小亚基对小亚基对AUGAUG的识别及与的识别及与SDSD序列序列

34、的结合，抑制翻译的起始的结合，抑制翻译的起始反义反义RNARNA的调节作用，称为反义控制的调节作用，称为反义控制2 2、反义、反义RNARNA对翻译的调节作用对翻译的调节作用整理课件48第第 三三 节节 真核基因转录调节真核基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription整理课件49一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大（一）真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA DNA 约约 3 3 10 10 9 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 40000 40000 个，占总长的个，占总长的6

35、%6 %rDNArDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5% 5% 10%10%整理课件50（二）单顺反子（二）单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个即一个编码基因转录生成一个mRNAmRNA分分子，经翻译生成一条多肽链。子，经翻译生成一条多肽链。（三）重复序列（三）重复序列（正向重复、反向重复）（正向重复、反向重复）单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（10106 6 次）次）中度重复序列（中度重复序列（10103 3 10 104 4次）次）多拷贝序列多拷贝序列（四）基因不连续性（四）基

36、因不连续性断裂基因断裂基因整理课件51二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点（一）（一）RNARNA聚合酶聚合酶 真核生物中存在真核生物中存在RNA polRNA pol、三种不三种不同的同的RNARNA聚合酶，分别负责转录不同的聚合酶，分别负责转录不同的RNARNA。 这些这些RNARNA聚合酶与相应的转录因子形成复聚合酶与相应的转录因子形成复合体，从而激活或抑制该酶的催化活性。合体，从而激活或抑制该酶的催化活性。整理课件52（二）活性染色体结构变化（二）活性染色体结构变化1. 1. 对核酸酶敏感对核酸酶敏感活化基因常有超活化基因常有超敏位点，位于调节蛋敏位点，位于调节蛋白结合位点

37、附近。白结合位点附近。2. DNA2. DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNADNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向整理课件533. DNA3. DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真核真核DNADNA约有约有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。CpGCpG岛岛甲基化常发生在某些基因的甲基化常发生在某些基因的5 5侧翼侧翼区的区的CpGCpG序列序列4. 4. 组蛋白变化组蛋白变化 富含富含LysLys组蛋白水平降低组

38、蛋白水平降低 H2A, H2BH2A, H2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰组蛋白修饰 H3H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露整理课件54（四）转录与翻译分隔进行（四）转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工（五）转录后修饰、加工（三）正性调节占主导（三）正性调节占主导 真核基因基因组大，通过利用各种转录因子真核基因基因组大，通过利用各种转录因子正性激活正性激活RNARNA聚合酶是真核基因调控的主要机制。聚合酶是真核基因调控的主要机制。 更精确，更经济更精确，更经济 转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部转录与翻译过程分别存在于不同的亚细胞部位，可分别进行调控。位，可分别进行调

39、控。整理课件55三、真核基因转录激活调节三、真核基因转录激活调节（一）顺式作用元件（一）顺式作用元件1. 1. 启动子启动子真核基因启动子是真核基因启动子是RNARNA聚合酶结合聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个包括一个转录起始点转录起始点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATATATA盒盒GCGC盒盒CAATCAAT盒盒整理课件56TATATATA盒盒 转录因子转录因子TF-DTF-D结合位点结合位点典型的启动子：典型的启动子：CAATCAAT盒和（或）盒和（或）GCGC盒盒 TATATATA盒盒 转录起始点转录起始点最简单的启动

40、子：最简单的启动子：TATATATA盒盒 转录起始点转录起始点但是，不是所有的启动子都有但是，不是所有的启动子都有TATATATA盒盒整理课件572. 2. 增强子增强子(enhancer)(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的间特异性、增强启动子转录活性的DNADNA序列，序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。在转录起始点在转录起始点5 5或或3 3侧均能起作用；侧均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；相对于启动子的任一指向均能起作用；发挥作用与受控基因的远

41、近距离相对无关；发挥作用与受控基因的远近距离相对无关；对异源性启动子也能发挥作用；对异源性启动子也能发挥作用；通常具有一些短的重复顺序。通常具有一些短的重复顺序。 特点特点整理课件583. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。整理课件59n同一同一DNADNA序列可被不同蛋白质识别序列可被不同蛋白质识别n同一蛋白质因子可与多种不同同一蛋白质因子可与多种不同DNADNA序列发生联系，少数序列发生联系，少数是直接结合，多数是蛋白质是直接结合，多数是蛋白质- -蛋白质相互作用后再影响蛋白质相互作用后再影响DNADNA。n蛋白质蛋白质- -蛋白质或蛋白质或DNA-DNA-蛋白质的结合，均导致构象上的蛋白质的结合，均导致构象上的微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子基础。微细变化，构象变化常是实现调控功能的分子基础。n反式作用因子在自身生物合成过程中，有相当