第五章基因表达的调控（Regulationandcontrolofgene

1、1 第五章第五章 基因表达的调控基因表达的调控 ( ( Regulation and control of gene expression )2概概 述述3基因表达基因表达 ( gene expression) 生物基因组中结构基因所携带的生物基因组中结构基因所携带的遗传信息，经过转录、翻译等一系列过遗传信息，经过转录、翻译等一系列过程，合成具有特定的生物学功能和生物程，合成具有特定的生物学功能和生物学效应的蛋白质的全过程。学效应的蛋白质的全过程。一、基因表达的概念一、基因表达的概念4二、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(temporal s

2、pecificity) 按功能需要某一特定基因表达严按功能需要某一特定基因表达严格按特定的时间顺序发生。格按特定的时间顺序发生。5（二）空间特异性（二）空间特异性(spatial specificity) 指在个体生长全过程，某种基因指在个体生长全过程，某种基因产物在个体不同组织器官表达存在差产物在个体不同组织器官表达存在差异。又称细胞或组织特异性异。又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。6 按对刺激的反应性分为两大类：按对刺激的反应性分为两大类：（一）基本（组成性）表达（一）基本（组成性）表达 (constitutive gene expression

3、) 基因基因较少受环境因素影响较少受环境因素影响，而是在个，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织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。中持续表达，或变化很小。如管家基因如管家基因。三、基因表达的方式三、基因表达的方式7（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达 在特定环境信号刺激下，有些在特定环境信号刺激下，有些基因的表达表现为开放或增强。基因的表达表现为开放或增强。诱导表达诱导表达(induction expression) 在特定环境信号刺激下，有些基在特定环境信号刺激下，有些基因的表达表现为关闭或下降。因的表达表现为关闭或下降。阻遏表达阻遏表达(repress

4、ion expression)8 在一定机制下，功能相关的一组在一定机制下，功能相关的一组基因，协调一致，共同表达。基因，协调一致，共同表达。协调表达协调表达(coordinance expression)9 四、基因表达的调控的概念四、基因表达的调控的概念 机体各种细胞中含有的相同遗传机体各种细胞中含有的相同遗传信息信息( (相同的结构基因相同的结构基因) )，根据机体的，根据机体的不同发育阶段、不同的组织细胞及不不同发育阶段、不同的组织细胞及不同的功能状态，选择性、程序性地表同的功能状态，选择性、程序性地表达特定数量的特定基因的过程。达特定数量的特定基因的过程。 10五、基因表达的调控因子

5、：五、基因表达的调控因子： 蛋白质蛋白质 ( 主要主要 ) 小分子小分子RNA ( 某些环节某些环节 )11六、基因表达的调控水平六、基因表达的调控水平v 基因组基因组v 转录转录v 转录后转录后v 翻译翻译v 翻译后翻译后12 第一节第一节 原核生物基因表达的调控原核生物基因表达的调控 原核生物基因表达调控原核生物基因表达调控主要在主要在转录水平，其次是翻译水平。转录水平，其次是翻译水平。 本节主要以大肠杆菌为例介绍本节主要以大肠杆菌为例介绍原核生物基因表达的调控。原核生物基因表达的调控。13一、原核生物基因表达的一、原核生物基因表达的特点特点 1.1.只有一种只有一种RNARNA聚合酶。聚

6、合酶。2.2.基因表达以操纵子为基本单位。基因表达以操纵子为基本单位。3.3.转录和翻译偶联进行。转录和翻译偶联进行。4.mRNA4.mRNA翻译起始部位有特殊的碱基序翻译起始部位有特殊的碱基序列列-SD-SD序列。序列。 14 SD （ Shine-Dalgarno ）序列序列 在在起始密码起始密码AUGAUG上游上游4 41313个碱基个碱基之之前有一段富含嘌呤的序列，其一致序列前有一段富含嘌呤的序列，其一致序列（consensus sequenceconsensus sequence）为）为AGGAGGAGGAGG，能，能与核糖体与核糖体30S30S亚基中亚基中16S rRNA16S r

7、RNA 3 3端富端富含嘧啶的序列结合，与蛋白质合成过程含嘧啶的序列结合，与蛋白质合成过程中起始复合物生成有关。中起始复合物生成有关。 15 5.5.原核生物基因表达的原核生物基因表达的调控主要在转调控主要在转录水平录水平，即对，即对RNARNA合成的调控。合成的调控。 通常有两种方式：通常有两种方式： (1) (1) 起始调控，即启动子调控；起始调控，即启动子调控； (2) (2) 终止调控，即衰减子调控。终止调控，即衰减子调控。16(一一)转录起始的调控转录起始的调控 1.因子及因子及RNA 聚合酶聚合酶与转录起始的调控与转录起始的调控 (1) 因子调控因子调控RNA 聚合酶与聚合酶与DN

8、A结合：结合： 确保确保RNA 聚合酶与特异启动区稳定结合，聚合酶与特异启动区稳定结合，而不是与其它位点结合。而不是与其它位点结合。二、原核生物基因表达的调控机制二、原核生物基因表达的调控机制 17 （2）RNA 聚合酶与启动区序列的相互作用聚合酶与启动区序列的相互作用RNA RNA 聚合酶：聚合酶：大肠杆菌仅有的一种大肠杆菌仅有的一种RNA RNA 聚合酶，聚合酶，要识别相当数量的启动区，需依赖数目繁多的辅助要识别相当数量的启动区，需依赖数目繁多的辅助蛋白（如蛋白（如因子）完成这些功能因子）完成这些功能。启动区序列：启动区序列：保守序列保守序列18 是是RNARNA聚合酶结合并启动聚合酶结合

9、并启动转录的特异转录的特异DNADNA序列。序列。 启动序列启动序列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19 共有序列共有序列决定启动序列的转录活决定启动序列的转录活性大小。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对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能

10、力。特异性识别和结合能力。20 2.转录起始的负调控转录起始的负调控 操纵子操纵子（operonoperon）：一个多顺反子转一个多顺反子转录单位与其调控序列即构成录单位与其调控序列即构成操纵子操纵子。 乳糖操纵子乳糖操纵子（lactose operon,lactose operon,laclac）是原核生物基因转录负调控的最典型模是原核生物基因转录负调控的最典型模式。式。 21 乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶阻遏基因阻遏基因I 调控区调控区CAP结合位点结合位点 启动子启动子操

11、纵元件操纵元件ZYAOPDNA22 仅有葡萄糖仅有葡萄糖葡萄糖耗完，葡萄糖耗完，有乳糖存在有乳糖存在23 -10 +1 +10 +20 +30 . . . . .5ATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAA 33TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT 5 lac操纵区序列是一个以操纵区序列是一个以+11位位GC碱基对为中心的反向重复序列碱基对为中心的反向重复序列 与与laclac阻遏蛋白结合的操纵基因区域阻遏蛋白结合的操纵基因区域具有反向重复序列具有反向重复序列, ,这种反向重复序列是这种反向重复序列是

12、能与蛋白质特异结合的能与蛋白质特异结合的DNADNA的特征性结构。的特征性结构。 243.3.转录起始的正调控转录起始的正调控 阿拉伯糖操纵子是正调控的典型例子。阿拉伯糖操纵子是正调控的典型例子。 阿拉伯糖操纵子的基因结构图阿拉伯糖操纵子的基因结构图 操纵子由结构基因操纵子由结构基因B、A、D以及调控元件以及调控元件I1、I2、O1、O2和启动子构成。和启动子构成。araC基因编码调基因编码调节蛋白节蛋白AraC。25 AraC 对阿拉伯糖操纵子的调节图对阿拉伯糖操纵子的调节图不存在阿拉伯糖时，不存在阿拉伯糖时，AraCAraC二聚体与二聚体与O O1 1、O O2 2及及I I1 1结合，二

13、聚体间相互作用使结合，二聚体间相互作用使DNADNA弯曲成环结构。弯曲成环结构。由于由于I I2 2不被占据，不被占据，B B、A A、D D基因不发生转录，但基因不发生转录，但有低水平的有低水平的araCaraC基因转录。基因转录。26 当有阿拉伯糖时，当有阿拉伯糖时，AraC二聚体与阿拉伯糖形成复合物二聚体与阿拉伯糖形成复合物,使使Ara C形状改变，形状改变，I1和和I2由一个由一个AraC二聚体占据，从二聚体占据，从而激发而激发B、A、D基因转录。此时，可有一过性高水平基因转录。此时，可有一过性高水平的的araC mRNA形成，维持到形成，维持到O1-O2环结构形成。环结构形成。 Ar

14、aC 对阿拉伯糖操纵子的调节图对阿拉伯糖操纵子的调节图27 4 4转录起始的复合调控转录起始的复合调控 在大肠杆菌的许多操纵子中，基因在大肠杆菌的许多操纵子中，基因的转录不是由单一因子调控的，而是通的转录不是由单一因子调控的，而是通过负调控因子和正调控因子进行复合调过负调控因子和正调控因子进行复合调控。典型例子：糖代谢有关的操纵子，控。典型例子：糖代谢有关的操纵子，如如laclac 操纵子。操纵子。28 cAMPcAMP与葡萄糖相关性：与葡萄糖相关性：葡萄糖葡萄糖，cAMPcAMP 葡萄糖葡萄糖，cAMPcAMPcAMPcAMP: :环一磷酸腺苷环一磷酸腺苷 CAPCAP：分解代谢基因激活蛋白

15、质分解代谢基因激活蛋白质(catabolite gene activator protein，CAP) CAPCAP的活性依赖的活性依赖cAMPcAMP， 形成形成cAMP-CAPcAMP-CAP复合复合物，促进多种操纵子的转录起始物，促进多种操纵子的转录起始。29+ + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP30mRNA没有乳糖没有乳糖有乳糖有乳糖 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓度低RNA-polOOOO31 当阻遏蛋白封

16、闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系对该系统不能发挥作用；统不能发挥作用；如无如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。32 （二）转录终止的调控（二）转录终止的调控 原核生物的转录终止调控方式分两大类：原核生物的转录终止调控方式分两大类：A.A.依赖依赖因子的终止调控；因子的终止调控；B.B.不依赖不依赖因子的因子的终止调控。终止调控。此外，此外，核糖体也参与转录终止。核糖体也参与转录终止。例例: :色氨酸操纵子表达的调控有两种方式色氨酸操纵子表达的调控有两种方式: :a.a.通过阻遏蛋白的负调控通过

17、阻遏蛋白的负调控b.b.通过衰减子作用通过衰减子作用 33Trp Trp 高时高时 Trp 低时低时 mRNA OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNARNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶 （2 2）转录衰减的调控转录衰减的调控色氨酸操纵子色氨酸操纵子6700个核苷酸个核苷酸140个核苷酸个核苷酸34UUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构 第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa14aa前导肽编码区前导肽编码区

18、: 包含序列包含序列1 1 形成发夹结构能力形成发夹结构能力: : 序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密码子密码子 UUUU35 色氨酸操纵子色氨酸操纵子mRNA引导序列不同区域互补所形成的不同二级结构引导序列不同区域互补所形成的不同二级结构 引导序列由一段引导序列由一段1414氨基酸前导肽编码区和一个衰减子组成，氨基酸前导肽编码区和一个衰减子组成，AUGAUG密码子后面紧跟密码子后面紧跟1313个密码子，个密码子，第第1010、1111为色氨酸密码子为色氨酸密码子。36色氨酸操纵子的转录衰减作用色氨酸操纵子的转录衰减作用 色氨酸丰富时，色氨酸丰富时，核蛋

19、白体顺利沿引导序列移动直达最核蛋白体顺利沿引导序列移动直达最后一个密码子后一个密码子UGAUGA，合成完整的引导肽。合成完整的引导肽。RNA RNA 聚合酶停止聚合酶停止在衰减子部位。在衰减子部位。 色氨酸缺乏时，色氨酸缺乏时，核蛋白体终止在核蛋白体终止在1 1区区TrpTrp密码子部位，密码子部位，RNA RNA 聚合酶通过衰减子而继续转录。聚合酶通过衰减子而继续转录。 37 意义：意义：这种机制可以保证充分地消耗这种机制可以保证充分地消耗色氨酸，使其合成维持在满足需要的水平，色氨酸，使其合成维持在满足需要的水平，防止色氨酸堆积和过多地消耗能量。同时，防止色氨酸堆积和过多地消耗能量。同时，也

20、使细菌能够优先将环境中的色氨酸消耗也使细菌能够优先将环境中的色氨酸消耗完，然后开始自身合成。完，然后开始自身合成。3938 ( (三三) ) 翻译水平的调控翻译水平的调控 翻译一般在起始和终止阶段受到调节。翻译一般在起始和终止阶段受到调节。 调节分子调节分子:RNA:RNA、蛋白质、蛋白质 调节分子可直接或间接决定翻译起始位调节分子可直接或间接决定翻译起始位点能否为核蛋白体所利用。点能否为核蛋白体所利用。 391.1.反义反义RNARNA的调控作用的调控作用 反义反义RNARNA 指能与特定指能与特定mRNAmRNA互补结合的互补结合的RNARNA片段，片段，反义反义RNARNA由反义基因转录

21、而来。天然的具有由反义基因转录而来。天然的具有功能的反义功能的反义RNARNA分子一般在分子一般在200200个碱基以下。个碱基以下。反义反义RNARNA又称又称mRNAmRNA干扰性互补干扰性互补RNARNA（mRNA mRNA interfering complementary RNA, interfering complementary RNA, micRNAmicRNA）。）。 4140反义反义RNARNA有三种作用方式：有三种作用方式：反义反义RNARNA与与mRNAmRNA 5 5端非翻译区包括端非翻译区包括SDSD序列相序列相结合，阻止结合，阻止mRNAmRNA与核糖体小亚基结合

22、，直接抑与核糖体小亚基结合，直接抑制翻译。制翻译。反义反义RNARNA与与mRNAmRNA 5 5端编码区起始密码子端编码区起始密码子AUGAUG结结合，抑制合，抑制mRNAmRNA翻译起始。翻译起始。反义反义RNARNA与与mRNAmRNA的非编码区互补结合，使的非编码区互补结合，使mRNAmRNA构象改变，影响其与核糖体结合，间接抑构象改变，影响其与核糖体结合，间接抑制了制了mRNAmRNA的翻译。的翻译。4241 反义反义RNA调控调控Tn10转位酶基因的表达示意图转位酶基因的表达示意图Tn10转位酶基因由转位酶基因由PIN启动子控制，反义启动子控制，反义RNA的基因由的基因由POUT启

23、动子控制。启动子控制。两个启动子方向相反，转录区有两个启动子方向相反，转录区有35个碱基重叠，互补区覆盖了个碱基重叠，互补区覆盖了Tn10转转位酶位酶mRNA的翻译起始区，活性的翻译起始区，活性POUT比比PIN更强。结果是转位酶的表达更强。结果是转位酶的表达效率非常低，转位作用极少发生。细菌效率非常低，转位作用极少发生。细菌DNA突变机会减少，易于存活。突变机会减少，易于存活。43422. RNA的稳定性与调控的关系的稳定性与调控的关系 mRNA mRNA的降解速度是翻译调控的另一个重要的降解速度是翻译调控的另一个重要机制。蛋白质合成速率的快速改变，与许多细机制。蛋白质合成速率的快速改变，与

24、许多细菌菌mRNAmRNA降解速度很快有很大关系。降解速度很快有很大关系。 例：例：E.coliE.coli的许多的许多mRNAmRNA在在3737时的平均寿时的平均寿命大约为命大约为2min2min，细菌可以对环境变化作出快速，细菌可以对环境变化作出快速反应。反应。 43 3.3.蛋白质合成中的自身调控蛋白质合成中的自身调控 大肠杆菌核糖体蛋白有大肠杆菌核糖体蛋白有5050余种，它们余种，它们既可与既可与 rRNArRNA 组装成核糖体，也可与自身组装成核糖体，也可与自身 mRNA mRNA 翻译起始区结合。翻译起始区结合。5050种核糖体蛋白种核糖体蛋白的基因分布在几个不同的操纵子中。的基

25、因分布在几个不同的操纵子中。44第二节第二节 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控 单细胞真核生物单细胞真核生物，如酵母基因表达，如酵母基因表达的调控和原核生物表达的调控基本相同。的调控和原核生物表达的调控基本相同。 多细胞真核生物多细胞真核生物，遗传信息从细胞，遗传信息从细胞核的基因组核的基因组DNADNA传递到基因编码的蛋白质传递到基因编码的蛋白质均受到多层次的调控。均受到多层次的调控。45一、真核生物基因表达的特点一、真核生物基因表达的特点 （1 1）细胞具有全能性）细胞具有全能性 全能性：全能性：指同一种生物的指同一种生物的所有细胞都含有相同的基因组所有细胞都含有相同的基因组D

26、NADNA，都有发育成完，都有发育成完整个体的潜能。整个体的潜能。 （2 2）基因表达的时间性和空间性）基因表达的时间性和空间性 时间性：时间性：个个体发育的不同阶段，基因表达的种类和数量是不体发育的不同阶段，基因表达的种类和数量是不同的；同的；空间性：空间性：在不同组织和器官中，基因表达在不同组织和器官中，基因表达的种类和数量是不同的。的种类和数量是不同的。46 （3 3）转录和翻译分开进行）转录和翻译分开进行 真核生物真核生物DNADNA在核中转在核中转录生成录生成 mRNAmRNA，在胞质中合成蛋白质。，在胞质中合成蛋白质。 （4 4）初级转录产物要经过转录后加工修饰）初级转录产物要经过

27、转录后加工修饰 初级初级转录产物转录产物核不均一性核不均一性RNARNA（heterogeneous heterogeneous nuclear RNA ,hnRNAnuclear RNA ,hnRNA），要经过戴帽），要经过戴帽( (m m7 7GpppN)GpppN)、加、加PolyAPolyA尾、切除插入的内含子和拼接外显子等过程，尾、切除插入的内含子和拼接外显子等过程，才形成成熟的才形成成熟的mRNAmRNA分子。分子。47 （5 5）不存在超基因式操纵子结构）不存在超基因式操纵子结构 真核生物基真核生物基因转录产物为单顺反子，一条因转录产物为单顺反子，一条 mRNAmRNA只翻译一种

28、蛋白只翻译一种蛋白质。功能相关的基因大多数分散在不同的染色体上，质。功能相关的基因大多数分散在不同的染色体上，分别进行转录。分别进行转录。 （6 6）部分基因多拷贝）部分基因多拷贝 既可满足细胞的需要，也既可满足细胞的需要，也是表达调控的一种有效方式。是表达调控的一种有效方式。48（一）基因组（一）基因组DNA水平的调控水平的调控 1.1.染色质的丢失染色质的丢失 不可逆的调控。不可逆的调控。如如一些低等生物（如线一些低等生物（如线虫）体细胞发育过程中发生染色质丢失。虫）体细胞发育过程中发生染色质丢失。二、真核生物基因表达调控的机制二、真核生物基因表达调控的机制492.2.基因扩增（基因扩增（

29、gene amplificationgene amplification） 当细胞对某种基因产物需要量剧增，单纯当细胞对某种基因产物需要量剧增，单纯靠调节其表达活性不足满足需要，只有增加这靠调节其表达活性不足满足需要，只有增加这种基因的拷贝数。种基因的拷贝数。503.3.基因重排基因重排（gene rearrangement） 指某些基因片段改变原来存在顺序而指某些基因片段改变原来存在顺序而重新排列组合，成为一个完整的转录单重新排列组合，成为一个完整的转录单位。调节表达产物多样性。位。调节表达产物多样性。514 4. .基因的甲基化修饰基因的甲基化修饰 DNADNA上特定的上特定的CpGCpG

30、序列处的胞嘧啶发生甲基化序列处的胞嘧啶发生甲基化修饰（修饰（5 5mCmC）。甲基化程度与基因的表达一般呈反）。甲基化程度与基因的表达一般呈反比关系。甲基化程度愈高，基因的表达则降低。比关系。甲基化程度愈高，基因的表达则降低。去甲基化，基因的表达增加。去甲基化，基因的表达增加。 意义：调控真核生物基因的表达，维护染色意义：调控真核生物基因的表达，维护染色体的完整性，调节体的完整性，调节DNADNA重组的某些环节。重组的某些环节。52 5.染色质结构对基因表达的调控作用染色质结构对基因表达的调控作用 常染色质中疏松状态的活性染色质是基因转常染色质中疏松状态的活性染色质是基因转录前在染色质水平上独

31、特的调控机制。录前在染色质水平上独特的调控机制。q 组蛋白与组蛋白与DNADNA结合与解离是真核基因表达调控的结合与解离是真核基因表达调控的重要机制之一。组蛋白可保护重要机制之一。组蛋白可保护DNADNA免受损伤，维持免受损伤，维持基因组稳定性，抑制基因表达。去除组蛋白基因转基因组稳定性，抑制基因表达。去除组蛋白基因转录活性增高。录活性增高。 q 非组蛋白主要作为调节基因表达的反式作用因子。非组蛋白主要作为调节基因表达的反式作用因子。 53（二）转录水平的调控（二）转录水平的调控 主要通过主要通过反式作用因子与顺式作用反式作用因子与顺式作用元件和元件和RNARNA聚合酶（聚合酶（RNA pol

32、ymerase, RNA polymerase, RNA polRNA pol）的相互作用完成。的相互作用完成。 541 . 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element) 指某些能影响基因表达但不编码新的指某些能影响基因表达但不编码新的蛋白质和蛋白质和RNARNA的的DNADNA序列序列，按照功能分为启，按照功能分为启动子、增强子、负调控元件（沉默子等）。动子、增强子、负调控元件（沉默子等）。 55 （1 1）启动子）启动子( (promoter)promoter) 真核基因启动子是在基因转录起始位真核基因启动子是在基因转录起始位点点(+1)(+1)及其及其55上游近端大约

33、上游近端大约100100200 200 bp bp 以内的一组具有独立功能的以内的一组具有独立功能的DNADNA序列。每个序列。每个元件长度约为元件长度约为7 720 20 bpbp，是决定，是决定RNARNA聚合酶聚合酶转录起始点和转录频率的关键元件。转录起始点和转录频率的关键元件。 56 真核真核类基因的顺式作用元件图类基因的顺式作用元件图 核心启动子核心启动子(core promoter)(core promoter)上游启动子元件上游启动子元件( upstream promoter ( upstream promoter element, UPE) element, UPE)57(2)

34、 (2) 增强子增强子( (enhancer)enhancer) 指位于启动子上游或下游并通过指位于启动子上游或下游并通过启动子增强邻近基因转录效率的启动子增强邻近基因转录效率的DNADNA顺顺序，增强子本身不具备启动子活性。序，增强子本身不具备启动子活性。58(3) 其他元件其他元件 包括负调控元件和终止子等。包括负调控元件和终止子等。负调控元件负调控元件: :沉默子（沉默子（silencersilencer） 或衰减子（或衰减子（dehancerdehancer） 指在真核基因内能抑制基因转录的指在真核基因内能抑制基因转录的DNADNA序列序列, ,与与反式作用因子相互结合而起作用。不受距

35、离和方向反式作用因子相互结合而起作用。不受距离和方向的限制，并可对异源基因的表达起作用。的限制，并可对异源基因的表达起作用。59终止子终止子 指在模板指在模板DNADNA分子的分子的55端转录终止信号。端转录终止信号。通常具有通常具有po1yApo1yA尾的基因终止信号为尾的基因终止信号为G GT T簇，簇，例如在例如在SV40SV40中的中的AGGTTTTTTAGGTTTTTT序列为终止转录序列为终止转录调控元件。调控元件。 602.2.反式作用因子反式作用因子( (trans-acting factor) ) 指能直接或间接地识别或结合在各顺式指能直接或间接地识别或结合在各顺式作用元件作用

36、元件8 81212bpbp核心序列上，参与调控靶核心序列上，参与调控靶基因转录效率的基因转录效率的一组蛋白质一组蛋白质，也称序列特异，也称序列特异性性 DNADNA结合蛋白结合蛋白(sequence specific DNA (sequence specific DNA binding proteinbinding protein，SDBP)SDBP)，是一类细胞核内，是一类细胞核内蛋白质因子。在结构上含有与蛋白质因子。在结构上含有与DNADNA结合的结结合的结构域。构域。61反式作用因子根据作用方式分为三类：反式作用因子根据作用方式分为三类： 通用转录因子。通用转录因子。普遍存在的转录因子。

37、如普遍存在的转录因子。如TATA TATA boxbox结合因子结合因子 TFTFD D、GC boxGC box结合因子结合因子SP1 SP1 等。等。组织特异性转录因子。组织特异性转录因子。与基因表达的组织特异性与基因表达的组织特异性有很大关系。有很大关系。诱导性反式作用因子。诱导性反式作用因子。活性能被特异的诱导因子活性能被特异的诱导因子所诱导。所诱导。62 TATATATA因子与因子与TATATATA盒结合，盒结合，形成稳定的转录复合物。形成稳定的转录复合物。 RNARNA聚合酶聚合酶识别并结合识别并结合由由TATATATA因子与因子与TATATATA盒形成的盒形成的蛋白质蛋白质-DN

38、A-DNA复合物。复合物。 转录起始因子与转录起始因子与RNARNA聚合聚合酶结合，使酶结合，使DNADNA部分双螺旋部分双螺旋解开为开放的转录起始复合解开为开放的转录起始复合物（物（open complexopen complex）时，基）时，基因转录开始因转录开始, ,可以合成可以合成RNARNA。 真核基因开放的转录起始复合物的形成图真核基因开放的转录起始复合物的形成图63（1）反式作用因子结构域的模式：）反式作用因子结构域的模式： 完整的反式作用因子通常含有三个主要完整的反式作用因子通常含有三个主要功能结构域，分别为功能结构域，分别为DNADNA识别结合域、转录识别结合域、转录活化域和

39、结合其他蛋白质的调节结构域活化域和结合其他蛋白质的调节结构域。641)DNA识别结合域：识别结合域： 锌指（锌指（zinc finger）结构）结构 指含有一段保守氨基酸顺序的蛋白质与该指含有一段保守氨基酸顺序的蛋白质与该蛋白的辅基锌螫合而形成的环状结构，分为锌蛋白的辅基锌螫合而形成的环状结构，分为锌指、锌扭（指、锌扭（twisttwist）和锌簇（）和锌簇（clustercluster）结构；）结构；也有按照与锌结合的氨基酸残基性质分为也有按照与锌结合的氨基酸残基性质分为Cys2Cys2Cys2Cys2和和Cys2Cys2His2His2指。指。65 （A） 锌指结构示意图锌指结构示意图 （

40、Cys2Cys2His2His2锌指结构）锌指结构） 两个半胱氨酸残基和两个组氨酸残基两个半胱氨酸残基和两个组氨酸残基( (His)His)，通过，通过与位于中心的锌离子以配位键结合，形成稳定的指状结与位于中心的锌离子以配位键结合，形成稳定的指状结构。构。 66（B） Cys2Cys2 锌指结构示意图锌指结构示意图67同源结构域（同源结构域（homeodomainhomeodomain，HDHD） 同源盒基因家族各基因间具有一相同的保守同源盒基因家族各基因间具有一相同的保守序列，称为同源结构域。所含的至少二个序列，称为同源结构域。所含的至少二个螺旋螺旋中形成中形成“转折转折”，第三个，第三个螺

41、旋与螺旋与DNADNA大沟相互作大沟相互作用是同源盒蛋白与用是同源盒蛋白与DNADNA结合的主要力量结合的主要力量 。 功能：功能：调节与机体各部分正常发育或正常分化调节与机体各部分正常发育或正常分化的有关基因的表达。的有关基因的表达。68同源结构域与同源结构域与DNA的结合示意图的结合示意图69碱性碱性亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（basic 1eucine zipperbasic 1eucine zipper，bLZbLZ） 有些肽链有些肽链C C末端有一段末端有一段3030个氨基酸序列以个氨基酸序列以- -螺螺旋构型出现的结构单元，每间隔旋构型出现的结构单元，每间隔6 6个氨基酸出现一个氨基酸

42、出现一个亮氨酸残基，能形成两性个亮氨酸残基，能形成两性- -螺旋螺旋。两个具有这两个具有这种结构的因子接触后可借助侧链疏水性交错对插，种结构的因子接触后可借助侧链疏水性交错对插，形成稳定卷曲螺旋结构的二聚体。形成稳定卷曲螺旋结构的二聚体。 功能：功能：可使碱性区与可使碱性区与DNADNA的亲和力明显增加的亲和力明显增加。70 bLZ二聚体中的亮氨酸拉链及与二聚体中的亮氨酸拉链及与DNA结合的碱性结构域示意图结合的碱性结构域示意图71螺旋螺旋- -环环- -螺旋螺旋（helix-loop-helixhelix-loop-helix，HLHHLH）结构）结构: : 含两个双性含两个双性- -螺旋，

43、每螺旋，每3 34 4个氨基酸含一个个氨基酸含一个疏水性残基，中间为非螺旋环区，内含一个或多个疏水性残基，中间为非螺旋环区，内含一个或多个能阻断螺旋的氨基酸残基。能阻断螺旋的氨基酸残基。72 a:b 两个具有两性两个具有两性-螺旋螺旋的蛋白因子形成二聚体的蛋白因子形成二聚体 （a、b为两个不同的蛋白因子）为两个不同的蛋白因子）73 2)2)转录活化结构域转录活化结构域（transcriptional activation domaintranscriptional activation domain） 反式作用因子并非都需要其直接与反式作用因子并非都需要其直接与DNADNA结合，结合，转录活化

44、域是反式作用因子必须具备的结构基础。转录活化域是反式作用因子必须具备的结构基础。转录活化域通常是依赖于转录活化域通常是依赖于DNADNA结合结构域以外的结合结构域以外的3030100100个氨基酸残基。转录因子通常具有一个以个氨基酸残基。转录因子通常具有一个以上的转录活化区。上的转录活化区。74转录活化结构域模型有以下几种：转录活化结构域模型有以下几种：酸性酸性-螺旋（螺旋（acidic-helix domainacidic-helix domain） 含有较含有较多的负电荷。能非特异性地与起始复合物（如多的负电荷。能非特异性地与起始复合物（如TATATATA盒盒结合因子）相互作用发挥转录活化功能。结合因子）相互作用发挥转录活化功能。富含谷氨酰胺的结构域（富含谷氨酰胺的结构域（glutamine-rich domainglutamine-rich domain） 最强的转录活化域之一。最强的转录活化域之一。 富含脯氨酸结构域（富含脯氨酸结构域（prolineproline-rich domain-rich domain）753.3.转录水平的调控机制转录水平的调控机制( () )反式作用因子的活性调节反式作用因子的活性调节 真核基因转录起始的调节，首先表现真核基因转录起始的调节，首先表现为反式作用因子的功能调节，即特定的反为反式作用因子的功能调节，即特定的反式作用因子被激活后