章第节真核基因表达调控

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,真核生物的基因组,真核生物基因表达调控的特点和种类,真核生物,DNA,水平上的基因表达调控,真核生物转录水平上的基因表达调控,真核基因转录后水平上的调控（,miRNA,）,Contents,（一）真核基因组结构特点,真核基因组结构庞大,310,9,bp,、于核膜内,单顺反子,基因的不连续性,断裂基因（,interrupted gene,）、内含子,(intron),、 外显子,(exon),非编码区较多,多于编码序列,(9:1),含有大量重复序列,一 真核生物的基因组,基因组很小，大多只有一条染色体,结构简单,存在转录单元（操纵子）多顺反子,原核生物基因组结构特点,有重叠基因,（二）、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及,DNA,的空间结构方面存在以下几个方面的差异, 在真核细胞中，一条成熟的,mRNA,链只能翻译出,一条多肽链,，很少存在原核生物中常见的多基因形成的操纵子形式。, 真核细胞,DNA,与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分,DNA,是,裸露,的。, 高等真核细胞,DNA,中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不翻译的,内含子,。, 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行,DNA,片段,重排,，还能在需要时增加细胞内某些,基因的拷贝,数。, 在真核生物中，基因转录的,调节区,相对较大，离启动子较远，几百,-,上千,bp,，通过改变整个所控制基因5,上游区,DNA,构型,来影响它与,RNA,聚合酶的结合能力。,在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制,RNA,聚合酶与它的结合。, 真核生物的,RNA,在细胞核中合成，只有到细胞质后，才能被翻译，原核生物中没有这种,空间间隔,。, 许多真核生物的基因只有经过复杂的,成熟和剪接,过程,，,才能顺利地翻译蛋白质。,（三）基本概念,1,、基因家族（,gene family),真核生物的基因组中，来源相同、结构相似、功能相关的基因，称为,基因家族,。,同一家族中的成员紧密排列在一起，构成,基因簇,(gene cluster,),。,如组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白基因为基因家族,（,1,）简单多基因家族：,其中基因以串联方式前后相连,The eukaryotic,rDNA,repeating unit,（,2,）复杂多基因家族,有独立的转录单位。形式不同,Organization of histone genes in the animal genome,2,、断裂基因：基因编码区中含内含子,内含子有可变剪接,3,、,假基因,是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产物。一般是启动子出现问题。,二、真核生物基因表达调控的特点和种类,（一）特点,1,、,RNA,聚合酶,3,个,2,、多层次,3,、个体发育复杂,4,、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感 、,DNA,拓扑结构变化 、,DNA,碱基修饰变化 、组蛋白变化,5,、正性调节为主,6,、转录与翻译分开进行,7,、转录后,RNA,需修饰、加工,根据其性质可分为,2,类：,1,、,瞬时调控,或称为,可逆性调控,，相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。包括底物或激素水平升降、细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。,2,、,发育调控,或称,不可逆调控,，精细复杂，决定真核细胞的生长、分化、发育的全部进程,根据基因调控发生的次序又可分为：,DNA,水平调控,转录水平调控,转录后水平调控,翻译水平调控,蛋白质加工水平的调控,（二）类别：,三、真核生物,DNA,水平的基因表达调控,基因丢失,基因扩增,基因重排,DNA,甲基化状态与调控,染色体结构与调控,抗体分子的形成,转座子,（一）基因丢失：,在细胞分化过程中，丢失掉某些基因去除其活性。,见于,低等动物,，如部分原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物，在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分染色体，只有将来要分化出生殖细胞的细胞一直保留着完整的染色体。,目前，在,高等真核生物,（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。,（二）基因扩增：,基因扩增：,基因的拷贝数专一性增大的现象，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，是基因活性调控的方式之一,如非洲爪蟾体细胞中,rDNA,的基因扩增，是因发育需要而出现的基因扩增现象。,基因组拷贝数增加，即,多倍性,。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，加速基因进化、基因组重组和最终物种的形成,植物中普遍有发育或系统发生中的,倍性增加,DNA,含量的发育控制,利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶段的组织中分离到的间期细胞核进行分析，发现多倍体的,DNA,含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，,C,是单倍体基因组中的,DNA,质量。,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,。如,免疫球蛋白基因,表达的重排,（三）基因重排：,（四）,DNA,的甲基化与基因调控：,1,、,DNA,的甲基化,CpG,岛 中的,C,发生甲基化，形成,5-,甲基胞嘧啶,DNA,甲基化导致某些区域,DNA,构象变化，影响蛋白与,DNA,的相互作用，抑制转录因子与启动区,DNA,的结合效率。,（五）染色质结构与基因表达调控：,按功能状态染色质分为,活性染色质,和,非活性染色质,活性染色质,：有转录活性的染色质；,非活性染色质,：没有转录活性的染色质,活性染色质：,核小体构型改变，使染色质结构疏松，利于转录调控因子与顺式调控元件结合、,RNA,聚合酶在转录模板上滑动。,活性染色质,4.,组蛋白变化,富含,Lys,组蛋白水平降低, H2A, H2B,二聚体不稳定性增加,组蛋白修饰, H3,组蛋白巯基暴露,（,三,）,正性调节占主导,（,四,）,转录与翻译分隔进行,（,五）转录后修饰、加工,疏松的染色质结构上进行着旺盛的,转录,过程,四、真核生物转录水平上的基因表达调控,（一）真核基因转录,1,、真核基因结构,（,2,）,增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的,DNA,序列。,（,3,）沉默子：某些基因含有,负性,调节元件,沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起,阻遏,作用。,3,、反式作用因子,（,1,）,定义：与转录单元不在同一条,DNA,链上，能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件，参与调控靶基因转录效率的,蛋白质,。,TFD,（,TATA,）、,CTF,（,CAAT,）、,SP1,（,GGGCGG,）、,HSF,（热激蛋白启动区）,（,2,）反式作用因子的结构,DNA,结合结构域,A,螺旋,-,转折,-,螺旋（,Helix-turn-helix,B,锌指结构,（,zinc finger）,C,碱性,-,亮氨酸拉链,D,碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋,I,、螺旋,-,转折,-,螺旋,II,、锌指结构,配位键,2-9,个,定义：是一种常出现在,DNA,结合蛋白中的结构。由一个含有大约,30,个氨基酸的环和一个与环上的,4,个,Cys,或,2,个,Cys,和,2,个,His,配位的,Zn,构成,，结构像手指状。,Cys,2,/ Cys,2,锌指,Cys,2,/ His,2,锌指,见于,甾体激素受体,见于,SP1,，,TF A,等,转录因子,SP1,（,GC,盒）,、连续的,3,个锌指重复结构。,III,、碱性,-,亮氨酸拉链,二聚体,亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成,“,拉链,”,。,肽链氨基端2030个富含,碱性氨基酸,结构域与,DNA,结合。,IV,、碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋,五、,真核基因转录后水平上的调控,miRNA,介绍,