大學(xué)分子生物學(xué)經(jīng)典課件第六章 真核基因表達(dá)調(diào)控(2011).ppt

1、2020/8/3,1,第七章 真核基因表達(dá)調(diào)控,真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)是：能在特定的時(shí)間，特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)“預(yù)定”的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化過(guò)程，并使生物的組織和器官保持正常的功能。,原核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)：原核生物是單細(xì)胞生物，環(huán)境因子往往是調(diào)控的誘導(dǎo)物，每個(gè)細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)都是直接和一致的。,2020/8/3,2,真核基因表達(dá)調(diào)控根據(jù)性質(zhì)分為兩種類(lèi)型：,瞬時(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控： 相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境變化所做出的反應(yīng)。 包括：某種底物或激素水平升降時(shí)，表現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)酶或某些蛋白質(zhì)合成的變化；細(xì)胞周期不同階段中酶活性或濃度的調(diào)節(jié)。,發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控： 是真核基因

2、調(diào)控的精髓部分，決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。,2020/8/3,3,真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟,2020/8/3,4,第一節(jié) 真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性,真核細(xì)胞和原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯、DNA空間結(jié)構(gòu)方面的主要差別：, mRNA與多肽鏈的數(shù)量關(guān)系; 基因組DNA存在的形式; 基因組DNA的結(jié)構(gòu); DNA片段的重排及拷貝數(shù)的增加; 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)的大小，距離轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的距離及作用的性質(zhì); 轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上的差別; mRNA的加工。,2020/8/3,5,一、基因家族 (gene family),原核生物中，功能相關(guān)的基因組成操縱子，以多順?lè)醋觤RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，整個(gè)體

3、系在一個(gè)啟動(dòng)子的控制之下。,真核生物中，DNA是以單順?lè)醋拥男问酱嬖凇?單順?lè)醋?monocistronic mRNA) ：只編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為單順?lè)醋觤RNA。,多順?lè)醋樱╬olycistronic mRNA ) ：編碼多個(gè)蛋白質(zhì)的mRNA稱為多順?lè)醋觤RNA 。,2020/8/3,6,1、簡(jiǎn)單多基因家族,家族中的成員一般以串聯(lián)方式前后連接形成的多基因家族，稱為簡(jiǎn)單多基因。,基因家族 (gene family)：真核細(xì)胞中，許多功能相關(guān)的基因成套組合，稱為基因家族。,基因簇（gene cluster)：同一基因家族中的成員緊密排列在一起，稱為一個(gè)基因簇。,2020/8/3,7,細(xì)菌

4、中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過(guò)程分析,2020/8/3,8,脊椎動(dòng)物中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過(guò)程分析,2020/8/3,9,真核生物中rRNA基因家庭各成員的成熟過(guò)程分析,2020/8/3,10,2、復(fù)雜多基因家族,由幾個(gè)相關(guān)的多基因構(gòu)成，基因家族間由間隔序列隔開(kāi)，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。,2020/8/3,11,3、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族,血紅蛋白是所有動(dòng)物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由兩條鏈和兩條鏈組成的四聚體加上一個(gè)血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。,有功能的血紅蛋白基因的基本結(jié)構(gòu)：三個(gè)外顯子被兩個(gè)內(nèi)含子隔開(kāi)。,2020/8/3,12,2020/8/3,13

5、,2020/8/3,14,1、外顯子與內(nèi)含子,二、真核基因的斷裂結(jié)構(gòu),斷裂基因（interrupted gene）：真核生物基因除了與mRNA相對(duì)應(yīng)的編碼序列外，還含有一些不編碼的序列插在編碼序列之間，這些非編碼序列在加工為成熟的mRNA時(shí)被去除。這樣的結(jié)構(gòu)基因稱為斷裂基因。,2020/8/3,15,外顯子（exon）：基因中與mRNA一致的序列，即編碼序列，稱為外顯子。一個(gè)基因總是以外顯子為起點(diǎn)和終點(diǎn)。,內(nèi)含子（intron）：基因中編碼序列之間的介入序列，在原初轉(zhuǎn)錄物加工為mRNA時(shí)被去除，即非編碼序列，稱為內(nèi)含子。,2020/8/3,16,2020/8/3,17,2、外顯子與內(nèi)含子的連接

6、區(qū) 特點(diǎn): 1）內(nèi)含子兩端序列不能互補(bǔ)； 2）連接區(qū)序列高度保守（GT-AG法則）；,2020/8/3,18,2020/8/3,19,3、外顯子與內(nèi)含子的可變性,組成性剪接：在高等真核生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成性地從mRNA前體中被剪接，這種剪接方式稱為組成性剪接。 選擇性剪接：又叫變位剪接，指在剪接過(guò)程中可以有選擇性地越過(guò)某些外顯子或某個(gè)剪接位點(diǎn)進(jìn)行變位剪接，產(chǎn)生出不同mRNA的過(guò)程，這種剪接方式稱為變位剪接。,2020/8/3,20,小鼠淀粉酶基因的表達(dá)具有組織特異性。,2020/8/3,21,相同密碼子、不同起始位點(diǎn)產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的蛋白質(zhì),同一段DNA序列生成了兩條或兩條以上的mRNA

7、鏈。,2020/8/3,22,不同起始位點(diǎn)、不同讀碼順序產(chǎn)生不同蛋白質(zhì),2020/8/3,23,不同外顯子的使用產(chǎn)生不同蛋白質(zhì),2020/8/3,24,三、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控,在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，用來(lái)合成RNA的DNA模板也會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物的發(fā)育。它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，可以消除或變換某些基因并改變他們的活性。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。,2020/8/3,25,1、“開(kāi)放型”活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響,HMG（high mobility group) 蛋白，高速泳動(dòng)族蛋白，是染色體上一類(lèi)低分子量非組

8、蛋白。,2020/8/3,26,染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的動(dòng)力學(xué)模型,蛋白因子能夠利用ATP水解所提供的能量，將核心組蛋白八聚體從DNA鏈中置換。,2020/8/3,27,DNase hypersensitive sites in the maize Adh1 promoter.,2020/8/3,28,2、基因擴(kuò)增,是指基因的拷貝數(shù)專(zhuān)一性大量增加，使細(xì)胞在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要。,例如：非洲爪蟾卵母細(xì)胞中的 rRNA基因 ( rDNA ),rDNA以簡(jiǎn)單多基因家族形式形成中度重復(fù)序列,2020/8/3,29,3、基因重排與變換,基因重排：將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距離很近的位

9、點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式稱為基因重排。,例如：小鼠免疫球蛋白,免疫球蛋白由兩條重鏈（可變區(qū)V、連接區(qū)J、恒定區(qū)C）和兩條輕鏈（V、C）組成；,V: variable C: constant,2020/8/3,30,2020/8/3,31,2020/8/3,32,四、DNA甲基化與基因活性的調(diào)節(jié),DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化與表達(dá)。,1、DNA甲基化,CpG通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。,2020/8/3,33,甲基化酶,日常型甲基化酶：在甲基化母鏈指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。,從頭合成型甲基轉(zhuǎn)

10、移酶：催化未甲基化的CpG成為 mCpG, 它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。,2020/8/3,34,DNA甲基化,DNA構(gòu)象變化,導(dǎo)致,影響,蛋白質(zhì)與DNA的作用,抑制,轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA 的結(jié)合,2、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理,2020/8/3,35,2020/8/3,36,3、甲基化與X染色體失活,雌性胚生哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞中含有的兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活。并不是卵原細(xì)胞、卵母細(xì)胞。,人們將與X染色體失活有關(guān)的核心區(qū)命名為X染色體失活中心（X-chromosome inactivation center , Xic)。在X染色體失活中心發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因Xist ( Xi - sp

11、ecific transcript )。該基因在失活的染色體上表達(dá)，而在具有活性的染色體上不表達(dá)。,失活染色體上大多數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，DNA序列都呈高度甲基化。,2020/8/3,37,X 染色體失活的機(jī)理：,2020/8/3,38,2020/8/3,39,真核基因和原核相比表達(dá)調(diào)控的一些特點(diǎn),1、在原核中正、負(fù)調(diào)控同等重要，真核中主要是正調(diào)控。 2、真核基因的調(diào)控序列多，必須有多個(gè)激活物同時(shí)特異地結(jié)合上去才能啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。 3、在真核中染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)基因的表達(dá)有明顯的調(diào)控作用。 4、真核基因的表達(dá)有多種轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控機(jī)制，其中許多機(jī)制是原核所沒(méi)有的。 5、真核生物具有調(diào)控組織特異性表達(dá)的

12、機(jī)制。,2020/8/3,40,真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，受大量特定的順式作用元件（cis-acting element）和反式作用因子（trans-acting factor，又稱跨域作用因子）的調(diào)控，真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過(guò)順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,第二節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成,2020/8/3,41,基因（gene） 產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。,一、真核基因的轉(zhuǎn)錄,2020/8/3,42,真核基因的一般構(gòu)造示意圖,2020/8/3,43,順式作用元件（cis-acting elements）,一般位于結(jié)構(gòu)基因的附近，由

13、若干DNA序列元件組成，主要包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子，只能對(duì)同一條DNA鏈上的基因表達(dá)起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為順式作用（cis-action），這些DNA序列叫順式作用元件，一般不編碼蛋白質(zhì)。,2020/8/3,44,順式作用元件一般位于基因附近，與之相連；一般通過(guò)與反式作用因子結(jié)合發(fā)揮功能。,2020/8/3,45,真核基因的啟動(dòng)子由核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子兩個(gè)部分組成，是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(+1)及其5上游大約100-200 bp以內(nèi)的一組具有獨(dú)立功能的DNA序列，每個(gè)元件長(zhǎng)度約7-20 bp，是決定RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。,1、真核基因的啟動(dòng)子,2020/8

14、/3,46, 核心啟動(dòng)子（core promoter)：是指保證RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游 25 - 30bp 處TATA盒。功能：確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。, 上游啟動(dòng)子元件（upstream promoter element)：包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒等，通過(guò) TFII D復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄的效率。,2020/8/3,47,2、轉(zhuǎn)錄模板 包括從轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄終止處的全部DNA序列。 3、RNA聚合酶II 由至少1020個(gè)亞基組成，有些亞基也在I、中共用。其中2

15、.4105最大亞基的羧基末端含有由7個(gè)氨基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）組成的多磷酸化位點(diǎn)重復(fù)序列，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域（CTD）。,2020/8/3,48,4、RNA聚合酶II基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需的蛋白質(zhì)因子（以“TFII”表示） RNA聚合酶II需與20種以上的蛋白質(zhì)因子結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。 RNA聚合酶II起始的基因轉(zhuǎn)錄的終止位點(diǎn)的3端都存在一個(gè)poly(A) 位點(diǎn)，該位點(diǎn)上游1530 bp處的保守序列AATAAA對(duì)于初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的切割及加poly(A)是必需的。,2020/8/3,49,poly(A)及AATAAA序列對(duì)于基因的轉(zhuǎn)錄和成熟意義重大，但RNA聚

16、合酶II卻不在該位點(diǎn)終止轉(zhuǎn)錄，而是在其下游0.52 kb序列。,2020/8/3,50,真核基因的結(jié)構(gòu),2020/8/3,51,真核啟動(dòng)子不總是單獨(dú)執(zhí)行功能，在一些情況下，啟動(dòng)子活性被另一組元件增強(qiáng)子大幅提高。 增強(qiáng)子（enhancer）：真核生物中提高啟動(dòng)子效率的順式作用元件，可以不同的方向，在相對(duì)于啟動(dòng)子的任何位置發(fā)揮作用。 最顯著的特點(diǎn)：可在很遠(yuǎn)的距離起作用。,二、增強(qiáng)子及其對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響,2020/8/3,52,增強(qiáng)子的特性： 增效效應(yīng)十分明顯 。 一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10200倍，甚至增加上千倍。 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān)。 大多為重復(fù)序列 。 一般長(zhǎng)約50 bp，適合與某些蛋白

17、因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)所必需的。 其增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性。 說(shuō)明增強(qiáng)子只有與特定蛋白質(zhì)相互作用才能發(fā)揮功能。 沒(méi)有基因?qū)Ｒ恍裕梢栽诓煌幕蚪M合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)。 許多增強(qiáng)子受外部信號(hào)的調(diào)控。,2020/8/3,53,真核生物基因調(diào)控元件示意圖,2020/8/3,54,增強(qiáng)子的作用原理： （1）影響模板附近的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄； （2）將模板固定在細(xì)胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基質(zhì)上，有利于DNA拓?fù)洚?/p>

18、構(gòu)酶改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的張力，促進(jìn)RNA聚合酶II在DNA鏈上的結(jié)合和滑動(dòng)； （3）增強(qiáng)子區(qū)可以作為反式作用因子或RNA聚合酶II進(jìn)入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口”。,2020/8/3,55,增強(qiáng)子的作用方式,增強(qiáng)子通過(guò)結(jié)合蛋白與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置的作用來(lái)發(fā)揮功能。只有增強(qiáng)子靠近啟動(dòng)子時(shí)，才可以發(fā)揮作用。,2020/8/3,56,第三節(jié) 反式作用因子,反式作用因子（trans-acting factor）: 指能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類(lèi)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)，也叫轉(zhuǎn)錄因子。,2020/8/3,57,根據(jù)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中各個(gè)蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)錄中 作用不同可分為三類(lèi)： RNA聚合酶亞基

19、，不具有基因特異性； 轉(zhuǎn)錄起始或終止的輔助因子，不具有基因特異性； 與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。,2020/8/3,58,目前研究最多的轉(zhuǎn)錄因子有： TATA區(qū)：TFD； CAAT區(qū)：CTF； GGGCGG區(qū)：SP1； 識(shí)別熱激蛋白啟動(dòng)區(qū)：HSF,2020/8/3,59,真核生物中轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)的主要方式,2020/8/3,60,堿基與氨基酸之間的作用一般沒(méi)有固定的搭配模式。,蛋白與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域比較小，且結(jié)構(gòu)有一定特征，稱為結(jié)構(gòu)基元（structural motif）；結(jié)構(gòu)基元在與DNA 結(jié)合中起著主要作用。,2020/8/3,61,一、反式作用因子中的 DNA 識(shí)別或結(jié)合域,1、螺

20、旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，H-T-H）結(jié)構(gòu),這一類(lèi)蛋白質(zhì)分子中有至少兩個(gè)螺旋，中間由短側(cè)鏈氨基酸殘基形成“轉(zhuǎn)折”，近羧基端的螺旋中氨基酸殘基的替換會(huì)影響該蛋白質(zhì)在DNA雙螺旋大溝中的結(jié)合。,2020/8/3,62,接觸部位,第三個(gè)-螺旋與大溝,N-端與小溝,磷酸骨架,沒(méi)有特異性,堿基,有特異性,2020/8/3,63,定義：保守氨基酸殘基與鋅離子結(jié)合，使中間的氨基酸殘基回折成一種手指狀結(jié)構(gòu)，稱為鋅指。,一個(gè)-螺旋與一個(gè)反向平行片層的基部以鋅原子為中心，通過(guò)一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組氨酸之間形成配位鍵相連接。,2、鋅指（zinc finger)結(jié)構(gòu),2020/8/3,64,鋅指

21、與DNA 的結(jié)合：C 端形成-螺旋，插入大溝與 DNA 結(jié)合，N 端形成-折疊；,2020/8/3,65,糖皮質(zhì)激素受體特異性,雌激素受體特異性,類(lèi)固醇激素受體是以二聚體形式發(fā)揮其促進(jìn)轉(zhuǎn)錄作用的。它們的兩個(gè)鋅指的功能不同。第1個(gè)鋅指的右側(cè)是控制與DNA結(jié)合的，第2個(gè)鋅指的左側(cè)則是控制形成二聚體的能力的。,2020/8/3,66,3、堿性亮氨酸拉鏈（basic-Leucine zipper，bZIP),2020/8/3,67,堿性區(qū)域插入DNA大溝，與DNA結(jié)合。,2020/8/3,68,-螺旋的一側(cè)集中了許多疏水氨基酸，疏水側(cè)面相互作用形成二聚體。 -螺旋中亮氨酸頻繁出現(xiàn)，且趨于每7個(gè)氨基酸殘

22、基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，使在形成-螺旋時(shí)，亮氨酸出現(xiàn)在-螺旋的疏水一側(cè)，并且直線排列。,堿性亮氨酸拉鏈 ：,2020/8/3,69,在拉鏈區(qū)的氨基端有約35個(gè)殘基的堿性區(qū)(富含賴氨酸和精氨酸)。此區(qū)的作用是與DNA結(jié)合，它也形成-螺旋。 亮氨酸拉鏈區(qū)的作用是將一對(duì)與DNA結(jié)合的區(qū)域拉在一起，以結(jié)合兩個(gè)相鄰的DNA序列。,2020/8/3,70,堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活因子序列比較,2020/8/3,71,bHLH蛋白是以二聚體與DNA結(jié)合并發(fā)揮作用的。,4、堿性螺旋環(huán) 螺旋（basic-helix-loop-helix, bHLH),2020/8/3,72,2020/8/3,73,堿性-螺旋-環(huán)

23、-螺旋結(jié)構(gòu)（basic helix-loop-helix，bHLH）,含40-50個(gè)氨基酸殘基，其中含兩個(gè)既親水又親脂的-螺旋（helix）， -螺旋被不同長(zhǎng)度的連接區(qū)（loop）分開(kāi)。 bHLH蛋白借兩個(gè)螺旋對(duì)應(yīng)面上疏水基團(tuán)相互作用形成同樣亞基或不同亞基構(gòu)成的 二聚體。,2020/8/3,74,bHLH區(qū)使各亞基的兩個(gè)堿性區(qū)正確定向。 與bHLH區(qū)相鄰的是強(qiáng)堿性的區(qū)域，它是與DNA結(jié)合必須的。,2020/8/3,75,5、同源域蛋白,同源域：是指編碼60個(gè)保守氨基酸序列的DNA片段，廣泛存在于真核生物基因組內(nèi)，同源轉(zhuǎn)換基因與生物有機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育和分化密切相關(guān)。許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有轉(zhuǎn)

24、錄調(diào)控的功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨基酸序列很可能參與形成了DNA結(jié)合區(qū)。,2020/8/3,76,2020/8/3,77,2020/8/3,78,在真核生物中，反式作用因子的功能受蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用的調(diào)節(jié)變得精密、復(fù)雜，完整的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能通常以復(fù)合物的方式來(lái)完成，這就意味著并非每個(gè)轉(zhuǎn)錄因子都直接與DNA結(jié)合。是否具有轉(zhuǎn)錄活化域成為反式作用因子中唯一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。通常依賴于DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30100個(gè)氨基酸殘基。,二、反式作用因子中的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域,2020/8/3,79,轉(zhuǎn)錄活化有下列幾個(gè)特征性結(jié)構(gòu)： 1、帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)。糖皮質(zhì)激素受體AP1家族的Jun及GAI4有酸性的螺旋結(jié)構(gòu)，能與

25、TFIID復(fù)合物中某個(gè)通用基因或RNA聚合酶II本身結(jié)合，并有穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的作用。,2020/8/3,80,2、富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)。Oct1/2，Jun、AP2、血清應(yīng)答因子（SRF）有相同的富含谷氨酰氨的結(jié)構(gòu)域。,2020/8/3,81,3、富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)。CTFNF1因子的羧基端富含脯氨酸（達(dá)20%30%），很難形成螺旋。,2020/8/3,82,細(xì)胞應(yīng)答分為3個(gè)階段： 外界信息的“感知”，即由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞； 染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控； 特定基因的表達(dá)，即從DNARNA蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過(guò)程。,第三節(jié) 蛋白質(zhì)磷酸化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控,2020/8/3,83,蛋白質(zhì)的

26、磷酸化及去磷酸化,2020/8/3,84,2020/8/3,85,由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞途徑: 細(xì)胞表面受體蛋白構(gòu)象變化; 細(xì)胞表面受體發(fā)生寡聚化。,受體分子活化細(xì)胞功能的途徑： 受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性; 配體與受體結(jié)合，通過(guò)G蛋白，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶。,2020/8/3,86,一、受cAMP水平調(diào)控的A激酶 A激酶：指依賴于cAMP的蛋白激酶（PKA），其功能是將ATP分子上的末端磷酸基團(tuán)加到某個(gè)特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。,2020/8/3,87,cAMP,2020/8/3,88,許多轉(zhuǎn)錄因子的5端啟動(dòng)子區(qū)有一個(gè)或數(shù)個(gè)cAMP應(yīng)答元件，其基本序

27、列為：TGACGTCA。,膜上受體,結(jié)合,外源配基,引起,受體構(gòu)象變化,結(jié)合,GTP結(jié)合蛋白,激活,腺苷酸環(huán)化酶,導(dǎo)致,cAMP濃度升高,活化,A激酶,釋放,催化亞基進(jìn)入核內(nèi),活化,轉(zhuǎn)錄因子,作用過(guò)程：,2020/8/3,89,二、C激酶與PIP2，IP3和DAG,磷酸肌醇級(jí)聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使是磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol -4,5-diphosphate，PIP2)的兩個(gè)降解產(chǎn)物：肌醇-1,4,5-三磷酸（Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3） 和二?；视停╠iacylglycerol，DAG）。,2020/8/3,90,膜

28、上受體,結(jié)合,外源配基,活化,受體,活化,G蛋白,激活,磷酸酯酶-,磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)降解,肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）,二?；视停―AG）,提高,Ca2+濃度,C激酶,激活,磷酸化,絲氨酸或蘇氨酸,圖 8-31,2020/8/3,91,三、CaM激酶及MAP,Ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要是通過(guò)鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）激酶來(lái)實(shí)現(xiàn) ，也是一類(lèi)絲氨酸或蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+的水平。 MAP激酶(mitogen-activated protein kinase, MAP-kinase) 的活性受許多外源細(xì)胞生長(zhǎng)、分化因子的誘導(dǎo)，也受到酪氨酸蛋白激

29、酶及G蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。,2020/8/3,92,MAP激酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是酪氨酸與絲氨酸殘基僅相隔一個(gè)氨基酸殘基。 MAP激酶上酪氨酸與絲氨酸殘基的同時(shí)磷酸化使之具有活性，引起一系列生理反應(yīng)。,MAP的磷酸化與活化示意圖,2020/8/3,93,MAPK作用機(jī)制：被激活后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，使一些轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生磷酸化，改變細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的狀態(tài)。另外，它也可以使一些其它的酶發(fā)生磷酸化使之活性發(fā)生改變。 MAPK家族成員的底物大部分是轉(zhuǎn)錄因子、蛋白激酶等。,2020/8/3,94,MAPK調(diào)控的生物學(xué)效應(yīng)：參與多種細(xì)胞功能的調(diào)控，尤其是在細(xì)胞增殖、分化及凋亡過(guò)程中，是多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的共同作用部位。,2

30、020/8/3,95,四、酪氨酸激酶途徑,酪氨酸激酶（Protein Tyrosine kinase，PTK）催化蛋白質(zhì)分子中的酪氨酸殘基磷酸化。,2020/8/3,96,跨膜受體家族作用機(jī)理：,2020/8/3,97,胞質(zhì)非受體家族作用機(jī)理,2020/8/3,98,五、蛋白質(zhì)磷酸化與細(xì)胞分裂調(diào)控,2020/8/3,99,第四節(jié) 蛋白質(zhì)乙酰化對(duì)基因表達(dá)的影響,一、組蛋白的乙?；叭ヒ阴；?1、組蛋白的基本組成 2、核心組蛋白的乙?；叭ヒ阴；?核心組蛋白的N端可發(fā)生乙酰化及去乙酰化修飾。,2020/8/3,100,3、組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶,與轉(zhuǎn)錄有關(guān),與核小體的組裝及染色體結(jié)構(gòu)有關(guān),4、組蛋白的

31、去乙?；?使核小體相互靠近，抑制基因轉(zhuǎn)錄。,2020/8/3,101,二、組蛋白乙?；叭ヒ阴；瘜?duì)基因表達(dá)的影響,組蛋白乙?；?中和正電荷，使核小體結(jié)構(gòu)松散,抑制核小體的濃縮,組蛋白乙?；岣呋虻霓D(zhuǎn)錄活性。,2020/8/3,102,三、 p53乙酰化對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響 p53蛋白調(diào)節(jié)p21蛋白的表達(dá)，當(dāng)p53蛋白乙?；笫古cDNA的結(jié)合區(qū)暴露，增強(qiáng)了與DNA的結(jié)合能力從而促進(jìn)p21基因的轉(zhuǎn)錄。,2020/8/3,103,第五節(jié) 激素與熱激蛋白對(duì)基因表達(dá)的影響,一、激素對(duì)靶基因的影響 類(lèi)固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質(zhì)激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調(diào)控作用都是通過(guò)起始基因

32、轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。,2020/8/3,104,1、膜受體激素 激素作為第一信使，通過(guò)與細(xì)胞表面質(zhì)膜受體結(jié)合，通過(guò)跨膜傳遞途徑將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。然后通過(guò)第二信使，將信號(hào)逐級(jí)放大，從而使激素的信號(hào)轉(zhuǎn)換為激活轉(zhuǎn)錄因子的信號(hào)，影響基因表達(dá)。,2020/8/3,105,激素透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞,進(jìn)入,結(jié)合,細(xì)胞質(zhì)受體,2、非膜受體激素,2020/8/3,106,二、熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá),大多數(shù)生物在最適溫度以上，能受熱誘導(dǎo)合成一系列熱休克蛋白，就是由于熱激因子（ heat shock factor,HSF ) 與 hsp70 基因TATA區(qū)上游60bp 處的熱激應(yīng)答元件（ heat shock respo

33、nse element, HSE ) 相結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的起始。,2020/8/3,107,應(yīng)答元件：能與某一個(gè)或某一類(lèi)專(zhuān)一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列。,2020/8/3,108,三、金屬硫蛋白基因表達(dá)的調(diào)控,金屬硫蛋白（metallothionein,MT ) 是細(xì)胞內(nèi)多余重金屬離子的螯合蛋白，在平時(shí)有本底水平的表達(dá)，還能受重金屬離子或糖皮質(zhì)的誘導(dǎo)而高效表達(dá)。,2020/8/3,109,第六節(jié) 其他水平上的基因調(diào)控,一、RNA的加工成熟 1、rRNA和tRNA的加工成熟 rRNA加工有兩個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是分子內(nèi)的切割，另一個(gè)是化學(xué)修飾。 rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖甲基化。,2020/8/3,110,2、mRNA的加工成熟 編碼蛋白質(zhì)的基