第8章真核基因表达调控

1、 第八章第八章 真核基因表达调控（下）真核基因表达调控（下） * 在真核细胞中，一条成熟的在真核细胞中，一条成熟的mRNAmRNA链只能翻译链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。基因操纵子形式。 真核细胞真核细胞DNADNA与组蛋白和大量非组蛋白相结与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分合，只有一小部分DNADNA是裸露的。是裸露的。 高等真核细胞高等真核细胞DNADNA中很大部分是不转录的，大部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。分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 真核生物能够

2、有序地根据生长发育阶段的需要真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行进行DNADNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。基因的拷贝数。 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它在真核生物中，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调节区一般通过改变整个所控制基因55上游区上游区DNADNA构构型来影响它与型来影响它与RNARNA聚合酶的结合能力。聚合酶的结合能力。 在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于在原核生物中，转录的调

3、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接促进或抑制RNARNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。 真核生物的真核生物的RNARNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核在细胞核中合成，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。中不存在这样严格的空间间隔。 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程程，才能顺利地翻译成蛋白质。才能顺利地翻译成蛋白质。 所有动物血红蛋白基因的基

4、本结构相同，但所有动物血红蛋白基因的基本结构相同，但在个体发育不同时期却出现不同形式的亚基。人在个体发育不同时期却出现不同形式的亚基。人类发育阶段中血红蛋白组成的变化。类发育阶段中血红蛋白组成的变化。 8.1.2 真核基因的断裂结构真核基因的断裂结构 。物物 种种外显子数外显子数/基基因因核基因平均长度核基因平均长度(kb)mRNA平均长平均长度度1.61.61.51.54.03.011.32.713.92.416.62.2 外显子外显子基因丢失基因丢失基因扩增基因扩增基因重排基因重排DNA甲基化状态与调控甲基化状态与调控染色体结构与调控染色体结构与调控抗体分子的形成抗体分子的形成Ti质粒质粒

5、转座子转座子 在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。整套的染色体。 目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。现类似的基因丢失现象。二、基因扩增：二、基因扩增：

6、三、基因重排：三、基因重排：VV四、四、DNA的甲基化与基因调控：的甲基化与基因调控： 五、染色质结构与基因表达调控：五、染色质结构与基因表达调控：在结构上：在结构上：ABA “灯刷型灯刷型”染色体染色体B 存在于存在于“活性活性”染色质区的染色质区的DNA环状结构环状结构 （1）核心启动子和上游启动子（2 2） 1、DNA结合结构域结合结构域转录活化结构域转录活化结构域连接区2-9个个 Cys2 / Cys2锌指锌指Cys2 / His2锌指锌指见于甾体激素受体见于甾体激素受体见于见于SP1，TF A等等 转录因子转录因子SP1 （GC盒）盒） 、连续、连续的的3个锌指重复结个锌指重复结构。

7、构。 二聚体二聚体 亮氨酸之间相互作用形亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成成二聚体，形成“拉链拉链” ” 。 肽链氨基端肽链氨基端2030个富含个富含碱性氨基酸结构域与碱性氨基酸结构域与DNA结合。结合。 定义：定义： 出现在出现在DNADNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（种结构基元（motifmotif）。当来自同一个或不同多）。当来自同一个或不同多肽链的两个肽链的两个-螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸螺旋的疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构残基）相互作用形成一个圈对圈的二聚体结构时就形成了亮氨酸拉链。时就形成了亮氨酸拉链。 bH

8、LH bHLH蛋白的蛋白的DNADNA结合能力分析结合能力分析 直接作出反应直接作出反应 通过细胞间复杂的信号传递通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。系统来传递信息，从而调控机体活动。外界环境变化时外界环境变化时特定的细胞释放信息物质特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血循环到达靶细胞信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应细胞间信息物质细胞间信息物质如生长因子、细胞因子、胰岛素等在细胞内传递信息的小分子物质，如：在

9、细胞内传递信息的小分子物质，如：CaCa2+2+、IPIP3 3、DAGDAG、cAMPcAMP、cGMPcGMP等。等。受体的定义受体的定义存在于存在于细胞质膜细胞质膜上的受体，根据其结构和上的受体，根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体，离子通道受体，G蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体。（1 1）G G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体又称七个跨膜又称七个跨膜 螺旋受体螺旋受体/ /蛇型受体蛇型受体是一类和是一类和GTPGTP或或GDPGDP相结合、位于细胞膜相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由胞浆面的外周蛋白，由 、 、 三

10、个亚基组成。三个亚基组成。有两种构象：有两种构象：非活化型；活化型非活化型；活化型霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的亚基上，致使亚基丧失GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的亚基上，使亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。位于位于N端，具有转录活性端，具有转录活性含有锌指结构含有锌指结构位于位于C端，结合激素、热休克蛋端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录白，使受体二聚化，激活转录配体配体：类固醇激素、甲状腺素等：类固醇激素、甲状腺素等 细胞外信号细胞外信号EGF、PDGF等等具具PTK活性的受体活性的受

11、体GRB2 PSOS PRas-GTP PRaf调节其他蛋白活性调节其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P细细胞胞核核反式作用因子反式作用因子调控基因表达调控基因表达细细胞胞膜膜二聚化二聚化 E2FP 细胞质受体与细胞质受体与激素形成复合物激素形成复合物三维结构和化三维结构和化学性质变化学性质变化复合物进入细胞核与复合物进入细胞核与染色体特定区域结合染色体特定区域结合转录起始转录起始转录关闭转录关闭 hnRNA确定是确定是mRNA前体的前体的证据证据 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

12、初始转录本： 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 例：例：（TfRTfR）和铁蛋白负责铁吸收和铁和铁蛋白负责铁吸收和铁解毒。这两个解毒。这两个mRNAmRNA上存在相似的顺式作用元件，称为上存在相似的顺式作用元件，称为铁应答元件（铁应答元件（iron response elementiron response element，IREIRE）。）。 IRE与与IRE结合蛋白（结合蛋白（IREBP）相互作用控制了这两相互作用控制了这两个个mRNA的翻译效率。当