分子生物学课件第十一章真核生物的基因表达调控精.docx

1、分子生物学课件第十一章真核生物的基因表达调控精分子生物学课件第十一章 真核生物的基因表达调控 WORD文档使用说明：分子生物学课件第十一章 真核生物的基因表达调控 来源于PDFWORD 本WOED文件是采用在线转换功能下载而来，因此在排版和显示效果方面可能不能满足您的应用需求。如果需要查看原版WOED文件，请访问这里分子生物学课件第十一章 真核生物的基因表达调控 文件原版地址:分子生物学课件第十一章 真核生物的基因表达调控|PDF转换成WROD_PDF阅读器下载第十一章 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 多层次 DNA水平的调控 DNA水平的调控 转录水平的调控(trans

2、criptional 转录水平的调控(transcriptional regulation) 转录后水平的调控(post 转录后水平的调控(post transcriptional regulation) 翻译水平的调控(translational regulation) 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(protein maturation) 无操纵子和衰减子 正性调节占主导 转录与翻译分隔进行 个体发育复杂， 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 2 DNA水平的调控 基因丢失

3、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， 27DNA丢失 丢失。 有27DNA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。

4、第十一章 真核生物基因表达的调控DNA水平的调控 2 DNA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 2 DNA水平的调控 染色质结构的改变 染色质是真核基因组DNA的

5、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RNA RNA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DNA DNase更敏 DNA对 有

6、基因表达活性的染色质DNA对 DNase更敏 Dnase的敏感性, 感，即Dnase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RNA RNA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RNA RNA聚合酶 转录因子和RN

7、A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

8、供能量，从 特异DNA DNA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 2 DNA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

9、 CpG： CpG岛(CpGislands)，CpG分布比较 CpG：即CpG岛(CpG-rich islands)，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CpG CpG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4 CpG位点 鸡卵黄蛋白原基因5端调节区有4个CpG位点 620 D 611 C 586 527 B A5 3GCG CGCCCG GGCCCG GGCGCG CGC3 5第十一章 真核生物基因表达的调

10、控同裂酶检测甲基化位点MspHpa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) 如源于父本的IGF- (胰岛素样生长因子) 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- 已被甲基化，而精子 IGF- 未被甲基化， 中的IGF-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

11、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-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-acting element ) :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。

12、反式作用因子（trans-acting factor）: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： 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： 原核：调控元件少；真核：多！ 原核：负调控为主；真核：正调控为主！ 原核：负调控为主；真核：正调控为主！ 原核：无染色质改型；真核： 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

13、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（ 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， 核心启动子成分，如 TATA 框 ； 起始子序列； 起始子序列；

14、 上游启动子成分， CAAT框 ,GC框 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) 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 （130kb），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。 具有远距离效应。 无方向性。 无方向性。 顺式调节。 顺式调节。 无基因的特异性,无种属特异性但有组织、 无基因的特

15、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。 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 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 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。 增强子为转录因子提供