基因表達(dá)調(diào)控09課件

1、第一節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本概念2022/8/20 Department of Biochemistry( 1 )一、基因表達(dá)的基本概念基因(gene)：遺傳的基本單位，是負(fù)載特定遺傳信息的DNA片斷。基因組(genome)：指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸?；虮磉_(dá)(gene expression)：基因轉(zhuǎn)錄與翻譯的過程。2022/8/20 Department of Biochemistry( 2 )廣義的基因表達(dá)是指儲存遺傳信息的基因經(jīng)過一系列步驟表現(xiàn)出其生物功能的整個過程?；虮磉_(dá)調(diào)控(control of gene expression )：生物體內(nèi)

2、基因表達(dá)的開啟、關(guān)閉和表達(dá)強(qiáng)度的直接調(diào)節(jié)。是生物在長期進(jìn)化過程中逐漸形成的精確而靈敏的生存能力和應(yīng)變能力，是生物賴以生存的根本之一。二、基因表達(dá)的特征（一）時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時間特異性(temporal specificity)。如：受精卵發(fā)育經(jīng)歷不同的階段多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性(stage specificity)。2022/8/20 Department of Biochemistry( 3 )（二）空間特異性在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性(spat

3、ial specificity)。即：同一基因在不同的組織器官內(nèi)表達(dá)不同又稱細(xì)胞特異性或組織特異性2022/8/20 Department of Biochemistry( 4 )2022/8/20 Department of Biochemistry( 5 )三、基因表達(dá)的方式（一）組成性表達(dá)(constitutive gene expression) （基本表達(dá)）指不大受環(huán)境變動而變化的一類基因表達(dá)。某些基因表達(dá)產(chǎn)物是細(xì)胞或生物體整個生命過程中都持續(xù)需要、必不可少的，這類基因可稱為管家基因(housekeeping gene)，這些基因中不少是在生物個體其它組織細(xì)胞、甚至在同一物種的細(xì)胞中

4、都是持續(xù)表達(dá)的，可以看成是細(xì)胞基本的基因表達(dá)。組成性基因表達(dá)也不是一成不變的，其表達(dá)強(qiáng)弱也是受一定機(jī)制調(diào)控的。2022/8/20 Department of Biochemistry( 6 )（二）誘導(dǎo)和阻遏表達(dá) 適應(yīng)性表達(dá)(adaptive expression)：指環(huán)境的變化容易使其表達(dá)水平變動的一類基因表達(dá)。 應(yīng)環(huán)境條件變化基因表達(dá)水平增高的現(xiàn)象稱為誘導(dǎo)(induction)，這類基因被稱為可誘導(dǎo)的基因(inducible gene) 隨環(huán)境條件變化而基因表達(dá)水平降低的現(xiàn)象稱為阻遏(repression)，相應(yīng)的基因被稱為可阻遏的基因(repressible gene)。（三）協(xié)調(diào)表達(dá)在

5、一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，即為協(xié)調(diào)表達(dá)(coordinate expression)這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)(coordinate regulation)。2022/8/20 Department of Biochemistry( 7 )四、基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義（一）適應(yīng)環(huán)境、維持生長和增殖環(huán)境是在不斷變化的。通過調(diào)控，可使生物體表達(dá)出合適的蛋白質(zhì)分子。（二）維持細(xì)胞分化和個體發(fā)育生長、發(fā)育的不同階段，不同組織器官內(nèi)蛋白質(zhì)分子分布、種類和含量存在很大差異，這是調(diào)節(jié)細(xì)胞表型的關(guān)鍵。2022/8/20 Department of Bioch

6、emistry( 8 )2022/8/20 Department of Biochemistry( 9 )第二節(jié) 基因表達(dá)調(diào)控的基本原理不同層次上的調(diào)控一、基因表達(dá)的多級調(diào)控 基因激活 轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控 轉(zhuǎn)錄后加工 翻譯調(diào)控 翻譯后加工轉(zhuǎn)錄起始水平的調(diào)控最為重要2022/8/20 Department of Biochemistry( 10 )二、基因轉(zhuǎn)錄激活受轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白和啟動子相互作用的調(diào)節(jié)（一）特異DNA序列特異DNA序列主要指具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列。它們決定基因的轉(zhuǎn)錄活性。原核生物大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控是通過操縱子機(jī)制實現(xiàn)的。真核基因調(diào)控機(jī)制普遍涉及編碼基因兩側(cè)的DNA序列順式作用元件。1.

7、原核生物：操縱子機(jī)制2022/8/20 Department of Biochemistry( 11 ) 蛋白質(zhì)因子特異DNA序列編碼序列 啟動序列 操縱序列 其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)全圖2022/8/20 Department of Biochemistry( 12 ) 操縱子（operon）：通常由2個以上的編碼序列與啟動序列（promotor）、操縱序列（operator）以及其它調(diào)節(jié)序列在基因組中成簇串聯(lián)組成。啟動序列（promotor）：RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。又稱啟動子。各種原核啟動序列特定區(qū)域內(nèi)（通常在轉(zhuǎn)錄起始點上游-10及-35區(qū)

8、域）存在共有序列（consensus sequence）-35盒-10，TATA 盒共有序列(consensus sequence) 決定啟動序列的轉(zhuǎn)錄活性大小。某些特異因子（蛋白質(zhì)）決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。啟動子：指RNA聚合酶識別、結(jié)合并開始轉(zhuǎn)錄的一段 DNA序列。原核生物啟動子序列按功能的不同可分為三個部位，即起始部位、結(jié)合部位、識別部位。2022/8/20 Department of Biochemistry( 14 )2022/8/20 Department of Biochemistry( 15 )操縱序列（operator）：與啟動序列毗鄰或接

9、近的DNA序列，是原核阻遏蛋白的結(jié)合位點。其DNA序列常與啟動序列交錯、重疊。當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或是RNA聚合酶不能沿DNA向前移動 ，阻礙轉(zhuǎn)錄。啟動序列編碼序列操縱序列pol阻遏蛋白其他調(diào)節(jié)序列、調(diào)節(jié)蛋白例如：激活蛋白(activator)可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。2022/8/20 Department of Biochemistry( 16 )2.真核生物不同真核生物的順式作用元件中也會發(fā)現(xiàn)一些共有序列 ，如TA

10、TA盒、CAAT盒等，這些共有序列是RNA聚合酶或特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點。2022/8/20 Department of Biochemistry( 17 ) 順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列BADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點補(bǔ)充2022/8/20 Department of Biochemistry( 18 )（二）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄活性原核生物基因調(diào)節(jié)蛋白（DNA結(jié)合蛋白）分為三類：特異因子：決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結(jié)合能力。阻遏蛋白（repressor）：可結(jié)合特異DNA序列操縱序列，阻遏基因轉(zhuǎn)錄。激活蛋白

11、（activator）：可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。分解（代謝）物基因激活蛋白（catabolite gene activaton protein,CAP）就是一種激活蛋白。有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結(jié)合啟動序列。2022/8/20 Department of Biochemistry( 19 )真核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor）。絕大多數(shù)真核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子由某一基因表達(dá)后，通過與特異的順式作用元件結(jié)合（ DNA-蛋白質(zhì)相互作用）反式激活另一基因的轉(zhuǎn)錄，稱為反式

12、作用因子（trans-acting factor）。這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用。 順式作用蛋白還有蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá)，稱順式作用。2022/8/20 Department of Biochemistry( 20 )cDNAaDNAC順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)CBA mRNA蛋白質(zhì)AA反式調(diào)節(jié)補(bǔ)充2022/8/20 Department of Biochemistry( 22 )（三）DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)的方式 DNA-蛋白質(zhì)相互作用（DNA-protein interaction） 主要 指反式作用因子和

13、順式作用元件之間的特異識別。通常是非共價結(jié)合，被識別的DNA結(jié)合位點通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（protein-protein interaction）某些調(diào)節(jié)蛋白在結(jié)合DNA前，需通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，形成二聚體(dimer)或多聚體(polymer)。二聚化 同二聚體異二聚體2022/8/20 Department of Biochemistry( 23 )（四）RNA聚合酶與啟動序列/啟動子相結(jié)合1、啟動序列/啟動子與RNA聚合酶活性RNA聚合酶與其的親和力，影響轉(zhuǎn)錄。2、調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性一些特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號刺激下表達(dá)，然后通過DNA-

14、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用影響RNA聚合酶活性。2022/8/20 Department of Biochemistry( 24 )第三節(jié) 原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)一、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)特點（一） 因子決定RNA聚合酶識別特異性（二）操縱子模型的普遍性（三）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)是重要因素2022/8/20 Department of Biochemistry( 25 )二、原核生物轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)操縱子調(diào)控模式E.coli乳糖操縱子（lac operon）包含： 三個結(jié)構(gòu)基因：Z 編碼-半乳糖苷酶、Y 編碼通透酶、A 乙酰基轉(zhuǎn)移酶 一個操縱序列O 一個啟動序列 P 一個調(diào)節(jié)基因 I一個分解代謝物基因激活蛋

15、白結(jié)合位點（catabolite gene activation protein,CAP）（一）乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)乳糖操縱子結(jié)構(gòu)模式2022/8/20 Department of Biochemistry( 26 ) 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA2022/8/20 Department of Biochemistry( 27 )（二）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié) 沒有乳糖存在時，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)。I序列表達(dá)的lac阻遏蛋白與O序列結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄啟動。 有乳糖存在時，lac操縱子可被誘導(dǎo)。乳糖

16、在通透酶催化、轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，再經(jīng)-半乳糖苷酶催化，轉(zhuǎn)變成半乳糖。半乳糖作為誘導(dǎo)劑分子結(jié)合阻遏蛋白，使蛋白構(gòu)象變化，導(dǎo)致阻遏蛋白與O序列解離，發(fā)生轉(zhuǎn)錄。圖解2022/8/20 Department of Biochemistry( 28 )（三）CAP的正性調(diào)節(jié) 當(dāng)沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，cAMP與CAP結(jié)合，這時CAP結(jié)合在lac啟動序列附近的CAP位點，可刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性。 當(dāng)有葡萄糖存在時， cAMP濃度較低， cAMP與CAP結(jié)合受阻，lac操縱子表達(dá)下降。圖解2022/8/20 Department of Biochemistry( 29 )（四）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)Lac阻遏蛋白負(fù)性調(diào)

17、節(jié)與cAMP正性調(diào)節(jié)兩種機(jī)制協(xié)調(diào)合作單獨存在乳糖時，細(xì)菌利用乳糖作為能源。當(dāng)葡萄糖和乳糖共同存在時，細(xì)菌首先利用葡萄糖作為能源物質(zhì)。這時，葡萄糖通過降低 cAMP濃度，阻礙cAMP與CAP結(jié)合而抑制lac操縱子轉(zhuǎn)錄，使細(xì)菌只能利用葡萄糖。葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱分解代謝阻遏(catabolic repression)。 圖解三、原核生物轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)大腸桿菌中存在兩種主要的轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制：依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止大腸桿菌中存在兩種終止調(diào)節(jié)方式：衰減抗終止2022/8/20 Department of Biochemistry( 30 )四、原核生物翻譯水平調(diào)節(jié)

18、（一）蛋白質(zhì)分子結(jié)合于啟動序列或啟動序列周圍進(jìn)行自我調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合mRNA靶位點，阻止核蛋白體識別翻譯起始區(qū)，阻斷翻譯調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，稱自我控制(autogenous control)。2022/8/20 Department of Biochemistry( 31 )（二）反義RNA對翻譯的調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)RNA調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RNA分子反義RNA含有與特定mRNA翻譯起始部位互補(bǔ)的序列，通過與mRNA雜交，阻斷30S小亞基對起始密碼的識別以及與SD序列的結(jié)合，抑制翻譯起始。稱為反義控制(antisense control)。2022/8/20 Departmen

19、t of Biochemistry( 32 )附：其它轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機(jī)制轉(zhuǎn)錄衰減（attenuation）色氨酸操縱子是一種阻遏型操縱子當(dāng)有色氨酸結(jié)合阻遏蛋白時，阻遏蛋白構(gòu)象改變可結(jié)合O序列，阻斷基因轉(zhuǎn)錄基因重組SOS反應(yīng)2022/8/20 Department of Biochemistry( 33 )衰減重組SOS2022/8/20 Department of Biochemistry( 34 )第四節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點（一） 真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 哺乳類動物基因組DNA 約 3 10 9 堿基對 人基因組編碼基因約有34個（22.5萬），其中60存在可變剪接。編碼序列僅占總

20、長的1% rDNA等重復(fù)基因約 占 5% 10%（二）單順反子(monocistron) 2022/8/20 Department of Biochemistry( 35 )即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。（三）重復(fù)序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（106 次）中度重復(fù)序列（103 104次）多拷貝序列（四）基因不連續(xù)性2022/8/20 Department of Biochemistry( 36 )二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點（一）RNA聚合酶有三種，分別負(fù)責(zé)三種RNA轉(zhuǎn)錄。（二）轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)明顯變化1. 對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于

21、調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點附近。2022/8/20 Department of Biochemistry( 37 )2. DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后RNA-pol正超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向3. DNA堿基修飾變化真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。2022/8/20 Department of Biochemistry( 38 )4. 組蛋白變化 富含Lys組蛋白水平降低 H2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加 組蛋白H3、H4發(fā)生乙?；⒓谆蛄姿峄揎?H3組蛋白巰基暴露組蛋白修飾對于基因表達(dá)影響的機(jī)制也包括兩種相互包容的理論。即：

22、組蛋白的修飾直接影響染色質(zhì)或核小體的結(jié)構(gòu)，以及化學(xué)修飾征集了其他調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)，為其他功能分子與組蛋白結(jié)合搭建了一個平臺。這些理論構(gòu)成了“組蛋白密碼”的假說。組蛋白修飾對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的影響2022/8/20 Department of Biochemistry( 39 )組蛋白氨基酸殘基位點修飾類型功 能H3Lys-4甲基化激活H3Lys-9甲基化染色質(zhì)濃縮H3Lys-9甲基化DNA甲基化所必需H3Lys-9乙?；せ頗3Ser-10磷酸化激活H3Lys-14乙?；乐筁ys-9的甲基化H3Lys-79甲基化端粒沉默H4Arg-3甲基化H4Lys-5乙?；b配H4Lys-12乙酰化裝

23、配H4Lys-16乙?；诵◇w裝配H4Lys-16乙?；疐ly X激活2022/8/20 Department of Biochemistry( 40 )（三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)（四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行（五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工更為復(fù)雜采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精確：采用多種正性調(diào)節(jié)元件、正性調(diào)節(jié)蛋白可提高基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特異性和精確性。采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)：在正性調(diào)節(jié)中，大多數(shù)基因不結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，所以是沒有活性的；只要細(xì)胞表達(dá)一組激活蛋白時，相關(guān)靶基因即可被激活。轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞核，翻譯在細(xì)胞漿。因此，轉(zhuǎn)錄與翻譯產(chǎn)物的分布、定位等環(huán)節(jié)均可以被調(diào)控。三、RNA pol和 pol 的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（一） RNA pol轉(zhuǎn)錄體系

24、的控制RNA Pol I的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNA前體，經(jīng)剪接修飾生成除5S rRNA外的各種rRNA。啟動子元件包括：核心元件(core element)或核心啟動子(core promoter)和上游控制元件(upstream control element, UCE)。轉(zhuǎn)錄因子包括：上游結(jié)合因子（UBF1）、選擇性因子1（SL1）2022/8/20 Department of Biochemistry( 41 )（二） RNA pol 轉(zhuǎn)錄體系的控制RNA Pol III的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：多種小分子RNA，包括tRNA、5S rRNA和一部分小核RNA。啟動子位于轉(zhuǎn)錄起始點下游（即轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)），稱內(nèi)

25、部控制區(qū)(internal control regions, ICR)。轉(zhuǎn)錄起始需多種轉(zhuǎn)錄因子2022/8/20 Department of Biochemistry( 42 )四、 RNA pol 的轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)RNA pol 轉(zhuǎn)錄生成所有mRNA前體及大部分snRNA參與的DNA調(diào)控序列和轉(zhuǎn)錄因子復(fù)雜的多2022/8/20 Department of Biochemistry( 43 )按功能特性，真核基因順式作用元件分為三種：啟動子、增強(qiáng)子、沉默子（一） 順式作用元件影響基因轉(zhuǎn)錄活性1. 啟動子真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以

26、上的功能組件。2022/8/20 Department of Biochemistry( 44 )TATA盒GC盒CAAT盒2. 增強(qiáng)子(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)。增強(qiáng)子也由若干功能元件組成。酵母中的上游激活序列（UASs）。2022/8/20 Department of Biochemistry( 45 )某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。3. 沉默子(silencer)2022/8/20 Department of Biochemistry( 46

27、 )（二） 反式作用因子重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類 按功能特性分為： 基本轉(zhuǎn)錄因子（general transcription factors）是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別主要參與RNA聚合酶與轉(zhuǎn)錄起始點附近的DNA特異序列形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。 特異轉(zhuǎn)錄因子（special transcription factors ）為個別基因轉(zhuǎn)錄所需，決定該基因的時間、空間特異性表達(dá)。有轉(zhuǎn)錄激活因子和轉(zhuǎn)錄抑制因子兩種。2022/8/20 Department of Biochemistry( 47 )2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

28、因子結(jié)構(gòu)包括三個結(jié)構(gòu)區(qū)域： DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域最常見的DNA結(jié)合域1. 鋅指(zinc finger)2022/8/20 Department of Biochemistry( 48 )C CysH His常結(jié)合GC盒圖示2. 堿性-螺旋2022/8/20 Department of Biochemistry( 49 )常結(jié)合CAAT盒3. 堿性亮氨酸拉鏈 （bZIP） 堿性螺旋-環(huán)-螺旋 （bHLH）等2022/8/20 Department of Biochemistry( 50 )圖示2022/8/20 D

29、epartment of Biochemistry( 51 )（三） mRNA轉(zhuǎn)錄激活起始復(fù)合物形成polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物TATA DNATBP相關(guān)因子EBP增強(qiáng)子結(jié)合蛋白真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)是復(fù)雜的、多樣的2022/8/20 Department of Biochemistry( 52 )*不同的DNA元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式；*多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的DNA元件。*轉(zhuǎn)錄因子與DNA元件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)之分。五、 RNA pol 的轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)（

30、一）HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)HIV基因的有效表達(dá)需要病毒蛋白Tat，它是一種抗終止蛋白。Tat與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5特異RNA序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、 RNA pol 相互作用，在延長中的RNA形成特定的二級結(jié)構(gòu)，阻止HIV基因組轉(zhuǎn)錄提早終止。2022/8/20 Department of Biochemistry( 53 )（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)在應(yīng)激條件下，細(xì)胞作出一系列反應(yīng)，包括暫時性停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，啟動一套能夠提高細(xì)胞生存能力的蛋白質(zhì)即熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）的基因轉(zhuǎn)錄等。熱休克時，熱休克轉(zhuǎn)錄因子（HSTF）轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)基因快速誘導(dǎo)表

31、達(dá)。2022/8/20 Department of Biochemistry( 54 )六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)加工過程包括加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯等。（二）mRNA運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)通過與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白體復(fù)合物(ribonucleoprotein, RNP)進(jìn)行。高等真核細(xì)胞mRNA半壽期較原核長，一般為幾小時；半壽期可影響蛋白質(zhì)合成量穩(wěn)定性可調(diào)節(jié)的mRNA，可能含有與特異蛋白質(zhì)相互作用的反應(yīng)元件，影響降解速度2022/8/20 Department of Biochemistry( 55 )七、翻譯水平以及翻譯后階段的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)點主要在蛋白質(zhì)合成

32、的起始和延長階段；以起始階段為主（一）翻譯起始因子（eIF）活性的調(diào)節(jié)磷酸化調(diào)節(jié)（二）RNA結(jié)合蛋白（RBP）的調(diào)節(jié)RBP是指那些能與RNA特異序列結(jié)合的蛋白質(zhì)RBP參與基因表達(dá)的許多調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，如：轉(zhuǎn)錄終止、RNA剪切、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、RNA胞漿穩(wěn)定性的控制、翻譯起始等等2022/8/20 Department of Biochemistry( 56 )（三）對翻譯產(chǎn)物水平及活性的調(diào)節(jié)新合成蛋白質(zhì)的半衰期長短是決定蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的重要影響因素。通過對新生肽鏈的水解和運(yùn)輸，可以控制蛋白質(zhì)的濃度在特定的部位或亞細(xì)胞器保持在合適的水平。許多蛋白質(zhì)需要在合成后經(jīng)過特定的修飾才具有功能活性。如磷酸化、甲基

33、化、?；揎?、等等，可以達(dá)到調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用。2022/8/20 Department of Biochemistry( 57 )（四）小分子RNA對基因表達(dá)的調(diào)節(jié)非編碼RNA（non-coding RNA, ncRNA）：微小RNA（microRNA, miRNA）小干擾RNA（small interfering RNA, siRNA）細(xì)胞核小分子RNA（snRNA）核仁小分子RNA（snoRNA）核酶（ribosome），等等RNA組學(xué)（RNomics）：研究細(xì)胞內(nèi)所有小分子RNA的種類、結(jié)構(gòu)和功能2022/8/20 Department of Biochemistry( 58 )1

34、微小RNA (microRNA, miRNA)是一大家族小分子非編碼單鏈RNA，長度約2025個堿基，由一段具有發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)、長度為7090個堿基的單鏈RNA 前體(pre-miRNA)經(jīng)Dicer酶剪切后形成。成熟的miRNA與其他蛋白質(zhì)一起組成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，RISC），通過與其靶mRNA分子的3非編碼區(qū)域（3-UTR）互補(bǔ)配對，抑制該mRNA翻譯。2022/8/20 Department of Biochemistry( 59 )miRNA的特點：其長度一般為2025個堿基；在不同生物體中普遍存在；其序列在不同生物中具有一

35、定的保守性；具有明顯的表達(dá)階段特異性和組織特異性；miRNA 基因以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中，大多位于基因間隔區(qū)。2022/8/20 Department of Biochemistry( 60 )2小干擾RNA (small interfering RNA, siRNA)是細(xì)胞內(nèi)一類雙鏈RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在特定情況下通過一定酶切機(jī)制，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ㄩL度(2123個堿基)和特定序列的小片段RNA。雙鏈siRNA參與RISC組成，與特異的靶mRNA完全互補(bǔ)結(jié)合，導(dǎo)致靶mRNA降解，阻斷翻譯過程。由siRNA介導(dǎo)的基因表達(dá)抑制作用被稱

36、為RNA干涉(RNA interference，RNAi)。2022/8/20 Department of Biochemistry( 61 )2022/8/20 Department of Biochemistry( 62 ) 30bp 雙鏈RNA（dsRNA）水解生成21-23nt siRNA 5335 RISC形成 識別特異序列并使其降解RNA干擾作用機(jī)制2022/8/20 Department of Biochemistry( 63 )siRNAmiRNA前體內(nèi)源或外源長雙鏈RNA誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)構(gòu)雙鏈分子單鏈分子功能降解mRNA阻遏其翻譯靶mRNA 結(jié)合需完全互補(bǔ)不

37、需完全互補(bǔ)生物學(xué)效應(yīng)抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染發(fā)育過程的調(diào)節(jié)siRNA 和miRNA的差異比較操縱子模式圖I調(diào)節(jié)基因P啟動序列O操縱序列（操縱基因）Z、Y、A三種結(jié)構(gòu)基因2022/8/20 Department of Biochemistry( 64 )（cis-acting element）真核生物編碼基因兩側(cè)的DNA序列可影響自身基因的表達(dá)活性通常是非編碼序列包括啟動子、增強(qiáng)子、沉默子順式作用元件（cis-acting element）基因產(chǎn)物特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)自身基因的開啟或關(guān)閉稱為順式調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物特異識別、結(jié)合其它基因的調(diào)節(jié)序列，調(diào)節(jié)其它基因的開啟或關(guān)閉稱為反式調(diào)節(jié)反式與順式2022/8/20 Department of Biochemistry( 67 )乳糖水解2022/8/20 Department of Biochemistry( 68 )阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)圖解mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時阻遏基因有乳糖存在時2022/8/20 Department of Biochemistry( 69 )mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol啟動轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖-半乳糖苷酶CAP