分子生物学课件第十一章真核生物的基因表达调控精.docx
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分子生物学课件第十一章真核生物的基因表达调控精
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第十一章真核生物基因表达的调控
1真核生物基因表达调控的特点⑴多层次DNA水平的调控☆DNA水平的调控转录水平的调控（transcriptional☆转录水平的调控（transcriptionalregulation）转录后水平的调控（post☆转录后水平的调控（posttranscriptionalregulation）☆翻译水平的调控（translationalregulation）翻译水平的调控（translational翻译后水平的调控（protein☆翻译后水平的调控（proteinmaturation）⑵无操纵子和衰减子⑶正性调节占主导⑷转录与翻译分隔进行个体发育复杂，⑸个体发育复杂，基因表达受环境影响较小第十一章真核生物基因表达的调控
DNA水平的调控2DNA水平的调控基因丢失在细胞分化过程中，通过丢掉某些基因而去除其活在细胞分化过程中，通过丢掉某些基因而去除其活丢掉某些基因性。
例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类动物，例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体，细胞常丢掉部分或整条染色体，只保留将来分化产生生殖细胞的那套染色体。
例如在蛔虫胚胎发育过程中，生殖细胞的那套染色体。
例如在蛔虫胚胎发育过程中，27％DNA丢失丢失。
有27％DNA丢失。
在高等动植物中，尚未发现类似现象!
在高等动植物中，尚未发现类似现象!
核的全能性：
细胞核内保存了个体发育所必需的全部基因。
核的全能性：
细胞核内保存了个体发育所必需的全部基因。
第十一章真核生物基因表达的调控
DNA水平的调控2DNA水平的调控基因扩增增加基因的拷贝数。
增加基因的拷贝数。
非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，rRNA基因卵裂时☆非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增4000倍4000倍，达1012个核糖体药物：
☆药物：
诱导抗药性基因的扩增肿瘤细胞：
☆肿瘤细胞：
原癌基因拷贝数异常增加基因重排如免疫球蛋白基因重排，多样性。
如免疫球蛋白基因重排，多样性。
第十一章真核生物基因表达的调控
第十一章真核生物基因表达的调控
第十一章真核生物基因表达的调控
DNA水平的调控2DNA水平的调控染色质结构的改变染色质是真核基因组DNA的主要存在形式，染色质是真核基因组DNA的主要存在形式，核小DNA的主要存在形式体是构成染色质的基本单位。
DNA结合组蛋白核心结合组蛋白体是构成染色质的基本单位。
DNA结合组蛋白核心形成核小体，妨碍了与转录因子及RNARNA聚合酶的靠形成核小体，妨碍了与转录因子及RNA聚合酶的靠近和结合，使基因的活性受到抑制。
近和结合，使基因的活性受到抑制。
可通过改变染色质的结构来调节基因的活性。
色质的结构来调节基因的活性。
常染色质:
结构松散，☆常染色质:
结构松散，基因表达异染色质:
结构紧密，☆异染色质:
结构紧密，基因不表达有基因表达活性的染色质DNADNaseⅠ更敏DNA对☆有基因表达活性的染色质DNA对DNaseⅠ更敏DnaseⅠ的敏感性,感，即DnaseⅠ的敏感性,可作为该基因的转录活性的标志染色质改变模型：
占先模型和动态模型。
☆染色质改变模型：
占先模型和动态模型。
第十一章真核生物基因表达的调控
染色质结构改变模型染色质结构改变模型-占先模型决定的因素是转录因子和组蛋白谁先占据调控位点。
决定的因素是转录因子和组蛋白谁先占据调控位点。
染色质的占先模型提出：
如在启动子上已形成了核小体，成了核小体，那么转录因子和RNARNA聚合酶是不因子和RNA聚合酶是不能和启动子结合的；能和启动子结合的；如转录因子和RNARNA聚合酶转录因子和RNA聚合酶在启动子上已建立了稳定的起始复合体，那么定的起始复合体，组蛋白将被排除在外。
组蛋白将被排除在外。
第十一章真核生物基因表达的调控
染色质结构改变模型染色质结构改变模型-动态模型该模型认为：
转录因子与组蛋白处于动态竞争中。
该模型认为：
转录因子与组蛋白处于动态竞争中。
一些转录因子结合DNA时可裂解核小体，一些转录因子结合DNA时可裂解核小体，或建立一DNA时可裂解核小体个可产生核小体定位结合位点的边界。
该过程需ATP个可产生核小体定位结合位点的边界。
该过程需ATP水解提供能量。
水解提供能量。
染色质的转录依赖于那些通过水解ATP提供能量提供能量，ATP提供能量，从特异DNADNA序列取特异DNA序列取代核小体的因子
第十一章真核生物基因表达的调控
DNA水平的调控2DNA水平的调控组蛋白的修饰乙酰化、甲基化和磷酸化等乙酰化、甲基化和磷酸化等。
改变组蛋白表面电荷，影响核小体结构，进而调节基因活性。
电荷，影响核小体结构，进而调节基因活性。
☆组蛋白H4的乙酰化不足（underacetylation）是组蛋白H4的乙酰化不足（underacetylation）是H4的乙酰化不足（underacetylation）雌性哺乳动物一条X染色体失活的原因之一。
雌性哺乳动物一条X染色体失活的原因之一。
DNA的甲基化DNA的甲基化CpG：
CpG岛（CpGislands），CpG分布比较CpG：
即CpG岛（CpG-richislands），CpG分布比较集中的区域，集中的区域，某些基因上游的转录调控区及其附近也存在CpGCpG岛其附近也存在CpG岛。
☆甲基化程度高：
基因表达降低甲基化程度高：
去甲基化：
☆去甲基化：
基因表达增加第十一章真核生物基因表达的调控
鸡卵黄蛋白原基因5端调节区有端调节区有4CpG位点鸡卵黄蛋白原基因5’端调节区有4个CpG位点
－620D
－611C
－586－527BA
5’3’
GCGCGC
CCGGGC
CCGGGC
GCGCGC
3’5’
第十一章真核生物基因表达的调控
同裂酶检测甲基化位点
MspⅠ
HpaⅡ
第十一章真核生物基因表达的调控
亲本印记（imprinting）亲本印记（imprinting）印记:
来源于父母本的一对等位基因表达不同。
印记:
来源于父母本的一对等位基因表达不同。
甲基化的影响）（甲基化的影响）
IGF-胰岛素样生长因子Ⅱ）如源于父本的IGF-Ⅱ（胰岛素样生长因子Ⅱ）基因可表达，而源于母本的则不能表达。
基因可表达，而源于母本的则不能表达。
此是IGF-已被甲基化，由于卵母细胞中的IGF-Ⅱ已被甲基化，而精子IGF-未被甲基化，中的IGF-Ⅱ未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。
在合子中表现不同。
印记失真可导致遗传病：
亨廷顿氏舞蹈病！
印记失真可导致遗传病：
如亨廷顿氏舞蹈病！
第十一章真核生物基因表达的调控
亲本印记（imprinting）亲本印记（imprinting）
IGF亲本的IGF-Ⅱ等位基因在早期胚中被差异甲基化，中被差异甲基化，在成体形成配子时仍保留原甲基化的模式。
化的模式。
第十一章真核生物基因表达的调控
3转录水平的调控（cis:
真核生物结构基因上顺式作用元件（cis-actingelement）:
真核生物结构基因上游的调控区存在的相似或一致性的DNA序列，DNA序列游的调控区存在的相似或一致性的DNA序列，如启动子、增强子等。
如启动子、增强子等。
反式作用因子（trans-actingfactor）:
直接或间接辨认、反式作用因子（transfactor）直接或间接辨认、件并影响其功能的蛋白质，结合顺式作用元件并影响其功能的蛋白质，如转录因子等。
转录因子等。
真核与原核生物转录调控的区别原核：
功能相关的基因形成操纵子；真核：
⑴原核：
功能相关的基因形成操纵子；真核：
NO!
原核：
调控元件少；真核：
⑵原核：
调控元件少；真核：
多！
原核：
负调控为主；真核：
正调控为主！
⑶原核：
负调控为主；真核：
正调控为主！
原核：
无染色质改型；真核：
⑷原核：
无染色质改型；真核：
有！
第十一章真核生物基因表达的调控
真核与原核生物转录调控的区别
第十一章真核生物基因表达的调控
3转录水平的调控顺式作用元件启动子、增强子、沉默子、绝缘子等！
启动子、增强子、沉默子、绝缘子等！
结构基因-GCGC---CAAT---TATA
转录起始增强子TATA盒CAAT盒GC盒
第十一章真核生物基因表达的调控
第十一章真核生物基因表达的调控
顺式作用元件启动子（⑴启动子（Promoter））启动子：
RNA聚合酶识别、启动子：
指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段聚合酶识别DNA序列序列。
DNA序列。
它还包括一些调节蛋白因子的结合位点。
核心启动子成分，①核心启动子成分，如TATA框；起始子序列；②起始子序列；上游启动子成分，CAAT框,GC框③上游启动子成分，如CAAT框,GC框。
影响基因转录的效率和频率！
影响基因转录的效率和频率！
第十一章真核生物基因表达的调控
顺式作用元件增强子（enhancer）⑵增强子增强子：
位于结构基因附近，增强子：
位于结构基因附近，远离转录起始点（1～30kb），能够增强该基因转录活性的一段30kb），能够增强该基因转录活性的一段），DNA顺序称为增强子顺序称为增强子。
DNA顺序称为增强子。
特点：
特点：
具有远距离效应。
Ⅰ具有远距离效应。
无方向性。
Ⅱ无方向性。
顺式调节。
Ⅲ顺式调节。
无基因的特异性,无种属特异性但有组织、Ⅳ无基因的特异性,无种属特异性但有组织、细胞的特异性。
胞的特异性。
多为重复序列，内部有核心序列。
Ⅴ多为重复序列，内部有核心序列。
有相位性。
其作用和DNA的构象有关。
DNA的构象有关Ⅵ有相位性。
其作用和DNA的构象有关。
第十一章真核生物基因表达的调控
SV40基因表达调控区结构示意图SV40基因表达调控区结构示意图
☆增强子作用的倍加效应☆无基因专一性一般无种属特异性无种属特异性，☆一般无种属特异性，有很强的细胞型和组织特异性第十一章真核生物基因表达的调控
SV40的增强子结构SV40的增强子结构增强子单元：
增强子的基本成分，是转录因子的结合位点。
增强子单元：
增强子的基本成分，是转录因子的结合位点。
SV40至少有3个不连续的21bp的增强子成分A,B,C，SV40至少有3个不连续的21bp的增强子成分A,B,C，6个增至少有21bp的增强子成分A,B,C强子单元。
强子单元。
第十一章真核生物基因表达的调控
顺式作用元件⑵增强子增强子的作用机理：
增强子的作用机理：
增强子为转录因子提供进入启动子区的位点。
①增强子为转录因子提供
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