第七章基因表达与调控

第七章基因表达与调控第一页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学2

基因表达就是将基因携带的生物信息释放出来，供细胞利用的过程，或将生物的遗传信息作为性状或特征表现出来的过程。无论是原核生物还是真核生物，其基因表达都进行严格有序的调控，以适应环境保证其正常生存。第二页，共九十七页，2022年，8月28日第一节基因的概念与发展第三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学4一、经典遗传学关于基因的概念①．孟德尔：

把控制性状的因子称为遗传因子。

如：豌豆红花(C)、白花(c)、植株高(H)、矮(h)。②．约翰生：

提出基因(gene)取代遗传因子。③．摩尔根：

对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和

染色体为主体的经典遗传学。

基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。第四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学5基因共性（按照经典遗传学关于基因的概念）：

基因具有染色体的主要特性：自我复制和相对稳定性，

在分裂时有规律地进行分配。

交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。

突变单位：一个基因能突变为另一个基因。

功能单位：控制有机体的性状。∴

经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。第五页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学6⑴.揭示遗传密码的秘密：基因

具体物质。一个基因

DNA分子上一定区段，携带有特殊遗传信息

转录成RNA或翻译成多肽链。⑵.基因不是最小遗传单位

更复杂的遗传和变异单位：

例如：在一个基因区域内，仍可以划分出若干起作用的小单位。二、现代遗传学关于基因的概念：第六页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学7⑶.

现代遗传学上认为：

①．突变子(muton)：性状突变时产生突变的最小单位。

一个突变子可以小到只有一个碱基对；如移码突变。

②．重组子(recon)：性状重组时，可交换的最小单位。

一个交换子可以只包含一个碱基对。

③．顺反子(cistron)：表示一个作用的单位，基本符合

通常所述基因的大小或略小。所包括的一段

DNA与

一个多肽链合成相对应；平均为500~1500个碱基对。第七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学8⑷．基因概念：

基因是DNA分子上带有遗传信息的特定核苷酸序列区段，这类遗传信息或者被转录为RNA，或者被翻译成多肽链，或者对其他基因的活动起调控作用。①.可转录一条完整的RNA分子或编码一个多肽链；②.功能上被顺反测验或互补测验所规定。分子遗传学保留功能单位的解释，而抛弃最小结构单位说法。基因：相当于一个顺反子，包含许多突变子和重组子。紫外灯下的DNA第八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学9

⑴．结构基因(structuralgene)：

指可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。三、基因概念的新发展：rRNA基因第九页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学10⑵．调控基因(regulatorgene)：

指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。lac调控基因第十页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学11⑶．重叠基因(overlappinggene)：

指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。ABCDEF第十一页，共九十七页，2022年，8月28日extron⑷．隔裂基因(splitgene)：

指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。

内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段；

外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。卵清蛋白基因第十二页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学13⑸．跳跃基因(jumpinggene)：

即转座因子，指染色体组上可以转移的基因。

实质：能够转移位置的DNA片断。

功能：在同一染色体内或不同染色体之间移动

引起插入突变、DNA结构变异（如重复、缺失、畸变）

通过表现型变异得到鉴别。

遗传工程：转座子标签法。玉米转座子现象第十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学14⑹.假基因(pseudogene):

同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因。真核生物中的血红素蛋白基因家族中就存在假基因现象。血红蛋白分子的四条多肽链第十四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学15Figure

Eachoftheα-likeandβ-likeglobingenefamiliesisorganizedintoasingleclusterthatincludesfunctionalgenesandpseudogenes第十五页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学16设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。

判断是属于同一基因的突变，还是属于不同基因的突变？

即判断是否属于等位基因？①．建立双突变杂合二倍体；

②．测定突变间有无互补作用。

㈠、互补作用：四、顺反测验及基因的精细结构第十六页，共九十七页，2022年，8月28日1．无互补作用：则个体表现为突变型，突变来自同一个基因，

只能产生突变的mRNA

形成突变酶和个体，

显示突变的表现型。第十七页，共九十七页，2022年，8月28日2．有互补作用：

突变来自不同的基因，则每个突变的相对位点上都有一个正常野生型基因最终可产生正常mRNA，其个体表现型为野生型。第十八页，共九十七页，2022年，8月28日本泽尔：提出顺反子，表示功能的最小单位和顺反的位置效应。3．互补测验（顺反测验）：根据功能确定等位基因的测验。

顺反测验：根据顺式表现型和反式表现型来确定两个突变体是否属于同一个基因（顺反子）。

顺式排列为对照（是两个突变座位位于同一条染色体上），其表现型

野生型。

实质上是进行反式测验（反式排列：是两个突变座位位于不同的染色体上）。

①

反式排列为野生型：突变分属于两个基因位点；

②

反式排列为突变型：突变分属于同一基因位点。第十九页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学20㈡、基因的微细结构：

本泽尔利用经典的噬菌体突变和重组技术

分析T4噬菌体rⅡ区基因的微细结构。

⑴．原理：

r+野生型T4噬菌体：侵染E.coliB株和K12株；

rⅡ突变型T4噬菌体：只侵染B株，不能侵染K12(λ)株。利用上述特点:

让两个rⅡ突变型杂交

侵染K12(λ)株，选择重组体r+

计算出两个r+

突变座位间的重组频率。第二十页，共九十七页，2022年，8月28日⑵．方法：两种rⅡ突变类型：rx、ry

r+rx

×

ryr+

↓混合感染

E.coliB株接种

B株K12(λ)株计数r+ry、rxr+

r+

r+r+

r+、rxry

仅生长一四种基因型种重组型均能生长第二十一页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学22r47r104r101r106r31r107⑶．结果：

①.重组值计算：

rxry的数量与r+r+相同，计算时r+r+

噬菌体数×2。

可以获得小到0.001％，即十万分之一的重组值。利用大量rⅡ区内二点杂交结果，绘制出rⅡ区座位间微细的遗传图：

1.3

1.0

1.6

1.9

1.6第二十二页，共九十七页，2022年，8月28日②.

rⅡ区有3000多个突变体，分为2种类型：

rⅡA、

rⅡB：两个rⅡA突变体混合K12无噬菌体繁殖两个rⅡB突变体混合K12无噬菌体繁殖

rⅡA

＋rⅡB突变体

K12噬菌体繁殖∴rⅡA与rⅡB区段可以互补，分属于不同基因座位。第二十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学24rRNA

如发生致死突变，不能形成核糖体，易死亡。tRNA

发生突变后，

多肽链改变。转录翻译蛋白质结构蛋白生物酶直接间接某段DNAmRNA性状五、基因的作用与性状的表现：第二十四页，共九十七页，2022年，8月28日

基因变异

直接影响蛋白质特性，表现出不同遗传性状。例如人的镰形红血球贫血症。

红血球碟形HbA

突变

HbS

HbC

红血球镰刀形血红蛋白分子有四条多肽链：

两条α链(141个氨基酸/条)；两条β链(146个氨基酸/条)。

HbA、Hbs、Hbc氨基酸组成的差异在于β链上第6位上氨基酸：

HbA第6位为谷氨酸（GAA、GAG)；

HbS第6位为缬氨酸（GUA、GUG)；

HbC第6位为赖氨酸（AAA、AAG）。1.结构蛋白：第二十五页，共九十七页，2022年，8月28日产生贫血症的原因：

单个碱基的突变引起氨基酸的改变导致蛋白质性质发生变化，直接产生性状变化。正常碟形红血球转变为镰刀形红血球缺氧时表现贫血症。HbA

HbS

HbC第二十六页，共九十七页，2022年，8月28日

2.酶蛋白：

例如：豌豆

圆粒(RR)

×

皱粒(rr)

F1

圆粒(Rr)

F21/4皱粒。

R基因酶蛋白淀粉分枝酶正常合成淀粉

r基因不合成酶无功能酶缺少一种淀粉分枝酶积累蔗糖和大量的水分

产生mRNA，产生多肽，有表型；∴基因产生tRNA、rRNA，无表型；不转录mRNA，但对其它基因起调控作用。第二十七页，共九十七页，2022年，8月28日第二节基因表达的调控第二十八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学29

一种生物的整套遗传密码可以比作一本密码字典

该种生物的每个细胞中都有这本字典。

为什么基因只有在它应该发挥作用的细胞内和应该发挥作用的时间才能呈现活化状态?

结论：必然有一个基因调控系统在发挥作用。基因调控主要在三个水平上进行：①.DNA水平；②.转录水平（最主要、最经济有效）；③.翻译水平。第二十九页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学30

一、原核生物的基因调控：第三十页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学31

无论是真核生物还是原核生物，其转录调节都涉及到调控蛋白和DNA元件的相互作用，而小分子等可以调节二者的相互作用。1.顺式作用元件：

是DNA上一段序列，只能调控同一条DNA序列上的基因。2.反式作用因子：调控蛋白可以自由地结合到其相应的多个靶标上。㈠、转录水平的调控:第三十一页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学32第三十二页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学33负调控：细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。

阻遏物与DNA分子结合阻碍RNA聚合酶转录使基因处于关闭状态；正调控：细胞中激活子激活基因转录过程的调控机制。

诱导物通常与蛋白质结合

形成一种激活子复合物

与基因启动子DNA序列结合

激活基因起始转录

使基因处于表达的状态。第三十三页，共九十七页，2022年，8月28日诱导作用（induction）：应答某种特定物质的出现而合成特定酶的过程。阻遏作用（repression）：应答某种特定物质的出现而关闭特定酶的合成过程。。如果某种小分子能够促使细菌产生酶，这种小分子物质就叫做诱导物（inducer），它一般是酶作用的底物。如果某种小分子能够阻止细菌产生酶，这种小分子物质就叫做辅阻遏物（corepressor），它一般是酶所催化合成的产物。第三十四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学35第三十五页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学36Figure

11.3

Controlcircuitsareversatileandcanbedesignedtoallowpositiveornegativecontrolofinductionorrepression.第三十六页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学37

正调控与负调控并非互相排斥的两种机制，而是生物体适应环境的需要，有的系统既有正调控又有负调控；

原核生物以负调控为主，真核生物以正调控为主；

降解代谢途径中既有正调控又有负调控；合成代谢途径中一般以负调控来控制产物自身的合成。第三十七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学38㈡、乳糖操纵元：

1.乳糖操纵元模型：

1961年，雅各布（JacobF.）和莫诺（MonodJ.）的操纵元模型：操纵元：细菌的主要基因调控单位，也就是转录单位。如：大肠杆菌乳糖代谢的调控需要三种酶参加：

①.-半乳糖酶：将乳糖分解成半乳糖和葡萄糖；

②.渗透酶：增加糖的渗透，易于摄取乳糖和半乳糖；③.转乙酰酶：

-半乳糖转变成乙酰半乳糖。

大量乳糖时：大肠杆菌三种酶的数量急剧增加，几分钟即可达到千倍以上，这三种酶能够成比例地增加；

乳糖消耗完：这三种酶的合成也即同时停止。第三十八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学392.乳糖操纵元的负调控：①.乳糖操纵元组成部分；②.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),

无乳糖时，基因不表达；③.野生型基因型(I+O+Z+Y+A+),

有乳糖时，基因表达；④.抑制基因突变(I－O+Z+Y+A+),

无乳糖时，基因组成型表达；⑤.操纵基因突变型(I＋OcZ+Y+A+),

无乳糖时，基因组成型表达。阻遏蛋白乳糖RNA聚合酶第三十九页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学403.乳糖操纵元存在的遗传证据：

⑴.遗传分析的三个基本假定：①.阻遏基因的产物是可以在细胞中扩散的反式调控元件；②.操纵子Ｏ是调控位点，不编码蛋白；③.Ｏ

位点需紧邻受其控制的结构基因，是顺式调控元件；通过性导产生局部二倍体，可以进行遗传验证。第四十页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学41⑵.阻遏蛋白的分离与鉴定：吉尔伯特（GilbertW.,1966）等利用阻遏蛋白超量表达突变型（regulatorQuantity，Iq）

分离出阻遏蛋白；

①.IPTG诱导Iq细胞，分离提取阻遏蛋白，用含有同位素标记的IPTG溶液透析，透析袋内外浓度不一样

提取物中含有与IPTG结合的物质，纯化分析证明具有蛋白特性。IPTG乳糖类似物第四十一页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学42②.沉降分析：

带有lacO序列的λDNA沉降系数为40S；阻遏蛋白复合物：沉降系数为7S；阻遏蛋白复合物(同位素标记)+λDNA序列：超速梯度沉降分析有同位标记的沉降系数为40S。③.序列特异结合：阻遏蛋白只与正常的乳糖操纵子（lacO）序列结合，而不与lacOc

的序列结合。第四十二页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学43⑶.蛋白的结晶分析：

刘毅斯（LewisM.，1996

)等成功地测定了阻遏蛋白的晶体结构，与诱导物以及与DNA

序列结合的结构。

阻遏蛋白：

360个氨基酸；

功能蛋白：

同聚四聚体。第四十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学44操纵元调控位点的精细分析：第四十四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学454.乳糖操纵元的正调控：

当有乳糖存在时，操纵子开启，基因进行表达。

当既有大量半乳糖又有葡萄糖时，基因表达将会怎样？

基因不表达，存在新的调节因子来控制乳糖操纵子开启，这个因子的活性与葡萄糖有关。

葡萄糖可使腺苷酸环化酶活性降低；而腺苷酸环化酶能将ATP转变成cAMP。第四十五页，共九十七页，2022年，8月28日

cAMP又与代谢激活蛋白(cataboliteactivatingprotein,CAP)结合形成cAMP-CAP复合物，作为lac操纵子正调控因子。当cAMP-CAP复合物二聚体插入到lac特异启动子序列时使DNA构型发生变化，而RNA聚酶与该新构型的DNA结合紧密，转录效率高。葡萄糖抑制操纵子的原理：

葡萄糖

腺苷酸环化酶活性降低

ATP无法转变成cAMP

不能形成CAP-cAMP复合蛋白

RNA酶无法结合在DNA上

基因不表达。第四十六页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学47第四十七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学48第四十八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学49㈢、色氨酸操纵元：

1．色氨酸操纵元模型：

由雅各布（JacobF.）和莫诺（MonodJ.）提出，典型的合成代谢途径操纵元模型。操纵元：包括色氨酸合成有关的5种酶的结构基因；

大量色氨酸时：大肠杆菌5种酶的转录同时受到抑制；

色氨酸不足时：这５种酶的基因开始转录；

色氨酸：作为辅阻遏物而不是诱导物参与调控结构基因的转录。∴trp操纵元是一个典型的可阻遏操纵元模型(repressible

operon)。第四十九页，共九十七页，2022年，8月28日色氨酸操纵元模型结构：5种结构基因：trpE、D、C、B、A；调控结构：启动子、操纵子、前导序列、衰减子/弱化子；阻遏物trpR基因：与trp操纵元相距较远；第五十页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学512.色氨酸操纵元的负调控：

⑴.阻遏调控：

trpR基因编码无辅基阻遏物

与色氨酸结合

形成有活性的色氨酸阻遏物

与操纵子结合

阻止转录；

色氨酸不足：阻遏物三维空间结构发生变化

，不能与操纵子结合，操纵元开始转录；

色氨酸浓度升高：色氨酸与阻遏物结合，空间结构发生变化，可与操纵子结合，阻止转录。

色氨酸操纵元的阻遏调控能力较低，还需其他的调控途径补充。第五十一页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学52⑵.弱化子调控：弱化作用/衰减作用

当有色氨酸存在而trp操纵元受抑制时，仍有一段前导序列发生转录，可能存在另一种的机制来抑制trp操纵元的转录？色氨酸高浓度存在时，转录的前导序列140bp长，其中有一28bp的弱化子区域；形成发夹结构，为内部终止子，RNA酶从DNA上脱落；

色氨酸低浓度或不存在时，RNA聚合酶能通过弱化子区域，转录完整的多顺反子mRNA序列；

问题：弱化子如何进行调控？第五十二页，共九十七页，2022年，8月28日前导序列可翻译出一段14个氨基酸的短肽，在该短肽的第10、11位置上是两个色氨酸密码子；两个密码子之后是一段mRNA序列，该序列可分为四个区段，区段间可互补配对，形成不同的二级结构。第五十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学54原核生物为边转录边翻译，前导序列中核糖体位置决定形成哪种二级结构从而决定弱化子是否可形成终止信号。

①.当有色氨酸时，完整翻译短肽

核糖体停留在终止密码子处，邻近区段2位置

阻碍了2,3配对

使3,4区段配对形成发夹结构终止子

RNA酶在弱化子处终止，不能向前移动。第五十四页，共九十七页，2022年，8月28日②.如缺乏色氨酸，核糖体到达色氨酸密码子时

由于没有色氨酰tRNA的供应

停留在该密码子位置，位于区段1

使区段2与区段3配对

区段4无对应序列配对呈单链状态

RNA聚合酶通过弱化子，继续向前移动，转录出完整的多顺反子序列。第五十五页，共九十七页，2022年，8月28日苏氨酸在前导肽中有8个苏氨酸密码子存在，组氨酸则有7个组氨酸密码子存在，核糖体停留在这些位置时，弱化子不产生发夹结构，结构基因开始转录。

细菌弱化子的作用是许多关键氨基酸生物合成所共有的一种调控机制；在苏氨酸、组氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸等操纵元的前导肽中均有弱化子存在，具有多个相应氨基酸密码子供核糖体停留。第五十六页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学57（四）、翻译水平的调控：

①.反馈调控机制(feedbackregulation)：大肠杆菌核糖体蛋白合成的自我调控：

E.coli有

7个参与核糖体蛋白合成的操纵元结构

转录的各种mRNA都可与同一操纵元编码的核糖体蛋白识别结合；如果其中有一种核糖体蛋白过量累积，它们将与其自身的mRNA结合阻止进一步翻译。

结合位点：

起始密码子序列、Shine-Dalgarno序列（mRNA翻译起始信号上游的一段5’-AGGAGGU-3’保守序列，与16SrRNA3’端保守序列互补配对）。第五十七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学58Figure

11.18

Translationofther-proteinoperonsisautogenouslycontrolledandrespondstothelevelofrRNA.第五十八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学59②.反义RNA(antisenseRNA)的调控：

原核生物中mRNA的翻译（转录后）也受反义RNA的调控。

作用机制：反义RNA与mRNA的5’端非翻译区UTR片段互补配对，使mRNA不能有效地与核糖体结合；在其他区域形成双链，改变构象。真核中也可阻止RNA的转录或加工。

真核细胞中导入反义RNA基因

控制真核生物基因表达。如将乙烯形成酶基因的反义RNA导入番茄，延长了番茄常温贮藏期。第五十九页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学60Figure

11.16Secondarystructurecancontrolinitiation.OnlyoneinitiationsiteisavailableintheRNAphage,buttranslationofthefirstcistronchangestheconformationoftheRNAsothatotherinitiationsite(s)becomeavailable.③.RNA二级结构的调控：第六十页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学61

二、真核生物的基因表达调控第六十一页，共九十七页，2022年，8月28日真核生物与原核生物的调控差异第六十二页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学63真核生物与原核生物的调控差异1.调控目标不同。原核：适应外界环境。真核：适应内外环境、个体发育、组织器官分化。2.细胞和基因组结构不同。原核：无核膜，转录和翻译同时进行；基因组是近于裸露的DNA，基因组小，重复序列少；真核：有核膜，细胞核与细胞质分开，转录和翻译分开进行（剪接）；基因组为多级螺旋结构的染色体（染色质结构的变化）；基因组大，重复序列多（拷贝数）。3.协同调控的主要方式不同。原核：操纵元调控；真核：调节蛋白对多个分散位点的调控，存在同一染色体上不同基因间的调控，也存在不同染色体之间的基因调控。

真核生物基因调控远比原核生物复杂，包括染色质水平、DNA水平、转录水平和翻译水平的调控。第六十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学64（一）染色质水平的调控1.异染色质化：

真核生物可改变染色体某一区域异染色质化程度而控制基因的表达。

功能性异染色质指在某些特定的细胞中，或在一定的发育时期和生理条件下凝聚，由常染色质变成异染色质。

人类巴氏小体（箭头）：

女性的一个X染色体异染色质化关闭其上携带基因的表达。剂量补偿第六十四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学652.组蛋白修饰和非组蛋白的作用

组蛋白的修饰作用包括甲基化、乙酰基化和磷酸化，其中最主要的方式是赖氨酸残基上的氨基乙酰化。组蛋白的作用本质是真核基因调节的负控制因子。非组蛋白数量多，并具有组织特异性，表明非组蛋白在基因表达的调节、细胞分化的控制以及生物的发育中起很重要的作用。3.核基质结合区（matrixassociationregion,MAR）

或称为骨架附着区（scaffoldattachedregion,SAR）第六十五页，共九十七页，2022年，8月28日Figure

21.36

Domainsmaypossessthreetypesofsites:insulatorstopreventeffectsfromspreadingbetweendomains;MARstoattachthedomaintothenuclearmatrix;andLCRsthatarerequiredforinitiationoftranscription.Anenhancermayactonmorethanonepromoterwithinthedomain.第六十六页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学67

1.基因剂量与基因扩增：

①.拷贝数增加：如合成大量组蛋白用于形成染色质，多数细胞具有数百个蛋白基因拷贝；

②.基因扩增：两栖动物卵母细胞大小是正常体细胞的一百万倍，需要合成大量蛋白质，所以需要大量核糖体。rRNA基因通过形成大量小环及复制滚环，数目临时增加了4000倍，600→2×106。（二）、DNA水平的调控第六十七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学68基因重排：是指DNA分子核苷酸序列的重新排列。

哺乳动物一般可产生106种抗体分子，比整个基因组基因数目还多，人类的抗体基因约有

300个，为什么？抗体分子结构：

重链H：440个氨基酸；

轻链L：220个氨基酸。

重链和轻链：

由变异区V和非变异区C组成；均由二硫键连接。第六十八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学69抗体基因的结构：重链包括4个片段：（人类第14号染色体上）

86个重链变异区段(VH)；30个多样区片段(D)；

9个连接区片段(J)；11个恒定区片段(C)；轻链有3个片段；

(第2号和第22号染色体上)轻链变异区(VL)；连接区(J)；恒定区(C)；第六十九页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学70

所有的抗体并不是由一个完整的基因来编码，而是由不同的基因片段经重排连接而成的。随着B淋巴细胞发育，基因组中抗体基因在DNA水平发生重排，形成编码抗体的完整基因，一个淋巴细胞只有一种组合的抗体基因。由于抗体基因重排中各个片段间的随机组合，因此

300个抗体基因产生

108种抗体。第七十页，共九十七页，2022年，8月28日3.DNA甲基化：在真核生物中，少数胞嘧啶在C5的位置上的H被甲基所取代，发生甲基化后的胞嘧啶仍可渗入复制的DNA中。甲基化酶可识别一条链上半甲基化，使另一条链也甲基化。

CG序列中发生甲基化的频率较高，许多真核生物基因的5’端非编码序列富含CG序列，为甲基化提供位点。甲基化可降低转录效率。第七十一页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学72一些基因在所有细胞中都呈现活跃状态，为组成型表达，称为看家基因(housekeepinggene)。另一些基因则在不同细胞或组织中呈现高度表达，受到一定的调控，称为特异表达基因。1.启动子和转录因子：启动子(promoter)：转录因子和RNA聚合酶的结合位点，位于基因上游某一固定位置，紧接转录起始点，是基因一个组成部分。转录因子(transcriptionfactor，TF)：

激活真核生物基因转录的一系列蛋白质。分为通用转录因子和激活子。（三）、转录水平的调控：第七十二页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学73启动子结构（真核生物）：

TATA盒(TATAbox)：RNA酶识别并结合位点；

CAAT盒(CAATbox)：转录起始起重要作用；

GC盒(GCbox)：增强子作用。第七十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学742.转录强化子(增强子，transcriptionalenhancer)：

强化子：是真核生物基因转录中另一种顺式调控元件，常位于启动子上游700~1000bp处，离转录起始点较远，可提高转录效率。转录强化子的存在，使基因转录只有在适宜转录因子存在时进行，并能对细胞内外的信号作出反应，可以满足细胞分化的需要。第七十四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学75强化子的功能：

①.与转录激活子结合，改变染色质构型；

②.使DNA弯曲形成环状结构，使强化子与启动子直接

接触，以便使转录因子、转录激活子和

RNA聚合酶

一起形成转录复合体，利于转录反应，提高转录效率。第七十五页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学76

③.转录强化子可提高不同的启动子的转录效率，同一时间里，一个强化子只与一个启动子起作用，具体作用取决于启动子与强化子竞争性互作。如：人血红蛋白基因，控制胎儿γ链和成人β链两基因共用同一个强化子，强化子与不同的启动子结合导致不同的基因表达。第七十六页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学773.激活子：

两个功能域：

①.

强化子结合的DNA结合区域(DNA-bindingdomain)；②.

转录复合体中的蛋白质互作的反式调控激活区域

(trans-activatingdomain)。

DNA结合域的三维构型(motif)：

①

α-螺旋－转角－α-螺旋(helix-turn-helixHTH)；

②

锌指(zincfinger)；

③

碱性亮氨酸拉链(basicleucinezipperbZIP)。第七十七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学78

不能单独折叠或与DNA结合，只是

DNA结合蛋白的一部分，构型以外的氨基酸在控制和识别DNA具有重要的作用；许多控制真核生物发育的基因都具有HTH构型，几乎所有真核生物所具有的同型异位盒(homeobox)。α-螺旋－转角－α-螺旋(HTH)：第七十八页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学79

锌指结构：基因调控的转录因子存在于致癌基因、果蝇控制发育的基因、受生长因子和分化信号诱导合成的蛋白质序列中；锌指区域：由二个Cys簇及二个His簇组成；保守序列Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His；

锌指蛋白：2~13个手指，各由23氨基酸组成，并由7~8个氨基酸连接；与DNA大沟结合并环绕DNA分子，大沟与特异DNA碱基互作。第七十九页，共九十七页，2022年，8月28日碱性亮氨酸拉链(bZIP)：

可形成蛋白质－蛋白质二聚体的亮氨酸拉链(leucinezipper，LP)；具有35个氨基酸残基，其中有4个亮氨酸，每隔7个氨基酸出现一次，形成α-螺旋时，每两圈伸出一个亮氨酸，由亮氨酸残基间的疏水作用力形成一条拉链，产生蛋白质二聚体；碱性α-螺旋与DNA磷酸残基和碱基互作，二聚体

剪刀结构。第八十页，共九十七页，2022年，8月28日yeastone&twohybridassay第八十一页，共九十七页，2022年，8月28日Figure

22.12

Theactivityofaregulatorytranscriptionfactormaybecontrolledbysynthesisofprotein,covalentmodificationofprotein,ligandbinding,orbindingofinhibitorsthatsequestertheproteinoraffectitsabilitytobindtoDNA.第八十二页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学83酵母菌半乳糖代谢的正调控（蛋白质之间相互作用）：图18-40

第八十三页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学84第八十四页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学85激素诱导模式：

真核生物内的调控信号来自体内激素，这些可扩散的物质称反式作用因子。第八十五页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学864.选择性启动子：

有些真核生物基因具有两个或两个以上的启动子用于在不同的细胞中表达，具有独立的转录调控（不同的启动子可产生不同的初级转录产物和相同的蛋白质编码序列）。

如果蝇的乙醇脱氢酶基因分别具有幼虫和成虫启动子。

第八十六页，共九十七页，2022年，8月28日5.选择性mRNA切割：

同一初级转录产物在不同的细胞中用不同方式进行切割加工，形成不同的成熟mRNA分子，使蛋白质含量或组成上都可能不同。例，老鼠的α－淀粉酶基因，肝脏和腺体中的不同切割，外显子Ｓ和Ｌ分别成为腺体和肝脏mRNA的前导序列，形成不同mRNA以不同的速率翻译成蛋白质。第八十七页，共九十七页，2022年，8月28日东北农业大学88㈢、翻译水平的调控：

1.翻译多肽过程的调控：

真核生物的许多组织或细胞中，经转录的mRNA受抑制不能翻译成多肽，以失活的状态贮存。如植物种子在发芽的早期阶段，虽没有mRNA的合成，但有蛋白质的合成。海胆卵内mRNA在受精前不能进行翻译，受精后的蛋白质合成速率猛增。