真核基因表达调控ppt课件

1、第七章第七章 基因的表达与调控基因的表达与调控( (下下) ) 真核基因表达调控的普通规律真核基因表达调控的普通规律 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程度上的基因表达调控 真核生物转录程度上的基因表达调控 真核基因转录后程度上的调控Contents一、真核基因组构造特点 真核基因组构造庞大真核基因组构造庞大 3109bp、染色质、核膜、染色质、核膜 单顺反子单顺反子 基因不延续性基因不延续性 断裂基因断裂基因interrupted gene、内含子内含子(intron)、 外显子外显子(exon) 非编码区较多非编码区较多 多于编码序列多于编码序列(9:1)

2、含有大量反复序列含有大量反复序列第一节 真核生物的基因组 基因组很小，大多只需一条染色体 构造简炼 存在转录单元多顺反子原核生物基因组构造特点 有重叠基因二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间构造方面存在以下几个方面的差别 试阐明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA的空间构造方面存在的主要差别，表如今哪些方面？ 武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题 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支配子方式。 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只需一小部分DNA是裸露的。 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核

3、细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 真核生物可以有序地根据生长发育阶段的需求进展DNA片段重排，还能在需求时添加细胞内某些基因的拷贝数。 在真核生物中，基因转录的调理区相对较大，它在真核生物中，基因转录的调理区相对较大，它们能够远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些们能够远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调理区普统统过改动整个所控制基因调理区普统统过改动整个所控制基因5上游区上游区DNA构型来影响它与构型来影响它与RNA聚合酶的结合才干。聚合酶的结合才干。 在原核生物中，转录的调理区都很小，大都位于启在原核生物中，转录的调理区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调理位点

4、上可直接动子上游不远处，调控蛋白结合到调理位点上可直接促进或抑制促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。 真核生物的RNA在细胞核中合成，只需经转运穿过核膜，到达细胞质后，才干被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严厉的空间间隔。 许多真核生物的基因只需经过复杂的成熟和剪接过程，才干顺利地翻译成蛋白质。三、根本概念一基因家族gene family)真核生物的基因组中有很多来源一样、构造类似、功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。 同一家族中的成员有时严密地陈列在一同，成为一个基因簇(gene cluster) 。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1、简单多基因

5、家族简单多基因家族中的基因普通以串联方式前后相连。The eukaryotic ribosomal DNA repeating unit2、复杂多基因家族 复杂多基因家族普通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。现已发现存在不同方式的复杂多基因家族。 Organization of histone genes in the animal genome二断裂基因 基因的编码序列在DNA分子上是不延续的，为非编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码序列称内含子。外显子(Exon) ：真核细胞基因DNA中的编码序 列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白

6、质。内含子(Intron) ：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。 1、外显子与内含子的衔接区 指外显子和内含子的交界或称边境序列，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衔接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列 5GTAG 32、外显子与内含子的可变调控 组成型剪接：一个基因的转录产物经过剪接只能产生一种成熟的mRNA。 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式构成不同mRNA。 PS 外显子 S PL 外显子 L 外显子 2 外显子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初

7、始转录本： 在唾腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA(三)假基因是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产物。普通是启动子出现问题。 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程度上的基因表达调控 真核生物转录程度上的基因表达调控 真核基因转录后程度上的调控Contents第二节 真核生物基因表达调控的特点和种类一、真核生物基因表达调控的特点1、RNA聚合酶 2、多层次3、个体发育复杂4、活性染色体构造变化：对核酸酶敏感 、DNA

8、拓扑构造变化 、DNA碱基修饰变化 、组蛋白变化 5、正性调理占主导6、转录与翻译间隔进展 7、转录后修饰、加工 根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反响。瞬时调控包括某种底对环境条件变化所做出的反响。瞬时调控包括某种底物或激素程度升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性物或激素程度升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调理。和浓度的调理。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精华部分，它决议了真核细胞生长、分化、发育的全部华部分，它决议了真核

9、细胞生长、分化、发育的全部进程。进程。根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA程度调控转录程度调控转录后程度调程度调控转录程度调控转录后程度调控翻译程度调控蛋白质加工程度的调控控翻译程度调控蛋白质加工程度的调控二、真核生物基因表达调控的种类： 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程度上的基因表达调控 真核生物转录程度上的基因表达调控 真核基因转录后程度上的调控Contents第三节 真核生物DNA程度上的基因表达调控基因丧失基因丧失基因扩增基因扩增基因重排基因重排DNA甲基化形状与调控甲基化形状与调控染色体构造与调控染色体构造与调控抗体分子的构成抗体

10、分子的构成Ti质粒质粒转座子转座子一、基因丧失：一、基因丧失：在细胞分化过程中，可以经过丧失掉某些基因此去除这些在细胞分化过程中，可以经过丧失掉某些基因此去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞经常丧失掉整条或部分的染色体，个体发育中，许多体细胞经常丧失掉整条或部分的染色体，只需未来分化产生生殖细胞的那些细胞不断保管着整套的只需未来分化产生生殖细胞的那些细胞不断保管着整套的染色体。染色体。目前，在高等真核生物包括动物、植物中尚未发现类目前，在高等真核生物包括动物、植物中尚未发现类似的基因丧失景象。似的基因

11、丧失景象。二、基因扩增：二、基因扩增：基因扩增是指某些基因的拷贝数专注性增大的景象，它使基因扩增是指某些基因的拷贝数专注性增大的景象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需求，是基因活性调控的一种方式。求，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾体细胞中如非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需求而出的基因扩增是因发育需求而出现的基因扩增景象。现的基因扩增景象。基因组拷贝数添加，即多倍性，在植物中是非常普遍的景象。基因组拷贝数添加，即多倍性，在植物中是非常普遍的景象。基因组拷贝数添加使可供遗传重组的物质增多，这能够构成基因组拷贝

12、数添加使可供遗传重组的物质增多，这能够构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种构成的一种方式。了加速基因进化、基因组重组和最终物种构成的一种方式。发育或系统发生中的倍性添加在植物中普遍存在DNA含量的发育控制含量的发育控制 利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶段的组织中分别到的间期细胞核进展分析，发现多倍体的段的组织中分别到的间期细胞核进展分析，发现多倍体的DNA含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，C是单倍是单倍体基因组中的体基因组中的DNA质量。质量。 将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位将一个基

13、因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。 经过基因重排调理基因活性的典型例子是免疫球蛋经过基因重排调理基因活性的典型例子是免疫球蛋白构造基因的表达。白构造基因的表达。三、基因重排：三、基因重排：四、四、DNA的甲基化与基因调控：的甲基化与基因调控：1 1、DNADNA的甲基化的甲基化在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出如今CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中 CpG二核苷酸通常成串出如今DNA上，CpG岛 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 从头合成型甲基转移酶 2 2、DNADNA甲基化

14、抑制基因转录的机理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。 五、染色质构造与基因表达调控：五、染色质构造与基因表达调控：按功能形状的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染按功能形状的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质，所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质；非活色质，所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质；非活性染色质是指没有转录活性的染色质。性染色质是指没有转录活性的染色质。活性染色质由于核小体构型发生构象的改动，往往具有疏活性染色质由于核小体构型发生构象的改动，往往具有疏松的染色质构

15、造从而便于转录调控因子与顺式调控元件结松的染色质构造从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。聚合酶在转录模板上滑动。活性染色质真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的裸露的DNA，因此染色质呈疏松或严密构，因此染色质呈疏松或严密构造，即能否处于活化形状是决议造，即能否处于活化形状是决议RNA聚合聚合酶能否有效行使转录功能的关键。酶能否有效行使转录功能的关键。活性染色质的主要特点在构造上：在构造上：活性染色质上具有DNaseI超敏感位点活性染色质上具有基因座控制区活性染色质上具有核基质结合区MAR序列二、真核基因表达调控

16、特点二、真核基因表达调控特点一一RNA聚合酶聚合酶二活性染色体构造变化二活性染色体构造变化1. 对核酸酶敏感对核酸酶敏感活化基因常有超敏位点，位于调理蛋活化基因常有超敏位点，位于调理蛋白结合位点附近。白结合位点附近。2. DNA拓扑构造变化拓扑构造变化天然双链天然双链DNA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3. DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真核真核DNA约有约有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。4. 组蛋白变化组蛋白变化 富含富

17、含Lys组蛋白程度降低组蛋白程度降低 H2A, H2B二聚体不稳定性添加二聚体不稳定性添加 组蛋白修饰组蛋白修饰 H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露三正性调理占主导三正性调理占主导四转录与翻译分隔进展四转录与翻译分隔进展五转录后修饰、加工五转录后修饰、加工活性染色质上具有DNaseI超敏感位点。每个活泼表达的基因都有一个或几个超敏感位点，大部分位于基因5端启动子区域。活性染色质上具有核基质结合区 matrix attachment region ，MAR。MAR普通位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，可添加基因表达程度倍以10上，阐明MAR在基因表达调控中有作用。是一

18、种新的基因调控元件。 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程度上的基因表达调控 真核生物转录程度上的基因表达调控 真核基因转录后程度上的调控Contents第四节 真核生物转录程度上的基因表达调控一、真核基因转录一真核基因构造“基因的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。二顺式作用元件定义：影响本身基因表达活性的非编码DNA序列。 例： 启动子、加强子、沉默子等1启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶可以识别、结合并导致转录起始的序列。中心启动子和上游启动子2 2加强子：指能使与它连锁的基因转录频率明加强子：指能使与它连锁的基因转录频率明

19、显添加的显添加的DNADNA序列。序列。 SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200 bp处有两段长72 bp的正向反复序列。加强子特点： 加强效应十清楚显，普通能使基因转录频率添加10-200倍 加强效应与其位置和取向无关，不论加强子以什么方向陈列53或35，甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表现出加强效应；大多为反复序列，普通长约50bp，适宜与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个中心序列：GTGGA/TA/TA/TG，该序列是产生加强效应时所必需的； 加强效应有严密的组织和细胞特异性，阐明加强子只需与特定的蛋白质转录因子相互作用才干发扬其功能； 没有基因专注性，可以在不同的基因组合上表现加强效应； 许多加强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的加强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反响。加强子作用机理： 3沉默子：某些基因含有负性调理元件沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。三反式作用因子 1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件中心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。 TFDTATA、CTFCAAT、SP1GGGCGG、HSF热激蛋白启动区2、构造DNA结合构造域结合构造域转录活化构造域转录活化构造域构造域构造域衔接区1DN