分子生物学真核生物基因表达调控

分子生物学真核生物基因表达调控第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五教学要求掌握转录因子重要的结构域第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第2节真核生物转录因子主要内容第1节真核生物转录调控概述第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第1节真核生物转录调控概述一、真核基因结构二、真核生物基因表达调控的特点三、真核生物基因表达调控的种类四、真核生物转录调控顺式作用元件五、反式作用因子第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。一、真核基因结构第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。二、真核生物基因表达调控的特点第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五真核生物基因表达调控与原核的共同点：

基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要；在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五8

真核生物基因表达调控与原核的不同点：1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化；3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平的升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。二、真核生物基因表达调控的种类第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控转录水平调控转录后水平调控翻译水平调控蛋白质加工水平的调控第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五单林娜制作11

第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五四、顺式作用元件定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例：启动子、增强子、沉默子等（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。（2）能从启动子的上游或下游数千个碱基处激活转录的序列元件（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五五、反式作用因子1.定义：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。TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五（1）基本转录因子（TF）

是指能够在启动子部位与核心序列TATA盒和RNAPolⅡ结合，形成转录前起始复合物（PIC）的一类调节蛋白，以起动转录。

与RNA聚合酶(RNAPolⅡ)结合的(基本)转录因子有：

TFⅡA，TFⅡB，TFⅡD，TFⅡE，TFⅡF，TFⅡH,TFⅡJ等。

首先由TFⅡD与启动子TATA盒结合，然后按一定的时空顺序依次结合RNAPolⅡ和其它转录因子，形成PIC。

第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五(2)转录调节因子

这类调节蛋白能识别并结合转录起始点上游的调控序列或远端的增强子元件，通过蛋白质-DNA相互作用而影响转录活性。

起激活转录作用——转录激活因子；起阻遏转录作用——转录阻遏因子。（3）共调节因子

另有一类与转录调节因子发生蛋白－蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，影响转录活性，称共调节因子。

如果与转录激活因子有协同作用——共激活因子；与转录阻遏因子有协同作用——共阻遏因子。第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五1

转录因子结构域

(1)DNA-bindingdomainsDNA-结合结构域

(2)Dimerizationdomains二聚体结构域

(3)Transcriptionactivationdomains转录激活结构域

(4)Repressordomains阻抑物结构域2

转录调控的靶位点

第2节真核生物转录因子SectionN:Regulationoftranscriptionineukaryotes第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五单一基因的转录是通过许多不同因子与转录序列的上游或下游的调控元件相互作用进行调节。GeneXStartsite+1Regulatoryelements

tobindtranscriptionfactors第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Example:Themetallothionein(MT,金属硫蛋白)geneThemetallothioneinprotectsthecellagainstexcessconcentrationsofheavymetals,bybindingthemetalandremovingitfromthecell.Thegeneisexpressedatabasallevel,butisinducedtogreaterlevelsofexpressionbyheavymetalions(suchascadmium，镉)orbyglucocorticoids(糖皮质素).第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五转录因子一般特性能特异结合一些启动子位点激活或抑制转录第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Transcriptionfactors–domainstructure

TranscriptionfactorPdr1第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五(1)DNA-bindingdomains

DNA结合结构域Thehelix-turn-helixdomain

螺旋-转角-螺旋结构域Thezincfingerdomain

锌指结构域Thebasicdomain

碱性结构域

第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thehelix-turn-helixdomain螺旋-转角-螺旋结构域含有一60个氨基酸组成的同源域结构，是有一段称为同源框序列编码。HTH的基本结构是两个α螺旋被一个转角结构分开。α螺旋由短肽链组成，肽链的氨基酸顺序因不同的转录因子而不同。其中一个α螺旋识别特异的顺式作用元件上的DNA序列，另一个α螺旋则结合在DNA上，调控基因的转录。

第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thehelix-turn-helixdomain螺旋-转角-螺旋结构域Therecognitionhelix识别螺旋部分位于大沟中，跟DNA相互作用。仅一个氨基酸残基的改变就能改变DNA结合的特异性。第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thehelix-turn-helixdomain第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thezincfingerdomain锌指结构域C2H2zincfinger：有一个12个氨基酸的环，由两个半光氨酸和两个组氨酸与一个锌离子形成一个四面体的结构。这种锌指结构折叠成一个紧密的结构，由两条β-链和一个α螺旋组成。第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thezincfingerdomain第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Cys2/Cys2锌指Cys2/His2锌指见于甾体激素受体见于SP1，TFⅢA等第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五转录因子SP1（GC盒）、连续的3个锌指重复结构。第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thebasicdomain

碱性结构域跟二聚体结构域中的一个单体相连。Basicleucinezipper

碱性亮氨酸拉链Basichelix-loop-helix

碱性螺旋-环-螺旋跟DNA相互作用第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五(2)Dimerizationdomains

二聚体结构域Leucinezippers

亮氨酸拉链Thehelix-loop-helixdomain

(HLH)螺旋-环螺旋结构域第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五一段肽链中每隔7个AA

即有一个Leuα螺旋亲水面：亲水AA组成

疏水面：Leu组成（亮氨酸拉链条）可形成二聚体（发挥作用）（同二聚体/异二聚体）DNA的结合域：拉链区以外结构亮氨酸拉链第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Leucinezippers

亮氨酸拉链basicleucinezipper(bZIP)碱性亮氨酸拉链在亮氨酸拉链的N端含有一个碱性DNA结合结构域。形成一个对称的结构，与对称的DNA识别位点发生作用，像个夹子夹在DNA上。第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五34

亮氨酸拉链结构二聚体亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。肽链氨基端20～30个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合。第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thehelix-loop-helixdomain

(HLH)螺旋-环螺旋结构域在每隔单体蛋白中两个α螺旋被一个非螺旋的多态环分开。C端α螺旋一侧的疏水残基可以二聚化。第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Thehelix-loop-helixdomain

(HLH)螺旋-环螺旋结构域HLH结构域经常跟碱性结构域相连，跟DNA相互结合。碱性HLH蛋白跟bZIP形成异型二聚体。第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五4、碱性-螺旋-环-螺旋第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五二聚体

螺旋区域环二聚体形成的螺旋-环-螺旋蛋白a：b

第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五(3)Transcriptionactivationdomains转录激活结构域Acidicactivationdomains

酸性激活结构域Glutamine-richdomains

富含谷氨酰胺结构域Proline-richdomains

富含脯氨酸结构域第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Acidicactivationdomains

酸性激活结构域富含酸性氨基酸存在许多转录激活结构域yeast

Gcn4

and

Gal4mammalian

glucocorticoid