分子生物学导论8基因表达调控

一

课后练习1、分子伴侣:广泛存在于原核生物和真核生物中的结构上互不相同的蛋白 2、信号肽:定义1：蛋白质中的一段特殊序列，将蛋白质引导到不同的部位。定义2：二、简答题1、蛋白质转运的两种2、简述信号肽作用机信号肽被信号肽识别粒子（SRP）辨认、结合；2）SRP 白体带到细胞膜的胞浆面3）SRP与SRP受体结合，膜蛋白的通道开放；4）信号肽带动蛋白质穿过膜；5）膜内，被信号肽酶切断， 3第一步,泛肽激活酶、泛肽载体蛋白、泛肽-蛋白连接酶共同作用下,先将泛素的活化，再将后续泛肽连接成串,第二步,多泛肽化标记的底物蛋白被26S蛋白第8第8：12原核生 表达调控总组成 （蛋白质诱导型（调节型 （蛋白质本底水平 表的表达包括转录和翻译两步过程 转录水平的调表达调 mRNA加工成熟水平调转录后水平的调翻译水平调transcriptionandtranslation）.多顺反子（polycistronicmRNA）:是一组相邻或相互的转录产物，是编码多个蛋白质的mRNA。 (operon)。它包括结构、位点、调节 为了区分调控过程中的调控成分和其调控的，又使用结构因(Structuralgene)和调控(Regulatorgene)的概念结构是编码蛋白质或RNA的任 结构编码大量结构和功能各异的蛋白质，包括结构蛋白、具有催化活性的酶和调控蛋白。调控(调节)是参与其 表达调控的蛋白质一种特殊的结构调控的关键是调控编码的蛋白质通过与DNA上的特异位的结合来调控转录这种相互作用可以通过正(Positive)调控的方式(打开的作用)和负(Negative)调控的形式(关闭的作用)来调控一个靶(gene)。它们在DNA上的位点通常但不是专一的位于目的的上游大多数细菌的表达调控依赖于区(operator),这是与启动子连接的一段序列，可控制的转录起始。区编码序列前面的区，它可结合阻遏物或活化物，从而控制的转录起始。通常位于的启动子后面，或与启动子阻遏蛋白/物或子转录起始点上游特定DNA序列（）上的结合蛋白，可RNA多聚酶开始合成mRNA,即1.2.1原 负转录调 产物是阻遏蛋白 结 的转负控诱导：阻遏蛋白、效应物不结合，不转录;结合，转负控阻遏 结合，不转录；不结合，转正转录调 产物是激活蛋白，激活结 的转正控诱导：效应物存在，活化激活蛋白，不转正控阻遏 灭活激活蛋白，不转录在负调在负调控中反式阻遏蛋白结到顺式作用子上，从而关闭转录

低葡萄糖、高乳糖、高cAMP时

阻遏蛋白与乳糖结合，不能 区结合 又称为。

CAP-cAMP正控

负控乳 子与负控诱导系1961年，Jacob和 子学 In1961JacobandMonodexploredtheideathatthecontrolofenzymeexpressionlevelsincellsisaresultofregulationoftranscriptionofDNAsequences.Theirexperimentsandideasgaveimpetustotheemergingfieldofmoleculardevelopmentalbiology,andoftranscriptionalregulationinparticular.JacobF,MonodJ.GeneticRegulatoryMechanismintheSynthesisofProtein.JournalofMolecularBiology,1961,3:318-356.FrancoisJacob、JacquesLucienMonod、Andre1965年医学或生理学JacquesL·Monod（1910—1976）François1931（1920.6—1934年，巴黎大学动物助教1936年，摩尔根学年1947。1950年莱沃夫1945年，巴斯德，71年任Lacβ-半乳糖苷 透过 乙酰基转移 围绕着乳糖子转录启始位点，阻遏蛋白和RNA聚合酶的结合区域相互。你你就是那半乳糖，扯走了我启动子前的阻遏蛋白。你 ，将要表达一万年爱——生物情当抑制因子（lactoserepressor）附着在子上时关闭。乳糖子中抑制因子与启动子的结合取决于细胞中是否存在异乳糖，异乳糖是乳糖子诱导物（inducer），它可与乳糖抑制因子结合使其脱离，随后RNA多聚酶接触启动子。当乳糖被消耗完 乳糖中抑制因子结合位点位于+11。抑制因子是一个同四聚体，它们成对附着在上动画动画1、Regulationlac22Lac3、I-lac色氨 子（Thetrp 排列为trpEDC2BA,其中trpGD和trpCF 甲酸合酶,trpD编码邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶,trpC编码吲哚甘油磷酸合酶,trpF编码异构酶,trpA和trpB分别编码色氨酸合酶的α和β亚基。trpE的上游 和162bp的前导序列组成。5个结构 子的结构有所不同,7个结构 中的6个依次排列为trpEDCFBA,存在于含有12个结构 子(arooperon),第7 ,trpG存在于叶酸合成 子中,该酶参与Trp和叶酸的合成。有2个启动子参与调控,一个位于arooperon的起始位置,另一个则位于trpE上游约200bp处。大肠杆

子位于25min )位于大肠杆菌色氨酸 子结构示意1、TrpR与结构TrpABCDE不连锁；2、启动子和结构间有前导序列3、子O在启动子 4、衰减子位于前导序列1、转录起始的调 遏蛋白-色氨酸复合 2×10-10mol/L,因此色氨酸供应短缺时，活化；色氨酸过剩时，与组遏因子结合，抑制转 表达的功能区域 导序列 2、衰减子(转录终止的 表达的功能区域 导序列 配对方式3-4区可以配对形成终止子结原核生物不依赖ρ因子的终止 结结构特征形成发夹结G-C-richregioninstemandU-run当培养基中Trp浓度很高时Trp-过两个相邻的色氨酸子,在4这样使2-3不能配对,3-4区可以配对形成终止子结构,转录停止培养基中Trp浓度很低时,Trp-tRNATrp也就少翻译通过两个相邻色氨酸子 始后行进至+90RNA聚合酶会越过+140的衰 个140bp长的引导RNARNAThe细菌的应急反

移酶→ppGpp→关闭许多（/打开氨基酸合成） 在正常的蛋白质合成中，氨酰-tRNA占据A位点是多肽转移酶转移多12染色质的空间变转RNA的加工成翻mRNA的降多肽链的加工修

时空对的表蛋白质的降真 结构和转录活断DNA水平上 表达调开放型活性染色质结构对 扩重排DNA甲基化 活性调DNA甲基DNA甲基化抑 转录的机DNA甲基化与 失“真核的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之前，染色质常会在或改变，本身局部结构的变化，从右旋型变成左旋型（Z-A）等，这些区A发2）扩增（geneamplification某一特异蛋白质的编码的拷贝数选择性地大量增加而其他并未按比例增加的过程，从而使细胞短时间内产生大量的在自然条件下，扩增是通过从切除的重复序列再在质粒中进行外或通过将核糖体RNA的全部重复序例如，在非洲爪蟾的细胞中原有rRNA（rDNA）约200个拷贝，在减数的粗期，这个开始迅速，到双200400010的12次方个核糖体，以满足期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。3）重排与交某从远离启动子的地方转移到距它很近的位点从而起始转录的现象。如：酵母交配型转换（ 转换）4）DNA甲基化与活性调DNA甲基化能关闭某些的活性，去甲基化则诱导的重新化和表达DNA甲基化抑制转录的机某些区域DNA构象变化，影响蛋白质与DNA相互作用，抑制转因子与启动区DNA的结合DNA甲基化与X失成染色较深的染色，通常位于巴氏小体就是性异固缩（细胞周期中与大部分染色质不同体育运动会上的鉴定主要采真核的转真核生物没有像原核生物那样的子结构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。顺式作用元件组成转录的调控区，影响的表达活性的调控主要通过反式作用因子（tran-actingfacto,通常是蛋白质）与顺式作用元件（ci-actingeleent,通常为DNA上的特定序列）相互作用而实现。顺式作用：任一不转变为任何其他形式的序列，它只在原位发挥序列的作用，它仅影响与其在物理上相连的DNA，有时顺式调节序列最终发挥作用的分子不是DN，而是RNA。顺式作用元件：位于旁侧序列（或内含子）、对表达有调节活性的A序列；这种序列通常不编码蛋白质，仅仅提供一个作用位点，与反式作用因子相互作用而参与表达的调控。反式作用：游离产物扩散至目标场所的过程。因此反式作用因子的编码与其识别或反式作用因子：由调节编码，调节是一种特殊的结构，其编码产物（或蛋）与顺式作用元件结合从而控制其他的表达。一段序列（顺式元件）Trans-acting真核生物的顺式作用元件主启动子、增强子（enhancer）、绝缘子（insulator）、调控序列、可诱导元件启动子 启动子元TATAbox:主要作用使转上游启动子元CAATbox和GCbox:控制转录起始的频率TFIID是惟一能独立且特异结合 启动子DNA的通用转录因子。它是种包含TBP和10个 TBP相关因子(或TAFⅡ)的多亚基蛋白启动子包括距离转录起始位点约—40到+50范围内的大部分DNA序列1．TATA框Hogness框，这一序列元件含有TATAAA共有序列。TATA框位于转录起始位点上游25bp～30bp处，能独立指导PolII在离体条件下的DNA模板或活体中转化的DNA模板上进行低水平转录。当一个激活因子结合到附近的调控元件时，TATA框就能够指导活化转录。TFIID中的TBP亚基和TATA框直接接触。TFIID与TATA框的合会导致其他转录因子的结合，形成多因子全酶。起始元件第二类启动子是起始子(Initiator,Inr，Smalel994)起始子在指导前起始复合体的形成、确定转录起始位点的位置和引导上游激活因子方面的作用，与TATA框相似，但不同的是它直接覆盖转录起始位点。3．下游 启动子元件下游 启动子元件(owteamcoeootereleent／P)是首先在果蝇中发现的7—核甘酸序列。P具有A／TG共有序列，并位于起始位点下游大约30处。现已发现P存在于许多(但非全部)果蝇启动子中，很可能也存在于许多哺乳类动物的启动子BeaKaoaga1996)。果蝇的P位于一个无A框的启动子中，并与r元件相联合指导转录的特异起始。FB识别元件FB与位于A框上游—32到—38之间的一个／C／／C共有序列特异性结合。目前已发现B在许多真核生物启动子中存在。基本转录机构哺乳动物的调控涉及到激活因子、抑制因子、基本转录机构和染色质之间复杂的相互作用。基本转录机构由PolII通用转录因子TFIIA,TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIH以及被无TATA盒、GCubx、转 增强子真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端性制元件。增强的是同它连锁的的转录频率增强子可位于的5’端、3’端或者的内含例1981Benerji SV40DNA SV40DNA/兔β－血红蛋白融合的表达水平↑组织和细胞专一性增强子：只在特殊下，才能发挥其功能诱导性增强子：这种增强子的活性通常要有特定的启动子参与例如：金属硫蛋白可以在多种组织细胞中转录，又可受类固醇激素、锌、镉和生长因子等的诱导而提高转录水平。 3绝缘子（insulator）:是长约几百个核苷酸对，通常位于启动子与正调控元件（增强子）或负控因子（为异染色质）之间的一种调控序列其明显特征是能够绝缘或保护启动子免受上游增强子的影响特性在增强子和启动子之间，阻断增强子对启动子绝缘子的作用具有方向性 （4）沉默子区。参与表达的负调控，与增强子、LCR（locuscontrolregions一些研究者认为，沉默子结合蛋白S的保持，是一种通过一段延展的区域影响染色质结构，从而调控转录的元件。1、转录基础因子（basalfactor）：所有启动子启动RNA合成时所必需的因子，与RNA聚合酶II结合形成一个围绕在起始位点周围的复合体，决定转录的起始位点.不具特异性；2、转录激活因子（activator）：特异性识别短共有序列元件的转录因子。能够提高基础转录复合体与启动子的结合效率，进而增加转录频率。录复合☆或启动子特异性结合调控蛋白，起始某个（类）转录辅激活因子（coactivator）与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有特异性调节因子：改变染色质的结1、转录基础因（basal2、转录激活因应答元件（response1一组受共同调控 ，具有相同的启动子元件，这一元件被一个调节作用的激活剂所识别，这一元件称为应答元2、分类（举例热休克应答元件（heatshockresponseelement糖皮质激素应答元件（glucocoriticiodresponseelement应答元件（serumresponseelement3位于启动子或增强子中，含有短的共有序列，每个应答元件能异的激活剂识金属硫蛋白：一个受多种途径进行调反式作用因子中的DNA识别或结合-80-30部分球蛋白5’调控区序列的保守性比-80-30小鼠 小鼠 兔 人人-人人对各种转录因子的序列进行比较，可发现其基序(motif)的共同点是都与结合。基序通常很短，仅为蛋白质结构中的一小部分。在蛋白质与转录装置相互作用中，负责激活结合，得到几组调节转录的蛋白质基团的详细信息。1．锌指结构(zinc锌指结构保守氨基酸的残基与锌离子结合，使中间的氨基酸残基回折成一种手指状结构，称为锌指。其基序含一个结合域。最早发现的锌指结构基序被TA因子识别，而聚合酶III转录5SA需要这种TI因子。在另一些转录因结构：保守序列：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-X3-His；Cys2/His2锌指，Cys2/Cys2锌指功能：锌指区负责识别并结合于上特异的目标位点。有两类与结合的蛋白质具有这种结构，即经典的锌指蛋白。锌指区结构都是以锌将一个α螺旋与一个反向平指环上的赖氨酸和精氨酸参与与DNA的结结合在DNA大沟中重复出现，所以结合牢固糖糖皮质激素特异3．螺旋—转角—螺旋(helix-turn-螺旋—转角—螺旋基序作为结合域最早发现于噬菌体的阻抑蛋白中。两个螺旋被一个转角隔开，一个—螺旋起识别作用，含有多个与相互作用的氨基酸残基，位于的宽沟中；另一个位于穿过的角中。 的一个序列。这种结构也存在于哺乳动物转录因子中同源框（hoobox）编码由60个氨基酸组成的结构结合蛋白中，与发育调控有关。4、螺旋—环—螺旋(helix-loop-从一些发育调节物及真核结合蛋白中发现的。共同基40-50（环）分开。螺旋区长15-16个氨基酸侧有疏水残基面，另一侧有带电残基构成的亲水面。两个-旋对应面上的疏水基团相互作用形成二聚体。相连的环多种，为12～28个氨基酸。与DNA接触的基序附近有一碱性区两个-螺旋由环连接，并形成二聚体亮氨酸拉链(Leucine由伸展着的氨基酸组成，氨基酸中每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基。一条多肽链的亮氨酸拉链与另一多肽链上的亮氨酸相互作用形成二聚体。每个拉链相邻部位是展开的正电荷残基，它们与结合。-螺旋螺旋-转角-几类真核生物特异性位点的DNA类别螺旋-转角-几类真核生物特异性位点的DNA类别激活灭活Antp、人人亲代细胞中激活HO螺旋-环-转录抑制因真核生物中同样存在如细菌中的 转录抑制现象。这些蛋白可与上游启动子元件或远离转录起始点的沉默子（silencerornegativeenhancer）结合。尽管有多种抑制域（与激活域相反）已被鉴定，但并未提出普遍性的模型（annaeandHann,1996）。有些抑制因子与普遍性转录因子互作影响前起表达，还有一些抑制因子的靶子为RNA多聚酶转录活化结构反式因子的不同转录GAL4DNA＋组蛋白→核小体结构→染色质形式调控特异DNA序列相结合的转录因子而进行。一个转录因子并不是作用于每个调控过程，而调控过（comiaorialcol）同的调控机构，以启动和关闭有关表达。其他水平上的转录调遗传突变和自然选择对表达进化的影利用面包酵母，PatriciaWittkopp和同事们开发Metzger说：“我们发现控制了TDH3表达、提高了表达差异的序列每个细胞生成相似数量的产物。”实验表明，自然选择不仅可以影响表达的水平，还影响了表达的一致性这种表达噪音(expressionnoise)的一致性通过改变细胞获得最有利的Wittkopp组成型剪真核生物转录后加工的多样简单转录单位：这类只编码一个多肽无内含子，不需转录后加工，无（）尾巴。与有关的组蛋白无内含子，不需剪接，3’要加poly（A）尾巴α-干扰素、酵母蛋白有内含子，需剪接，3’要加poly（A）尾巴只产生一个有功能的mRNAα和β-珠蛋白可变剪复合转录单主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质的，除了含有数目不利用多个5’转录起始位点或剪切位点产生不同的蛋白质小鼠肌球蛋白轻链利用多个加poly（A）位点和不同剪切方式产生不同的蛋白质高等真核生物免疫球蛋白M、D、E和G的H链虽无剪接，但有多个转录起始位点加poly（A）位点的，往产生不同5’末端的mRNA二氢叶酸还原酶、酵母乙醇脱氢RNA表MicroRNAMicroRNA与靶mRNAA(LongnoncodingA,lncA)是长度大于200。研究表明,lncA在剂量补偿效应(Dosagecompensatonfct)、表观遗传调控、细胞周期调控和细胞分化调控等作用编码蛋白的上游启动子区（橙色）转录，干扰下游（蓝色）的表达）与编码蛋白的转录本形成互补双链（紫色），干扰mRNA的剪切，形成不与编码蛋白的转录本形成互补双链（紫色），在Dicer酶的作用下产生与特定蛋白质结合，lncRNA转录本（绿色）作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体[5]作为小分子RNA（如miRNA、piRNA）的前体分子[5]RNA干扰（RNARNA干扰（RNAinterference）关smallinterfering是一个长20到2个核苷酸的双链，主要参与干扰（i）现象，以带有专一性的方式调节的表达。此外 生理学或医学解开沉默的十年谜 MarcBühler及其研究团队，阐明了小RNA介导的沉默谜团。他们的研究结果， 22年发现，小RNA分子可以关闭已经明确定义的组区域，这一发现被《Sciec》誉为当年年度突破。似一具让影响而接改NA。然而随着间的推移，科学家发现他们很难详细解释这背后的机制。称，一组称为Paf1复合体(Paf1C)的蛋白质——本身是RNA聚合酶复合体的一部分，可小RNA分子沉默组的一部分。当酵母中的Paf1C突变时，RN段可以用来关闭靶向组区域。Bühler说：“在我们的实验中，我们发现，沉默也保持在下一代，即使原来的RNA分子不再存在。所以我们发现的是一种完全的表观遗传学机制：我们可以改变跨代的表达，从而影响细胞的发育，而不直接改变DNA序列。”B点评说：“很有趣的是，我们现在可以利用RNA分子，以一种序列特异性的方式诱导表观遗传的RA为基础的疗法打开了新的途径。同时，一些众所周知的仍有待克服。”Fig.S9.AhypotheticmechanisticmodelforPms1–regulatedPSMSinThePMS1TtranscriptisedbymiR2118,andmore21-ntphasiRNAsareproducedin58SthanMH63underlong-dayconditionsbecauseoftheSNPS2(reddotasbaseT,blackdotasbaseG).TheaccumulationofphasiRNAseventua