基因的表达调控Gene-Regulation课件

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,*,基 因 的 表 达 调 控,Gene Regulation,Part,II,: Eukaryotes,第七章 真核生物基因的表达调控,（,Gene Regulation in Eukaryotes,）,主要内容,第一节 真核生物基因表达调控概述,第二节,DNA,水平的表达调控,第三节 转录水平的表达调控,第四节 其他水平上的表达调控,第一节 真核生物基因表达调控概述,（,Introduction of Gene Regulation in Eukaryotes,）,一、调控的细胞学基础,原核生物一般为自由生活的,单细胞有机体,。直接暴露在变化莫测的环境中，食物供应无保障，只有根据环境条件的变化而改变其代谢途径，才能维持自身的生存和繁衍。因而，,营养条件和环境因素是其基因表达调控的主要信号,。,真核生物主要由,多细胞,组成。食物来源和代谢途径相对比较稳定。但是由于它们多为多细胞有机体，在个体发育中出现细胞分化，而不同类型的细胞在质和量上对蛋白质的需求是不同的。因而，,激素水平和发育阶段是其基因表达调控的主要信号,。,原核生物,真核生物,真核生物和原核生物细胞结构的不同，导致其基本生活方式完全不同，所以,在基因表达调控上各具特点,。,对于原核生物而言,，既无充足的能源贮备，又无高等植物制造有机物的本领，也不能象动物一样主动获取食物。因此，,调控是为了适应环境，获取营养，达到生存最优化,。调控特点体现一个,“快”,字，快速适应环境，获取营养，合成必需蛋白质、降解不必要成分。这是长期进化，获得的适应应变能力。,-,适应环境获取营养、解决“温饱”问题,真核基因表达调控的最显著特征,是,程序调控,、,按“既定方针办”,。在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现,“,预定,”,的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常生理功能，期间仅极少基因间接或直接受环境因素的影响。这一特点使真核在千变万化的环境下，主要组织或器官仍能维持正常功能。,-,“,处世不惊”,二、真核生物基因表达调控的种类,1,、根据基因表达调控的性质可分为两大类：,第一类是,瞬时调控,或称为,可逆调控,，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。,第二类是,发育调控,或称,不可逆调控,，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。,2,、根据基因表达调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：,DNA,水平的调控,Gene Regulation at DNA level,转录水平的调控,Transcriptional Regulation,转录后水平的调控,Post transcriptional Regulation,翻译水平的调控,Translational Regulation,蛋白质加工水平的调控,Protein maturation and Processing,第二节,DNA,水平的基因表达调控,（,Gene Regulation at DNA level,）,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,一、基因丢失（,Gene loss,）,在细胞分化过程中，可以,通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性,。某些原生动物、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的染色体，只有将来分化,产生生殖细胞的那些细胞,一直保留着整套的染色体。,例如：,在蛔虫胚胎发育过程中，有,27,DNA,丢失。,在高等动植物中，尚未发现类似现象。,二、基因扩增（,Gene amplification,）,基因扩增是指,某些基因的拷贝数专一性增大的现象,。它使得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，是基因活性调控的一种方式。,例如：,非洲爪蟾的卵母细胞中原有,rDNA,约,500,个拷贝，在减数分裂,的,粗线期，基因开始迅速复制，到双线期拷贝数约为,200,万个，扩增近,4000,倍，可用于合成,1012,个核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。,三、基因重排（,gene re-arrangement,）,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,。,通过基因重排调节基因活性的典型例子是,免疫球蛋白结构基因的表达,。,免疫球蛋白由,B-,淋巴细胞合成，其肽链主要由可变区（,V,区）、恒定区（,C,区）以及两者之间的连接区（,J,区）组成。,人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数量比较,所有,Ig,分子都含有两类轻链中的一类，即,型或,型。,V,、,C,和,J,基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染色体内,DNA,重组把,4,个相隔较远的基因片段连接在一起，从而产生了具有表达活性的免疫球蛋白基因。,四、,DNA,的甲基化与基因活性调控,DNA,甲基化是最早发现的修饰途径之一，存在于所有高等生物中。,DNA,甲基化能关闭,某些基因的活性，而,去甲基化则诱导,了基因的重新活化与表达。,DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、,D,NA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。,1,DNA,甲基化的主要形式,DNA,甲基化,主要,形成,5-,甲基,胞嘧啶,（,5-mC,）和,少量,的,N,6,-,甲基,腺嘌呤,（,N,6,-mA,）及,7-,甲基,鸟嘌呤,（,7-mG,）。,真核生物中，,5-,甲基胞嘧啶主要出现在,CpG,、,CpXpG,、,CCA/TGG,和,GATC,中。其中，,CpG,二核苷酸通常成串出现在,DNA,上，因而被称为,CpG,岛（,CpG island,）,。它们大多位于,结构基因启动子的核心序列,和,转录起始点,，其中有,6090%,的,CpG,被甲基化， 。,2,、真核生物甲基化酶的分类,真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：,日常型（,maintenance,）甲基转移酶,：在,甲基化母链指导下,可使,半甲基化的,DNA,甲基化。例如,: DNA,复制之后新链的甲基化。,从头合成（,de novo,synthesis,）甲基转移酶,：催化未甲基化的,CpG,成为,mCpG,，,不需要母链指导,，但速度很慢。,日常型甲基转移酶引起的半甲基化,DNA,的甲基化,3,、甲基化抑制基因转录的机制,DNA,甲基化会导致某些区域,DNA,构象改变,，使染色质高度螺旋化,凝缩成团,直接,影响了转录因子与启动子区,DNA,的结合效率,。,DNA,的甲基化不利于模板与,RNA,聚合酶的结合,，从而,降低转录活性,。,甲基化的,CpG,可以通过与,甲基化,CpG,结合蛋白,1,（,Me,thyl,C,pG-binding,p,rotein,1,MeCP1,）的结合,间接,影响转录因子与,DNA,的结合,。,甲基化对基因转录的影响,4,、,DNA,甲基化程度与转录启动子的关系,对,弱启动子,来说，少量甲基化就能使其完全失去转录活性。当这类,启动子被增强时,，即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。,甲基化密度较高时,，即使增强后的启动子仍无转录活性。,甲基化对转录的抑制强度与甲基化,CpG,结合蛋白因子,MeCP1,结合,DNA,的能力成正相关,，,甲基化的密度和启动子强度之间的平衡决定了该启动子是否具有转录活性,。,甲基化对基因转录影响模式图,5,、,DNA,甲基化对基因表达的其他影响,DNA,甲基化通过对基因转录的抑制，可直接参与细胞分化和个体发育。随着细胞的分化和个体发育，,当需要某些基因保持“沉默”时，它们将迅速被甲基化,，,若需要恢复转录活性，则去甲基化。,DNA,去甲基化有两种方式,:,被动途径,:,一种,核因子,可以粘附于上,DNA,使粘附点附近的,DNA,不能被完全甲基化,从而阻断甲基化酶的作用。,主动途径,:,是由去甲基酶的作用,将,DNA,的甲基基团移去。,五、染色质结构与基因表达调控,1,、染色质结构对基因转录的影响,在细胞分裂间期的染色质的形态不均匀，根据其形态及染色特点可分为,2,类：,常染色质,：呈疏松的环状，电镜下表现为浅染；,异染色质：,呈现凝缩状态，电镜下表现为深染。,转录发生时，染色质需要在特定的区域,解旋或松弛,，导致基因暴露，,转录因子,与,启动子区,DNA,结合,，起始基因转录。,因此，染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于“活化状态”是决定,RNA,聚合酶能否有效行使转录功能的关键。,2,、组蛋白和核小体对基因转录的影响,组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用,。组蛋白与,DNA,结合阻止,DNA,上基因的转录，去除组蛋白基因又能够恢复转录,;,核小体结构影响基因转录，转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。,第三节 转录水平的基因表达调控,（,Transcriptional Regulation,）,真核基因表达调控主要也是在,转录水平上,进行的，受大量特定的,顺式作用元件,（,cis,-acting element,）和,反式作用因子,（,trans,-acting factor,）的调控。,真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子,复杂的相互作用,来实现的。,引 言,一、真核生物的顺式作用元件,定义,：,指对基因表达有调节活性的,DNA,序列,，其活性只影响与其自身同处在一个,DNA,分子上的基因。,例如,：,启动子、增强子、沉默子等,1,、启动子,定义,：在,DNA,分子中，,RNA,聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。,核心启动子和上游启动子元件（,类）,2,、增强子（,Enhancer,）,定义,：指能使,与它连锁的基因,转录频率明显,增加,的,DNA,序列,。,作为基因表达的重要调节元件，增强子通常具有下列性质：,增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加,10-200,倍；,增强效应与其位置和取向无关。不论增强子以什么方向排列（,5,3,或,3,5,），甚至和靶基因相距,3 kb,，,或在靶基因下游，均表现出增强效应；,大多为重复序列，一般长约,50 bp,，其内部常含有一个核心序列：（,G,）,TGGA/TA/TA/T,（,G,），,该序列是产生增强效应时所必需的；,增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；,没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；,许多增强子还受外部信号的调控，,如：金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。,增强子的作用原理是什么呢？,增强子可能有如下,3,种作用机制：,影响模板附近的,DNA,双螺旋结构,，导致,DNA,双螺旋弯折或在反式因子的参与下，,以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接,，活化基因转录；, 将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于,DNA,拓扑异构酶改变,DNA,双螺旋结构的张力，,促进,RNA,聚合酶在,DNA,链上的结合和滑动,；, 增强子区可以作为反式作用因子或,RNA,聚合酶,进入染色质结构的“入口”,。,3,、沉默子（,Silencer,）,为,负性调节元件,，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起,阻遏,作用。最早在酵母中发现，可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用。,4,、 应答元件（,Response Element,）,能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的,DNA,上游序列称为,应答元件（,Response Element,）,。,含有短的共有序列；在不同基因中，拷贝相似，有时有多个拷贝；与转录起点距离不固定，一般位于上游元件或增强子内；,热激应答元件,（,heatshock response element,，,HSE,）,糖皮质应答元件,（,glucocorticoid response element,，,GRE,）,金属应答元件,（,metal response element,，,MRE),常见的应答元件有：,二、真核生物的反式作用因子,反式作用因子是参与转录调控的,蛋白因子,，能直接地或间接地,识别或结合,在各类顺式作用元件上，与顺式作用元件一起对转录起调控作用。通过,蛋白质,-DNA,，蛋白质,-,蛋白质相互作用,是其发挥功能的基础。,1,、反式作用因子的分类,（,1,）通用反式作用因子,：在一般细胞中,普遍存在,，主要识别启动子的核心成分。如识别,TATA,框的,TBP,；识别,GC,框的,SP1,；识别八聚体核苷酸的,Oct-1,等；,（,2,）特异反式作用因子,：存在于,特殊组织与细胞,中的反式作用因子。如：淋巴细胞中的,Oct-2,；,（,3,）诱导型因子,：,与应答元件相结合,的反式作用因子。 如：与激素应答元件,GRE,结合的糖皮质激素；与热激应答元件特异性结合的热激因子（,HSF,）等。,2,、反式作用因子中的功能结构域,3,个主要的功能结构域：,（,1,）,DNA,识别结合域（,DNA-binding domain,）,与顺式作用元件结合,的结构区域，主要起与,DNA,结合的作用。,（,2,）转录活化结构域,(transcriptional activation domain,）,与其他蛋白因子结合,，参与募集启动子结合蛋白和转录起始复合体，控制基因转录活化的结构区域。,（,3,）联结区域（,connector,）,反式作用因子的,“,DNA,结合域”,和,“活化结构域”,是,独立发挥作用,的。,DNA,结合域的功能是把活化结构域“拴在”起始复合体附近，使之能够发挥活化转录的作用。,DNA,结合域和活化结构域之间的,“联结区域”,是具有足够柔性的，这样无论,DNA,结合域所结合的具体位点在哪里，都能使活化结构域找到其靶蛋白。,3,、反式作用因子中的,DNA,识别结合域,反式作用因子是能,直接,或,间接地,识别或结合在各类,顺式作用元件,上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。,螺旋,-,转角,-,螺旋（,Helix-turn-helix,，,H-T-H,）,锌指（,Zinc finger,）,结构,碱性,-,亮氨酸拉链（,basic-Leucine zippers,）,碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋（,basic-helix-loop-helix,）,螺旋,-,转角,-,螺旋,(H-T-H),结构,该结构域主要包含两个或以上,-,螺旋区和螺旋区中间的转折区。主要通过一个靠,C,端的,-,螺旋与,DNA,双螺旋大沟结合。,锌指（,Zinc finger,）结构,是一种常出现在,DNA,结合蛋白中的结构。是由一个含有,大约,30,个氨基酸的环,和一个与环上的,4,个,Cys,或,2,个,Cys,与,2,个,His,配位的,Zn,构成,，形成的结构像,手指状,。,Cys,2,/ Cys,2,锌指,Cys,2,/ His,2,锌指,甾体激素受体,SP1,，,TF A,具有,Cys2/Cys2,锌指区的转录因子,典型的类固醇激素受体结构示意图,一些具有,Cys2/His2,锌指区,的,转录因子和蛋白质,转录因子,SP1,（,GC,盒）,、连续的,3,个锌指重复结构。,TF III A,结构域示意图,碱性,-,亮氨酸拉链,-,螺旋结构,上,每,6,个氨基酸就有,1,个亮氨酸残基,，这些,亮氨酸出现在,-,螺旋的一个方向，每,两个蛋白组成一个二聚体,，使亮氨酸相对排列，形成,拉链样结构,；,在拉链区的,氨基端,有约,30,个氨基酸残基的,碱性区,(,富含赖氨酸和精氨酸,),。此区的作用是,与,DNA,结合,，它也形成,-,螺旋。,不同转录因子的亮氨酸拉链结构氨基酸组成图,碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋（,bHLH,）,蛋白质的,C,端,的氨基酸残基形成,两个,-,螺旋,，中间被非螺旋的,环状结构,隔开，蛋白质的,N,端,是,碱性区,，为,DNA,结合区。,碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋类蛋白通常也是组成,二聚体,的形式，这才具有结合,DNA,的能力。,二聚体,bHLH,蛋白与,DNA,结合模式图,4,、常见的转录活化结构域,酸性,-,螺旋结构域（,acidic helix domain,）,富含谷氨酰胺结构域（,glutamine-rich domain,）,富含脯氨酸结构域（,proline-rich domain,）,一般是,DNA,结合结构域以外的,30-100,氨基酸残基组成，主要包括以下几种特征性结构：,（,1,）酸性,-,螺旋,(acidic -helix)/,带负电荷的螺旋结构,该结构域含有由,酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的亲脂性,-,螺旋,。包含这种结构域的转录因子有,GAL4,、,GCN4,和糖皮质激素受体等。,（,2,） 谷氨酰胺丰富区（,glutamine-rich domain,）,SP1,是启动子,GC,盒的结合蛋白，共有,4,个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域含,25%,左右的谷氨酰胺,。酵母的,HAP1,、,HAP2,和,GAL2,及哺乳动物的,OCT-1,、,OCT-2,、,Jun,、,AP2,和,SRF,也含有这种结构域。,（,3,）脯氨酸丰富区（,proline-rich domain,）,CTF,家族（包括,CTF-1,、,CTF-2,、,CTF-3,）的,C,末端与其转录激活功能有关，含有,20-30%,的脯氨酸残基,，其它如,Oct2,、哺乳动物转录因子中也富含这种结构。,几种常见的转录活化结构域,三、真核基因转录调控的模式,细胞是生命活动的基本单位。细胞通过,DNA,的复制和细胞分裂将本身所固有的遗传信息由亲代传至子代，实现增殖繁衍。同时，它们还不断地,“感知”环境变化,，并对环境变化作出特定的应答。,细胞应答可以分为,3,个阶段：,感知外界信息（信息由细胞膜至核内）,染色质结构的改变，相应转录因子的活化,特定基因的表达过程,问题,1,：,信号是如何顺利通过细胞膜和核膜的阻隔到达核内，从而影响基因表达的特定区域？,目前认为，细胞表面,受体,与,配体,分子的,高亲和力特异性结合,，能诱导受体蛋白构象变化，使细胞胞外信号顺利通过质膜进入细胞内。,受体,（,Receptor,）：,是,细胞膜,上或,细胞内能,特别识别生物活性分子并与之结合的成分。它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。,能与受体呈专一性结合的生物活性分子则称为配体。,配体（,Ligand,）：,真核细胞主要跨膜信号传导途径,细胞表面的三类受体示意图,胞外信号通过细胞膜和核膜的阻隔到达核内后，反式作用因子被,活化,而特异性的结合到特定,DNA,序列（顺式作用元件）上。同时，通过自身具有的转录活化结构域活化其他相关因子，从而发挥转录调控作用。,问题,2,：,反式作用因子是如何被活化呢？,真核生物反式作用因子活性调节的主要方式,1,、蛋白质磷酸化介导的信号传导及基因转录的调控,2,、蛋白质乙酰化对基因转录的影响,3,、激素对基因转录的影响,4,、热激蛋白对基因表达的影响,5,、金属硫蛋白基因的多重调控,转录调控实例：,第四节 其他水平上的调控,（,Gene Regulation on the other levels,）,在真核生物基因表达的调控中，,DNA,水平,和,转录水平上,的调控占有十分重要的地位，但其他水平上的调控也不能忽视。这些调控包括：,RNA,的加工成熟,、,翻译水平的调控,以及,翻译后水平的调节,等多个环节的调控。,引 言,一、转录后加工的多样性,真核生物的基因可以按其转录后的加工方式分为两大类：,简单转录单位,和,复杂转录单位,。,1,、简单转录单位：,这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。,第一种简单转录单位,：基因没有内含子，,mRNA 3,末端没有,ploy(A),，基本,不存在转录后加工问题,。如：组蛋白基因。,第二种简单转录单位,：基因没有内含子，,mRNA,不需要剪接，但,需要加,ploy(A),。如：,-,干扰素和许多酵母蛋白质基因。,第三种简单转录单位,：这类基因都有内含子，也需要加,ploy(A),，但加工,剪接后只产生一种有功能的,mRNA,，,所以仍然是简单转录单位。如：大多数核基因。,简单转录单位又可以分为,3,个亚类,：,简单转录单位转录后加工的,3,种主要形式,组成型剪接,:,一个基因的,mRNA,前体按一种方式剪接，产生一种,mRNA,，翻译成一种蛋白质。,2,、复杂转录单位：,其,原始转录产物,能通过多种,不同方式,，加工成,两种或两种以上的,mRNA,。主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质,/,多肽的基因。,（,1,）利用,多个,5,端转录起始位点,产生不同的蛋白质,（,2,）选用,不同的剪接位点,产生不同的蛋白质,可变剪接（选择性剪接，,alternative splicing,）,：有些基因的,mRNA,前体，按不同方式剪接，产生两种以上,mRNA,，翻译产生多种蛋白质。,其实质是,5,供体与,3,受体剪接点的选择搭配问题。,大鼠肌钙蛋白（,Torponin,）基因,在不同的发育阶段以及在不同横纺肌种类中，由于不同的选择性剪接产生不同的肌钙蛋白,。,（,3,）既利用,多个,5,端转录起始位点,，又选用,不同的剪接位点,，产生不同的蛋白质。,（,4,）利用,多个,ploy(A),位点,和,不同的剪接位点，,产生不同的蛋质。,（,5,）无剪接，有,多个转录起始位点,和,/,或,加,poly(A,),位点,的基因。,例如,：,二氢叶酸还原酶基因和酵母乙醇脱氢酶基因都,具有不同的,5,端和,ploy(A),位点,。大鼠,-2-,珠蛋白基因、鸡波形蛋白基因和人,N-,ras,基因均,含有多个,ploy(A),位点,，而鸡溶菌酶基因和酵母蔗糖酶基因则,拥有多个,5,端,。,二、翻译水平的调控,1,、,mRNA,运输控制,2,、,mRNA,稳定性的调控,3,、,mRNA,结构,4,、翻译的起始调节,5,、选择性翻译,6,、翻译的自我调节,1,、,mRNA,运输控制,一般来说，合成的,mRNA,只有大约,1/12,能被转运出核进入细胞质，,50,左右的在核内降解，还有一些留在核内。,换句话说，真核生物可以对从细胞核转运到细胞质中的,转录产物,数量,进行调节，这种调节方式被称为,运输控制（,Transport Control,）,。,2,、,mRNA,的稳定性与基因表达调控,真核生物能否长时间、及时利用成熟的,mRNA,分子翻译出蛋白质以供生长、发育的需要，是与,mRNA,的稳定性密切相关的。,高等真核生物,细胞质中所有的,RNA,都要受到降解控制（,Degradation Control,）,，,不同,mRNA,降解效率不同,。,mRNA,的选择性降解主要由于,核酸酶和,mRNA,内部结构相互作用的结果,。有时，加入,调节物,可以增加,mRNA,稳定性。,不加入催乳素时，体系中的酪蛋白,mRNA,在,1-2,小时,内降解,50%,；而加入催乳素,40,小时后,，酪蛋白,mRNA,才降解,50%,。,例子,1,：,催乳素延缓酪蛋白（,casein,）,mRNA,的降解,例子,2,：,人铁蛋白及转运铁蛋白受体,mRNA,翻译调控,转铁蛋白受体,（,TfR,）和,铁蛋白,分别负责,铁吸收,和,铁解毒,。这两个,mRNA,上存在铁应答元件（,Iron response element, IRE,）。,IRE,与,IRE,结合蛋白（,IRE-BP,）相互作用控制了这两个,mRNA,的翻译效率。,当细胞缺铁时,，,IRE-BP,与,IRE,具有高亲和力。,IRE-BP,与,铁蛋白,mRNA,的,5,非翻译区中的,IRE,结合，有效地,阻止铁蛋白,mRNA,的翻译,。与此同时，,转铁蛋白受体,mRNA,上,3,非翻译区中的,IRE,也与,IREBP,特异结合，有效地,阻止转铁蛋白受体,mRNA,的降解,，促进转铁蛋白受体蛋白的合成。,细胞高铁时,细胞缺铁时,铁吸收,铁解毒,3,、,mRNA,的结构,（,1,）,mRNA,的,5,非编码序列对翻译水平的影响,5,帽结构是否存在,和,易于接近,eIF-4F,的程度,对翻译效率有着明显的影响。,起始密码子,AUG,的位置和其侧翼的序列,对翻译的效率也有影响。,5,端非翻译区的长度,也会影响到翻译的效率和起始的精确性，当此区长度在,17-80 nt,之间时，体外翻译效率与其长度变成正比。,在,5UTR,中存在碱基配对,区时，可以形成茎环二级结构，这类结构会阻止核糖体,40S,亚基的迁移，对翻译起始有抑制作用。,（,2,）,mRNA,的,3,端的结构对翻译速率和,mRNA,寿命的影响,mRNA,的,3,端的,poly(A),不仅和,mRNA,穿越核膜的能力有关，而且影响到,mRNA,的稳定性,和,翻译效率,。,一般来说，,poly(A),越长，,mRNA,半衰期也越长；,Poly(A),对翻译效率的作用需要,PABP,存在。,4,、翻译的起始调节,-,翻译起始因子的磷酸化,现象,：,当细胞处在异常环境,（如饥饿、,pH,变动、重金属处理、加入化学药品等）或,蛋白质生物合成受抑制,时，都可以,检测到细胞内,eIF-2,的磷酸化作用,。,解释,：,翻译起始因子,eIF-2,磷酸化，从而选择性地降低或加强一些,mRNA,的翻译。,例子：,eIF-2,、氯高铁血红素和,HCI,的相互关系,实验现象,：用兔网织红细胞体系研究蛋白质合成时，如果不向体系中添加,氯高铁血红素,，蛋白质合成活性急剧下降。,氯高铁血红素控制的翻译抑制因子（,H,emin,C,ontrolled translational,I,nhibitor,HCI,）是蛋白质合成抑制剂，受氯高铁血红素调节。,没有氯高铁血红素存在时,，非活性,HCI,可以通过自身的磷酸化变成活性型。,HCI,也是,eIF-2,的激酶，使,eIF-2,的磷酸化，由活性型变成非活性型。,5,、选择性翻译,珠蛋白是由两条,链和两条,链组成的。在正常二倍体细胞中有,4,个,亚基基因的拷贝,，,2,个,亚基基因的拷贝,，其转录效率相当。,理论,上，如果它们具有相同的翻译效率，那么它们之间的量比应该是,: =2: 1,，,而,实际,上是,1,：,1,。也就是说，,和,珠蛋白在,翻译水平上存在差异。,这种翻译水平上的差异与翻译起始因子的亲和力不同有关。换句话说，细胞选择性地高效率翻译珠蛋白,亚基。,6,、翻译的自我调节,用微量注射器将微管蛋白注入到细胞中，会抑制微管蛋白的进一步合成。,微管的功能,：维持细胞形态，辅助细胞内运输，与其他蛋白共同装配成纺锤体，基粒，中心粒，鞭毛，纤毛神经管等结构。,构成微管的基因,/,蛋白质,：由,，,两种类型的微管蛋白亚基形成的微管蛋白二聚体，微管蛋白二聚体组成的长管状细胞器结构。,三、翻译后水平的调控,翻译后产生的多数蛋白质无生物活性，必须经过切割,加工,、水解、化学修饰、剪接；某些蛋白质必须,位于细胞内特定位置,，如溶酶体、线粒体、叶绿体；某些蛋白质需,与其他蛋白质结合,，组装成功能单位，如血红蛋白、微管蛋白、核糖体等。,本章结束,谢谢！,