基因表达的概念及特点.ppt

1、a，1、基因表达的概念和特征、概念：基因表达是基因转录和翻译的过程。 真核生物的表达调控与原核生物的差异： (1)染色体结构不同(2)原核生物具有正调和负调兼顾的特征，真核生物主要为众所周知的正调控(3)原核生物的转录与翻译耦合，原核生物的转录与翻译在时空上分离(4)多细胞真核生物，其、a、2、真核生物基因的表达调控特征、基因表达时、空特异性时间特异性(temporal specificity，阶段特异性stage specificity ) :在功能上，某些特定基因的表达在特定时间序列上严格发生。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称为阶段性特异性空间特异性(special specifici

2、ty，细胞或组织特异性tissue specificity ) :在个体生长的全过程中，某些基因产物按不同的组织空间顺序出现。 a，3，多阶段控制，DNA 转录控制hnRNA 加工控制mRNA 转录控制mRNA mRNA分解控制蛋白质失活mRNA 蛋白质活性控制： 翻译调控，活性蛋白质，核，细胞质，a，4，真核生物基因表达调控染色体水平的DNA水平调控转录后加工的翻译水平调控翻译后水平，a，5，染色体水平调控，染色质结构：基本结构为核小体。 细胞中的状态： (1)密压缩(2)被阻碍的状态(3)激活状态(4)被激活状态的色素蛋白化，a、6、a、7，组蛋白对基因活性的影响，样品模型(pre-emp

3、tymodel):确定基因能否转录转录因子首先与DNA的特定部位结合，基因正常转录，而组蛋白与DNA的特定部位结合后，就会形成核小体，转录停止。 (2)动态模型(dynamic model ) :转录因子和组蛋白处于动态竞争，基因转录前的染色质必须经历结构性变化，即染色质的重构。 在染色质重建过程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时拆除核小体。a、8、组蛋白的乙酰化-脱乙酰化、蛋白质的乙酰化和脱乙酰化是蛋白质活性调节的重要形式，乙酰化和脱乙酰化可以改变染色质结构和转录因子的活性，调节基因转录的活性。 组蛋白乙酰化和脱乙酰化开启或关闭某个基因，增强或抑制某个基因的表达。 组蛋白的8个亚基有32

4、个潜在乙酰化部位。a，9，(1)组蛋白的乙酰化能减少组蛋白表面的正电荷，组蛋白和DNA的结合能力降低，引起核小体的解离，阻止核小体的组装，使染色体处于松弛状态，使转录因子和RNA聚合酶很好地结合在DNA上，促进基因转录(2) 组蛋白乙酰化是多种转录控制蛋白相互作用的“识别信号”，如H4组蛋白的乙酰化作用将TFIID指示和吸引到相应的启动子上，促进转录前起始复合体的组装(3)细胞分裂期，组蛋白的乙酰化对细胞周期和细胞分裂的控制组蛋白乙酰化-乙酰化的生物功能，a，10，组蛋白(NHP )，组蛋白多为磷酸蛋白，通过磷酸化/磷酸化修饰调节细胞代谢、生长、增殖、变异等，可在核内接收外来信号，构成核内信息

5、传递系统，基因发生a，11，核基质(nuclea matrix )，特征： (1)限定DNA环状结构域大小(2)控制各种核基质蛋白质之间的相互作用，控制染色体组装程度，调节DNA的复制和转录(3)可能存在有基因的增强因素(4) 可能有DNA复制的起始部位定义：核基质是由3-30nm的微丝组成的网络状骨架蛋白，主要成分是DNA拓扑异构酶、核基质蛋白和多种DNA结合蛋白，含有少量的RNA。a、12、染色质丧失基因扩增基因的转位、其他染色体水平上的基因表达调控方式、a、13、染色质丧失、典型例：马回虫、染色质丧失：在细胞分化过程中，是一种消除某种基因活性的方式，从细胞中去除该基因。 在一部分原生动物

6、、昆虫、甲壳类动物的细胞分化过程中会失去一部分染色体。 受精卵2，a，14，基因扩增，典型例子：非洲蟾蜍，基因扩增：一种基因拷贝数特异性增加的现象，细胞短期内产生大量的基因产物以满足生长发育需要。a，15，基因重排，典型例子：哺乳动物免疫球蛋白，免疫球蛋白基因定位，基因重排：基因组中不同位置的DNA通过剪接重组结合，可以产生具有新功能的基因。 a，16，基因重排，人Ig基因结构注： (1)L :先导序列基因片段v :可变区域基因片段d :多样性区域基因片段j :连接区域基因片段c :一定区域基因片段* :伪基因(2)内含子区域的数字表示DNA长(kb )。 (3)各CH基因由一个区段表示，实际

7、上包含几个外显子、a、17，2 DNA水平调控的DNA甲基化(DNA Methylation )将哺乳动物基因中5-CG- 3序列中c-5的甲基化CpG甲基化5-CG- 3序列是使处于表达状态的基因部位的染色体保持在适当的包装水平的重要化学修饰序列。 基因序列中的CpG密度达到10/100bp时，称为CpG岛。 图：具有家族基因的CpG岛及其启动子、a、18、DNA甲基化和转录抑制、甲基化程度高，基因转录抑制的调控能力强。 甲基化解除(undermethylated ) :基因转录激活、a、19、雌性胎生哺乳动物细胞中两个x染色体之一在发育初期随机失活(异染色质化)。 染色质中的CpG被高度甲

8、基化，基因不转录。 DNA甲基化和x染色体失活、a、20、甲基化通过两种方法控制基因的表达；(1)甲基化增强或减弱DNA与调节蛋白的相互作用；(2)甲基化改变DNA的正常配置。a、21、三真核基因转录水平的调节、顺式作用元件(cis-acting element )反式作用因子(trans-acting Factor )、a、22、顺式作用元件是具有调节功能的特定DNA序列或影响自身基因表达活性的DNA序列基因同一DNA分子上的顺式作用元件类型： (1)启动子：三种(2)增强子： (3)消音器：负调节元件，发挥阻止作用。 (4)绝缘体(insulator，boundary element):位

9、于真核基因及其控制区的DNA序列。 顺式作用元件、a、23、顺式作用元件、启动子真核生物的启动子分为3种，分别由三种RNA聚合酶识别的I种启动子II种启动子III种启动子，a、24、hnRNA是mRNA的前体， snRNA是从hnRNA到mRNA的参与过程，a、25、顺式作用元件、核心启动子上游元件、TATA框起始密码(Inr )、下游启动元件(DPE )、TFIIB识别元件(BRE )、II型启动子、a、26、顺式作用元件、I型启动子I种启动子中，以转录开始点为中心的核心元件和-100bp的上游控制元件、a，27、顺作用元件、III种启动子在基因内部，a，28、增强子Enhancer在离开转

10、录开始点(上游或下游)时最初是在DNA病毒SV40的基因组中发现的。特性： (1)增强连接基因从正确起始部位的转录活性；(2)增强子无论在下游还是上游都可以激活转录；(3)无论是下游还是上游，均能发挥从起始部位离开1Kb以上的功能29增强子的核心序列： (G)TGGA/TA/TA/T(G )，顺式作用元件，a，30，增强子的作用机制： (1)为转录因子提供进入启动子区域的部位；(2)改变染色体结构图像，沉默子：负型调节元件，发挥抑制作用。 绝缘体(insulator，boundary element):是真核基因及其控制区的DNA序列。 功能阻止作用于染色质的传递，把染色质的活性限定在域内。

11、顺式作用因子、a、31、反式作用因子、反式作用因子：能识别和结合DNA上顺式作用因子的蛋白质因子或复合体。 作为通用或基本转录因子的RNA聚合酶与启动子结合所需的一组蛋白因子。 例如，TFA、TFB、TFD、TFE等。 特异转录因子(special transcription factors)个别基因转录所需的转录因子。 OCT-2 :在淋巴细胞中特异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。 a、32、转录水平的控制、基因转录的控制需要顺序逆因子、蛋白质间的相互作用，a、33、顺式作用元件和逆作用因子的相互作用1控制蛋白质通过多聚物(2，4 )结合，转录水平的控制、a、34， 基因转录调控元件与

12、反作用因子的相互作用2 cis-factor相互作用Looping hypothesis两个不同DNA结合部位的两个蛋白质，可以通过两个结合部位之间的DNA形成loop并相互作用，从而影响基因转录顺式作用元件和反式作用元件的相互作用，a，36四真核基因转录后的水平控制，RNA剪接，a，37，人Ig基因结构注： (1)L :先导序列基因片段v :可变区域基因片段d :多样化区域基因片段j :连接区域基因片段c :一定区域基因(3)四真核基因转录后水平的控制，其中每个ch基因由一个方块表示，实际上含有几个外显子，a、38、帽子结构7-methylguanosine (m7G )、a、39、5端帽子

13、至少有以下四种功能加强mRNAs的翻译能力(与mrna被输送到核外有关(与pre-mRNA的正确剪切有关)。 四真核基因转录后水平的控制，a，40，增强mRNA的寿命和翻译能力(两者的相互影响) 5帽子和poly (A )尾影响RNA的剪切，poly (A )尾的功能，a，41，5翻译水平的控制，5端UTR (非翻译区)结构和翻译向来自mRNA核的输出提供传输信号。 3 )提高翻译模板的稳定性和翻译效率。 翻译起始因子的控制：eIF-2-4F的磷酸化是通过提高翻译速度eIF-2的磷酸化来抑制翻译开始，a，42，3UTR (非翻译区)结构和mRNA的稳定性，聚腺苷酸尾的调节作用，poly A尾的功能：1)稳定mRNA分子，3 2 )有助于细胞质中成熟mRNA的翻译。 3) 3 UTR区域有保护5端盖结构的作用。 当a、43、3UTR序列和结构调节mRNA的稳定性时，球蛋白mRNA的3UTR序列包含许多CCUCC重复蛋白质序列，其中如果这些序列发生突变，mRNA的稳定性就会降低。 在不稳定的mRNA中，有包含50nt的共享数组AUUUA的“utr”。 ARE结合蛋白可以聚集外切聚腺苷酸酶和核酸酶，从而加速mRNA的分解。、