基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式

1、第八章 基因的表达与调控（下）真核基因表达调控模式2022/10/111第八章 基因的表达与调控（下）真核基因表达调控模式20第八章 基因的表达与调控（下）真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类之外）主要由多细胞组成，每个细胞基因组中蕴藏的遗传信息量及基因数量都大大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组有3109bp，为大肠杆菌总DNA的800倍，噬菌体的10万倍左右！真核生物染色质被包裹在细胞核内，基因的转录（核内）和翻译（细胞质内）被核膜所隔开，核内RNA的合成与转运，细胞质中RNA的剪接和加工等都属于真核生物基因调控的范围。2022/10/112第八章 基因的表达与调控（下）真核生物（除

2、酵母、藻类和第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/113真核基因的表达调控的特点：原核细胞环境因素对调控起决定性的作用。群体中每一个细胞对环境变化的反应是直接的和一致的。真核细胞基因表达调控最明显的特征是在特定时间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的，环境因素在其中作用不大。第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/103真核基第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/114真核生物基因调控可分为两大类：第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包

3、括某种底物或激素水平升降，或细胞周期不同阶段酶活性的调节；第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生长、分化、发育的进程。根据基因调控发生的先后次序，又可分为：转录水平调控转录后水平调控（RNA加工成熟过程的调控，翻译水平的调控，蛋白质加工水平的调控）。第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/104真核生第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/115研究基因调控的三个主要内容：诱发基因转录的信号？基因调控在哪一步（模板DNA的转录、mRNA的成熟或蛋白质合成）实现的？不同水平基因调控的分子机制什么？第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/105

4、研究基第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/116内容：真核生物的基因结构与转录活性真核基因转录机器的主要组成真核生物的基因转录的调控蛋白质磷酸化对基因转录的调控蛋白质乙酰化对基因表达的影响激素与热激蛋白对基因表达的影响第八章 基因的表达与调控（下）2022/10/106内容：第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/117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差异:在真核细胞中，成熟mRNA为单顺反子mRNA，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。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。高等真核细胞DNA中很大部分

5、是不转录的，大部分真核细胞的基因中间存在不被翻译的内含子。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/107真2022/10/118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，能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始位点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶对它的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，它们可能远离核心启动子达几百个甚至上千个碱基对。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。许多真核生物的基因只有

6、经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。2022/10/108真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1191. 基因家族在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并以多顺反子的方式进行转录。而真核细胞中的DNA是单顺贩子结构，很少置于同一启动子之下的操纵子。真核细胞中许多相关的基因长按功能成套组合，被称为基因家族。同一家族的成员有时紧密排列在一起，成为一个基因簇；更多时候，分散在同一染色体不同部位，甚至位于不同染色体上，具有各自不同的表达调控模式。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/10912022/10/111

7、02022/10/1010第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11111.1. 简单多基因家族简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。细菌中所有rRNA和部分tRNA都来自这个分子量为30S（约6500个核苷酸）的前rRNA。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1011第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11121.1. 简单多基因家族在真核生物中，前rRNA转录产物的分子量为45S，（约有14 000个核苷酸），包括18S，28S和5.8S三个主要rRNA分子。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1012第一节 真核生物的

8、基因结构与转录活性2022/10/11131.2. 复杂多基因家族复杂多基因家族一般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。海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为6 000bp的片段中，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1 000次。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1013第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11141.3. 发育调控的复杂多基因家族血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体，由22组成的四聚体加上一个血红素辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。在生物

9、个体发育的不同阶段出现几种不同形式的和亚基。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1014第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11152. 真核基因的断裂结构2.1外显子与内含子内含子是指存在于原始转录物或基因组DNA中，但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分核苷酸序列。大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成的。基因中的内含子数量和大小都不同。胶原蛋白基因长约40kb，至少有40个内含子，其中短的只有50bp，长的可达到2000bp。少数基因，如组蛋白及型、型干扰素基因，根本不带内含子。第一节 真核生物的基因结构与转录活性20

10、22/10/1015第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11162.2 外显子与内含子的连结区断裂结构的一个重要特点是外显子-内含子连接区的高度保守性和特异性碱基序列。序列分析表明，几乎每个内含子5 端起始的两个碱基都是GT，而3 端最后两个碱基总是AG，由于这两个碱基的高度保守性和广泛性，有人把它称为GT-AG法则。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1016第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11172.3 外显子与内含子的可变调控真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生不同的mRNA，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因，如肌红蛋白重链基因虽

11、有41个外显子，却能精确地剪接成一个成熟的mRNA，我们称这种方式为组成型剪接。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟的mRNA，编码一个多肽。有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的多聚位点而使原始转录物具有不同的二级结构，产生不同的mRNA分子。同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA的过程称为选择性剪接。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/10172022/10/11182022/10/1018第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11193. 真核生物DNA水平上的基因表达调控在个体发育过程中，DNA会发生规律性变化，从而控制基因

12、表达和生物的发育。DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括基因丢失、扩增、重排和移位等。这与转录和翻译水平的调控是不同的，这种调控使基因组发生了改变。成熟红细胞能产生大量的可翻译成熟珠蛋白的mRNA，它的前体细胞是不产生珠蛋白的。这种变化是由于基因本身或者是基因的拷贝数发生了永久性变化所调控的。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1019第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11203.1. 基因扩增基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。非洲爪蟾的卵母细胞中原有

13、rRNA基因（rDNA）约500个拷贝，在减数分裂粗线期，基因开始迅速复制，到双线期拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个核糖体。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1020第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11213.2.基因重排与变换将一个基因从远离启动子的地方移到较近的位点从而启动转录，被称为基因重排。免疫球蛋白的肽链主要由可变区（V区）、恒定区（C区）以及两者之间的连接区（J区）组成，V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染色体内DNA重组把4个相隔较远的基因片段连接在一起，产生具有表达活

14、性的免疫球蛋白基因。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1021第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11223.2.基因重排与变换免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1022第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11234. DNA甲基化与基因调控4.1 DNA的甲基化DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。DNA甲基化主要形成5-甲基胞

15、嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7-mG）。真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/10232022/10/11242022/10/1024第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11254.2. DNA甲基化抑制基因转录机制对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可以恢复 其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2

16、022/10/1025第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/11264.2. DNA甲基化抑制基因转录机制DNA的甲基化还会提高突变频率。真核生物中5-mC主要出现在5-CpG-3序列中，5-mC脱氨后生成的胸腺嘧啶（T），不易被识别和矫正。因此，特定部位的5-mC脱氨基反应，将在DNA分子中引入可遗传的转化（CT）。若位点突变发生在DNA功能区域，就可能造成基因表达的紊乱。在多种癌细胞中，p53基因第273位密码子含CpG序列， 常由CGT突变为CAT或TGT（ArgHis或Cys）。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/1026第一节 真核生物的基因结构与转录活

17、性2022/10/11274.3. DNA甲基化与染色体失活雌性哺乳动物体细胞的两条X染色体中会有一条发生随机失活这是一种基因剂量补偿的机制。以后的研究表明在给定的体细胞有丝分裂谱系中，有一条X染色体是完全失活并呈异染色质状态，而另一个细胞谱系中同一条X染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。X染色体的Xq13.3区段有一个X失活中心（X-inaction center，Xic），X-失活从Xic区段开始启动，然后扩展到整条染色体。第一节 真核生物的基因结构与转录活性2022/10/10272022/10/1128X染色体失活过程模式图2022/10/1028X染色体失活过程模式图第二节 真核基

18、因转录机器的主要组成2022/10/1129真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量特定的顺式作用元件（cis-acting element）和反式作用因子（transacting factor，又称跨域作用因子）调控。真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。第二节 真核基因转录机器的主要组成2022/10/1029第二节 真核基因转录机器的主要组成1. 真核基因的转录一个完整的基因，不但包括编码区（coding region），还包括5和3端长度不等的特异性序列，它们虽然不编码氨基酸，却在基因表达的过程中起着重要作用。所以，“基因”的分子生物学定义是：

19、产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。2022/10/1130第二节 真核基因转录机器的主要组成1. 真核基因的转录202基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式第二节 真核基因转录机器的主要组成1.1. 启动子真核基因启动子由核心启动子和上游启动子两个部分组成，是在基因转录起始位点（+1）及其5上游大约100200bp以内的一组具有独立功能的DNA序列，每个元件长度约为720bp，是决定RNA聚合酶II转录起始点和转录频率的关键元件。核心启动子：是指保证RNA聚合酶II转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游-25-30bp处

20、的TATA盒。核心启动子确定转录起始位点并产生基础水平的转录。上游启动子元件包括通常位于-70bp附近的CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等，能通过TFIID复合物调节转录起始的频率，提高转录效率。2022/10/1132第二节 真核基因转录机器的主要组成1.1. 启动子2022第二节 真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列，最早发现于SV40早期基因的上游，有两个长72bp的正向重复序列。增强子通常具有下列特性：增强效应十分明显。增强效应与其位置和取向无关。大多为重复序列（50bp）。其增强效应有严密的组织和细

21、胞特异性。无基因专一性，可在不同的基因组合上表现增强效应；许多增强子还受外部信号的调控。2022/10/1133第二节 真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式第二节 真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响增强子的功能受DNA双螺旋空间构象的影响。增强子可能有如下3种作用机制:影响模板附近DNA双螺旋结构，导致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化基因转录。将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于DNA拓扑异构酶改变DNA双螺旋结构

22、的张力，促进RNA聚合酶n在DNA链上的结合和滑动。增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合酶且进入染色质结构的 “入口”。2022/10/1135第二节 真核基因转录机器的主要组成2. 增强子对转录的影响第二节 真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子真核生物启动子和增强子是由若干DNA序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺式作用元件。这些序列组成基因的调控区，影响基因的表达。在转录过程中，还需要转录作用因子。转录复合物中，根据各个蛋白质成分在转录中的作用，能将整个复合物分为3部分：参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性。与转录的起始或终止

23、有关的辅助因子，不具基因特异性。与特异调控序列结合的转录因子。2022/10/1136第二节 真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子202第二节 真核基因转录机器的主要组成3. 反式作用因子反式作用因子：反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。这些因子有两种独立的活性：首先它们特异地与DNA结合位点相结合，然后激活转录。这些活性可以独立分配给特定的蛋白结构域，分别称作DNA结合结构域和激活结构域。转录激活功能是与其DNA结合活性相分离的，它们在蛋白质的不同区域。2022/10/1137第二节 真核基因转录机器的主要组成3. 反式

24、作用因子202第三节 真核生物的转录的调控真核生物的转录和原核转录的不同点： (1) 原核只有一种RNA聚合酶，而真核细 胞有三种聚合酶； (2) 启动子的结构特点不同，真核有三种 不同的启动子和有关的元件； (3) 真核的转录有很多蛋白质因子的介入。2022/10/11长江大学 生命科学学院38第三节 真核生物的转录的调控真核生物的转录和原核转录的不同一 真核的RNA聚合酶 表1 真核生物的三种RNA聚合酶的特点RNA Pol位置 产物 对-鹅膏蕈的敏Pol 核仁28s,18s,5.8s rRNAs 不敏感Pol 核质hnRNA,mRNA,某些SnRNA 高度敏感Pol 核质tRNA,5Sr

25、RNA,某些SnRNAs 片段特异，中等 敏感 2022/10/1139一 真核的RNA聚合酶 表表 转录的抑制剂抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌全酶和亚基结合，抑制起始链霉溶菌素细菌核心酶和亚基结合，抑制起始放射线素D真核Pol和DNA结合，阻止延伸-鹅膏蕈真核Pol和RNA Pol结合2022/10/1140表 转录的抑制剂抑制剂靶酶抑制作用利福霉素细菌全酶和亚基结CTD（C末端结构域）为重复的七肽序列Tyr Ser Pro Thr Ser Pro Ser。CTD序列可以丝氨酸和酪氨酸上磷酸化，与聚合酶的移动有关。CTD（C末端结构域）为重复的七肽序列Tyr Ser 二. RNA聚合酶1、核

26、糖体基因RNA聚合酶主要负责rRNA在分裂间期的连续合成。以人的rRNA基因为例，有5簇rRNA重复基因，每簇有40个拷贝，每个拷贝产生45S的rRNA转录物。45S的rRNA随后被切割成28，18，5.8S的rRNA各一个。这为产生足量的rRNA所必需。二. RNA聚合酶1、核糖体基因基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式2、核仁组织区每个rRNA簇为一个核仁组织区核仁的结构：颗粒区，前体rRNA ，核糖体亚基；纤维区， rRNA，核糖核黄素蛋白复合体；染色区，DNA。2、核仁组织区3、 RNA聚合酶的启动元件 UCE：upstream control element3

27、、 RNA聚合酶的启动元件4、 RNA聚合酶的启动因子UBF：uptream binding factorSL1: selectivity factor TBP:TATA binding factor TAF1:TBP-associate factor4、 RNA聚合酶的启动因子5、RNA聚合酶起始转录模型5、RNA聚合酶起始转录模型基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式RNA聚合酶小结：转录元件转录因子UCE核心元件UBFSL1 TBP TAF1RNA聚合酶小结：转录元件转录因子UCEUBFUCE：upstre

28、am control elementUBF：uptream binding factorSL1: selectivity factorTBP: TATA binding factorTAF1:TBP-associate factorUCE：upstream control elementUCEUBFSL1TBPTAF1UCE三. RNA聚合酶1、 RNA聚合酶存在核质中，与RNA聚合酶相同。 RNA聚合酶转录5SrRNA的前体、tRNA以及其他的snRNA和胞质RNA的转录。 三. RNA聚合酶1、 RNA聚合酶存在核质中，与RN2、 tRNA基因的转录A框 5-TGGCNNAGTGG-3 对

29、应D环B框 5-GGTTCGANNCC-3 对应TC环2、 tRNA基因的转录转录因子( transcription factor)1)TF B TBP BRF: TFB-related factor B 2)TF C转录因子( transcription factor)基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式3、5S rRNA转录转录元件：A框C框转录因子： 1) TF B : TBP, BRF, B 2) TF A 3) TF C3、5S rRNA转录转录元件：表 RNA pol 启动子的转录因子的结构和功能因

30、子 结构 功能TFA 38Kda,有9个锌指 结合于1型内部启动子(5sRNA基因)的C框， 使C结合在C框下游，辅助 B定位结合TFB 含TBP和另外二种蛋白定位因子，使Pol结合在起始位点上TFC 含A和B,有5个亚基 B结合型内部启动子(tRNA基因)的B框， 起增强子的作用。 A结合A框，起启动子 的作用；辅助 B定位结合TBP是B,D,SL1的亚基和特异DNA序列及RNA Pol结合，使Pol结合 在正确的位点上表 RNA pol 启动子的转录因子的结构和功能基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式4、s

31、nRNA的转录起始TATA框PSE: proximal sequence elementOCT: octamer element4、snRNA的转录起始TATA框RNA聚合酶小结调控元件TATAOCTPSEA框A框B框C框+1tRNA转录5S rRNA转录snRNA转录RNA聚合酶小结调控元件TATAOCTPSEA框A框B框CRNA聚合酶因子（transcription factor TF）1） TF A2） TF B : TBP： TATA binding factor BRF： TFB-related factor B3） TF CRNA聚合酶因子（transcription factor

32、四. RNA聚合酶 1、 RNA聚合酶 位于核质中，负责mRNA和一些snRNA的转录。转录后的mRNA需要进一步的复杂加工，包括5加帽，3的poly A尾以及剪接内含子。四. RNA聚合酶 1、 RNA聚合酶 位于核质中2、 RNA聚合酶调控元件1）启动子内的元件TATA框 -25-35bp的位置 7个碱基序列TATA(A/T)A(A/T 与TBP结合CAAT盒 -75附近GC 区 大约在-100-200处 的 20-50bp的DNA元件。2）增强子2、 RNA聚合酶调控元件3、 RNA聚合酶转录因子 因子 功能TFA 稳定TFD和DNA的结合，激活TBP亚基TFB 结合模板链（-10+10

33、），起始Pol结合， 和TFE/F相互作用TFD TBP亚基识别TATA，将聚合酶组入复合体中，TAF识别特殊启动子TFE 结合在Pol的前部，使复合体的保护区延伸到下游 TFF 大亚基具解旋酶活性,小亚基和Pol结合，TFH 具激酶活性，可以磷酸化PolC端的CTD，使Pol逸出，延伸TFJ 在TFF后加入复合体3、 RNA聚合酶转录因子4、RNA聚合酶转录过程4、RNA聚合酶转录过程基因工程课件-第八章-基因的表达与调控-真核基因表达调控模式真核生物的转录小结1、元件RNA聚合酶元件核心元件UCETATACAATGCOCT增强子TATAOCTPSEA框A框B框C框+1真核生物的转录小结1、

34、元件RNA聚合酶核心元件TATA真核生物的转录小结2、因子RNA聚合酶因子UBFSL1 TBP TAF TFATFBTFDTFETFFTFHTFJTF B TBP BRF BTF ATF C真核生物的转录小结2、因子RNA聚合酶UBFTFAT第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞是生命活动的基本单位。细胞通过DNA的复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。它们还不断地“感知”环境变化，并对其作出特定的应答。细胞应答可以分为3个阶段：外界信息的“感知”，即由细胞膜到细胞核内的信息传递,染色质水平上的基因活性调控,特定基因的表达，即从DNARNA蛋白质的遗传信息传递过程

35、。2022/10/1172第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞是生命活动的基本第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2022/10/1173蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2022/10/1073第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2022/10/1174真核细胞主要跨膜信号传导途径第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2022/10/1074第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面受体与配体分子的高亲和力特异性结合，能诱

36、导受体蛋白构象变化，使胞外信号顺利通过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。受体分子活化细胞功能的途径主要有两条：一是受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号通过酪氨酸激酶途径得到传递；二是配体与细胞表面受体结合，通过G蛋白介异的效应系统产生介质，活化丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸激酶，从而传递信号。2022/10/1175第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面受体与配体分第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面的三类受体示意图第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控细胞表面的三类受体示意图第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2022/10/1177蛋白质磷酸化和GTP结合蛋

37、白参与的信号转导过程第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2022/10/1077第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控已发现蛋白激酶基因2000余个和1000个左右蛋白质去磷酸化酶基因。根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基可分为：丝氨酸/苏氨酸型；酪氨酸型；组氨酸型。根据是否有调节物参与蛋白激酶活性可分为两大类：信使依赖型（又分胞内信使、调节因子依赖型和激素或生长因子依赖型）非信使依赖型。2022/10/1178第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控已发现蛋白激酶基因200第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控的A激酶依赖于cAMP的蛋白激酶称为A激酶（PKA），它能把ATP分

38、子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。被A激酶磷酸化的氨基酸N端上游往往存在两个或两个以上碱性氨基酸，特定氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改变了这一蛋白的酶活性。在不同的细胞中，A激酶的反应底物不一样，所以，cAMP能在不同靶细胞中诱发不同的反应。2022/10/1179第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控的A激酶非活性状态的PKA全酶由4个亚基R2C2所组成，分子量约为150-170，调节亚基与cAMP相结合，引起构象变化并释放催化亚基，后者随即成为有催化活性的单体.

39、2022/10/1180第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控的A激酶糖原代谢时，激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质cAMP的合成2022/10/1181并活化A激酶，后者再将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解.过程并提供ATP。第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控1. 受cAMP水平调控第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控已经证实，许多转录因子都可以通过cAMP介导的蛋白质磷酸化过程而被激活，因为这类基因的5端大都拥有一个或数个cAMP应答元件（C

40、RE），基本序列为TGACGTCA。第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控已经证实，许多转录因子都第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控2. C激酶与PIP2、IP3和DAG该蛋白激酶活性是依赖于Ca2+的，故称C激酶（PKC）。IP3引起细胞质Ca2+浓度升高，导致C激酶从胞质转运到靠近原生质膜内侧处，并被DAG和Ca2+的双重影响所激活。DAG提高了C激酶对于Ca2+的亲和力。C激酶是一个7.7104的蛋白质，主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，具有一个催化结构域和一个调节结构域。与DNA结合以后还能解除调节区所造成的抑制作用，提高酶活性。2022/10/1183第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的

41、调控2. C激酶与PIP2、2022/10/1184激酶信号传递及基因表达示意图2022/10/1084激酶信号传递及基因表达示意图第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控3. CaM激酶及MAP激酶Ca2+的细胞学功能主要通过钙调蛋白激酶（CaM-kinase）来实现的，它们也是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，但仅应答于细胞内Ca2+水平。MAP激酶（MAP-kinase，ERKS）活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导。MAP-激酶活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化。2022/10/1185第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控3. CaM激酶及MAP3. CaM激酶

42、及MAP激酶能同时催化这两个氨基酸残基磷酸化的酶被称为MAP-激酶-激酶，它的反应底物是MAP激酶。MAP-激酶-激酶本身能被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同时被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，从而在信息传导中发挥功能。2022/10/11863. CaM激酶及MAP激酶2022/10/1086第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控4. 酪氨酸激酶（PTK）途径包括跨膜受体家族与胞质非受体家族两大类。受体类由胞外结合配体结构域、跨膜结构域和细胞质激酶结构域组成，其PTK活性受胞外结构域与配体的调节。配体与受体结合可诱导受体蛋白的二聚化，将受体胞质区酪氨酸残基磷酸化。非受体

43、酪氨酸激酶除有一段与前者同源的激酶结构域序列外，还有数个前体所不具备的保守区。2022/10/1187第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控4. 酪氨酸激酶（PTK因为Src亚家族非受体酪氨酸激酶以及许多PTK作用底物分子都存在被称为Src同源结构域（SH）的序列。所以又将激酶功能区称为SH1，而将另外两个区分别命名为SH2和SH3。SH2由约100个氨基酸残基组成，能与带有磷酸酪氨酸的蛋白质结合，SH3由约60个氨基酸残基组成，参与将前者定为于质膜内侧或与细胞骨架蛋白相互作用，与SH2结合无关。2022/10/1188因为Src亚家族非受体酪氨酸激酶以及许多PTK作用底物分子都在正常细胞中，p

44、p60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以头尾相连的缔合方式折入同一分子的SH2结构域中，从而抑制了PTK活性。pp60c-Src与靶分子PI3激酶，rasGAP等的缔合作用均涉及pp60c-SrcSH2结构域与PI3激酶及rasGAP分子上酪氨酸磷酸化区的结合。2022/10/1189在正常细胞中，pp60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控5. 蛋白质磷酸化与细胞分裂调控细胞通过p53及p21蛋白控制CDK（cyclin-dependent protein kinase）活性，调控细胞分裂的进程。P21蛋白过量时，大量周期蛋白（cyclin）E-CD

45、K2复合物与P21蛋白相结合，使CDK2丧失磷酸化PRb蛋白的功能。没有被磷酸化的PRb蛋白与转录因子E2F相结合并使后者不能激活与DNA合成有关的酶，导致细胞不能由G1期进入S期，细胞分裂受阻。2022/10/1190第四节 蛋白质磷酸化对基因转录的调控5. 蛋白质磷酸化与细胞如果细胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急剧下降，周期蛋白E-CDK2复合物就能有效地将PRb蛋白磷酸化。此时，PRb蛋白不能与E2F相结合，后者发挥转录调控因子的作用， 激 活2022/10/1191许多与DNA合成有关的基因表达，细胞从G1期进入S期，开始分裂。如果细胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急剧下

46、降，周期蛋CDK活性受双重调控没有周期蛋白，CDK无活性。随着周期蛋白的合成和积累，逐步形成周期蛋白-CDK复合物。CDK上的酪氨酸位点被磷酸化，掩盖了其ATP结合位点，ATP不能有效地与之相结合，CDK仍然无活性。CDK蛋白T-环中的苏氨酸位点被磷酸化，并将其酪氨酸位点上的磷酸基团去掉，其才能发挥生物学活性。同时，CDK蛋白还能使细胞中的磷酸酯酶磷酸化，以加速脱去自身酪氨酸位点上的磷酸基团。有生物活性的周期蛋白-CDK复合物能将DBRP磷酸化，激活泛素连接酶，把大量泛素加到周期蛋白上并使之迅速降解，CDK失活，新的周期开始。2022/10/1192CDK活性受双重调控2022/10/1092

47、2022/10/11932022/10/1093第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1. 组蛋白的乙酰化及去乙酰化1.1. 组蛋白的基本组成：组蛋白是组成核小体的基本成分，核小体是组成染色质的基本结构单元。1.2. 核心组蛋白的乙酰化与去乙酰化2022/10/1194第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1. 组蛋白的乙酰化及去第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1.3. 组蛋白乙酰基转移酶（HAT）2022/10/1195目前已发现的HAT有两类：一类与转录有关另一类与核小体组装以及染色质的结构有关。第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1.3. 组蛋白乙酰基转第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1.4. 组蛋白去乙酰化酶（HDAC）2022/10/1196组蛋白去乙酰化酶负责去除组蛋白上的乙酰基团。目前研究比较深入的是人类中的HDAC1和酵母中的Rpd3。它们都形成很大的复合体发挥作用。第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响1.4. 组蛋白去乙酰化第五节 蛋白质乙酰化对基因表达的影响2. 组蛋白的乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响组蛋白乙酰化的状态与基因表达有关。组蛋白N端“尾巴”上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它与DNA的亲和性，导致核小体构象发生有利于