分子生物學(xué)——基因表達(dá)調(diào)控ppt課件

1、 第五章第五章 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控遺傳信息傳遞中心法則遺傳信息傳遞中心法則DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制 生物基因組中結(jié)構(gòu)基因所攜帶的生物基因組中結(jié)構(gòu)基因所攜帶的遺傳信息，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列遺傳信息，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列過(guò)程，合成具有特定的生物學(xué)功能和過(guò)程，合成具有特定的生物學(xué)功能和生物學(xué)效應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)的RNARNA或蛋白質(zhì)的全過(guò)程。或蛋白質(zhì)的全過(guò)程。一、基因表達(dá)的概念一、基因表達(dá)的概念二、基因表達(dá)的特點(diǎn)二、基因表達(dá)的特點(diǎn)（一時(shí)間特異性（一時(shí)間特異性 發(fā)育階段特異性發(fā)育階段特異性 （二空間特異性（二空間特異性 組織細(xì)胞特異性組織細(xì)胞特異性 按對(duì)刺激的反應(yīng)性分為兩大

2、類：按對(duì)刺激的反應(yīng)性分為兩大類：（一根本組成性表達(dá)（一根本組成性表達(dá) 基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。如管家基因。中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。如管家基因。三、基因表達(dá)的方式（二誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)（二誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)(induction expression)(induction expression)阻遏表達(dá)阻遏表達(dá)(repression expression)(repression expression)協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinance (coordi

3、nance expression)expression) 在一定機(jī)制下，功能相關(guān)的一在一定機(jī)制下，功能相關(guān)的一組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)。組基因，協(xié)調(diào)一致，共同表達(dá)。 四、基因表達(dá)調(diào)控的概念 機(jī)體各種細(xì)胞中含有的相同遺傳信息機(jī)體各種細(xì)胞中含有的相同遺傳信息(相同的結(jié)構(gòu)基因相同的結(jié)構(gòu)基因)，根據(jù)機(jī)體的不同發(fā)育階，根據(jù)機(jī)體的不同發(fā)育階段、不同的組織細(xì)胞及不同的功能狀態(tài)，選段、不同的組織細(xì)胞及不同的功能狀態(tài)，選擇性、程序性地表達(dá)特定數(shù)量的特定基因的擇性、程序性地表達(dá)特定數(shù)量的特定基因的過(guò)程。過(guò)程。 五、基因表達(dá)的調(diào)控因子五、基因表達(dá)的調(diào)控因子 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) ( ( 主要主要 ) ) 小分子小分子RN

4、A ( RNA ( 某些環(huán)節(jié)某些環(huán)節(jié) ) )六、基因表達(dá)調(diào)控水平六、基因表達(dá)調(diào)控水平v 基因組基因組v 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄v 轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后v 翻譯翻譯v 翻譯后翻譯后 第一節(jié)原核生物基因表達(dá)調(diào)控 原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平，其次是翻譯水平。水平，其次是翻譯水平。 本節(jié)主要以大腸桿菌為例介紹原核生本節(jié)主要以大腸桿菌為例介紹原核生物基因表達(dá)的調(diào)控。物基因表達(dá)的調(diào)控。一、原核生物基因表達(dá)的特點(diǎn)1.1.只有一種只有一種RNARNA聚合酶聚合酶2.2.基因表達(dá)以操縱子為基本單位基因表達(dá)以操縱子為基本單位操縱子學(xué)說(shuō)開(kāi)創(chuàng)了基因表達(dá)調(diào)控的研究操縱子學(xué)說(shuō)開(kāi)創(chuàng)了基因表達(dá)調(diào)控的研究 F.

5、JacobJ.L.Monod操縱子模型操縱子模型ppromoter調(diào)控序列調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因：多個(gè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)基因：多個(gè)串聯(lián)ayzstructural gene操縱子操縱子(operon) :(operon) :一個(gè)多順?lè)醋愚D(zhuǎn)錄單一個(gè)多順?lè)醋愚D(zhuǎn)錄單位與其調(diào)控序列即構(gòu)成操縱子。位與其調(diào)控序列即構(gòu)成操縱子。PromoterGene 1Gene 2Gene 3TerminatorDNATranscriptionmRNA31235TranslationProteins123原核生物的原核生物的mRNAmRNA是多順?lè)醋邮嵌囗樂(lè)醋觤RNAmRNA3.3.轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)進(jìn)行；轉(zhuǎn)錄和翻譯偶聯(lián)進(jìn)行；4.mRNA4.

6、mRNA翻譯起始部位有特殊的堿基序翻譯起始部位有特殊的堿基序列列SDSD序列。共有序列為序列。共有序列為AGGAGGAGGAGG 5.5.原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄原核生物基因表達(dá)調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平，即對(duì)水平，即對(duì)RNARNA合成的調(diào)控。合成的調(diào)控。 通常有兩種方式：通常有兩種方式： (1) (1) 起始調(diào)控，即啟動(dòng)子調(diào)控起始調(diào)控，即啟動(dòng)子調(diào)控 (2) (2) 終止調(diào)控終止調(diào)控( (衰減子調(diào)控衰減子調(diào)控) )二、原核生物基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制 ( (一一) )轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 ( (二二) )轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控 ( (三三) )翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控 ( (一一)

7、)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 1. 因子與轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控因子與轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 核心酶核心酶 (core enzyme)全酶全酶 (holoenzyme) 調(diào)控調(diào)控RNA聚合酶與特異聚合酶與特異DNA區(qū)域結(jié)合：區(qū)域結(jié)合： 確保確保RNA 聚合酶與特異啟動(dòng)子序列聚合酶與特異啟動(dòng)子序列穩(wěn)定結(jié)合，而不是與其它位點(diǎn)結(jié)合。穩(wěn)定結(jié)合，而不是與其它位點(diǎn)結(jié)合。(1) (1) 因子因子 不同的不同的因子決定因子決定RNARNA聚合酶對(duì)聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)子序列的特異性識(shí)一個(gè)或一套啟動(dòng)子序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。別和結(jié)合能力。最早發(fā)現(xiàn)的最早發(fā)現(xiàn)的因子：因子：7070新發(fā)現(xiàn)：新發(fā)現(xiàn)： 32 32、 54 54

8、、2828(2)(2)啟動(dòng)子序列啟動(dòng)子序列RNA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始-35區(qū)區(qū)-10區(qū)區(qū)TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列 共有序列決定啟動(dòng)子序列的轉(zhuǎn)錄共有序列決定啟動(dòng)子序列的轉(zhuǎn)錄活性強(qiáng)弱?；钚詮?qiáng)弱。 某些特異因子蛋白質(zhì)決定某些特異因子蛋白質(zhì)決定RNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)子序聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)子序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。 2.2

9、.轉(zhuǎn)錄起始的負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的負(fù)調(diào)控 乳糖操縱子乳糖操縱子lactose operon,laclactose operon,lac是是原核生物基因轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控的最典型模式。原核生物基因轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控的最典型模式。 乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子的結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因Z Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y：透酶：透酶A A：乙?；D(zhuǎn)移酶：乙?；D(zhuǎn)移酶 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)CAPCAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn) 啟動(dòng)子啟動(dòng)子操縱元件操縱元件ZYAOPDNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)沒(méi)有乳糖存在時(shí)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏基因阻遏基因l誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)劑inducerinducer）l

10、 乳糖乳糖l 1,6-1,6-別乳糖別乳糖l 異丙基硫代半乳糖苷異丙基硫代半乳糖苷IPTGIPTG） 操縱元件在操縱子的位置是從操縱元件在操縱子的位置是從-7至至+28，RNA聚合聚合酶所占的區(qū)域是從酶所占的區(qū)域是從-35至至+20，兩者有部分重疊，因此阻，兩者有部分重疊，因此阻遏蛋白和遏蛋白和RNA聚合酶與聚合酶與DNA的結(jié)合是相互排斥的。的結(jié)合是相互排斥的。 與與lac阻遏蛋白結(jié)合的操縱基因區(qū)域具有反阻遏蛋白結(jié)合的操縱基因區(qū)域具有反向重復(fù)序列，能與蛋白質(zhì)特異結(jié)合的向重復(fù)序列，能與蛋白質(zhì)特異結(jié)合的DNA特征特征性結(jié)構(gòu)。性結(jié)構(gòu)。 -10 +1 +10 +20 +30 . . . . .5ATG

11、TTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAA 33TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT 5 3.轉(zhuǎn)錄起始的正調(diào)控 阿拉伯糖操縱子是正調(diào)控的典型例子。阿拉伯糖操縱子是正調(diào)控的典型例子。 阿拉伯糖操縱子的基因結(jié)構(gòu)圖AraC AraC 對(duì)阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)對(duì)阿拉伯糖操縱子的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性提高轉(zhuǎn)錄活性提高5050倍倍無(wú)葡萄糖，無(wú)葡萄糖，cAMPcAMP濃度高時(shí)濃度高時(shí)有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP濃度低時(shí)濃度低時(shí)乳糖操縱子中乳糖操縱子中CAPCAP的正性調(diào)節(jié)的正性調(diào)節(jié)ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCA

12、PCAP cAMP:環(huán)一磷酸腺苷環(huán)一磷酸腺苷 CAP：分解代謝基因激活蛋白質(zhì)：分解代謝基因激活蛋白質(zhì)(catabolite gene activator protein，CAP) CAP的活性依賴的活性依賴cAMP， 形成形成cAMP-CAP 復(fù)合物，促進(jìn)多種操縱子轉(zhuǎn)錄起始。復(fù)合物，促進(jìn)多種操縱子轉(zhuǎn)錄起始。cAMP與葡萄糖相關(guān)性：與葡萄糖相關(guān)性： 葡萄糖葡萄糖，cAMP 葡萄糖葡萄糖，cAMP 4 4轉(zhuǎn)錄起始的復(fù)合調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的復(fù)合調(diào)控 在大腸桿菌的許多操縱子中，基因在大腸桿菌的許多操縱子中，基因的轉(zhuǎn)錄不是由單一因子調(diào)控的，而是通的轉(zhuǎn)錄不是由單一因子調(diào)控的，而是通過(guò)負(fù)調(diào)控因子和正調(diào)控因子進(jìn)行復(fù)

13、合調(diào)過(guò)負(fù)調(diào)控因子和正調(diào)控因子進(jìn)行復(fù)合調(diào)控?？亍?糖代謝有關(guān)的操縱子，如糖代謝有關(guān)的操縱子，如lac 操縱子。操縱子。 阻遏蛋白與cAMP-CAP對(duì)乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄的調(diào)控 單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖。菌首先利用葡萄糖。葡萄糖對(duì)葡萄糖對(duì)lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏。阻遏。 （二轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控（二轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控方式分兩大類：轉(zhuǎn)錄終止調(diào)控方式分兩大類：A.A.依賴依賴因子的終止調(diào)控因子的終止調(diào)控B.B.不依賴不依賴因子的終

14、止調(diào)控因子的終止調(diào)控 例：色氨酸操縱子的表達(dá)調(diào)控例：色氨酸操縱子的表達(dá)調(diào)控色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)及其調(diào)控方式色氨酸操縱子的結(jié)構(gòu)及其調(diào)控方式 色氨酸操縱子mRNA引導(dǎo)序列不同區(qū)域互補(bǔ)所形成的不同二級(jí)結(jié)構(gòu)色氨酸豐富時(shí)，核蛋白體順利沿引導(dǎo)序列移動(dòng)直達(dá)最色氨酸豐富時(shí)，核蛋白體順利沿引導(dǎo)序列移動(dòng)直達(dá)最后一個(gè)密碼子后一個(gè)密碼子UGA，合成完整的引導(dǎo)肽。，合成完整的引導(dǎo)肽。RNA 聚合聚合酶停止在衰減子部位。酶停止在衰減子部位。色氨酸缺乏時(shí)，核蛋白體色氨酸缺乏時(shí)，核蛋白體終止在終止在1區(qū)區(qū)Trp密碼子部密碼子部位，位，RNA 聚合酶通過(guò)衰聚合酶通過(guò)衰減子區(qū)域而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。減子區(qū)域而繼續(xù)轉(zhuǎn)錄。 (三) 翻譯水平的調(diào)

15、控 翻譯一般在起始和終止階段受到調(diào)節(jié)。翻譯一般在起始和終止階段受到調(diào)節(jié)。 調(diào)控分子調(diào)控分子: RNA、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì) 直接或間接決定翻譯起始位點(diǎn)能否為核蛋直接或間接決定翻譯起始位點(diǎn)能否為核蛋白體所利用。白體所利用。 1.1.反義反義RNARNA的調(diào)控作用的調(diào)控作用 反義反義RNA 能與特定能與特定mRNA互補(bǔ)結(jié)合的互補(bǔ)結(jié)合的RNA片段。天然的具有功能的反片段。天然的具有功能的反義義RNA分子一般在分子一般在200個(gè)堿基以下。個(gè)堿基以下。反義反義RNA有三種作用方式：有三種作用方式：與與mRNA 5mRNA 5端非翻譯區(qū)包括端非翻譯區(qū)包括SDSD序列相序列相 結(jié)合，直結(jié)合，直接抑制翻譯。接抑制翻

16、譯。與與mRNA 5mRNA 5端編碼區(qū)起始密碼子端編碼區(qū)起始密碼子AUGAUG結(jié)合，抑制結(jié)合，抑制mRNAmRNA翻譯起始。翻譯起始。與與mRNAmRNA的非編碼區(qū)互補(bǔ)結(jié)合，使的非編碼區(qū)互補(bǔ)結(jié)合，使mRNAmRNA構(gòu)象改變，構(gòu)象改變，影響其與核糖體結(jié)合，間接抑制了影響其與核糖體結(jié)合，間接抑制了mRNAmRNA的翻譯。的翻譯。 反義反義RNA調(diào)控調(diào)控Tn10轉(zhuǎn)位酶基因的表達(dá)轉(zhuǎn)位酶基因的表達(dá)2. RNA穩(wěn)定性與調(diào)控的關(guān)系 mRNA mRNA穩(wěn)定性與其序列和結(jié)構(gòu)有關(guān)。穩(wěn)定性與其序列和結(jié)構(gòu)有關(guān)。 3.蛋白質(zhì)合成的自身調(diào)控 如：核糖體蛋白如：核糖體蛋白第二節(jié) 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 單細(xì)胞真核生物，如

17、酵母基因表達(dá)的調(diào)控單細(xì)胞真核生物，如酵母基因表達(dá)的調(diào)控和原核生物表達(dá)的調(diào)控基本相同。和原核生物表達(dá)的調(diào)控基本相同。 多細(xì)胞真核生物，遺傳信息從細(xì)胞核的基多細(xì)胞真核生物，遺傳信息從細(xì)胞核的基因組因組DNA傳遞到基因編碼的蛋白質(zhì)均受到多層傳遞到基因編碼的蛋白質(zhì)均受到多層次的調(diào)控。次的調(diào)控。一、真核生物基因表達(dá)的特點(diǎn)一、真核生物基因表達(dá)的特點(diǎn) 1. 1. 細(xì)胞的全能性細(xì)胞的全能性 2. 2. 基因表達(dá)的時(shí)間性和空間性基因表達(dá)的時(shí)間性和空間性G A 221Hb Grow1Hb PorlandHb Grow HbF HbA2 HbA 胚胎期胚胎期 胎兒期胎兒期 成人期成人期不同發(fā)育時(shí)期不同發(fā)育時(shí)期珠蛋白

18、基因表達(dá)和血紅蛋白分子類型珠蛋白基因表達(dá)和血紅蛋白分子類型胚胎期胚胎期胎兒期胎兒期和和成人期成人期 3. 3. 轉(zhuǎn)錄和翻譯分開(kāi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯分開(kāi)進(jìn)行4.初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工修飾初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為核不均一RNAheterogeneousnuclearRNA,hnRNA）5. 5. 部分基因多拷貝部分基因多拷貝 6. 6. 不存在操縱子結(jié)構(gòu)不存在操縱子結(jié)構(gòu) 真核生物的真核生物的mRNAmRNA是單順?lè)醋邮菃雾樂(lè)醋觤RNA (monocistronic mRNA)mRNA (monocistronic mRNA)TranslationTranscriptionmRNADNAProteinProm

19、oterGene35單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋觤RNA (monocistronic mRNA)（一基因組（一基因組DNADNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控 1.1.染色質(zhì)丟失染色質(zhì)丟失 不可逆調(diào)控。如一些低等生物如不可逆調(diào)控。如一些低等生物如線蟲(chóng)體細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中發(fā)生染色質(zhì)丟線蟲(chóng)體細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中發(fā)生染色質(zhì)丟失。失。二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制2.2.基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增gene amplificationgene amplification） 當(dāng)細(xì)胞對(duì)某種基因產(chǎn)物需要量當(dāng)細(xì)胞對(duì)某種基因產(chǎn)物需要量劇增，單純靠調(diào)節(jié)其表達(dá)活性不足劇增，單純靠調(diào)節(jié)其表達(dá)活性不足以滿足需要，只有增加這種基因的

20、以滿足需要，只有增加這種基因的拷貝數(shù)?？截悢?shù)。3.3.基因重排：（基因重排：（gene rearrangementgene rearrangement）VJCVJCVJC免疫球蛋白免疫球蛋白IgGIgG基因重排基因重排 指某些基因片段改變?cè)瓉?lái)存在順序而重新排列指某些基因片段改變?cè)瓉?lái)存在順序而重新排列組合，成為一個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。調(diào)節(jié)表達(dá)產(chǎn)物多組合，成為一個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。調(diào)節(jié)表達(dá)產(chǎn)物多樣性。樣性。4.4.基因的甲基化修飾基因的甲基化修飾 DNADNA上特定的上特定的CpGCpG序列處的胞嘧啶發(fā)生序列處的胞嘧啶發(fā)生甲基化修飾甲基化修飾5mC5mC）。甲基化程度與基因的）。甲基化程度與基因的表達(dá)一

21、般呈反比關(guān)系。甲基化程度愈高，表達(dá)一般呈反比關(guān)系。甲基化程度愈高，基因的表達(dá)則降低。去甲基化，基因的表基因的表達(dá)則降低。去甲基化，基因的表達(dá)增加。達(dá)增加。 GCGCGCGCGene 5.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用 常染色質(zhì)中疏松狀態(tài)的活性染色質(zhì)是基因常染色質(zhì)中疏松狀態(tài)的活性染色質(zhì)是基因轉(zhuǎn)錄前在染色質(zhì)水平上獨(dú)特的調(diào)控機(jī)制。轉(zhuǎn)錄前在染色質(zhì)水平上獨(dú)特的調(diào)控機(jī)制。（二轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控（二轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核生物真核生物RNARNA聚合酶有聚合酶有3 3種種種類種類轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45S-rRNA（5.8、 18、28）hnRNAsnRNA5S-RNAtRNA（RNA po

22、lymerase, RNA pol）真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控 以以RNA聚合酶聚合酶為例為例1.1.轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成2.2.順式作用元件順式作用元件 (cis-acting (cis-acting element)element)3.3.反式作用因子反式作用因子 (trans-acting (trans-acting factor)factor)4.4.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制1.1.轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiation (pre-initiation complex, PI

23、C)complex, PIC)和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物(transcription initiation complex, TIC)(transcription initiation complex, TIC)的的形成形成真核生物真核生物RNA pol不與不與DNA直接結(jié)合，而直接結(jié)合，而需要依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。需要依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。 2 . 順式作用元件順式作用元件(cis-acting element) 指某些能影響基因表達(dá)但不編碼蛋白指某些能影響基因表達(dá)但不編碼蛋白質(zhì)和質(zhì)和RNA的的DNA序列，按照功能分為啟動(dòng)序列，按照功能分為啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、負(fù)調(diào)控元件沉默子等）。子、增強(qiáng)子、

24、負(fù)調(diào)控元件沉默子等）。 (1)啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter) RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。以上的功能組件。 TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒決定決定RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄頻率轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。的關(guān)鍵元件。 核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子(core promoter)(core promoter)上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件(upstream promoter (upstream promoter element, UPE)element, UPE)

25、上游上游-25 -30 bp處，又稱處，又稱TATA盒盒TATAAAA）上游上游-30 -110 bp處，包括處，包括GC盒盒GGGCGG和和 CAAT盒盒GCCAAT）(2)(2)增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer) (enhancer) 指位于啟動(dòng)子上游或下游并指位于啟動(dòng)子上游或下游并通過(guò)啟動(dòng)子增強(qiáng)目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄效通過(guò)啟動(dòng)子增強(qiáng)目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄效率的率的DNADNA序列，增強(qiáng)子本身不具序列，增強(qiáng)子本身不具備啟動(dòng)子活性。備啟動(dòng)子活性。位置距離及作用方向不固定位置距離及作用方向不固定決定基因表達(dá)的時(shí)空特異性決定基因表達(dá)的時(shí)空特異性(3)(3)其他元件其他元件沉默子沉默子silencersilencer）

26、 指在真核基因內(nèi)能抑制基指在真核基因內(nèi)能抑制基因轉(zhuǎn)錄的因轉(zhuǎn)錄的DNADNA序列序列, ,與反式作用因與反式作用因子相互結(jié)合而起作用。不受距離子相互結(jié)合而起作用。不受距離和方向的限制，并可對(duì)異源基因和方向的限制，并可對(duì)異源基因的表達(dá)起作用。的表達(dá)起作用。加尾信號(hào)加尾信號(hào)3. 3. 反式作用因子反式作用因子 (trans-acting (trans-acting factor) factor) 能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各順式作用元能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各順式作用元件件812 bp核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)。的一組蛋白質(zhì)。(1) (1) 反

27、式作用因子根據(jù)作用方式分為三類：反式作用因子根據(jù)作用方式分為三類： 通用轉(zhuǎn)錄因子：普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子。通用轉(zhuǎn)錄因子：普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子。元件名稱元件名稱共有序列共有序列結(jié)合的蛋白因子名稱結(jié)合的蛋白因子名稱 結(jié)合結(jié)合DNADNA長(zhǎng)度長(zhǎng)度 T A T A boxTATAAAA TBP 10 bpGC box GGGCGG SP-1 20 bpC A A T box GGCCAATCT CTF/NF1 22 bp組織特異性轉(zhuǎn)錄因子。與基因表達(dá)的組織組織特異性轉(zhuǎn)錄因子。與基因表達(dá)的組織特異性有很大關(guān)系。特異性有很大關(guān)系。誘導(dǎo)性反式作用因子?；钚阅鼙惶禺惖恼T誘導(dǎo)性反式作用因子?；钚阅鼙惶禺惖恼T導(dǎo)因子所誘

28、導(dǎo)。導(dǎo)因子所誘導(dǎo)。(2) (2) 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄活化域轉(zhuǎn)錄活化域TF結(jié)合其它蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域結(jié)合其它蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域（如，二聚化結(jié)構(gòu)域）（如，二聚化結(jié)構(gòu)域）DNADNA識(shí)別結(jié)合域：識(shí)別結(jié)合域： 鋅指鋅指zinc fingerzinc finger構(gòu)造構(gòu)造 ACys2His2鋅指鋅指結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)； B折疊的折疊的Cys2His2鋅指結(jié)構(gòu)；鋅指結(jié)構(gòu)；CCys2Cys2鋅指鋅指結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)同源結(jié)構(gòu)域同源結(jié)構(gòu)域homeodomainhomeodomain，HDHD） 同源盒基因家族同源盒基因家族各基因間具有一相同各基因間具有一相同的保守序列，稱為同的保守序列，稱為同源結(jié)構(gòu)域。

29、所含的至源結(jié)構(gòu)域。所含的至少二個(gè)少二個(gè)螺旋中形成螺旋中形成“轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)機(jī)”，第三個(gè)，第三個(gè)螺螺旋與旋與DNADNA大溝相互作用，大溝相互作用，是同源盒蛋白與是同源盒蛋白與DNADNA結(jié)結(jié)合的主要力量合的主要力量 。堿性堿性- -亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈二聚體二聚體亮氨酸之間相互作用形成亮氨酸之間相互作用形成二聚體，構(gòu)成二聚體，構(gòu)成“拉鏈拉鏈”。肽鏈氨基端肽鏈氨基端20203030個(gè)富含個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNADNA結(jié)結(jié)合。合。螺旋螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋 轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域 反式作用因子必須具備的結(jié)構(gòu)基反式作用因子必須具備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)礎(chǔ)l 酸性酸性-螺旋螺旋acid

30、ic-helix domain） 含有較含有較多的負(fù)電荷。能非特異性地與起始復(fù)合物相互多的負(fù)電荷。能非特異性地與起始復(fù)合物相互作用發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活化功能如作用發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活化功能如TBP)。l富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域glutamine-rich domain） 最強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄活化域之一如最強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄活化域之一如SP1)。l富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域proline-richdomain）l（如CTF1）4.4.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制( () )反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子的活性調(diào)節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)，首先表現(xiàn)真核基因轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)，首先表現(xiàn)為反式作用因子的功能調(diào)節(jié)，即特定的反為反

31、式作用因子的功能調(diào)節(jié)，即特定的反式作用因子被激活后，可以啟動(dòng)特定基因式作用因子被激活后，可以啟動(dòng)特定基因的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。反式作用因子的激活方式反式作用因子的激活方式: :表達(dá)式調(diào)節(jié)表達(dá)式調(diào)節(jié)共價(jià)修飾共價(jià)修飾配體結(jié)合配體結(jié)合蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用（2反式作用因子作用方式反式作用因子作用方式 1) 成環(huán)成環(huán)looping）2) 扭曲扭曲(twisting)3滑動(dòng)滑動(dòng)(sliding)4Oozing（3 3反式作用因子的組合式調(diào)控反式作用因子的組合式調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控不是由單一的反式作用因子完成基因表達(dá)的調(diào)控不是由單一的反式作用因子完成, ,而是幾種因子組合，發(fā)揮特定的作用。而是幾種因子組合，發(fā)揮特定的作用。(