第七章 真核生物表達(dá)調(diào)控

1、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性: : 1 1、簡述真核生物基因表達(dá)調(diào)控總論；、簡述真核生物基因表達(dá)調(diào)控總論；2 2、真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)；、真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)；3、基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；4 4、真核生物、真核生物DNADNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控水平上的基因表達(dá)調(diào)控; ;5 5、DNADNA甲基化與基因活性的調(diào)控甲基化與基因活性的調(diào)控; ; 真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達(dá)調(diào)控上的巨大差別。表達(dá)調(diào)控上的巨大差別。 原核生物原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個特定的環(huán)境中為細(xì)胞的

2、調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時，盡快得創(chuàng)造高速生長的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開關(guān)經(jīng)常是通過控到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開關(guān)經(jīng)常是通過控制轉(zhuǎn)錄的起始來調(diào)節(jié)的。制轉(zhuǎn)錄的起始來調(diào)節(jié)的。 真核生物真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細(xì)胞類之外）（除酵母、藻類和原生動物等單細(xì)胞類之外）主要由多細(xì)胞組成，每個真核細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及主要由多細(xì)胞組成，每個真核細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量都大大高于原核生物?？偦蚪M中蘊(yùn)藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。 人類細(xì)胞單倍體基因組就包含有人類細(xì)胞單

3、倍體基因組就包含有3 310109 9bpbp總總DNADNA，約為大腸桿菌總約為大腸桿菌總DNADNA的的10001000倍倍，是噬菌體總，是噬菌體總DNADNA的的1010萬倍萬倍左右！大腸桿菌約有左右！大腸桿菌約有40004000個基因個基因，人則約有，人則約有3 35 5萬個基萬個基因因。 真核基因表達(dá)調(diào)控的真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征最顯著特征是能是能在在特定時間特定時間和和特定的細(xì)胞特定的細(xì)胞中中激活特定的激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)基因，從而實(shí)現(xiàn) 預(yù)定預(yù)定 的、有序的、不的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)

4、保組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。持正常功能。 第一類是第一類是瞬時調(diào)控瞬時調(diào)控或稱或稱可逆性調(diào)控可逆性調(diào)控，它相，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降，底物或激素水平升降，或或細(xì)細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。的調(diào)節(jié)。 第二類是第二類是發(fā)育調(diào)控發(fā)育調(diào)控或稱或稱不可逆調(diào)控不可逆調(diào)控，是，是真真核基因調(diào)控的精髓核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細(xì)部分，它決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。基因表達(dá)是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)基因表達(dá)是基

5、因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個過程。生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個過程。同原同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核（線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體在細(xì)胞核（線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi)），翻譯則多在胞漿，兩個過程是分開內(nèi)），翻譯則多在胞漿，兩個過程是分開的，因此其的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。 7.1.1基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) (1)(1)真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

6、真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 由由DNADNA、組蛋白、非組蛋白、組蛋白、非組蛋白(P25)(P25)等大分子組成。等大分子組成。 其基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)是其基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)是DNADNA和組蛋白。和組蛋白。 核小體核小體是染色質(zhì)的基本單位。是染色質(zhì)的基本單位。 真核染色體上三要素：真核染色體上三要素： DNADNA復(fù)制起始點(diǎn)、著絲點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)、著絲點(diǎn)(centromere)(centromere)和端粒和端粒(telomere)(telomere)。 著絲粒（著絲粒（centromere)centromere)：細(xì)胞分裂時染色體與仿錘絲相：細(xì)胞分裂時染色體與仿錘絲相連結(jié)的部位，為染色體的正常分離所必需。連結(jié)的部位

7、，為染色體的正常分離所必需。 端粒端粒(telomere)(telomere)：真核生物線狀染色體分子末端的：真核生物線狀染色體分子末端的DNADNA區(qū)域區(qū)域 . .具有防止具有防止DNADNA末端降解，保證染色體的穩(wěn)定性的末端降解，保證染色體的穩(wěn)定性的功能功能 分為三種：分為三種： 單拷貝序列單拷貝序列(singlecopysequences)：一個基因組中只一個基因組中只有一個或幾個拷貝的序列；長度約為有一個或幾個拷貝的序列；長度約為750-2000bp750-2000bp，相當(dāng)于，相當(dāng)于一個結(jié)構(gòu)基因的長度，占基因組的一個結(jié)構(gòu)基因的長度，占基因組的40-80%40-80%。例如結(jié)構(gòu)基因。例

8、如結(jié)構(gòu)基因基本上屬于不重復(fù)序列，如蛋清蛋白、蠶的絲心蛋白等?；旧蠈儆诓恢貜?fù)序列，如蛋清蛋白、蠶的絲心蛋白等。 中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列(moderaterepetitivesequences)：重復(fù)次重復(fù)次數(shù)在數(shù)在10101 1-10-104 4之間之間; ;多數(shù)長多數(shù)長100-500bp100-500bp，占基因組，占基因組10-40%10-40%。各。各種種rRNArRNA、tRNAtRNA及某些結(jié)構(gòu)蛋白基因（如組蛋白基因）。及某些結(jié)構(gòu)蛋白基因（如組蛋白基因）。 高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列(highrepetitivesequences)衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNA：這這類序列一般較短，長類序列一

9、般較短，長10-300bp10-300bp，重復(fù)次數(shù)，重復(fù)次數(shù)lO5lO5，占基因組，占基因組DNADNA序列總量的序列總量的10-60%10-60%，人的基因組中這類序列約占，人的基因組中這類序列約占20%20%，功能還不明了。功能還不明了。 重復(fù)序列的存在是真核生物重復(fù)序列的存在是真核生物DNADNA區(qū)別于原核生物區(qū)別于原核生物DNADNA的的一個重要特征。一個重要特征。基因的編碼序列在基因的編碼序列在DNADNA分子上是不連續(xù)的，為不編碼的序列所隔開。分子上是不連續(xù)的，為不編碼的序列所隔開。不連續(xù)基因是通過不連續(xù)基因是通過mRNAmRNA和和DNADNA雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。外

10、顯子外顯子(exon)(exon)：編碼序列：編碼序列 內(nèi)含子內(nèi)含子(intron)(intron)：非編碼序列：非編碼序列外顯子和內(nèi)含子的概念與是否編碼氨基酸的概念并不相對應(yīng)。外顯子和內(nèi)含子的概念與是否編碼氨基酸的概念并不相對應(yīng)。 從不連續(xù)基因到成熟從不連續(xù)基因到成熟mRNAmRNA之間存在著一個基因轉(zhuǎn)錄的中間體之間存在著一個基因轉(zhuǎn)錄的中間體, ,叫做叫做初級轉(zhuǎn)錄物，叫做初級轉(zhuǎn)錄物，叫做不均一核不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA, RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)hnRNA), , 這個基因的初級轉(zhuǎn)錄物既含有外顯子又含

11、有內(nèi)合子序列，這個基因的初級轉(zhuǎn)錄物既含有外顯子又含有內(nèi)合子序列，從不均一核從不均一核RNARNA到成熟到成熟mRNAmRNA要經(jīng)過一轉(zhuǎn)錄后的加工拼接過程。要經(jīng)過一轉(zhuǎn)錄后的加工拼接過程。真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因的又一重要特征。的又一重要特征。n在一個結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的各個外在一個結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的各個外顯子并不連續(xù)排列在一起，而常常被長度不等的內(nèi)含子所顯子并不連續(xù)排列在一起，而常常被長度不等的內(nèi)含子所隔離，形成鑲嵌排列的斷裂方式。所以，真核基因有時被隔離，形成鑲嵌排列的

12、斷裂方式。所以，真核基因有時被稱為稱為斷裂基因斷裂基因( (interrupted geneinterrupted gene) )。n目前尚不清楚內(nèi)含子的生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，只有真核目前尚不清楚內(nèi)含子的生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，只有真核生物具有切除基因中內(nèi)含子，產(chǎn)生功能型生物具有切除基因中內(nèi)含子，產(chǎn)生功能型mRNAmRNA和蛋白質(zhì)的和蛋白質(zhì)的能力，原核生物一般不具有這種本領(lǐng)。能力，原核生物一般不具有這種本領(lǐng)。n如果要在原核細(xì)胞里表達(dá)真核基因，必須首先構(gòu)建切除如果要在原核細(xì)胞里表達(dá)真核基因，必須首先構(gòu)建切除內(nèi)含子的重組基因，才有可能得到所研究的蛋白質(zhì)。內(nèi)含子的重組基因，才有可能得到所研究的蛋白質(zhì)。 來

13、源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成為來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成為單一的單一的基因簇或稱基因家族。基因簇或稱基因家族。 同一家族中的成員有時緊密地排列在一起，成同一家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇；更多的時候，它們卻分散在同為一個基因簇；更多的時候，它們卻分散在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。 簡單多基因家族中的基因簡單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。一般以串聯(lián)方式前后相連。在在大腸桿菌中，大腸桿菌中，16S16S，23S23S和和5S 5S

14、rRNArRNA基因聯(lián)合成一個轉(zhuǎn)錄單位，基因聯(lián)合成一個轉(zhuǎn)錄單位，各種各種rRNArRNA分子都是從這個轉(zhuǎn)錄分子都是從這個轉(zhuǎn)錄單位上剪切下來的。單位上剪切下來的。 在真核生物中，前在真核生物中，前rRNArRNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為錄產(chǎn)物的分子量為45S45S，包括，包括18S18S，28S28S和和5.8S5.8S三個主要三個主要rRNArRNA分子。前分子。前rRNArRNA分子中至少有分子中至少有100100處被甲基化（主要是核糖處被甲基化（主要是核糖的的2-OH2-OH甲基化），原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)甲基化），原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也被特異性物也被特異性RNARNA酶切割降解，酶切割降解，產(chǎn)生成熟產(chǎn)生成熟rR

15、NArRNA分子。分子。5S rRNA5S rRNA作為一個獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，由作為一個獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，由RNARNA聚合酶聚合酶IIIIII（而不是聚合酶（而不是聚合酶I I）完成轉(zhuǎn)錄。）完成轉(zhuǎn)錄。復(fù)雜多基因家族復(fù)雜多基因家族 復(fù)雜多基因家族一般由幾個相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間復(fù)雜多基因家族一般由幾個相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并由間隔序列隔開，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。的復(fù)雜多基因家族。 海膽的組蛋白基因家族海膽的組蛋白基因家族 串聯(lián)單位中的每一個基因分別被轉(zhuǎn)錄成單串聯(lián)單位中的每一個基因分別被轉(zhuǎn)錄

16、成單順反子順反子RNARNA，這些，這些RNARNA都沒有內(nèi)含子，而且各基因在同一條都沒有內(nèi)含子，而且各基因在同一條DNADNA鏈上鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。研究還表明，在一個特定的細(xì)胞中，并不是所有串聯(lián)的單位都得到研究還表明，在一個特定的細(xì)胞中，并不是所有串聯(lián)的單位都得到轉(zhuǎn)錄。胚胎發(fā)育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯(lián)單位被轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄。胚胎發(fā)育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯(lián)單位被轉(zhuǎn)錄，暗示可能存在具有不同專一性的組蛋白亞類和發(fā)育調(diào)控機(jī)制。錄，暗示可能存在具有不同專一性的組蛋白亞類和發(fā)育調(diào)控機(jī)制。 多基因家族

17、成員的多基因家族成員的表達(dá)受到不同發(fā)育階段的影響表達(dá)受到不同發(fā)育階段的影響，而形成，而形成不同的基因產(chǎn)物。不同的基因產(chǎn)物。 如血紅蛋白如血紅蛋白2 22 2的亞基在胚胎期為的亞基在胚胎期為222 2222 2 ，嬰兒期有嬰兒期有2%2%為為222 222 ，98%98%為為222 22 2 ， 這是由于在不同的發(fā)育階段基因的這是由于在不同的發(fā)育階段基因的排列順序決定了基因的表達(dá)順序。排列順序決定了基因的表達(dá)順序。不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型 分子生物學(xué)的最新研究表明，在個體發(fā)育過程中，分子生物學(xué)的最新研究表明，在個體發(fā)育過程中，用來合成用來合成RNARNA的的DNADNA模

18、板也會發(fā)生規(guī)律性變化模板也會發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制，從而控制基因表達(dá)和生物體的發(fā)育。基因表達(dá)和生物體的發(fā)育。 高度重復(fù)基因的形成通常與個體分化階段高度重復(fù)基因的形成通常與個體分化階段DNADNA的某的某些變化有關(guān)。例如，一個成熟的紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可些變化有關(guān)。例如，一個成熟的紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的翻譯出成熟珠蛋白的mRNAmRNA，而其前體細(xì)胞卻不產(chǎn)生珠蛋，而其前體細(xì)胞卻不產(chǎn)生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化。數(shù)發(fā)生了永久性變化。 這種這種DNADNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形水

19、平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，通式，它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，通過這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。過這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)檫@些調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)樗够蚪M發(fā)生了改變。它使基因組發(fā)生了改變。7.1.3.1“開放開放”型活性染色質(zhì)（型活性染色質(zhì)（active chromatin）結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄）結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響的影響 真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)(euchromatin)(euchromat

20、in)上上進(jìn)行的進(jìn)行的( (異染色質(zhì)異染色質(zhì)hetrochromatinhetrochromatin高度壓縮高度壓縮, ,不轉(zhuǎn)錄不轉(zhuǎn)錄) ) 。轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會在特定的區(qū)域被解旋松弛，形錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由成自由DNADNA。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，DNADNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNADNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。 用用DNADNA酶酶I I處理各

21、種組織的染色質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)處理各種組織的染色質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)處于活躍處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNADNA更容易被更容易被DNADNA酶酶I I所降解所降解。 雞成紅細(xì)胞（雞成紅細(xì)胞（erythroblasterythroblast）染色質(zhì)中，）染色質(zhì)中，-血紅蛋血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被白基因比卵清蛋白基因更容易被DNADNA酶酶I I切割降解。切割降解。 雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)中被雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)中被DNADNA酶酶I I優(yōu)先降解的是卵清優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是蛋白基因，而不是-血紅蛋白基因。血紅蛋白基因。 存在于存在于“燈刷型燈刷型”染色體（染色體（

22、lamp brushlamp brush）上的環(huán)形）上的環(huán)形結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)。結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)。“燈刷型燈刷型”染色體染色體只有在兩棲類動物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時才能被觀察只有在兩棲類動物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時才能被觀察到，它是染色體充分伸展時的一種形態(tài)。到，它是染色體充分伸展時的一種形態(tài)。高倍電鏡下高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡泡”狀狀或或“環(huán)環(huán)”狀結(jié)構(gòu)，有時還能看到狀結(jié)構(gòu)，有時還能看到RNPRNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動，表明這些移動，表明這些DNADNA正在被正在被RNARNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄。聚合酶

23、所轉(zhuǎn)錄。1 . 1 . 基因的擴(kuò)增（基因的擴(kuò)增（amplificationamplification） 兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rRNArRNA基因的擴(kuò)增：如非洲爪蟾基因的擴(kuò)增：如非洲爪蟾卵母細(xì)胞卵母細(xì)胞rDNA(rRNArDNA(rRNA基因基因) ) 的擴(kuò)增的擴(kuò)增, ,以滿足受精后合成大量以滿足受精后合成大量蛋白質(zhì)的需要。蛋白質(zhì)的需要。 一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的rDNArDNA就沒有用了，將被逐就沒有用了，將被逐漸降解。漸降解。7.1.3.2基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增 基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)

24、象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。 7.1.3.3基因重排基因重排(rearrangement)將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為的位點(diǎn)從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重基因重排排。 真核生物真核生物最典型的例子是：最典型的例子是：1、免疫球蛋白在成熟過程中的重排、免疫球蛋白在成熟過程中的重排2、酵母的交配型轉(zhuǎn)變、酵母的交配型轉(zhuǎn)變. 通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例通過基因重排調(diào)

25、節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白子是免疫球蛋白( (抗體抗體) )結(jié)構(gòu)基因和結(jié)構(gòu)基因和T-T-細(xì)胞細(xì)胞受體基因的表達(dá)，前者是由受體基因的表達(dá)，前者是由B B淋巴細(xì)胞合淋巴細(xì)胞合成的，而后者則由成的，而后者則由T-T-淋巴細(xì)胞合成?？贵w淋巴細(xì)胞合成?？贵w有有100100萬種以上，一種淋巴細(xì)胞只產(chǎn)生一萬種以上，一種淋巴細(xì)胞只產(chǎn)生一種抗體。種抗體。免疫球蛋白的肽免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)鏈主要由可變區(qū)（V V區(qū)）、恒定區(qū)）、恒定區(qū)（區(qū)（C C區(qū)）以及區(qū)）以及兩者之間的連接兩者之間的連接區(qū)（區(qū)（J J區(qū)）組成區(qū)）組成 重鏈由重鏈由V V、D D、J J、C C四四種不同基種不同基因片段組因片段組成，

26、結(jié)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)比輕鏈更比輕鏈更為復(fù)雜為復(fù)雜V V、C C和和J J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)DNADNA重組把重組把4 4個相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有個相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。7.1.4 DNA甲基化與基因活性的調(diào)控甲基化與基因活性的調(diào)控 DNADNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，這一甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中并與基因表修飾途徑可能存在

27、于所有高等生物中并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。 大量研究表明，大量研究表明，DNADNA甲基化能關(guān)閉某些基因的甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。 DNADNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNADNA構(gòu)象、構(gòu)象、DNADNA穩(wěn)定性及穩(wěn)定性及DNADNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。控制基因表達(dá)。7.1.4.1DNA的甲基化的甲基化 DNADNA甲基化主要形甲基化主要形成成5-5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5-5-mCmC）和少量的）和少量的N

28、N6 6- -甲甲基腺嘌呤（基腺嘌呤（N N6 6-mA-mA）及及7-7-甲基鳥嘌呤（甲基鳥嘌呤（7-7-mGmG）。）。 由于由于CpGCpG二核苷二核苷酸通常成串出現(xiàn)在酸通常成串出現(xiàn)在DNADNA上，這段序列往上，這段序列往往被稱為往被稱為CpGCpG島島。 真核生物細(xì)胞內(nèi)存在真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性兩種甲基化酶活性：一種被稱為：一種被稱為日常型日常型甲甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是基轉(zhuǎn)移酶，另一種是從頭合成型從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶，甲基轉(zhuǎn)移酶，前者前者主要在甲基化主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNADNA雙鏈分子上與甲基胞雙鏈分子上與

29、甲基胞嘧啶相對應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(qiáng)，對半甲基化嘧啶相對應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(qiáng)，對半甲基化的的DNADNA有較高的親和力，使新生的半甲基化有較高的親和力，使新生的半甲基化DNADNA迅速甲基化，從而迅速甲基化，從而保證保證DNADNA復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。后者后者催化未甲基化的催化未甲基化的CpGCpG成為成為mCpGmCpG，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。7.1.4.2DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理 DNADNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNADNA構(gòu)象變化

30、，從而影響了蛋構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與白質(zhì)與DNADNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNADNA的結(jié)的結(jié)合效率。合效率。 研究表明，當(dāng)組蛋白研究表明，當(dāng)組蛋白H1H1與含與含CCGGCCGG序列的甲基化或非甲序列的甲基化或非甲基化基化DNADNA分別形成復(fù)合體時，分別形成復(fù)合體時，DNADNA的構(gòu)型存在著很大的差別，的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的甲基化達(dá)到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的B-DNAB-DNA向向Z-DNAZ-DNA的過的過渡。由于渡。由于Z-DNAZ-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使

31、許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。 有實(shí)驗(yàn)用序列相同但甲基化水平不同的有實(shí)驗(yàn)用序列相同但甲基化水平不同的DNADNA為材料，為材料，比較其作為比較其作為RNARNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與不利于模板與RNARNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。 5-5-甲基胞嘧啶在甲基胞嘧啶在DNADNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的上并不是隨機(jī)分布的，基因的5 5 端和端和3 3 端往端往往富含甲基化位點(diǎn)，而往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動區(qū)啟動區(qū)D

32、NADNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)制的程度密切相關(guān)。對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失。對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動子被增強(qiáng)時（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動子被增強(qiáng)時（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)榧谆瘜D(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)榧谆瘜D(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與MeCPlMeCPl（methyl methyl CpG-bi

33、nding protein lCpG-binding protein l）結(jié)合）結(jié)合DNADNA的能力成正相關(guān)，甲基化的能力成正相關(guān)，甲基化CpGCpG的密度的密度和啟動子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。和啟動子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。7.1.4.3DNA甲基化與甲基化與X染色體失活染色體失活 X X染色體失活是發(fā)育過程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。染色體失活是發(fā)育過程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。 雌性胎生哺乳類動物細(xì)胞中兩條雌性胎生哺乳類動物細(xì)胞中兩條X X染色體之一染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活在發(fā)育早期隨機(jī)失活，以確保與只有一條，以確保與只有一條X X染色體染色體的雄性個體內(nèi)

34、的雄性個體內(nèi)X X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X X染色體失活，這個信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代染色體失活，這個信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代細(xì)胞，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同細(xì)胞，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條一條X X染色體失活。染色體失活。X染色體失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):Xist基因(Xi-specific transcript) 真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的，受大量，受大量特定的順式作用元件（特定的順式作用元件（cis-acting

35、elementcis-acting element，又稱順式作，又稱順式作用元件）和反式作用因子（用元件）和反式作用因子（transtransacting factoracting factor，又稱，又稱跨域作用因子）的調(diào)控，跨域作用因子）的調(diào)控，真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過多數(shù)是通過順式作用元件順式作用元件和和反式作用因子反式作用因子復(fù)復(fù)雜的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。雜的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。 真核細(xì)胞的三種真核細(xì)胞的三種RNARNA聚合酶（聚合酶（、和和）中，只有）中，只有RNARNA聚合酶聚合酶能轉(zhuǎn)錄生成能轉(zhuǎn)錄生成mRNAmRNA，以下主要討論，以下主要討論RNARNA聚合酶

36、聚合酶的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。 I I型：型： 45 S-rRNA II45 S-rRNA II型：型： hnRNAhnRNA III III型：型： 小分子小分子RNARNA（5S-rRNA5S-rRNA，tRNAtRNA，snRNAsnRNA）真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNADNA序列。其中主要是起正調(diào)控作用的順式作序列。其中主要是起正調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動子用元件，包括啟動子(promoter)(promoter)、增強(qiáng)子、增強(qiáng)子(enhancer)(enhancer)等；。等

37、；。真核真核RNARNA聚合酶對啟動子的親和力很低，基聚合酶對啟動子的親和力很低，基本上不能獨(dú)靠其自身來起始轉(zhuǎn)錄，而是本上不能獨(dú)靠其自身來起始轉(zhuǎn)錄，而是需要依賴需要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用多種激活蛋白的協(xié)同作用。 真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋但其存在并不普遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是總的是以激活蛋白的作用為主以激活蛋白的作用為主。 即多數(shù)真核基因在沒有調(diào)控蛋白作用時是不即多數(shù)真核基因在沒有調(diào)控蛋白作用時是不轉(zhuǎn)錄

38、的，需要表達(dá)時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的，需要表達(dá)時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。 換言之：真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主導(dǎo)。換言之：真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主導(dǎo)。（一）（一） 順式作用元件順式作用元件真核生物真核生物DNADNA序列序列和被轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基因距離較近和被轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基因距離較近包括：啟動子（啟動子上游近側(cè)序列）包括：啟動子（啟動子上游近側(cè)序列） 增強(qiáng)子增強(qiáng)子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)( (可影響自身編碼基因表達(dá)活性可影響自身編碼基因表達(dá)活性) )1. 啟動子和啟動子上游近側(cè)序列是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的DNA序列位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游按其對RNA聚合酶的影響分為兩類:v位于較上

39、游的元件，強(qiáng)烈影響轉(zhuǎn)錄起始 CAAT box ，GC boxv離轉(zhuǎn)錄點(diǎn)較近，起轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控作用 TATA box真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNARNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及以及一個以上的一個以上的功能組件功能組件2.2.增強(qiáng)子增強(qiáng)子一類能增強(qiáng)真核生物啟動子功能的順式作一類能增強(qiáng)真核生物啟動子功能的順式作用元件用元件（DNADNA序列）序列）增強(qiáng)子、啟動子交錯覆蓋增強(qiáng)子、啟動子交錯覆蓋/ /連續(xù)連續(xù)v沒有增強(qiáng)子沒有增強(qiáng)子 啟動子不表現(xiàn)活性啟動子不表現(xiàn)活性v沒有啟動子沒有啟動子 增強(qiáng)子無法發(fā)

40、揮作用增強(qiáng)子無法發(fā)揮作用增強(qiáng)子作用不受序列方向的制約增強(qiáng)子作用不受序列方向的制約有組織特異性有組織特異性3. 3. 反應(yīng)元件反應(yīng)元件真核細(xì)胞處于某一特定環(huán)境時真核細(xì)胞處于某一特定環(huán)境時 有反應(yīng)的基因具有相同的順式作用元件有反應(yīng)的基因具有相同的順式作用元件 這這一類一類順式作用元件順式作用元件-反應(yīng)元件反應(yīng)元件（DNADNA序列）序列） 特點(diǎn)：（）具較短的保守序列特點(diǎn)：（）具較短的保守序列（）與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離不固定（）與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離不固定（）可位于啟動子或增強(qiáng)子內(nèi)（）可位于啟動子或增強(qiáng)子內(nèi)舉例：激素反應(yīng)元件（舉例：激素反應(yīng)元件（HREHRE）真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNA上位于基因上游能被轉(zhuǎn)錄因子

41、上位于基因上游能被轉(zhuǎn)錄因子識別和結(jié)合，能對特定環(huán)境因素作出應(yīng)答反應(yīng)的識別和結(jié)合，能對特定環(huán)境因素作出應(yīng)答反應(yīng)的DNA序列能專一結(jié)合特異性蛋白因子序列能專一結(jié)合特異性蛋白因子,從而調(diào)從而調(diào)控基因控基因特異表達(dá)特異表達(dá).應(yīng)答元件應(yīng)答元件(responseelement)包括包括:熱熱激激應(yīng)答元件應(yīng)答元件（HSE）糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(GRE)金屬應(yīng)答元件金屬應(yīng)答元件(MRE)血清應(yīng)答元件血清應(yīng)答元件(SRE)當(dāng)糖皮質(zhì)激素當(dāng)糖皮質(zhì)激素作用時作用時, ,真核真核細(xì)胞中有反應(yīng)細(xì)胞中有反應(yīng)的基因具有此的基因具有此類順式作用元類順式作用元件件各種應(yīng)答元件的各種應(yīng)答元件的作用原理作用原理是相同

42、的，即特定的蛋白因子是相同的，即特定的蛋白因子識別應(yīng)答元件并與其結(jié)合，從而調(diào)控基因的表達(dá)。識別應(yīng)答元件并與其結(jié)合，從而調(diào)控基因的表達(dá)。熱激應(yīng)答是多個基因受單一轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，溫度熱激應(yīng)答是多個基因受單一轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，溫度升高，在關(guān)閉一些基因轉(zhuǎn)錄的同時，打開熱激基因升高，在關(guān)閉一些基因轉(zhuǎn)錄的同時，打開熱激基因(heatshockgene)的轉(zhuǎn)錄。無論是細(xì)菌還是高等真核的轉(zhuǎn)錄。無論是細(xì)菌還是高等真核生物，熱激基因散布在不同染色體上或同一染色體的生物，熱激基因散布在不同染色體上或同一染色體的不同部位，即生物處在最適溫度范圍以上時，受到熱不同部位，即生物處在最適溫度范圍以上時，受到熱的誘導(dǎo)，就會使許多熱

43、激基因轉(zhuǎn)錄，合成一系列熱激的誘導(dǎo)，就會使許多熱激基因轉(zhuǎn)錄，合成一系列熱激蛋白。熱激蛋白是一種分子陪伴蛋白。熱激蛋白是一種分子陪伴(moleculerchaperon)，可以使因溫度升高而構(gòu)型發(fā)生改變的蛋，可以使因溫度升高而構(gòu)型發(fā)生改變的蛋白質(zhì)恢復(fù)成維持原有的三維構(gòu)象，不致喪失功能而使白質(zhì)恢復(fù)成維持原有的三維構(gòu)象，不致喪失功能而使機(jī)體得以存活。機(jī)體得以存活。 一類一類在在真核細(xì)胞核真核細(xì)胞核中發(fā)揮作用的中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 反式作用因子反式作用因子 識別識別/ /結(jié)合結(jié)合 順式作用元件中的靶序列順式作用元件中的靶序列 啟動轉(zhuǎn)錄啟動轉(zhuǎn)錄v例：轉(zhuǎn)錄因子例：轉(zhuǎn)錄因子TFD TFD 識別結(jié)合

44、識別結(jié)合 TATA boxTATA box 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 SP1 SP1 識別結(jié)合識別結(jié)合 GC box GC box 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 CTF1 CTF1 識別結(jié)合識別結(jié)合 CCAATboxCCAATbox表 RNA聚合酶的基本轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子分子量分子量(kD)功能功能TBP30與與TATA盒結(jié)合盒結(jié)合TF-B33介導(dǎo)介導(dǎo)RNA聚合酶聚合酶的結(jié)合的結(jié)合TF-F30,74解旋酶解旋酶TF-E34,37ATP酶酶TF-H62,89解旋酶解旋酶TF-A12,19,35穩(wěn)定穩(wěn)定TF-D的結(jié)合的結(jié)合TF-I120促進(jìn)促進(jìn)TF-D的結(jié)合的結(jié)合2 2、反式作用因子、反式作用因子 1. 1.

45、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）* * 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription (general transcription factors)factors)是是RNARNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種白因子，決定三種RNA(mRNARNA(mRNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄的類別錄的類別反式作用因子反式作用因子是能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作是能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因

46、轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。* * 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription (special transcription factors)factors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達(dá)。時間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分析其結(jié)構(gòu)作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分析其結(jié)構(gòu)可包含有不同區(qū)域：可包含有不同區(qū)域：DNADNA結(jié)合域結(jié)合域（DNA binding DNA binding domaindomain），多由），多由60-10060-100個氨基酸殘基組成

47、的幾個個氨基酸殘基組成的幾個亞區(qū)組成；亞區(qū)組成；轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域（ transcriptional transcriptional activation domainactivation domain），常由），常由30-10030-100氨基酸殘基組氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸富含脯氨酸等不同種類；等不同種類；連接區(qū)，連接區(qū)，即連接上兩即連接上兩個結(jié)構(gòu)域的部分。個結(jié)構(gòu)域的部分。反式作用因子的三個功能結(jié)構(gòu)域：反式作用因子的三個功能結(jié)構(gòu)域：與與DNADNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子大多以二聚體形式大多以二聚體

48、形式起作用，起作用，與與DNADNA結(jié)合的功能域結(jié)構(gòu)常見有以幾結(jié)合的功能域結(jié)構(gòu)常見有以幾種種: : 螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -螺旋螺旋（helix-turn-helixhelix-turn-helix，HTHHTH）這類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中至少有兩個）這類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中至少有兩個螺旋，螺旋，中間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角，兩個這樣的結(jié)構(gòu)中間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角，兩個這樣的結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，兩個以二聚體形式相連，兩個螺旋剛好分別嵌螺旋剛好分別嵌入入DNADNA的深溝。的深溝。 圖 HTH結(jié)構(gòu)及其與DNA的結(jié)合 鋅指鋅指（zinc fingerzinc finger） 其結(jié)構(gòu)如下圖其結(jié)構(gòu)如下圖 所示，每個所示，

49、每個重復(fù)的重復(fù)的“指指”狀結(jié)構(gòu)約含狀結(jié)構(gòu)約含2323個氨基酸殘基，鋅以個氨基酸殘基，鋅以4 4個個配價(jià)鍵與配價(jià)鍵與4 4個半胱氨酸、或個半胱氨酸、或2 2個半胱氨酸和個半胱氨酸和2 2個組氨酸個組氨酸相結(jié)合相結(jié)合。整個蛋白質(zhì)分子。整個蛋白質(zhì)分子可有可有2-92-9個個這樣的鋅指重復(fù)這樣的鋅指重復(fù)單位。每一個單位可以其單位。每一個單位可以其指部伸入指部伸入DNADNA雙螺旋的深溝。雙螺旋的深溝。例如與例如與GCGC盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子子SP1SP1中就有連續(xù)的中就有連續(xù)的3 3個鋅個鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。指重復(fù)結(jié)構(gòu)。圖圖 蛋白質(zhì)的鋅指結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的鋅指結(jié)構(gòu)堿性堿性- -亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈（ba

50、sic leucine basic leucine zipperzipper，bZIPbZIP） 這結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)分這結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔子的肽鏈上每隔6 6個氨基酸就有個氨基酸就有一個亮氨酸殘一個亮氨酸殘基基，結(jié)果就導(dǎo)致這些亮氨酸殘基都在，結(jié)果就導(dǎo)致這些亮氨酸殘基都在螺旋螺旋的同一個的同一個方向出現(xiàn)方向出現(xiàn)。兩個相同的結(jié)構(gòu)的兩排。兩個相同的結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，這亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，這二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與借其正電荷與DNADNA雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸雙螺旋鏈上帶

51、負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)結(jié)合?；鶊F(tuán)結(jié)合。4.螺旋一環(huán)一螺旋（螺旋一環(huán)一螺旋（HLH）(bHLH)(bHLH)： bHLHbHLH類蛋白只有形成類蛋白只有形成同源或異源二聚體時，才具有足同源或異源二聚體時，才具有足夠的夠的DNADNA結(jié)合能力。該調(diào)控區(qū)長結(jié)合能力。該調(diào)控區(qū)長約約5050個個aaaa殘基，同時具有殘基，同時具有DNADNA結(jié)結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩個親脂性其主要特點(diǎn)是可形成兩個親脂性-螺旋，螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀兩個螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，結(jié)構(gòu)相連，其其DNADNA結(jié)合功能是由結(jié)合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決一個較短的富堿性氨

52、基酸區(qū)所決定的。定的。5、同源域蛋白（、同源域蛋白（hd)： 同源域同源域(homeo domains)(homeo domains)基因基因是是指編碼指編碼6060個保守氨基酸序列的個保守氨基酸序列的DNADNA片片段，同源轉(zhuǎn)換基因與生物生長、發(fā)段，同源轉(zhuǎn)換基因與生物生長、發(fā)育和分化有關(guān)。許多含有同源轉(zhuǎn)換育和分化有關(guān)。許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，同源區(qū)的基因具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨基酸序列可能參與了轉(zhuǎn)換區(qū)氨基酸序列可能參與了DNADNA結(jié)結(jié)合區(qū)。最早來自控制軀體發(fā)育的基合區(qū)。最早來自控制軀體發(fā)育的基因，因，其中的其中的DNADNA結(jié)合區(qū)與螺旋轉(zhuǎn)角結(jié)合區(qū)與螺旋轉(zhuǎn)角螺旋螺旋(

53、HTH)(HTH)相似，相似，人們把該人們把該DNADNA序序列稱為同源域盒。主要與列稱為同源域盒。主要與DNADNA大溝相大溝相結(jié)合。結(jié)合。 最早在果蠅的最早在果蠅的homeotic locihomeotic loci（決定身體結(jié)構(gòu)）中發(fā)現(xiàn)（決定身體結(jié)構(gòu)）中發(fā)現(xiàn). .同形同形異位現(xiàn)象異位現(xiàn)象(homeosis):(homeosis):果蠅頭部長觸角部位長出腳來果蠅頭部長觸角部位長出腳來同形異位盒基因同形異位盒基因(homeobox) :(homeobox) :高度保守的一段核苷酸序列高度保守的一段核苷酸序列（180bp180bp）, ,控制胚胎發(fā)育的基控制胚胎發(fā)育的基因因 從酵母到人類都存在

54、從酵母到人類都存在 homeobox, DNAhomeobox, DNA序列高度保序列高度保守守轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域(transcriptionalactivationdomain) 反式作用因子的轉(zhuǎn)錄活化功能取決于反式作用因子的轉(zhuǎn)錄活化功能取決于DNADNA結(jié)合域以結(jié)合域以外的由外的由30-10030-100個個AAAA組成的區(qū)域，此區(qū)即為轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)組成的區(qū)域，此區(qū)即為轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域。域。 不同的轉(zhuǎn)錄活化域大體上有下列幾個特征性結(jié)構(gòu)：不同的轉(zhuǎn)錄活化域大體上有下列幾個特征性結(jié)構(gòu)： - -帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)(acidic (acidic helix domain)he

55、lix domain) 富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)(glutamine-rich domain)(glutamine-rich domain) 富含脯氨酸結(jié)構(gòu)富含脯氨酸結(jié)構(gòu)(proline-rich domain)(proline-rich domain)7.5 其他水平上的基因調(diào)控其他水平上的基因調(diào)控7.5.1RNA的加工成熟的加工成熟 各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是RNARNA，無論是，無論是rRNArRNA、tRNAtRNA還是還是mRNAmRNA，初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過加工，才能成為有生物功能的活性分子。初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過加工，才能成為有生物功能的活性分子。7.5.

56、1.1rRNA和和tRNA的加工的加工成熟成熟 rRNArRNA加工有兩個內(nèi)容，加工有兩個內(nèi)容，一個是分子內(nèi)的切割，另一一個是分子內(nèi)的切割，另一個是化學(xué)修飾。個是化學(xué)修飾。 真核生物的真核生物的rRNArRNA基因轉(zhuǎn)基因轉(zhuǎn)錄時，先產(chǎn)生一個錄時，先產(chǎn)生一個45S45S的前的前體體rRNArRNA，然后被核酸酶逐漸，然后被核酸酶逐漸降解，形成成熟的降解，形成成熟的18S18S、28S28S和和5.8S rRNA5.8S rRNA。 rRNArRNA基因轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核仁內(nèi)進(jìn)行，初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物基因轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核仁內(nèi)進(jìn)行，初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45S45S前體前體rRNArRNA很快就會被加工降解，生成不同相對

57、分子質(zhì)很快就會被加工降解，生成不同相對分子質(zhì)量的成熟量的成熟rRNArRNA。 rRNArRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNArRNA主要是主要是堿基堿基甲基化，而真核生物甲基化，而真核生物rRNArRNA則主要是則主要是核糖核糖甲基化。甲基化。 tRNAtRNA基因轉(zhuǎn)錄時也可能先生成前體基因轉(zhuǎn)錄時也可能先生成前體tRNAtRNA，然后再進(jìn)行，然后再進(jìn)行加工成熟。一般認(rèn)為，加工成熟。一般認(rèn)為，tRNAtRNA基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先經(jīng)過核苷的修飾，生成胞質(zhì)后，首先經(jīng)過核苷的修飾，生成4.5S4.5S前體前體tRN

58、AtRNA，再行，再行剪接成為成熟剪接成為成熟tRNAtRNA（4S4S）。）。7.5.1.2mRNA的加工成熟的加工成熟 編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNAmRNA。這類基因產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄后要進(jìn)。這類基因產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄后要進(jìn)行一系列的加工變化，才能成為成行一系列的加工變化，才能成為成熟的有生物功能的熟的有生物功能的mRNAmRNA。 這些加工主要包括在這些加工主要包括在mRNAmRNA的的55末端加末端加“帽子帽子”，在其，在其33末端加上末端加上多聚（多聚（A A），），進(jìn)行進(jìn)行RNARNA的剪接的剪接以及以及核核苷酸的甲基化修飾苷酸的甲基化修飾等。等。 由于由于mRNAmR

59、NA的這些結(jié)構(gòu)與它作為的這些結(jié)構(gòu)與它作為蛋白質(zhì)合成模板的功能有密切關(guān)系，蛋白質(zhì)合成模板的功能有密切關(guān)系，所以是基因表達(dá)的重要調(diào)控環(huán)節(jié)。所以是基因表達(dá)的重要調(diào)控環(huán)節(jié)。 與與rRNArRNA、tRNAtRNA相同，編碼蛋白相同，編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄時首先生成前體質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄時首先生成前體pre-pre-mRNAmRNA（或稱核不均一（或稱核不均一RNARNA，hnRNAhnRNA），），然后再加工剪接為成熟然后再加工剪接為成熟mRNAmRNA。7.5.1.3真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄方式分為兩大類：即簡單轉(zhuǎn)錄單位真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄

60、方式分為兩大類：即簡單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。這兩種轉(zhuǎn)錄方式雖然最終都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，但它和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。這兩種轉(zhuǎn)錄方式雖然最終都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，但它們的轉(zhuǎn)錄后加工方式是不同的。們的轉(zhuǎn)錄后加工方式是不同的。 (1) (1) 簡單轉(zhuǎn)錄單位。簡單轉(zhuǎn)錄單位。這類基因這類基因只編碼產(chǎn)生一個多肽，只編碼產(chǎn)生一個多肽，其原始轉(zhuǎn)其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有時需要加工，有時則不需要加工。這類基因轉(zhuǎn)錄后加工有錄產(chǎn)物有時需要加工，有時則不需要加工。這類基因轉(zhuǎn)錄后加工有3 3種不同形式種不同形式第一種簡單轉(zhuǎn)錄單位，第一種簡單轉(zhuǎn)錄單位，如組蛋白基因，它們沒有內(nèi)含子，因此不存在轉(zhuǎn)如組蛋白基因，它們沒有內(nèi)含子，因此不存在轉(zhuǎn)錄后錄后 加工問題