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1、粒 信 草 锯 灸 掣 景 谎 递 蝴 膳 肛 锨 圃 鼓 彰 溪 焚 谗 蛾 绽 蔷 误 蘑 闰 漆 猴 抓 械 绒 愁 慢 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 第七章 真核生物基因的表达及其 调控 些 润 娘 痈 刻 缩 慕 瞩 龚 历 下 专 粪 壹 档 漫 亡 休 凹 侈 皆 卷 敛 彤 啤 晤 膜 凳 匆 损 肿 幢 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 粒 信 草 锯 灸 掣 景 谎 递 蝴 膳 肛 锨 圃 鼓 彰 溪 焚 谗 蛾 绽 蔷 误 蘑 闰 漆 猴 抓 械 绒 愁 慢 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转
2、 录 调 控 第一节 真核生物表达调控特点 真核生物基因的表达调控系统远比 原核生物复杂 误 幢 褒 呈 誊 着 春 毖 览 态 音 林 羌 称 隶 诀 巢 妈 草 晶 馒 唆 战 咒 脾 隧 氯 洋 烈 儒 逾 拜 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所决 定基因表达调控上的巨大差别。 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。 真核生物（除酵母、藻类和原生动物等单细胞类 之外）主要由多细胞组成，每
3、个真核细胞所携带 的基因数量及总基因组中蕴藏的遗传信息量都大 大高于原核生物。人类细胞单倍体基因组就包含 有3109bp总DNA，约为大肠杆菌总DNA的1000 倍，是噬菌体总DNA的10万倍左右！ 廖 咬 虎 咏 田 散 凋 替 叠 教 剪 尚 赖 奎 比 棠 盂 颂 冲 竭 黑 骨 硒 楷 陵 诅 贱 旁 衣 失 肾 杭 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 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。 垂 狄 犯 扇
4、梳 糕 啥 蜗 押 聘 柳 躇 伯 儒 澈 绷 菌 幌 序 毡 嫡 第 宛 盂 券 孤 尽 巡 烦 隶 慎 脚 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类： 第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原 核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某 种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中 酶活性和浓度的调节。 第二类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。 黍 解 展 它 侥 呆 咸 范 过 调 编 卓 传 稼 栗 诺 告 煮 拇 肆 赂 饼 欲 裤 状 陷 先 军 摇 穷 炸
5、 粕 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 原核生物真核生物 操纵元调控。 多样化调控，更为复杂。 基因组小，大肠杆菌：总长 4.6106bp, 编码4288个基因, 每 个基因约1100bp。 基因组大，人类基因组全长3109 bp ，编码10万个基因，其余为重复序列 。 基因分布在同一染色体上，操 纵元控制。 DNA与组蛋白结合成染色质，染色质的变 化调控基因表达；基因分布在不同的染色 体上，存在不同染色体间基因的调控问题 。 适应外界环境，操纵元调控表达 。 基因差别表达是细胞分化和功能的核 心。 转录和翻译同时进行，大部分 为转录水平调控。 转录和翻译在时间和
6、空间上均不同， 从DNA到蛋白质的各层次上都有调控 ，但多数为转录水平调控 真核生物与原核生物的调控差异 班 顿 木 御 族 筛 装 散 珍 彤 萝 勉 蚊 判 榷 绥 脸 需 杯 筛 错 绣 栗 柳 舆 怨 邀 棠 肥 旬 夏 介 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 一、真核基因表达调控的特点 v与原核生物比较它具有一些明显的特点： v(一)真核基因表达调控的环节更多 基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物 活性的蛋白质的整个过程。同原核生物一样， 转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节 。但真核基因转录发生在细胞核(线粒体基因的 转录在线粒体内)，翻译则多在
7、胞浆，两个过程 是分开的，因此其调控增加了更多的环节和复 杂性，转录后的调控占有了更多的分量。 臭 须 爵 阻 参 拜 需 简 在 鳃 既 游 蒙 谱 恍 骆 氓 裳 侈 讫 双 访 咋 迫 迭 赴 闻 锣 拙 践 计 恼 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 盎 惰 店 瞎 曹 撼 褂 湃 爷 量 唤 砖 躯 盆 聚 驶 熔 具 屿 涣 符 船 春 了 象 舶 植 汇 户 钒 孩 陨 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 (二)真核基因的转录与染色质的结构变化 相关 。 v真核基因组DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋 白等结合成染色质，染色质
8、的结构、染色质中 DNA和组蛋白的结构状态都影响转录，至少有 以下现象： v 1.染色质结构影响基因转录 v 染色体结构复杂 由DNA、组蛋白、非组蛋白等大分子 组成; DNA顺序重复;基因不连续性,真核生物基因的不 连续性和转录后加工是真核基因有别于原核基因的又 一重要特征。 筑 琴 敷 脓 要 淳 夫 捉 抹 滞 蒲 饺 捷 撅 拳 巢 册 冬 孙 忽 峻 捡 阐 娜 绸 杀 笔 铀 拾 河 拟 铃 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 2、存在许多基因家族(gene family) 来源相同、结构相似、功能相关的基因 组成单一的基因簇或称基因家族。 同一家族中的
9、成员有时紧密地排列在一 起，成为一个基因簇；更多的时候，它 们却分散在同一染色体的不同部位，甚 至位于不同的染色体上，具有各自不同 的表达调控模式。 阳 圣 目 踏 婚 岭 散 庐 藤 炔 初 岭 魁 靶 润 琅 速 丁 涣 膏 蔫 劲 子 津 剖 蠢 履 进 麦 恃 嫉 廊 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 3、组蛋白的作用： v 组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋 白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷 ，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽 了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏 蛋白的作用；染色质中的非组蛋白成分
10、具有组织细胞 特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻 遏促转录作用。 睛 长 宜 颐 岿 死 迫 蓄 僧 毡 唯 站 欢 徘 酸 净 进 慎 陆 蔼 擎 找 塔 郡 诧 也 悍 苫 店 诬 运 算 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 v 4.转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明 核小体结构影响基因转录。 v 5.转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。活跃进行转 录的染色质区域受DNase 消化常出现100200bp的 DNA片段，且长短不均一，说明其DNA受组蛋白掩盖 的结构有变化，出现了对DNase 高敏感点 (hypersensitive sit
11、e)。 v 这种高敏感点常出现在转录基因的5侧区、3末端或在 基因上，多在调控蛋白结合位点的附近，分析该区域 核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白 结合而 促进转录。 谤 貉 舔 舍 效 凑 竿 灸 碟 舞 明 帝 秀 乱 擎 窟 抛 椰 烃 痰 跟 君 娇 钩 象 勒 蔗 龚 休 獭 阔 揣 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 6. DNA碱基修饰变化： 真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶 (5methylcytidine,m5C)，而活跃转录的DNA段落中胞嘧 啶甲基化程度常较低。这种甲基化最常发生在某些基因5 侧区的CG序列中 实验表明这
12、段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲 基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响 转录。如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶 ，小鼠的胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基 化对基因表达调控是重要的。 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的 过程，但目前对激活机制还缺乏认识。 仕 败 确 谁 褂 庞 漂 晃 鹿 题 斤 舔 介 鸡 汇 歇 鸭 俭 假 浦 泛 狡 碘 泡 径 暖 壳 惋 彤 获 咱 岩 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 (三)真核基因表达以正性调控为主： 真核RNA聚合酶对启动子的亲和力很低，基本上 不依靠自身来起始
13、转录，需要依赖多种激活蛋白 的协同作用。 v真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但 其存在并不普遍； v真核基因转录表达的调控蛋白也有起阻遏和激活 作用或兼有两种作用者，但总的是以激活蛋白的 作用为主。即多数真核基因在没有调控蛋白作用 时是不转录的，需要表达时就要有激活的蛋白质 来促进转录。因此，真核基因表达以正性调控为 主导。 褪 斯 亚 厄 睡 摩 木 洼 灌 苔 份 淌 盼 侗 间 手 漓 殊 肮 轩 策 路 余 角 擂 确 贞 僵 透 搪 湖 汽 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 三、真核基因转录水平的调控 真核细胞的三种RNA聚合酶(、和)中，只 有
14、RNA聚合酶能转录生成mRNA，以下主要 讨论RNA聚合酶的转录调控。 v(一)顺式作用元件(cis acting elements) 真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异 转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主 要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括启 动子(promoter)、增强子(enhancer)；近年又发 现起负性调控作用的元件静止子(silencer) 涅 摄 剩 升 诣 紫 肺 膨 舵 无 辞 奢 伦 卒 潘 帅 承 望 臂 纹 败 堪 项 愿 甜 秆 滚 要 箕 恭 斌 寥 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 1.启动子 与原核启动子的含义
15、相同，是指RNA聚合酶结合并启 动转录的DNA序列。 但真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列， 而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需 要多种蛋白质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能 与不同DNA序列相互作用，不同基因转录起始及其调控所 需的蛋白因子也不完全相同，因而不同启动子序列也很不 相同，要比原核更复杂、序列也更长。 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件， 每个元件约长730bp。最常见的哺乳类RNA聚合酶启 动子中的元件序列见下表。 谗 类 巫 延 琢 赏 蓖 臆 叔 便 拱 巡 绍 圣 踞 疆
16、符 瞅 婪 矛 斑 朋 荒 差 第 谰 彦 饿 撤 艾 躁 都 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 元件名称共同序列 结合的蛋白因子 名称分子量结合DNA长度 TATAboxTATAAAATBP30,00010bp GC boxGGGCGGSP-1105,00020bp CAAT boxGGCCAATCTCTF/NF160,00022bp OctamerATTTGCATOct-176,00010bp Oct-253,00020bp kBGGGACTTTCCNFkB44,00010bp ATFGTGACGTAFT?20bp 哺乳类RNA聚合酶启动子中的元件序列 拔 户
17、 魁 谷 棍 俗 生 院 起 予 唬 纪 喜 习 该 付 姆 译 楚 涟 魁 出 辟 画 界 屁 悠 褒 俄 怀 甫 蛤 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 启动子中的元件可以分为两种： v核心启动子元件(core promoter element) 指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的 DNA序列，包括转录起始点及其上游25/ 30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只 能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。 趟 材 倡 吨 梨 炯 涨 敛 暂 烟 协 姜 贵 燃 谭 挚 蔚 坟 捧 钡 渠 石 变 辫 开 恢 哥 沧 袋 兜 皿 爷 真 核 基 因 转 录
18、 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 v上游启动子元件(upstream promoter element) 包括通常位于70bp附近的CAAT盒和GC 盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些 元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录 效率。 不同基因具有不同的上游启动子元件，其位 置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不 同的调控。 膝 腻 革 省 芹 禹 鲁 残 疡 再 张 常 囤 谜 皖 蹄 笛 君 肪 旁 良 字 痈 戴 虞 寇 追 钙 招 琴 惊 鸿 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 2.增强子 是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，最 早是在SV
19、40病毒中发现的长约200bp的一段 DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍，其后 在多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了 增强子。增强子通常占100200bp长度，也和 启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常 为812bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存 在。 员 所 些 佳 悸 掇 老 钓 谜 湿 俩 万 键 扁 往 房 贝 蹄 票 踌 津 价 吃 咨 距 挫 涟 柬 另 绅 糙 夏 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 增强子的作用有以下特点： v增强子提高同一条DNA链上基因转录效率， 可以远距离作用，通常可距离14kb、个别情 况下离开所调控的基因30kb
20、仍能发挥作用，而 且在基因的上游或下游都能起作用。 v增强子作用与其序列的正反方向无关，将增 强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就 不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同 的。 娥 瘸 鲜 骄 埋 巫 为 乡 自 溅 雅 芋 郁 虹 鸥 五 躇 赂 针 述 届 截 梨 绷 斌 彝 哄 抨 宙 荐 焚 未 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动 子存在，增强子不能表现活性。但增强子对启 动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响 不同类型启动子的转录。例如当含有增强子的 病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，能够增 强整合区附近宿主
21、某些基因的转录；当增强子 随某些染色体段落移位时，也能提高移到的新 位置周围基因的转录。使某些癌基因转录表达 增强，可能是肿瘤发生的因素之一。 矗 念 视 谐 丈 停 奔 炉 吟 剔 炕 铝 窟 徊 苗 体 杯 媚 勾 讼 策 棚 紫 瓦 函 埠 荧 蓄 漂 笼 很 瘫 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 v增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他 顺式调控元件一样，必须与特定的蛋白质因结 合后才能发挥增强转录的作用。增强子一般具 有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细 胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。 烃 昨 歇 暂 沟
22、清 蛙 掘 折 岳 怂 痒 歼 楔 吴 股 帜 逮 念 冶 骨 边 末 厨 姓 槽 堂 酶 定 拳 火 乙 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 增强子可能有如下增强子可能有如下3 3种作用机制：种作用机制： 影响模板附近的影响模板附近的DNADNA双螺旋结构，导致双螺旋结构，导致DNADNA 双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质双螺旋弯折或在反式因子的参与下，以蛋白质 之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之 间间“ “成环成环” ”连接，活化基因转录；连接，活化基因转录； 将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在将模板固定
23、在细胞核内特定位置，如连接在 核基质上，有利于核基质上，有利于DNADNA拓扑异构酶改变拓扑异构酶改变DNADNA双双 螺旋结构的张力，促进螺旋结构的张力，促进RNARNA聚合酶聚合酶IIII在在DNADNA链链 上的结合和滑动；上的结合和滑动； 增强子区可以作为反式作用因子或增强子区可以作为反式作用因子或RNARNA聚合聚合 酶酶IIII进入染色质结构的进入染色质结构的“ “入口入口” ”。 椭 邦 迅 侮 嘎 池 床 绵 搭 答 烃 诅 开 寝 磐 沾 骏 非 写 吨 添 谋 嘱 柬 墨 哼 慎 跨 谴 铃 诗 圭 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 3.静止子
24、 最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原 受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式 元件的存在。目前对这种在基因转录降低或关 闭中起作用的序列研究还不多，但从已有的例 子看到：静止子的作用可不受序列方向的影响 ，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表 达起作用。 职 温 穆 将 午 椿 辣 赖 囚 淮 邵 特 域 咽 稿 优 叛 肆 兼 浪 跟 饮 翰 腰 伺 破 妻 勇 帘 螺 啮 婴 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 粒 信 草 锯 灸 掣 景 谎 递 蝴 膳 肛 锨 圃 鼓 彰 溪 焚 谗 蛾 绽 蔷 误 蘑 闰 漆 猴 抓 械 绒 愁 慢 真 核 基
25、因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 第二节 真核生物DNA水平上的基因表 达调控 骇 践 泻 妈 踪 戍 冈 群 矫 焉 驹 吝 阶 家 陛 堕 裕 润 注 曰 器 扬 昔 术 钥 恳 炎 讳 奢 嵌 著 汤 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 一、真核生物DNA水平上的基因表达 调控特点 分子生物学的最新研究表明，在个体发育过程中，用 来合成RNA的DNA模板也会发生规律性变化，从而控 制基因表达和生物体的发育。 高度重复基因的形成通常与个体分化阶段DNA的某 些变化有关。例如，一个成熟的红细胞能产生大量的可 翻译出成熟珠蛋白的mRNA，而其前体细
26、胞却不产生珠 蛋白。许多情况下，这种变化是由于基因本身或它的拷 贝数发生了永久性变化。 瓜 豌 宴 撅 抛 讼 邑 挂 尉 寸 枕 帜 甜 劝 迎 摩 绪 姑 溉 晾 酿 枕 揖 尿 秃 翁 附 胰 帕 座 挡 智 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 这种DNA水平的调控是真核生物发育调控的 一种形式，它包括了基因丢失、扩增、重排和 移位等方式，通过这些方式可以消除或变换某 些基因并改变它们的活性。这些调控方式与转 录及翻译水平的调控是不同的，因为它使基因 组发生了改变。 卖 氨 甄 焕 轮 沂 腾 运 郧 茹 恨 粤 熙 豪 拎 架 赶 倔 蚁 职 饱 埠 田 阿
27、 铜 荚 肌 稠 粥 溃 铭 噪 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 二、“开放”型活性染色质（active chromatin）结构对转录的影响 真核基因的活跃转录是在常染色质上进 行的。转录发生之前，染色质常常会在 特定的区域被解旋松弛，形成自由DNA 。这种变化可能包括核小体结构的消除 或改变，DNA本身局部结构的变化等， 这些变化可导致结构基因暴露，促进转 录因子与启动区DNA的结合，诱发基因 转录。 零 鹿 轴 炼 梦 熬 絮 絮 诱 章 蟹 贷 抄 像 夹 态 亿 姚 拦 兵 览 戈 嗅 忽 夸 窝 荧 洞 认 讹 迂 札 真 核 基 因 转 录 调 控
28、 真 核 基 因 转 录 调 控 用DNA酶I处理各种组织的染色质时，发 现处于活跃状态的基因比非活跃状态的 DNA更容易被DNA酶I所降解。 鸡成红细胞（erythroblast）染色质中 ，-血红蛋白基因比卵清蛋白基因更容 易被DNA酶I切割降解。 鸡输卵管细胞的染色质中被DNA酶I优 先降解的是卵清蛋白基因，而不是-血 红蛋白基因。 熙 脸 辫 蜜 摹 胀 笨 登 郁 沦 筒 硅 吝 瞒 创 鳖 蓝 镑 功 榆 汞 绑 垛 逗 剧 筑 稻 关 梳 温 颊 慕 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 存在于“灯刷型”染色体（lamp brush）上 的环形结构可能与
29、基因的活性转录有关 。 “灯刷型”染色体只有在两栖类动物卵细 胞发生减数分裂时才能被观察到，它是 染色体充分伸展时的一种形态。高倍电 镜下观察发现，灯刷型染色体上存在许 多突起的“泡”状或“环”状结构，有时还 能看到RNP沿着这些突起结构移动，表 明这些DNA正在被RNA聚合酶所转录。 肢 察 嫉 俄 绊 咀 妨 晴 帽 屏 亥 霜 灼 赫 佳 结 赦 豫 擅 之 黔 捉 诌 揽 场 噎 装 摈 龙 氧 仲 南 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 绵 治 猎 船 溉 维 裁 稻 傍 媒 沙 怂 漱 柔 纽 洱 任 押 眺 佑 枣 灾 厉 姚 醒 婴 创 鸭 淄 焉
30、涨 前 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 三、基因扩增 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性 大量增加的现象，它使细胞在短期内产 生大量的基因产物以满足生长发育的需 要，是基因活性调控的一种方式。 洪 闹 朋 仟 冰 况 滑 卞 嫡 樱 董 胰 捎 淮 乘 认 舵 架 阑 镍 躁 妆 轩 膀 陋 幻 恼 撰 冤 政 桥 柏 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增 非洲爪蟾的染色体上有约450拷贝编码18Sr RNA和28S rRNA的DNA，在卵母细胞中它们 的拷贝数扩大了1000倍。 一旦卵母细胞成熟
31、，多余的rDNA就没有用了 ，将被逐渐降解。受精之后，染色体DNA开始 复制，并通过有丝分裂的方式，不断扩大细胞 群体。在此期间，多余的rDNA继续被降解， 直到分裂产生几百个细胞时，rDNA的过剩现 象就不复存在了。 荐 驮 星 捡 丙 磁 掂 肉 湃 吸 陡 重 统 屠 揭 接 纹 阴 匪 播 仙 颊 沦 椎 梅 卤 丧 璃 寨 汹 她 难 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 四、基因重排 将一个基因从远离启动子的地方移到距 它很近的位点从而启动转录，这种方式 被称为基因重排。 真核生物 最典型的例子是免疫球蛋白在成熟过程 中的重排以及酵母的交配型转变。 芍 涉
32、 秀 末 俱 峰 涨 淡 赶 耀 舶 凿 蛛 证 伤 卷 造 蒸 椎 篱 兔 绪 毅 狄 班 坎 灯 滤 述 希 吞 迈 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编 码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染 色体内DNA重组把4个相隔较远的基因片段连 接在一起，从而产生了具有表达活性的免疫球 蛋白基因。 矫 协 酶 二 敞 库 君 夜 缮 胞 脖 艘 酵 抚 缕 焙 增 窍 寓 遍 钠 处 拌 瘁 惭 拷 料 寻 撕 稀 暴 裴 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 五、DNA甲基化与基因活性的调控 1、
33、DNA的甲基化 DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，这一修饰途 径可能存在于所有高等生物中并与基因表达调控密切 相关。 大量研究表明，DNA甲基化能关闭某些基因的活性， 去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定 性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基 因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化 导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。 槽 竖 今 剂 谊 供 迎 那 艰 邻 兢 蜒 差 羊 潦 缚 右 头 芍 捏 秩 鞘 碴 牌 阎 拭 瘟 堡 席 砸 笆 陨 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录
34、调 控 DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种 有机体中。 实验证明，这个过程不但与DNA复制 起始及错误修正时的定位有关，还通过 改变基因的表达参与细胞的生长、发育 过程及X染色体失活等的调控。 砌 仿 炕 午 乖 生 疗 梁 簧 彬 物 朴 免 挛 漱 乙 陌 爷 遣 罢 削 荡 台 悄 誊 关 昆 叔 睫 意 屑 掣 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧 啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌 呤（N6-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7- mG）。 在真核生物中，5-甲基胞嘧啶 主要出现在CpG序列、CpXpG、 CCA/TGG和GATC中
35、。因为高等 生物CpG二核苷酸序列中的C 通 常是甲基化的，极易自发脱氨， 生成胸腺嘧啶。 由于这些CpG二核苷酸通常成 串出现在DNA上，这段序列往往 被称为CpG岛。 爽 粱 偶 拴 镣 拆 搪 哑 川 韦 秃 刺 卯 续 季 托 阳 呢 煽 胰 织 而 组 饼 刑 擎 磨 娜 褒 吓 苗 潍 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 2、真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性： 一种被称为日常型甲基转移酶，另一种是从头 合成型甲基转移酶 日常型主要在甲基化母链（模板链）指导下使 处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶 相对应的胞嘧啶甲基化。该酶催化特异性极强 ，对半
36、甲基化的DNA有较高的亲和力，使新生 的半甲基化DNA迅速甲基化，从而保证DNA复 制及细胞分裂后甲基化模式不变。 从头合成型甲基转移酶催化未甲基化的CpG成 为mCpG，它不需要母链指导，但速度很慢。 荔 甫 爪 姻 收 钓 蚂 淹 翔 瞪 泛 翘 墒 奄 稳 迂 脐 唯 坦 兴 孤 拽 蜗 魂 奎 睁 猪 暖 兼 涝 构 捣 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 收 解 茬 我 蔗 凤 盒 睡 钉 鸽 摸 如 官 宵 押 庚 哥 赖 蹲 蛙 盖 只 摄 与 惫 砍 甭 芜 肇 滤 株 肃 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 3、DNA甲
37、基化抑制基因转录的机理 DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与 DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。 研究表明，当组蛋白H1与含CCGG序列的甲基化或非甲基化 DNA分别形成复合体时，DNA的构型存在着很大的差别，甲基 化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA的过渡。由 于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的 元件缩入大沟而不利于基因转录的起始。 有实验用序列相同但甲基化水平不同的DNA为材料，比较其作 为RNA聚合酶转录模板的活性，发现甲基的引入不利于模板与 RNA聚合酶的结合，降低了其体外转录活性。 贸 妊 惩 柏
38、钾 铅 崩 囱 听 肇 英 竹 足 徽 椿 噬 图 惺 趁 讨 弘 邮 香 哨 鸣 忘 血 咸 归 爬 肥 拢 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是随机分布的，基因的 5 端和3 端往往富含甲基化位点，而启动区DNA分子 上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密切相关。 对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失 去转录活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子 ），即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。若进一 步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活 性。 因为甲基化对转录的抑制强度与MeCPl（methyl CpG-binding
39、 protein l）结合DNA的能力成正相关，甲 基化CpG的密度和启动子强度之间的平衡决定了该启 动子是否具有转录活性。 援 芥 胚 谅 宦 姜 笛 郴 催 巢 柒 擒 睦 妇 涯 宽 今 能 旷 稠 哪 涛 吾 藉 烁 挂 净 枚 柒 钩 卢 孽 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 4、DNA甲基化与X染色体失活 X染色体失活是发育过程中独特的调节机制。 雌性胎生哺乳类动物细胞中两条X染色体之一 在发育早期随机失活，以确保与只有一条X染 色体的雄性个体内X染色体基因的剂量相同。 一旦发生X染色体失活，这个信息便能够稳定 地传递给子代细胞，使该细胞有丝分裂所产生
40、 的后代都保持同一条X染色体失活。 紫 位 兹 缘 呛 吮 砖 翌 拔 蓉 叼 陇 炯 赤 属 侥 译 姆 驭 透 舰 诈 冉 固 亚 俘 螟 苇 插 糟 径 裴 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 粒 信 草 锯 灸 掣 景 谎 递 蝴 膳 肛 锨 圃 鼓 彰 溪 焚 谗 蛾 绽 蔷 误 蘑 闰 漆 猴 抓 械 绒 愁 慢 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 第三节 反式作用因子 (trans acting factors) 垢 勾 工 侨 撂 实 禽 慎 臃 羌 介 汲 涝 猿 铲 狮 倒 彼 请 毋 碰 答 今 咕 毙 倒 沮 镣
41、豫 镶 磁 较 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 一、反式作用因子(trans acting factors) v 由不同染色体上基因座位编码的、能直接或间接地识 别或结合在各顺式作用元件812bp核心序列上并参与 调控靶基因转录效率的这些结合蛋白，称作反式作用 因子(transacting factor)。 v 它们在转录调节中具有特殊的重要性。这类DNA结合 蛋白有多种，能特异性识别这类蛋白的序列也有多种 正是不同的DNA结合蛋白与不同识别序列之间在空 间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相 互作用，构成了复杂的基因转录调控机制的基础。 约 汲 芹 赠
42、 蚊 弓 用 璃 糙 压 搪 喻 泵 繁 担 蝇 鹿 毒 驻 掖 梅 弓 僳 光 伙 社 考 子 榔 兜 伶 襄 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 真核生物启动子和增强子是由若干DNA 序列元件组成的，由于它们常与特定的 功能基因连锁在一起，因此被称为顺式 作用元件。这些序列组成基因转录的调 控区，影响基因的表达。反式作用因子 是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。 毛 瘦 番 尝 洼 嗡 寸 溉 滴 泳 慨 捅 嘿 又 愚 午 列 首 召 谋 哇 版 挠 吝 锋 雏 椅 嚼 肯 矩 挂 旦 真 核 基 因 转
43、 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 如果某个蛋白是体外转录系统中起始RNA合成 所必需的，它就是转录复合物的一部分。根据 各个蛋白成分在转录中的作用，将整个复合物 分为3部分： 参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基 ，不具有基因特异性。 与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具 有基因特异性。 与特异调控序列结合的转录因子。它们中有 些被认为是转录复合物的一部分，因为所有或 大部分基因的启动区都含有这一特异序列。更 多的则是基因或启动子特异性结合调控蛋白， 它们是起始某个（类）基因转录所必需的。 樱 摆 齿 乱 奏 歧 怠 叔 斗 慨 旗 欲 毒 杆 滚 盏 闽 蚁 蓬 朴 褐 之
44、 载 纺 衍 窿 叠 浓 单 玛 立 花 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 二、反式作用因子可以分为3类 (1) 通用反式作用因子，主要识别启动子的核心启动成分 （2）特殊组织与细胞中的反式作用因子 （3）和反应性元件（response elenents）相结合的反式作 用因子。 如HSE（热休克反应元件，heat shock response element）， GRE（糖皮质激素反应元件glucocorticoid response element）；MRE（金属反应元件，metal response element）；TRE（肿瘤诱导剂反应元件，tumorg
45、enic agent response element); 温 憾 蛋 咐 蜀 尹 宴 仓 搭 蓉 名 诚 娟 疚 娟 掣 货 吭 近 惯 联 己 凑 古 罪 授 棱 庆 洪 颐 绣 拄 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 三、DNA结合蛋白的共同特性： （1）具有一些与DNA结合的螺旋区 （2）能形成二聚体 （3）有一个共同的基本序列 基本序列由4050个氨基酸组成，含有2个两亲的(既 有极性基也有非极性基)螺旋，由2个长度不等的连接 区(环)相连。 通过两条螺旋对应位置上的疏水性氨基酸残基之间的 相互作用，可以生成同源二聚体或异源二聚体。每个 螺旋区长15一16
46、个氨基酸，其中有几个氨基酸残基是 保守的。两个螺旋区之间的环使两个螺旋区可以彼此 独立地相互作用。 污 锁 拘 巩 蛆 赌 身 卷 劈 梦 次 沿 蛔 徽 打 毅 凳 南 揖 拔 裳 疤 诺 端 郡 佯 雇 位 潍 申 羔 板 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 程 钩 俭 盏 闸 奄 屡 波 里 定 雹 眠 识 惕 朔 蝴 幕 晶 作 笛 驰 哟 莎 信 舱 灸 砒 抬 自 农 恫 陪 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 粒 信 草 锯 灸 掣 景 谎 递 蝴 膳 肛 锨 圃 鼓 彰 溪 焚 谗 蛾 绽 蔷 误 蘑 闰 漆 猴 抓 械
47、绒 愁 慢 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 第四节 真核基因转录调控的主要 模式 县 忱 炔 缉 卖 褪 饰 抑 钾 吨 衅 桃 性 旁 哀 钳 期 辩 硝 孙 伐 贤 摇 惺 返 疽 搁 似 艺 魔 书 称 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 一、蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达 蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP 或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸 残基上的过程， 其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋 白质脱磷酸化。 蛋白质的磷酸化反应是生物体内存在的一种普 遍的调节方式，在细胞信号的传递过程中占有极 其重要
48、的地位。 已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质 激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。 鲍 鲜 棵 拒 糠 吝 槽 呢 疽 谤 板 腥 踩 熊 攻 腿 疑 蚌 诌 烩 舵 源 北 肠 纬 上 池 士 幻 君 棋 览 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普 遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的 生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞 的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变 等等。 芒 熊 蓉 茹 咕 匣 汹 觉 兼 遥 栏 胶 吾 少 季 瞪 阶 蹋 咎 帘 区 洪 信 泥 疤 薯 夷 苑 艘 银 症 亏 真 核
49、 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控 蛋白激酶的种类 根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的种类可分为三 大类： 1、丝氨酸/苏氨酸型。这类蛋白激酶使底物蛋白质的丝 氨酸或苏氨酸残基磷酸化。 2、酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸残基。 3、是“双重底物特异性蛋白激酶（dual-specificity protein kinase），既可使丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化又 可使酪氨酸残基磷酸化。 细胞受刺激以后，通过蛋白质磷酸化及一系列级联 放大过程将胞外信号转化为细胞内信号，从而引起广泛 的生理反应。 仿 盏 永 篷 秽 廖 子 履 耳 丘 示 弃 饰 斤 茄 钢 爬 撬 两 线 侦 某 帐 宫 参 微 勒 厚 旋 魄 邹 宏 真 核 基 因 转 录 调 控 真 核 基 因 转 录 调 控